空调基础知识

空调基础知识 上 1 空调制冷运行原理 以家用空调为例 空调在作制冷运行时 低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制 冷剂气体 高温高压的制冷剂气体在室外换热器中放热 通过冷凝器冷凝 变成中温高压 的液体 热量通过室外循环空气带走 中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为 低温低压的液体 低温低压的液体制冷剂在室内换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体 室内空气经过换热器表面被冷却降温 达到使室内温度下降的目的 低温低压的制冷 剂气体再被压缩机吸入 如此循环 2 空调制热运行原理 以家用空调为例 低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体 高温高压的 制冷剂气体在室内换热器中放热变成中温高压的液体 室内空气经过换热器表面被加热 达到使室内温度升高的目的 中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为低温低压 的液体 低温低压的液体在换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体 室外空气经过换热 器表面被冷却降温 低温低压的气体再被压缩机吸入 如此循环 4 空调机组的分类 空调机组按空气处理的要求可分为 冷 热风机 仅实现对室内空气温度的调节和控制 除湿机 仅实现对室内空气的湿度调节 恒温恒湿机 实现对室内空气的温度和湿度同时进行调节和控制 空调机组按规格和型式的不同 通常可分为 窗式空调器 柜式空调器 分体式空调器或空调机 集中式空调机 空调机组按空气处理设备的集中程度可分为 集中式空调系统 半集中式空调系统 分散式空调系统 5 简单介绍一下房间空调器 空调器的类型和特点 小型整体式 如窗式和移动式 和分体式空调器统称为房间空调器 我国标准规定 房间空调器的制冷量在 9000W 以下的 使用全封闭式压缩机和风冷式冷凝器 电源可以是 单相 也可以是三相 它是局部式空调器中的一类 广泛用于家庭 办公室等场所 因此 又把他称为家用空调器 代号 房间空调器 K 整体式 C 窗式 冷风型 L 代号可省略 热泵型 R 电热型 D 热泵辅助电热型 Rd 分体式 F 冷风型 L 代号可省略 热泵型 R 电热型 D 热泵辅助电热型 Rd 室内机组 吊顶式 D 挂壁式 G 落地式 L 嵌入式 Q 台式 T 室外机组 W 在低于 5 度的室外环境下 热泵型空调器不再适用 而必须用电热型空调器制热 房间空调器的使用环境 空调器最高工作温度限制在 43 度以下 热泵式空调器的最低工作环境温度为 5 度 这是因为空调器的压缩机和电动机封闭在同一个壳体里 电动机的绝缘温度等级决定了对 压缩机最高环境温度的限制 如果环境温度过高 则压缩机工作时冷凝温度随之提高 使 压缩机排气温度过热 造成压缩机超负荷工作 使过载保护器切断电源而停机 另外 电 动机的绝缘因承受不了过高温度而遭破坏 甚至使电动机烧毁 对于热泵式空调器 如果 环境温度过低 其蒸发器里的制冷剂得不到充分的蒸发 被吸入压缩机 产生液击事故 并导致机件磨损和老化 对于电热式空调器 冬季工况下 压缩机不工作 只有电热器在 工作 因此对最低环境温度无严格限制 对于热泵型和热泵辅助电热型空调器 若不带除 霜装置 则其使用的最低环境温度为 5 度 如果低于 5 度 则在室外的蒸发器就要结冰霜 使气流受阻 空调器就不能正常工作 若带除霜装置 则使用的最低环境温度可以为 5 度 电源 可以是单相 220V 也可以是三相 380V 一些工作电源为 60 赫兹的空调器 可以运行于 50 赫兹的电压下 但反之 禁止 60 赫兹下运转的二级电动机同步转速为 3500 在 50 赫兹下运转降为 2900 故随 着电源频率下降 空调器的制冷量也同时减少 噪声也随之降低 国家标准规定名义制冷量的测试条件为 室内干球温度为 27 度 湿球温度为 19 5 度 