制冷系统原理与空调技术发展趋势..

2007/03海信空调培训资料（基础篇）目录：1.空调的简介2.空调的制冷原理3.空调制冷系统的组成4.空调制冷系统中制冷剂的相变5.主要制冷器件的介绍6.空调的相关国家标准7.空调的现状和发展前景8.典型空调制冷系统的设计1.1、空调的概念：空调即为“空气调节”的简称，（airconditioning）是指对一特定空间内空气的温度、湿度、空气流动速度、空气清洁度进行人工调节，以满足人体舒适和工艺生产过程。用于实现空气调节的设备就称为“空气调节器”，在日常生活中，一般简称为“空调”。如我们平时所使用的空调就称为“房间空气调节器”。在实现空气调节的目标时，自然就会伴随着空调器的制冷、制热、除湿、送风、空气清新等功能。空调器的基本原理从的能量转换的角度可以这样理解：制冷时，通过制冷剂或载冷剂将室内的热量转移到室外释放掉，从而使室内温度降低。而制热的原理正好相反，通过制冷剂或载冷剂将室外的热量转移到室内释放掉，从而使室内温度升高。1、空调的简介：1.2、空调器的分类：•控制对象和要求：舒适性空调、工业空调•适用场合：家用、商用•使用工况：（最高温度）：T1（43）、T2（35）、T3（52）•结构形式：分体式：室内：D吊顶、G挂壁、L落地、T天井、Q嵌入室外：W整体式：窗机、C穿墙式、移动式•能力的输出情况：定速、变频（交流、直流）•主要功能：单冷（冷风）、冷暖（热泵）、电热•其他：冷媒：R22、R410A、R407C•电源：100V/110V、220V、250V2、空调的制冷原理：2.1、制冷的相关原理（1）制冷原理：逆卡诺循环（2）管内换热：强迫对流换热（相变换热）冷凝器：凝结换热蒸发器：沸腾换热（3）管外换热：强迫对流换热（风冷）两大循环系统：制冷剂循环系统空气循环系统（4）能量原理：QC=QE+WP(MPa)h（kJ/kg）压缩过程冷凝过程节流过程蒸发过程液相区饱和区气相区2.2、压焓图：2.2、R22饱和态参数表：2.3、主要的参数：1、能力大小：决定了制冷配件的选型2、压力：决定了制冷器件的耐压设计等。3、压力损失：制冷器件的内部结构设计会使其前后产生压力损失，影响性能参数。4、温度：材料的使用。5、制冷剂：R22\R410A\R407C内部材料及使用要求。3、空调制冷系统的组成3.1、制冷系统的组成系统流程图室外热交换器室内热交换器制冷循环压缩机储液罐四通阀消声器毛细管过滤器干燥器截止阀截止阀室外风扇室内风扇4、空调制冷系统中制冷剂的相变4.1、制冷过程中的相变系统流程图室外热交换器室内热交换器制冷循环压缩机储液罐四通阀消声器毛细管过滤器干燥器截止阀截止阀高压气相高压两相高压液相低压两相低压两相低压气相系统流程图室外热交换器室内热交换器制热循环压缩机储液罐四通阀消声器毛细管过滤器干燥器截止阀截止阀高压气态高压气态高压两相高压液相低压两相低压气态低压两相4.2、制热过程中的相变3、空调制冷系统的构成3.1、制冷系统的组成系统流程图室外热交换器室内热交换器制热循环压缩机储液罐四通阀消声器毛细管过滤器干燥器截止阀截止阀室外风扇室内风扇5、主要制冷器件的介绍（1）四大部件：l压缩机：l冷凝器：l节流装置：l蒸发器：（3）制冷剂：lR22lR410AlR407C（2）其他l电磁阀：l截止阀：l单向阀：l过滤器：l干燥过滤器：l四通阀l消音器l储液器5.1、压缩机5.1.1、简介空调用压缩机一般为全封闭制冷压缩机。•分类：往复式效率低滚动转子式：单转子双转子涡旋式高•压缩机电机：直流交流汽缸活塞叶片叶片槽5.1.2、转子式压缩机简介5.1.3、典型压缩机结构图示例双转子单转子5.1.4、涡旋压缩机简介涡旋压缩机工作原理涡旋式制冷压缩机的特点：1、相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。2、转矩变化幅度小、振动小。3、没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。4、无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。