制冷原理、空調關鍵零部件系統設計、匹配原則及注意事項

空調器制冷原理

循環示意圖解

制冷劑循環過程的狀态變化

空調制冷基本原理

無論是制冷還是制熱運行，壓縮機吸入的均為低溫低壓的過熱氣體，制冷劑經過壓縮成高溫高壓的過熱氣體，在冷凝器中被冷卻，在冷卻過程中，制冷劑的溫度在變化，制冷劑以氣體狀态存在；而在冷凝過程中，制冷劑的溫度基本不變化，制冷劑以氣液兩相狀态存在，并逐步冷凝成液體；在冷凝器制冷劑壓力保持不變。當制冷劑以單相液體狀态繼續冷卻，溫度會繼續下降。

在節流前将制冷劑液體溫度降低到飽和溫度以下，其差值稱為過冷度。

制冷劑在經過毛細管節流後，進入兩相區，溫度和壓力均降低，但焓值不變。制冷劑在兩相區蒸發，溫度和壓力基本沒有變化，待完全汽化後溫度才會上升。壓縮機吸入前的制冷劑溫度高于制冷劑飽和溫度時，其差值稱為過熱度。

液擊

壓縮機的“液擊”是由于制冷劑在蒸發器内沒能很好的蒸發，導緻大量制冷劑或液體由吸氣管進入壓縮機汽缸内，結果活塞所壓縮的不是制冷劑氣體，而是液體，在這種情況下，由于活塞所壓縮的液體的沖擊，使閥片被擊壞，并産生“锵锵”的聲音，壓縮機設計時本身是作為壓縮氣體而設計的機構，連續大量液體冷媒進入，會導緻壓縮機閥片的損壞。

液擊

為防止液體進入壓縮機吸氣缸，設置了氣液分流器，回氣管吸入口在分離器上端，本身具有防液擊功能。

當壓縮機氣液分離器容量不足時,則在系統上需要增加氣液分離輔助裝置。

回油

氣液分離器具有儲液的同時，也儲存了油，油不能及時回壓縮機，會影響壓縮機的潤滑效果，因此在回氣管有一小孔，油可以從小孔進入壓縮機。

空調器關鍵零部件

壓縮機

過載保護器：内置、外置（壓縮機溫度和電流保護)。

電氣接線：C 共用端子 R 主線圈端子 S 副線圈端子

R、S端子之間的電阻是C、S與C、R兩組端子之間的電阻的和。

高低壓平衡

當系統高低壓壓差過大→啟動不良（壓縮機處于堵轉狀态）→引起保護器頻繁動作→壓縮機燒毀。

一般而言，壓縮機停機後，須3分鐘後再啟動。

注：一般情況下家用空調器采用轉子壓縮機。

冷凝器

對于換熱器而言，在換熱面積不變的條件下，溫差越大，換熱能力越強；

對于冷凝器而言，冷凝溫度越高換熱能力越強；

對于蒸發器而言，蒸發溫度越低換熱能力越強；

對于壓縮機能力的發揮而言，與換熱器正好相反，即冷凝溫度越高，蒸發溫度越低，壓縮機能力和能效比越差；

換熱器和壓縮機能力之間需要尋找最佳平衡點。

作用：在機組風系統（或其它冷卻介質）的配合下，帶走制冷劑從蒸發器中吸取的熱量和壓縮機消耗的功所轉化的熱量，使壓縮機出來的高溫高壓的制冷劑（過熱氣态）在一定壓力（冷凝壓力）下冷凝并形成過冷液體。