室外干球温度为 35 度 湿球温度为 24 度 国家还规定 允许空调器的实际制冷量可 比名义值低 8 空调器的性能系数 能效比 性能系数 又叫能效比或制冷系数 它是指空调 器制冷运行时 制冷量与所消耗总功率之比 其单位为 W W 即 ERR 实际制冷量 实际消耗总功率 W W 铭牌制冷量 铭牌输入功率 W W 性能系数的物理意义就是每消耗 1W 电能所能产生的冷量数 所以制冷系数高的空调 器 产生同等冷量就比较省电 对空调器的噪音有一定的要求 一般要求低于 60 分贝 6 变频式空调器的原理和特性 工作原理和特点 变频式空调器的工作原理是压缩机由变频式电动机拖动 电源变频器输出频率变化的交流 电给电动机 使电动机的转速可以根据室内制冷量的需要而连续变化 最终压缩机的制冷 量达到连续变化的自动控制 为了配合制冷量的连续变化 空调器制冷系统中采用了新颖 的电子膨胀阀 由脉冲电动机开关阀芯 快速控制进入蒸发器的制冷剂流量 变频式空调器的制冷系统由压缩机 室内换热器 室外换热器 电磁四通阀 电子膨 胀阀 除霜二通阀 毛细管等部件组成 由微电脑控制电子膨胀阀的开度 保持适当的制 冷剂流量 在室外换热器除霜的短时间里 制冷剂通过除霜二通电磁阀进入室外换热器加 热换热器除霜 结束后阀关闭 恢复正常的工况运行 变频式空调器的制冷系统由压缩机 室内换热器 室外换热器 电磁四通阀 电子膨胀阀 除霜二通阀 毛细管等部件组成 由微电脑控制电子膨胀阀的开度 保持适当的制冷剂流量 在室外换热器除霜的短时间里 制冷剂通过除霜二通电磁阀进入室外换热器加热换热器除霜 结束后阀关闭 恢复正常的 工况运行 二 空调系统主要部件介绍 空调系统有四大件 它们是压缩机 冷凝器 蒸发器和节流部件 1 压缩机 压缩机是整个空调系统的核心 也是系统动力的源泉 整个空调的动力 全部由压缩 机来提供 压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去 在空调中它的目的就 是把低温的气体通过压缩机压缩成高温的气体 最后气体在换热器中和其他的介质进行换 热 所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果 根据蒸气的原理 压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型 容积型压缩机通过对 运动机构作功 以减少压缩室容积 提高蒸气压力来完成压缩功能 速度型压缩机则由旋 转部件连续将角动量转换给蒸气 再将该动量转为压力 根据压缩方式 容积型压缩机可 分为活塞式和回转式两大类 回转式又可分为滚动活塞式 滑片式 单螺杆式 双螺杆式 涡旋式 速度型压缩机有离心式 从压缩机结构上来看 又可将压缩机分为开启式 半封闭式和全封闭式 开启式压缩 机的主轴伸出机体外 通过传动装置 传动带或联轴节 与原动机相连接 在伸出部分必 须有轴封装置 使主轴和机体间密封来防止制冷剂泄露 封闭式压缩机的结构是将电动机 和压缩机连成整体 装在同一机体内 因而可以取消轴封装置 避免了泄漏制冷剂的可能 这样 电动机便处于四周是制冷剂的环境中 称为内装式电动机 封闭式压缩机又可分为 半封闭和全封闭两种型式 半封闭式的机体用螺栓连接 因此和开启式一样可以拆开维修 全封闭式的机体则装在一个焊接起来的外壳中 无法拆开维修 2 换热器 根据在空调上的作用不同 可分为冷凝器和蒸发器 现在就冷凝器和蒸发器的分类和 区别述说一下 1 冷凝器 冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽冷却成液体或气液混合物 制冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质 水或空气 带走 冷凝器按其冷却介质和冷却 的方式 可以分为水冷式 空气冷却式 水和空气混合冷却式三种类型 水冷式冷凝器 冷凝器中制冷剂的热量被冷却水带走 冷却水可以一次流过 也可以循环使用 当循 环使用时 需设置冷却塔或冷却水池 水冷式冷凝器分为壳管式 套管式 板式 螺旋板 式等几种类型 空气冷却式冷凝器 冷凝器中制冷剂放出的热量被空气带走 