5、由于采用气体支承机构，故允许带液压缩。6、机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。7、涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。8、密封要求高，密封机构复杂。5.1.5、直流压缩机的分类1、按照电机的定子绕线方式：（1）分布绕线（2）集中绕线2、按照磁铁的材料分：（1）永磁体（NdFeB）（2）铁氧体3、按照电机的转子磁铁的配置方式分：(1）转子表面安装磁铁的电机（SPM）（2）转子内部安装磁铁的电机（IPM）分布绕线和集中绕线三菱的龙骨电机SPM和IPM5.1.6、压缩机常见故障及对策压缩机现象主要原因分析解决措施1噪音大压缩机、管路隔音垫、2震动大共振阻尼块3频繁启停排气保护过负载保护氟里昂调整4启动不良卡缸低温回油不良杂质水分设计改进5线圈烧毁过热、过流缺氟、室外风扇损坏换热器脏堵蒸发器：蒸发相变的热交换器。在制冷系统中的作用是对外输出冷量，冷却被冷却的介质。5.2、冷凝器、蒸发器——换热器：冷凝器：冷凝相变的热交换器。在制冷系统中的作用是对外输出热量。5.2.1、冷凝器、蒸发器——换热器：分类：强制通风式、自然对流式。组成：翅片：平片、波纹片、开窗片光箔、亲水、憎水铜管：光管、内螺纹管5.2.2、冷凝器的设计：KFR-3226GWBP光箔波纹片3/8管L弯,L736,20P409*1.8KFR-2626GWBPKFR-2806GWBPAKFR-2826GWBP3/8管，L弯亲水波纹片U771,10P551*1.4KFR-2606GW/BP3/8管，L弯亲水波纹片L771,10P551*1.4KFR-7228LWDKFR-7206LWAD3/8管，121弯亲水箔波纹片L826,32P516*1.65.2.3、蒸发器的设计：P410+P410+P410两段三折,T1.4U574+U574+U574两折,T1.4U616+U6165.2.4、冷凝器、蒸发器常见故障及对策故障现象主要原因分析解决措施1破裂、漏氟耐压不足补焊漏点2制冷效果不好、半热半凉管路、弯头焊堵分液不均翅片积尘，换热效率下降重新焊接调整分液清洁3内机换热器结冰蒸发温度过低更换室内温度传感器位置4室外化霜不良控制模式更换室外温度传感器位置5.3、节流装置（1）毛细管：（2）电子膨胀阀：（3）节流阀（4）热力膨胀阀5.3.1、毛细管内径0.6——2.0mm，外径2——3mm的紫铜管盘制而成。5.3.1、毛细管的变化对系统的影响制冷系统的冷媒充注量一定，在此条件下毛细管设计值为：L&D，则此时如果毛细管：毛细管节流当量能力功率排气温度吸气温度蒸发压力冷凝压力L&D下降增大升高升高降低升高L&D下降下降下降下降升高下降毛细管的节流特性参数涉及：毛细管长度&毛细管内径，一般来讲：毛细管越长，内径越小，节流越大，流量越小。其一般来讲，在同样的工况下和流量下，两参数有以下关系：L1L2=D2D14.6系统中毛细管的相关问题故障现象主要原因分析解决措施1制冷制热效果差毛细管上结霜脏堵清除2制冷制热效果差毛细管上结霜冰堵干燥过滤器、抽真空3噪音毛细管的喷注噪音出口处阻尼处理45.3.2、电子膨胀阀（电磁膨胀阀）电子膨胀阀是目前国内各大制冷配件厂家关注的热点。特别是目前国内对空调进行了节能的能效等级划分，以及变频空调的相关节能标准的推出，推动了国内变频空调对电子膨胀阀的设计进度。电子膨胀阀作为变频空调中的节流器件，是制冷系统中最为关键的器件之一。由于变频空调的压缩机频率可以变化，使得系统中制冷剂的流量变化，加上工况的变化，如果要使换热器发挥最大的换热效率，使用可以调节制冷剂流量的电子膨胀阀是非常好的设计。目前，国内空调器的设计一般常用的毛细管节流，由于其自身对流量的调节能力极小，是不适合变频空调的，其无法最大限度的发挥变频空调的相关性能优势。