組成：翅片（标準件） 、U型管（标準件）、側闆、彎頭（标準件）。

分類：

外形：直排形、L折彎形

翅片表面處理：普通膜、親水膜（包含金色鋁箔）

翅片規格：平闆片、百葉窗片（波紋片、橋片等）。

U型管規格：光管、内螺紋管（改變制冷劑流動狀态和增大換熱面積，因此換熱效果比前者好 ）

外徑9.52（管口中心距25.4）、外徑7.94（管口中心距22 ）、外徑7（管口中心距20. ）

冷凝器脹後片距：與翅片厚度、材料和沖孔直徑有關；

生産工藝：高速沖床、自動彎管機、脹管機、烘幹機、自動和手動焊接、檢漏（水檢、氦氣檢漏）。

節流元件

作用：利用節流效應降低制冷劑壓力和溫度，并控制系統中制冷劑的流量和過熱(冷)度。

毛細管管的流量對于機組性能影響較大,一般生産過程中均采用了嚴格的控制方法,試驗流量計測定毛細管的流量。

分類：膨脹閥（熱力膨脹閥、電子膨脹閥）、毛細管等，屬于絕熱節流元件(焓值沒有變化)。

毛細管規格：φ2.6×1.3、φ3.0×1.6、φ3.5×2.0、φ4.0×2.4、φ4.5×3.0

供應狀态：Y 硬态 、Y2 半硬态 、M 軟态。

設計及使用注意事項：

設計彎管半徑（R9、R12.5、R15、R17、R17.5、R20、R22.5、R25）和旋向受工裝限制；

兩端直線段要考慮焊接單向閥和接管的工藝性。

蒸發器

作用：在機組風系統（或其它冷卻介質）的配合下，使制冷劑（過冷兩相态）在一定壓力（蒸發壓力）下蒸發，從環境中吸取熱量達到降溫、除濕的目的。

組成：翅片（标準件 、U型管（标準件）、側闆、彎頭（标準件）

分類：外形：兩折到五折（異形切）

翅片表面處理：普通膜、親水膜

翅片規格：平闆片、百葉窗片（波紋片、橋片等）。

分類：

U型管規格：光管、内螺紋管（改變制冷劑流動狀态和增大換熱面積，因此換熱效果比前者好）。

外徑9.52（管口中心距25.4）、外徑7.94（管口中心距22 ）、外徑7（管口中心距20.5或21）。

蒸發器脹後片距：與翅片厚度、材料和沖孔直徑有關。

生産工藝：高速沖床（異形切）、自動彎管機、脹管機、烘幹機、自動和手動焊接、檢漏（水檢、氦氣檢漏）。

換向閥

作用：在熱泵空調中負責制冷劑流向的改變。

組成：先導閥、主閥、電磁線圈。

主要故障：閥芯卡死、内部串氣、洩露等 ，導緻空調性能下降和不制熱等故障。

調試注意事項：

1、焊接時需采取水保護措施；

2、閥體上對應壓縮機吸排氣口和冷凝器進液管的接口不能混淆；

3、壓縮機排出制冷劑通過閥體前後溫差不得過大，否則就有串氣、洩露的可能。

換向閥内部有塑料滑塊，為避免滑塊高溫變形，焊接換向閥閥體應完全浸沒在50℃以下水中（直觀感覺是手能放進水中不感覺到燙）才能焊接接口；焊接完的閥體必須在水中停留3-5秒鐘，确保閥體表面溫度不高于120℃。以避免四通閥體内密封圈高溫損壞。

焊接時須防止有水流進四通閥管路中。

換向閥工作原理：

換向閥必須在一定壓力下才能正常工作。

如圖一，先導滑閥在右側壓縮彈簧驅動下左移，高壓氣體進入毛細管後進入右端活塞腔，另一方面，左端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥左移，使排氣管(S管)與室外機接管（C管）相通，另兩根接管相通，形成制冷循環。

當電磁閥線圈處于通電狀态，如圖二，先導滑閥在電磁線圈産生的磁力作用下克服壓縮彈簧的張力而右移，高壓氣體進入毛細管後進入左端活塞腔，另一方面，右端活塞腔的氣體排出，由于活塞兩端存在壓差，活塞及主滑閥右移，使排氣管(S管)與室内機接管（E管）相通，另兩根接管相通，形成制熱循環。

單向閥

作用：用于熱泵型空調，利用其單向導通性和制冷劑在系統制冷、制熱兩種狀态下流向相反的特性，保證系統在制冷和制熱時毛細管長度不相同。

設計和使用注意事項：單向閥具有單向性，閥體上有箭頭标識。

系統在标況下的狀态參數

制冷

國标标準條件下（室内：27℃、19℃；室外：35℃、24℃）調試參數。

A、排氣溫度：目标值控制在80℃左右。

B、過冷度：應控制在6℃～12℃左右為目标值。

C、冷凝器出口溫度不應低于37℃，否則冷凝器單位熱交換面積效率低，造成浪費。

D、蒸發器中部溫度一般在7℃～12℃之間，蒸發器出口與中部溫差（即過熱度）應控制在1℃～5℃左右為目标值。

E、蒸發器各分路出口溫度應基本一緻（一般不大于3度），直觀的看，蒸發器U型管表面結露均勻，如出現某一路無結露，應為異常。

F、系統排氣壓力表壓值盡量控制在1.6 ～1.95MPa之間，壓力過高，過負荷時容易保護；壓力過低，冷凝器有效使用率低，造成浪費。回氣壓力表壓值一般在0.45～0.65MPa之間。