制冷剂在管内冷凝 这种冷凝器中有自然对 流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器 通常 空气冷却式冷凝器也叫风冷冷 凝器 水和空气联合冷却式冷凝器 冷凝器中制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走 冷却水在管外喷淋蒸发时 吸 收气化潜热 使管内制冷剂冷却和冷凝 因此耗水量少 这类冷凝器中有淋水式冷凝器和 蒸发式冷凝器两种类型 2 蒸发器 蒸发器的作用是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发 转变为蒸气并吸收被冷却介质的热 量 达到制冷目的 蒸发器的种类 蒸发器按冷却介质的不同 分为冷却液体载冷剂 冷却空气或其他气体的两大类型 在冷却液体载冷剂的蒸发器中 有水箱式 沉浸式 蒸发器 包括立管式 螺旋管式 蛇型式 板式蒸发器 螺旋板式蒸发器 壳管式蒸发器 包括卧式蒸发器 干式蒸发器 等 在冷却空气蒸发器中 有空调用翅片蒸发器 冷冻冷藏用空气空气冷却器 冷风机 及排管蒸发器等 小型别墅式及模块化风冷热泵冷热水机组的水侧换热器的型式有 套管式 板式及立 式盘管式 整体式机组一般使用干式壳管式换热器 套管式换热器的特点为结构简单 价 格低 传热性能好 问题是阻力损失大 水垢不易清除 加工时特别注意不应使内管破裂 或损伤 否则 水进入制冷系统 导致系统故障和压缩机损坏 立式盘管式换热器结构简 单 价格便宜 但要特别注意制冷时的回油问题 板式换热器传热效率高 一般为壳管式 的 3 倍 所以体积小 结构紧凑 使用中要注意的问题是 板间间隙小 容易结垢 对水 质要求高 若水阻塞 会造成蒸发器温度下降 板间结冰 冻裂 由于板壁薄 也容易产 生机械损伤 在水质差的地方 板实换热器的问题较多 其价格也比较高 中大型整体式 机组使用的干式壳管式换热器 管内走制冷剂 管外走水 夏季运行时水冻结的危险性小 结构紧凑 腐蚀缓慢 但冬季作为冷凝器使用时 制冷剂在管内冷凝 其传热系数比制冷 剂在管外冷凝小 热泵型冷水机组中的制冷剂一水换热器以采用波纹状的内螺纹管比较合 适 各种水侧换热器各有其特点 对于套管式和立式盘管式换热器 要注意在设计与制造 时要解决其主要问题 使用板式换热器还应使用户了解其特点 重视水质问题 水侧换热 器要有有效防冻保护 空调基础知识 下 3 节流部件 节流部件 节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一 它的作用是使冷凝器出来的高压液体 节流降压 使液态制冷剂在低压 低温 下汽化吸热 所以 它是维持冷凝器中为高压 蒸发器为低压的重要部件 节流部件按形式 可分为毛细管和节流阀 前者 用在较小的制冷设备中 如电冰箱 中装在冷凝器和蒸发器之间的毛细管即是节流机构的一种 后者用在较大的制冷设备中 在大 中型装置中应用的节流机构为节流阀 常用的节流阀有三种 即手动膨胀阀 浮球 调节阀和热力膨胀阀 后两种为自动调节的节流阀 膨胀阀按膨胀的类型可分为电磁膨胀 阀和热力膨胀阀等 小型风冷型热泵冷水机组用一个热力膨胀阀 由 4 个单向阀控制制冷 制热走向 也 有用毛细管做制热时辅助节流用 中大型机组由于制冷 制热不同工况制冷剂循环量变化 大 需两个或多个热力膨胀阀以适应工况要求 在液态管路阻力大的场合 如分液头阻力 大 要注意适当极大相应膨胀阀的容量 以免出现供液不足的情况 使用双向膨胀阀的机 组 可使管路简化 降低流动阻力 但系统中设置储液器时 管路走向比较困难 如制热 时 高压液体出储液器进入膨胀阀 而制冷时 节流后的气液混合物进入储液器 在进蒸 发器时难以保证以液体为主 要解决这个问题又要在管路上增加单向阀等元件 故对于不 使用储液器的系统使用双向膨胀阀较为有利 4 气液分离器 在蒸发器中 由于液体在蒸发器中蒸发 由液体变为气体的过程 由于考虑负荷的 变化 可能会有一部分的制冷剂未全部蒸发 而会直接进入到压缩机 由于液体的不可压 缩性 所以在未进入压缩机之前 首先要通过气液分离器 以确保进入压缩机全部为汽体 保证压缩机能正常的运转 