结构简介其主要组成如下：驱动线圈阀体转子（阀体如图所示）阀针节流孔管路其驱动工作原理：是给驱动线圈以脉冲信号，类似步进电机控制，使其带动转子上的阀针旋转，这样将改变阀针和节流孔之间的开合大小，从而来调节节流口径，实现可变的节流控制。5.3.2、电子膨胀阀的流量曲线流量阀开度2505003.42.21.61、开环控制：其主要是在设计时根据不同的工况和频率，测试出相应的优化电子膨胀阀开度曲线，在实际控制时可按照经验曲线进行控制。目前具体的控制有：拟合曲线开环控制、模糊开环控制等。开环控制的优点就是控制比较简单，易于实现，但缺点精度差，控制的鲁棒性较差，前期确定开度曲线的工作量较大。2、闭环控制：闭环控制方案有很多，但从总的控制参数方面来看，目前主流的方案有两种：过热度控制和排气温度控制。变频空调在实际运行时可适时的根据其制冷系统的排气温度特性曲线和过热度特性曲线进行自动调节，以满足系统运行的优化状态。闭环控制的优点是控制精度较高，控制的鲁棒性较好，前期设计中工作量相对较小，但控制算法比较复杂。5.3.2、电子膨胀阀的控制介绍压缩机运行频率室外温度排气目标温度实测排气温度电子膨胀阀开度调节空调制冷系统运行5.3.3、海信的电子膨胀阀控制原理介绍∑5.3.3、电子膨胀阀－系统特性EER-阀开度3.7653.7873.7473.7463.733.6953.73.713.73.6883.5923.7113.7122.52.72.93.13.33.53.73.950556065707580859095100105110阀开度EER305570805.3.3、电子膨胀阀－系统特性制冷量对比100012001400160018002000220024002600280030003035404550556065707580压缩机频率制冷量（W）电子膨胀阀设计毛细管设计5.3.3、电子膨胀阀故障维修电子膨胀阀一般来讲在使用过程中出现问题最多的是：不动作。其主要导致的原因有两方面：1、电控驱动方面：一般电子膨胀阀的驱动电压为12V±10%。当一些特殊情况下如低电压、控制板故障等时，其驱动电压低于下限时，就有可能导致不动作。因此因先查驱动电压是否正常。2、机械故障：此方面主要是变形、配合不当、磨损、杂质异物进入、润滑不好等导致步进机构卡住不动作。可采取敲击、升温等方式试探。5.3.4、节流阀属一种孔板节流装置，通过微小的孔径进行节流降压。其相当于将毛细管、单向阀、过滤器集成于一体。5.4、四通阀四通阀由三部分组成：1、先导阀2、主阀3、电磁线圈5.4.1、不同状态下四通阀内部流程图电磁阀断电，先导滑阀2在弹簧3的作用下左移，高压气体进入毛细管1后进入活塞腔4，另一方面，活塞腔5的气体排出，由于活塞两端的压差作用，活塞及主滑阀6左移，使E、S接管相通，D、C接管相通,一般便形成制冷循环。5.4.1、不同状态下四通阀内部流程图电磁阀通电，先导滑阀2在电磁线圈产生的磁力的作用下右移，高压气体进入毛细管1后进入活塞腔5，另一方面，活塞腔4的气体排出，由于活塞两端的压差作用，活塞及主滑阀6右移，使S、C接管相通，D、E接管相通,一般便形成制热循环。5.4.2、常见四通阀故障故障现象直接原因解决措施1动作不良切换不良线圈故障电压不足内部毛细管堵塞更换清理2内部泄漏制冷制热不良排气温度高回气温度高磨损、，密封不良主滑阀不到位更换阀体敲击用于空调器、冷冻机等制冷设备，使系统中压缩机停止时防止高压逆流和制热时控制冷媒量，达到制热的目的。特性：采用不锈钢锥度或尼龙阀芯，密封性能好，导向稳定，阀芯在阀座内滑动灵活，无卡死现象，工作时无噪声，工作时间越长密封性能越好，泄漏量越小，使用寿命长，在高温焊接时不需冷却保护，不易变形。适用介质：R22、R407C、R410A通径：2.8-10mm5.5、单向阀5.5.1、单向阀简介5.5.2、单向阀原理原理：正向通流，反向截止注意事项：1、阀芯材料2、焊接温度反向正向5.6、截止阀1、流量2、压力损失5.7、制冷剂目前国内空调用制冷剂基本上都为R22。单工质制冷剂。化学分子式：CHF2CL，标准沸点：-40.8℃；凝固温度为：-160℃不燃烧、不爆炸、无色、无味、微毒。属于HCFC。水在R22中可溶