制熱國标标準條件下

（室内：20℃、15℃；室外： 7℃、6℃）調試參數

A、排氣溫度：目标值控制在75℃ 左右。

B、出口溫度1℃左右 （高能效機換熱面積大，出口溫度會在3℃～7℃之間）

C、回氣壓力表壓值一般在0.36 ～0.5MPa之間，低于0.36MPa容易結霜。

出現下面的情況需要調整室外換熱器的分路

1、低溫工況下機組表面結霜嚴重不均；

2、在一個化霜周期内不能将室外換熱器表面的浮霜化淨（化不淨的霜在化霜結束轉制熱運行時會結成冰.由于冰不容易化去，會造成冰層累積）。

3、名義工況下機組表面結霜，制熱量逐步下降，甚至出現名義工況下化霜的情況。

系統設計、匹配基本原則及注意事項

1、壓縮機能力選型

根據性能要求及經濟綜合因素，對于4-5級能效熱泵機産品，所選壓縮機名義制冷能力應為所配空調器名義制冷能力的110%-115%；對于3級能效産品為100%-110% ，1、2級能效産品為90%-100%。

2、冷凝器面積确定、分路及冷媒走向

面積：一般通過試驗确定，從性能可靠性和穩定性方面考慮，冷凝器面積必須保證一定的餘量，過冷度至少在6℃以上。

分路：與管徑、總管數、單根管長、冷媒循環量有主要關系。冷凝管路單路管長在6-12m，因此，1-1.5匹機9.52管分路為1-2路，7.0管分路為2-3路，2匹機9.52管分路為2-3路，7.0管分路為4-5路，3匹機9.52管分路為3-4路，7.0管分路為5-6路；

冷媒走向：溫差場的均勻性原則，總體應與風向形成逆流，另外，根據冷凝器中冷媒溫度的變化,進口在内側，出口在外側，可降低制冷劑出口溫度。

3、蒸發器面積确定、分路、冷媒走向及調試注意事項

對于面積，一般試驗确定。從性能可靠性、穩定性方面考慮，蒸發器面積必須保證一定的餘量，過熱度至少在1℃以上，但不要超過7 ℃，否則制熱時壓力和功率較低，制熱量調不上去。

對于分路，與管徑、總管數、單根管長、冷媒循環量有主要關系。蒸發管路單路管長一般在4-8m；

對于冷媒走向，蒸發過程前後排溫差較小，按逆流設計對能力影響變化不大，一般單冷機型，蒸發器仍建議按逆流設計，有利于提高制冷量；但冷暖共用的蒸發器須按制熱時為逆流設計，進出口位置應盡量錯開，挂機室内蒸發器回氣管在内側，櫃機正好相反，室内蒸發器回氣管在外側，原因：挂機為吸風式，櫃機是吹風式。

對于全新蒸發器，需要通過試驗驗證分路是否均勻。建議使用分流毛細管，調節各路的流量，保證各路換熱均勻。同時在選擇分路毛細管管徑時應避免室内機組出現異音。

關于系統真空度

抽真空：所謂抽真空就是用真空泵使系統與大氣造成一個壓力差，将空調系統中的空氣排除；抽真空不僅是為了去除空調系統中的氣體，更重要的是通過抽真空的方法去除系統中的水分。

抽真空就是為了不讓系統中存在空氣：

1、因為空氣中含有水分，容易形成冰堵；

2、因為空氣是不凝氣體，會導緻冷凝壓力上升，換熱性能的下降（制冷量降低和輸入功率的上升）；排氣溫度上升，潤滑油化劣，影響機組的使用壽命。

抽真空标準：

1、家用空調的真空度要求為20Pa,小于20Pa為合格。

2、當真空泵運行到加液台時，如果真空度達不到要求，則需要再繼續跑一圈，合格則可以繼續生産，不合格則需要對真空泵進行檢查并修理。

3、當真空泵開始工作的時候，如果真空泵上方有白色的煙冒出，且一段時間不消失，則表示系統有漏的地方，則需要對連接處進行檢查。

真空抽不動的原因：

1、快速接頭、快帶體壞或者沒有安裝好，有縫隙；

2、冷凝器筒管或者配管漏；

3、冷凝器中有水或着揮發油；

4、系統中有雜質，導緻真空泵的傳感器失靈，指針不準确；