气液分离器安装与压缩机的进口端 主要是防止返回压缩机的低压低温蒸汽携带过 多的液滴 防止液体制冷剂进入压缩机气缸 分离器同时具有过滤 回油 贮液等功能 气液分离器使用时应注意 尽可能靠近压缩机 在换向系统中 气液分离器应该安装在换向阀和压缩机之间 正确的安装进口 从蒸发器来 出口 去压缩机吸气口 必须向上安装 合适大小的气液分离器的接口不一定和压缩机的吸气口一致 5 风机 风机是交流单 三相感应电动机与叶轮组合而成 风机分为轴流风机和离心风机 风机包括定速和变速两大系列 风扇分为金属风叶 塑料风叶和金属浇注风叶等 叶型有多种 风机的噪声包括电动机电磁噪声 机械噪声和叶片气动噪声 轴流风机工作时 叶片 周期性地承受不均匀气流的脉动作用 产生噪声 另一方面 由于叶片上压力分布的不均 匀 转动时对周围气体及零件的扰动亦构成旋转噪声 此外 由于气体流经叶片时产生湍 流附面层 旋涡脱离 引起叶片上压力分布的脉动而产生涡流噪声 旋转噪声和涡流噪声 合成了风机的气动噪声 因此控制叶片气动噪声是减少风机噪声的根本 另外组成风机的 导流罩 电机支架的结构及风机与风冷冷凝器匹配与否也在相当程度上影响到风机的性能 对此也必须作仔细的研究 在低压力大流量轴流风机中 为了增大气体流通部分的面积 风机的轮毂比 V d D 一 般都取得比较小 在这种情况下 为了减少叶片的扭曲程度以及能充分利用外径处线速度 较大的叶片部分来传递能量 通常采用指数更小的变环量设计 这将增大叶轮内流线由内 向外的偏移程度 在叶片根部会产生一向外的径向分力 因而大大增加了叶片外径处的二 次流损失 恶化了风机的工作性能 采用的前向弯掠扭曲板型叶片 叶片轴线在外段部分 向旋转方向弯曲而根部为直线 因此叶片不会产生附加径向力 这将大大改善叶片外径和 根部的气体流动状况 减少气体二次流损失 噪声降低 效率提高 6 储液器 制冷系统中的高压储液器 也称储液筒 是装在冷凝器和膨胀阀之间的 它的功能可 归纳为以几个方面 1 储存冷凝器的凝液 避免凝液在冷凝器中积存过多而使传热面积变小 影响冷凝器的传热效果 2 适应蒸发器的负荷变动对供应量的需求 在蒸发负荷增大时 供应量也增大 由储液器的存液补给 负荷变小时 需要液量也 变小 多余的液体储存在储液罐里 3 作为系统中高低压侧之间的液封 因为出液管是插在液面下 故可防止高压侧的蒸汽和不凝性的气体进入低压侧 同时 储液器也起到过滤和消音的作用 储液器的形式有多种 有单向和双向之分 有一出口和两出口之分 有立式和卧式 之分 7 油气分离器 油气分离器安装在压缩机和冷凝器之间 它的工作原理为 压缩机的排气是氟里昂和润滑油的混合气体 通过油分离器的较 大的腔体减速 雾状的油就会聚集在冲击的表面上 当聚集成较大的油滴后 流向油分离 器的底部 并通过回油装置返回压缩机 8 干燥过滤器 过滤器的作用是 为了防止制冷剂里含有水份或由于不可减少的元素等原因使系统 里进入水份 当从冷凝器出来的高温液体进入膨胀阀后 液体的温度会大幅度的下降 一 般都在零度以下 这时如果系统里含有水分的话 由于膨胀阀通过的截面很小 就会易出 现冰堵的现象 影响系统的正常的运行 目前市场上有三种类型的干燥过滤器 松散添充型干燥过滤器 珠状干燥剂填充在带有滤网的外壳内 块状干燥过滤器 由树脂固化在一起形成的块状干燥剂 压紧型珠状干燥过滤器 由分子筛材料及氧化铝构成的珠状混合物被压在由钢制弹簧 压紧的两个玻璃纤维之间 9 四通换向阀 四通换向阀适用于中央空调 单元式空调器等热泵型空调系统 它被用来切换制冷工 质的流通路径 以达到制冷和制热的目的 10 水泵 水泵 是用于加速水流动的工具 以达到加强水在换热器中换热的效果 11 水流开关 水流开关用作管道内流体流量的控制或断流保护 当流体流量到达调定值时 开关自 动切断 或接通 电路 12 压力控制器 压力控制器用作压力控制和压力保护之用 机组有低压和高压控制器 用来控制系统 的压力的工作范围 当系统压力到调定值时 开关自动切断 或接通 电路 13 压差控制器 压差控制器用作压力差的控制 当压力差到达调定值时 开关自动切断 或接通 电路 14 温度控制器 温度控制器用作机组的控制或保护 当温度到