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空调制冷原理介绍

发布者:zhanglaoshi        发布时间:2019-08-21 11:28:36

空调制冷原理介绍

饶荣水 2007.1空调制冷原理介绍

一、制冷基本原理二、空调匹配中的一些数据三、空调实验工况参考资料

性能设计规范 GB/T 7725-2004 ARI 210/240-2006 其它一些讲座的资料一、制冷基本原理制冷的基本原理

制冷:从低于环境的物体中吸取热量,并将其转移给环境介质的过程。

由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体,因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。

制冷机的基本原理:利用某种工质的状态变化,从较低温度的热源吸取一定的热量Q0,通过一个消耗功W 的补偿过程,向较高温度的热源放出热量Qk,。在这一过程中,由能量守恒得 Qk= Q0 + W。制冷的基本方法

相变制冷:利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低

温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量。普通空调器都是这种制冷方法,而且是采用蒸气压缩循环来实现制冷。

气体膨胀制冷:高压气体经绝热膨胀后可达到较低的

温度,令低压气体复热即可制冷。

气体涡流制冷:高压气体经过涡流管膨胀后即可分离

为热、冷两股气流,利用冷气流的复热过程即可制冷。

热电制冷:令直流电通过半导体热电堆,即可在一端

产生冷效应,在另一端产生热效应。蒸气压缩循环原理图蒸气压缩制冷系统主要部件及作用

 压缩机:将低温低压气体压缩成高温高压气体  四通阀:制冷、制热时换向  冷凝器:制冷时,向环境散热,

制热时,从环境吸热  蒸发器:制冷时,从室内吸热

制热时,向室内散热  毛细管:节流元件  气液分离器:保护压缩机压缩机制冷压缩机

回转式

滚滑

转螺杆式螺旋杆压缩机的选型

根据企划要求选择压缩机的额定电压、频率、相数 (1Ph、3Ph)以及额定能力值。

单冷机:空调器能力=压缩机额定能力×90~95%。

冷暖机:空调器能力=压缩机额定能力×85%

在三匹及三匹以下的压缩机尽量选择转子式压缩机 (如美芝、日立、松下等),更有成本优势;三匹以上尽量选用涡旋式压缩机(如大金、谷轮压缩机等),更有能效比优势。

高能效可选用Bristol的TS活塞压缩机。压缩机的接线

单相压缩机:R、S、C三个端子,需要运行电容 R——运行端,接零线(黑线)

S——启动端,接运行电容(白线)

C——公共端,接接触器或火线(红线)

三相压缩机:U(R/T1) 、V (S/T2) 、W (C/T3) 三个端子,不需要运行电容。相序要正确,以免损坏压缩机;

如果相序反了,任意调换两个接线端子的接线就可以。四通阀

S——接回气管;D——接排气管 E——接蒸发器;C——接冷凝器四通阀的选择

选择四通阀时主要考虑到以下两点:

1、压力损失:压力损失尽可能小;

2、最小动作压差:从切换开始到切换结束确保必要的压差;在容量控制压缩机匹配时要注意切换时压缩机容量设定及设定时机。

四通阀制冷时处于OFF状态,制热时处于ON状态。冷凝器、蒸发器空气流动进气蒸发器的换热:对流为主,从环境吸收热量冷凝器的换热:对流为主,向环境释放热量热量传递的三种基本方式

 导热:物体个部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。

Q    F  t

x

 对流:流体个部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。

– 自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的流动换热 – 强制对流指由于水泵、风机或其他压差作用造成的流动换热 Q    F  t

热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和方式

Q   0  F T 4发生在管内的冷凝过程

随着流体的流动,热量不断放出,气体不断冷凝,含气量逐渐降低。流动状态依次为:纯气体流动环状流弹状流塞状流泡状流纯液体流动发生在冷凝器中的主要传热过程

在制冷状态下,冷凝器向环境散热 制冷剂——>铜管内壁:对流换热 铜管内壁——>铜管外壁及翅片:导热 铜管外壁及翅片——>大气:对流换热

高温制冷剂以过热蒸气状态进入冷凝器,在管内发生降温及冷凝过程,从冷凝器入口到第一个液滴产生前,是一个温度不断降低的过程;从第一个液滴产生到最后一个气泡消失,是一个温度不变的过程(假定冷凝过程中压力不变),在此过程中,制冷剂中含液量不断上升,含气量不断下降;从最后一个气泡消失到冷凝器出口,是一个降温过程。发生在管内的蒸发过程

随着流体的流动,不断吸收热量,液体不断蒸发,含气量逐渐上升,流动状态依次出现:纯液体流动塞状流环状流雾状流纯气体流动发生在蒸发器中的主要传热过程

制冷状态下,蒸发器从环境吸热 大气——>铜管外壁及翅片:对流换热 铜管外壁及翅片——>铜管内壁:导热 铜管内壁——>制冷剂:对流换热

低温制冷剂以气液混合状态进入蒸发器,在管内发生蒸发及升温过程,从蒸发器入口到最后一个液滴消失前,是一个温度不变的过程(假定蒸发过程中压力不变),在此过程中,制冷剂中含液量不断下降,含气量不断上升;从最后一个液滴消失到蒸发器出口,是一个升温过程。冷凝器、蒸发器的强化换热方法

两器强化换热主要与铜管、翅片、分流等因素有关系。

1)采用扩展表面以增大换热面积——翅片 2)增大冷热物体间的温差——分流 3)采用高导热系数的材料

4)提高流体流速以减低层流底层

5)增加流体的扰动或使流体旋转以破坏层流底层—— 高效传热管

6)采用机械震动,声波或超声波产生气流脉动及施加电磁场等 7)减小接触热阻——制造工艺两器——铜管

两器铜管直径:Φ7mm、Φ7.94mm、Φ9.53mm 两器铜管排列:分等腰和等边两种两器铜管种类:光管、普通内螺纹管、高效内螺纹管

从管内换热效果来看:内螺纹管是光管的1.3 倍左右。

高效内螺纹铜管:交叉齿、瘦高齿、M型齿等两器——翅片(铝箔)

翅片按材料分为亲水与非亲水铝箔两种,亲水铝薄的优势在于有冷凝水时可使水尽快沿翅片流走,不堵塞风道,不影响换热效果。

原则上,蒸发器选用亲水铝薄,冷暖机冷凝器选用亲水铝薄,单冷机冷凝器必须选用非亲水铝薄。

翅片的片距一般在之间

翅片的片形分为光片、弧形冲缝片、方形冲缝片。弧形冲缝片的换热效果最好,据实验表明, 弧形冲缝片换热效果较方形冲缝片好2%-8%左右,两器分流——流路走向设计(1)

冷媒总体流向应为蒸发过程下进上出,冷凝过程上

进下出;(分体蒸发器落差较小可不受此限)

冷媒总体流向与空气流向成逆流:一般蒸发过程温

度变化较小,可以不考虑逆流;而冷凝过程温度变化较大,必须按逆流设计流路;

各路迎风面管数和背风面管数尽量一致,以使换热同时有单冷和冷暖机的仅用于单冷机的蒸发器(比

如窗机),蒸发过程可以按逆流设计,有利于提高制冷量;单冷冷暖共用的蒸发器必须按制热时为逆流设计。两器分流——流路走向设计(2)

优先参考走向 , “ n” 、 “ Z ( 半园管全斜 ) ” 、

“S”、“H(中间交叉)”(见图一)

冷凝器避免选用“n+U”形走向,以防变工况时造成

冷媒、润滑油的屯积;

避免选用X形(全交叉),大半园管太多,不利于自

动焊接。

多路冷凝器出口尽量汇总后设置1~2根过冷管,以提

高节流前过冷度,有利于系统的变工况稳定性、除霜和制冷量;两器分流——流路走向设计(3)

分体机蒸发器流路应尽量避免在前、后蒸发器之间

多次来回,因为分体机空间很紧凑,连接管过多会导致输入输出管不易设计,装配的工艺性也不好。

单排冷凝器遵循上进下出原则;

多排换热器按冷凝时先走背风面一排,然后走中间

排,最后走迎风面一排,即必须按冷媒总体流向与空气流向成逆流。两器分流——流路走向设计(4)

冷凝过程流路

n形

Z形

H形

S形

n+u形 X形两器分流——流路数设计(1)

 分路数多少以EER最佳为原则。路数多流动阻力损

失小,功率下降,但由于冷媒流速下降,换热系数也下降,同时也很难分配均匀;反之,路数少流动阻力损失大,功率较高,但由于冷媒流速增大,换热系数会提高,因此只有设计合理的分路数才能使系统达到最佳

 蒸发器中压力较低,对流动阻力比较敏感,单程管

长应少一些;冷凝器中压力较高单程管长可以长一些。两器分流——流路数设计(2)

7O

6O9

8O 9O

7 IN 6 IN

5 IN 4 IN 8 IN 9 IN8

5O 4O

3 IN

10 O 11 O

2 IN 10 IN 11 IN

3O 2O

12 O

1O

12 IN

AIR

1 IN

北美风管机140蒸发器流路两器——分配器

冷媒分配器应优先选用具有收缩混合室的结构形式以便气液两相制冷剂能均匀地进入各路分液管,选用带垫片的分配器;

分配器的位置:冷凝器中分配器的位置尽量往下布置。

分配器的布置:垂直布置。

为分流均匀,分流毛细管内径尽量小为好;为降低冷媒噪声,分流毛细管内径尽量大些为好。节流元件

• 毛细管

1.9以下定流量;1.9以上定长度。

2HP:

ID1.9/1.7

3HP:

ID2.4/2.1

5HP:

ID3.0/3.5

• 节流阀芯 • 热力膨胀阀节流元件

• 电子膨胀阀 R22 内机:2.4(用于112以下风管机、Q4)

3.0 :112/140下风管机、Q4 外机:3.0/3.2 R410A 内机:2.0(用于112以下风管机、Q4)

2.5 :112/140下风管机、Q4气液分离器

容量:

回油孔:

谷轮: 1.3mm 三洋:

 1.4mm 日立:

 1.7mm其它附件

单向阀干燥过滤器消音器高低压压力开关

R22系统低压开关:YK-0.03 高压开关:YK-3.3/2.4

R410A系统低压开关:

YK-0.3/0.14 高压开关:YK-4.4/3.2

温度开关:压缩机排气温度保护,115℃ 跳开制冷循环在压焓图上的表示二、空调匹配中的一些数据几个基本概念空调器型式

冷风型热泵型电热型

Tl 18~43℃ -7~43℃

气候类型 T2

T3

21~52℃ -7~52℃几个基本概念

焓(h):含热量 [kJ/kg.K] 干度(x) 饱和压力、饱和温度过热蒸气、饱和蒸气、饱和液体、过冷液体过冷度:冷凝器出口温度与冷中温度的差值过热度:蒸发器出口温度与蒸中温度的差值冷中温度:冷凝器中部的温度蒸中温度:蒸发器中部的温度制冷剂的种类与命名

氟利昂制冷剂分子通式:

CmHnFxCly Brz

n  x  y  z  2m  2

氟利昂代号:

Rm 1n 1x Bz

Z=0时,B可以省略不写。制冷剂的种类与命名

例子:CmHnFxClyBrz Rm 1n 1 x Bz

分子式 CFCl3 CHF2Cl

代号 R11 R22制冷剂的种类与命名

非共沸混合工质:R4XXX R407C:

R32/R125/R134a 23/25/52wt% 7.1K R410A:

R32/R125

50/50wt% 0.04K R417A:

R125/R134a/R600

46.5/50/3.5wt%制冷剂的种类与命名

共沸混合工质:R5XX R500:

R12/R152a 73.8/26.2wt% R502:

R22/R115

48.8/51.2wt% R503:

R23/R13

40.1/59.9wt%

无机化合物制冷剂:R7XXX R717:NH3 , R718:H2O,R729:air, R744:CO2,R744a:N2OR22制冷系统匹配

排气温度目标值:85-90℃ 高于目标值,则应该减短毛细管,加大室外机

风量或追加冷媒。

低于目标值,则加长毛细管,减少冷媒。

如果是特别匹配的高效制冷系统,排气温度较低, 一般在70-80 ℃。R22制冷系统匹配

冷凝器中部温度目标值:45-50℃左右,过冷度目标值在5-10 ℃左右。

冷凝器出口最低在37-38 ℃,若过低则与环境 35 ℃温差太小,换热量很少

冷凝器中部温度高于目标值,则应该减短毛细管,加大室外机风量或加大冷凝器。

冷凝器中部温度低于目标值,则应该加长毛细管,追加冷媒。R22制冷系统匹配

蒸发器中部温度目标值:8-12℃左右,过热度目标值在0-1 ℃左右。

蒸发器中部温度值高于目标值则加长毛细管。

蒸发器中部温度值低于目标值则减短毛细管, 加大室内机风量或加大蒸发器。

蒸发器过热度值高于目标值则减短毛细管,增加冷媒。

蒸发器过热度值低于目标值则加长毛细管,加大室内机风量,减少冷媒或加大蒸发器。R22制冷系统匹配

压缩机回气温度比蒸发器出口温度可高出1-2℃左右。

若回气温度高出出口温度较大,比如出口为10 ℃, 而压缩机回气有20 ℃,这个是压缩机排气温度上升的原因,应该减短毛细管或增加冷媒。

若回气温度低于出口温度很多,比如出口为10 ℃, 而压缩机回气有5 ℃,这个是压缩机排气温度下降的原因,这时候冷媒在蒸发器中不能充分蒸发而导致能力不足,应该加长毛细管或减少冷媒。R22制冷系统匹配

制冷过负荷工况下。

若OLP动作,则应该加大外侧风量,冷媒增多压缩机负荷加大,如果可能的话可减短毛细管,并减少冷媒,或加大冷凝器。

保证高压侧压力不超过26.5bar, 26.5bar对应冷凝器中部温度65 ℃左右。

压缩机排气温度一般要在115 ℃以下,不要超过 125 ℃,压缩机电机的线圈温度比排气温度高10 ℃ 左右,温度过高的话可能烧线圈。排气温度过高时可减短毛细管或加大冷凝器或增加冷媒(注意减短毛细管时可能会使标准工况下能力下降)R22制冷系统匹配

过载保护器OLP(Over Load Protector)动作

过载保护器是由电流与温度共同控制的。

OLP曲线图有两种表示型式。如下图,分三个区域或两个区域。

如图所示的OLP曲线,当电流为 I1 时只要压缩机温度小于 t1 压缩机的OLP是不会动作的。或者,当压缩机温度是 t1 时,压缩机的电流小于 I1 时,OLP不会动作。R22制冷系统匹配

最小制冷工况下。

蒸发器温度不能低于0 ℃ ,到0 ℃ 以下时,蒸发器上附着的除湿水份会开始冻结,不能制冷,当冰成块掉下来的时候会打坏风轮。

空调器的防冻结功能,当检测到蒸发器的温度T2连续一段时间低于某温度值时,压缩机停止工作,等到T2上升到某温度时才开始工作。如美的分体机:

T2连续5分钟低于2 ℃则停压缩机,内风机转速不变, T2上升到8 ℃后再开压缩机。R22制冷系统匹配

最小制冷工况下。

确保压缩机壳体底部温度高于冷凝器中部温度5 ℃ 以上。若不能保证,压缩机油会被冷媒稀释,润滑油会失去机能,这样压缩机滑动部分开始磨损,最终造成不能运转。R22系统制冷参考数据工况测点

排气温度标冷 85~90

标热 70~80

回气温度

冷中温度

蒸中温度

过冷过热度

排气压力

1.9~2.0

1.7~1.9

回气压力

0.45~0.6

>0.34

最大制冷

<115 -<65 ~ --

2.3~2.5 <0.7

最大制热

<110 ~ ~ <60 ~

2.3~2.5 <0.7R410A和R22各自运行压力不同(表压力)

1.标冷工况(室外:35/24,室内27/19):

R410A:高压、低压:0.85-1.0MPa

R22:高压1.9~2.0 MPa、低压:0.45~0.6 MPa

2.标热工况(室外:7/6,室内20/15):

R410A:高压、低压:0.80-0.95MPa

R22:高压1.7~1.9 MPa、低压:大于0.34 Mpa

不管你是一拖多还是一拖一,希望标冷、标热时 R410A高压尽量不要超过3.1 Mpa,R22冷媒高压不要超过2.0 Mpa,否则大冷、大热压力更高,而且空调能效也不好。R410A和R22各自运行温度不同

1.标冷工况(室外:35℃/24℃,室内27℃/19℃):

R410A:排气75~80℃、回气11~14℃:

R22:排气85~90 ℃、回气:

8~12℃ 2.标热工况(室外:7℃/6℃,室内20℃/15℃):

R410A:排气65~80℃、回气:-2-2℃ R22:排气70~80 ℃、回气:

-2~3℃空调系统常见保护

1.

压缩机延时3分钟启动保护功能:是为了保证压缩机无负载启动,防止压缩机堵转,进而使压缩机烧坏。

2.

压缩机电流保护:压缩机因转子机械锁死或电压低而启动转矩小使压缩机堵转、高低压压力不平衡、或因室外环境温度过高、换热器脏及空气循环受阻等而使制冷系统高压侧压力超出压缩机使用范围等,均可引起压缩机电流异常升高,进而使压缩机烧坏。空调系统常见保护

3.

制热模式下蒸发器高温保护:为保护压缩机在室外环境温度较高而A/C制热时,为保护压缩机的高压压力超出压缩机使用范围,在蒸发器管温超出 60℃时,室外风机及压缩机关;为尽可能减少压缩机频繁开启及A/C的连续运转,当在蒸发器管温超出53℃时,室外风机关,以减少制冷系统负荷,降低压缩机高压侧压力。为实现A/C正常运转及提高A/C使用舒适性而设的保护功能

1.

制冷及除湿模式下室内蒸发器防冻结:在室内温度过低或使用不当而造成A/C循环空气受阻等情况下,蒸发器翅片表面温度低于0℃以下,最终导致蒸发器结霜,影响空气的正常循环进而使整机制冷效果变差,且蒸发器上的霜融化后可能会造成水从室内机中滴下,造成用户投诉,因此,根据蒸发器盘管温度来控制压缩机的断续运转。为实现A/C正常运转及提高A/C使用舒适性而设的保护功能

2.

制热模式下防冷风:A/C刚启动制热或室外机结霜、室外温度低等情况下,A/C室内机蒸发器盘管温度较低,循环空气的送风温度自然也较低,影响使用的舒适性,因此设置防冷风功能,使A/C任何时间吹出来的风都具有一定的温度值。为实现A/C正常运转及提高A/C使用舒适性而设的保护功能

3.

制热模式下自动化霜功能:A/C制热运行时,室外机换热器因蒸发温度低于0℃而结霜,使室外循环空气受阻且霜本身使换热器换热效果变差,A/C制热量随霜层的增厚不断减小,因此,为保证A/C连续的制热效果须进行化霜;根据GB/T7725要求,化霜时间不得大于A/C运行时间的20%,化霜要要干净。三、空调实验工况表3-3 性能测试工况

最大运行

最小运行

室内侧干球DB 90℉(32.2℃)

80℉(26.7℃)

70℉(21.1℃)

70℉(21.1℃)

80℉(26.7℃)

冷凝水排除1)

70℉(21.1℃)

注:1)冷凝水排除按内销机型试验工况。

湿球WB

73℉(22.8 ℃)/

60℉(15.6 ℃)

75℉(23.9 ℃)

25.7

60℉(15.6 ℃)

干球DB

湿球WB

110℉(43.3℃)

78℉(25.6℃)

75℉(23.9℃)

65℉(18.3℃)

20℉(-6.7℃)

19℉(-7.2℃)

70℉(21.1℃)

60℉(15.6℃)

80℉(26.7℃)

75℉(23.9℃)

25.7

35℉(1.7℃)

33℉(0.6℃)谢谢!

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