制冷系统原理与空调技术发展趋势讲义

2007/03空调培训资料

（基础篇）

目录：空调的简介空调的制冷原理空调制冷系统的组成空调制冷系统中制冷剂的相变主要制冷器件的介绍空调的相关国家标准空调的现状和发展前景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、250V

2、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+W2.2、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

3、空调制冷系统的构成3.1、制冷系统的组成

4、空调制冷冷系统中制制冷剂的相相变4.1、制冷过程程中的相变变4.2、制热过程程中的相变变5、主要制制冷器件的的介绍（1）四大部件件：l压缩机：l冷凝器：l节流装置：：l蒸发器：（3）制冷剂：：lR22lR410AlR407C（2）其他他l电磁阀：l截止阀：l单向阀：l过滤器：l干燥过滤器器：l四通阀l消音器l储液器5.1、压压缩机5.1.1、简介空调用压缩缩机一般为为全封闭制制冷压缩机机。分类：往复式效率低滚动转子式式：单转子双转子涡旋式高压缩机电机机：直流交流汽缸活塞叶片叶片槽5.1.2、转子式式压缩机简简介5.1.3、典型压压缩机结构构图示例双转子单转子5.1.4、涡旋压压缩机简介介涡旋压缩机机工作原理理涡旋式制冷冷压缩机的的特点：1、相邻两两室的压差差小，气体体的泄漏量量少。2、转矩变变化幅度小小、振动小小。3、没有余余隙容积，，故不存在在引起输气气系数下降降的膨胀过过程。4、无吸、、排气阀，，效率高，，可靠性高高，噪声低低。5、由于采采用气体支支承机构，，故允许带带液压缩。。6、机壳内内腔为排气气室，减少少了吸气预预热，提高高了压缩机机的输气系系数。7、涡线体体型线加工工精度非常常高，必须须采用专用用的精密加加工设备。。8、密封要要求高，密密封机构复复杂。5.1.5、直流压压缩机的分分类1、按照电电机的定子子绕线方式式：（1）分布布绕线（2）集中中绕线2、按照磁磁铁的材料料分：（1）永磁磁体（NdFeB））（2）铁氧氧体3、按照电电机的转子子磁铁的配配置方式分分：(1）转子子表面安装装磁铁的电电机（SPM）（2）转子子内部安装装磁铁的电电机（IPM）分布绕线和和集中绕线线三菱的龙骨骨电机SPM和IPM5.1.6、压缩机机常见故障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：蒸发相变的的热交换器器。在制冷冷系统中的的作用是对对外输出冷冷量，冷却却被冷却的的介质。5.2、冷凝器、、蒸发器——换热器器：冷凝器：冷凝相变的的热交换器器。在制冷冷系统中的的作用是对对外输出热热量。5.2.1、冷凝器、、蒸发器——换热器器：分类：强制通风式式、自然对流式式。组成：翅片：平片片、波纹片片、开窗片片光箔、亲水水、憎水铜管：光光管、内螺螺纹管5.2.2、冷凝器的的设计：5.2.3、蒸发器的的设计：5.2.4、冷凝器、、蒸发器常常见故障及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、节流装置置（1）毛细细管：（2）电子子膨胀阀：：（3）节流流阀（4）热力力膨胀阀5.3.1、毛细管内径0.6———2.0mm，外径2——3mm的紫铜铜管盘制而成成。5.3.1、毛细管的变变化对系统的的影响制冷系统的冷冷媒充注量一一定，在此条条件下毛细管管设计值为：：L&D，则此时如如果毛细管：：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流特性参数涉涉及：毛细管管长度&毛毛细管内径径，一般来讲讲：毛细管越越长，内径越越小，节流越越大，流量越越小。其一般来讲，，在同样的工工况下和流量量下，两参数数有以下关系系：L1L2=D2D14.6系统中毛细管管的相关问题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、电子膨胀阀阀（电磁膨胀胀阀）电子膨胀阀是是目前国内各各大制冷配件件厂家关注的的热点。特别别是目前国内内对空调进行行了节能的能能效等级划分分，以及变频频空调的相关关节能标准的的推出，推动动了国内变频频空调对电子子膨胀阀的设设计进度。电子膨胀阀作作为变频空调调中的节流器器件，是制冷冷系统中最为为关键的器件件之一。由于于变频空调的的压缩机频率率可以变化，，使得系统中中制冷剂的流流量变化，加加上工况的变变化，如果要要使换热器发挥最最大的换热效效率，使用可以调调节制冷剂流流量的电子膨膨胀阀是非常常好的设计。。目前，国内空空调器的设计计一般常用的的毛细管节流流，由于其自自身对流量的的调节能力极极小，是不适适合变频空调调的，其无法法最大限度的的发挥变频空空调的相关性性能优势。结构简介其主要组成如如下：驱动线圈阀体转转子（（阀体如图图所示）阀针节流孔管路其驱动工作原原理：是给驱动线圈圈以脉冲信号号，类似步进进电机控制，，使其带动转转子上的阀针针旋转，这样样将改变阀针针和节流孔之之间的开合大大小，从而来来调节节流口口径，实现可可变的节流控控制。5.3.2、电子膨胀阀阀的流量曲线线流量阀开度2505003.42.21.61、开环控制制：其主要是在设设计时根据不不同的工况和和频率，测试试出相应的优优化电子膨胀胀阀开度曲线线，在实际控控制时可按照照经验曲线进进行控制。目前具体的控控制有：拟合合曲线开环控控制、模糊开开环控制等。。开环控制的优优点就是控制制比较简单，，易于实现，，但缺点精度度差，控制的的鲁棒性较差差，前期确定定开度曲线的的工作量较大大。2、闭环控制制：闭环控制方案案有很多，但但从总的控制制参数方面来来看，目前主主流的方案有有两种：过热热度控制和排排气温度控制制。变频空调调在实际运行行时可适时的的根据其制冷冷系统的排气气温度特性曲曲线和过热度度特性曲线进进行自动调节节，以满足系系统运行的优优化状态。闭环控制的优优点是控制精精度较高，控控制的鲁棒性性较好，前期期设计中工作作量相对较小小，但控制算算法比较复杂杂。5.3.2、电子膨胀阀阀的控制介绍绍压缩机运行频频率室外温度排气目标温度度实测排气温度度电子膨胀阀开开度调节空调制冷系统运行5.3.3、海信的电子子膨胀阀控制制原理介绍∑5.3.3、电子膨胀阀阀－系统特性性5.3.3、电子膨胀阀阀－系统特性性5.3.3、电子膨胀阀阀故障维修电子膨胀阀一一般来讲在使使用过程中出出现问题最多多的是：不动动作。其主要导致的的原因有两方方面：1、电控驱动动方面：一般电子膨胀胀阀的驱动电电压为12V±10%。当当一些特殊情情况下如低电电压、控制板板故障等时，，其驱动电压压低于下限时时，就有可能能导致不动作作。因此因先先查驱动电压压是否正常。。2、机械故障障：此方面主要是是变形、配合合不当、磨损损、杂质异物物进入、润滑滑不好等导致致步进机构卡卡住不动作。。可采取敲击击、升温等方方式试探。5.3.4、节流阀属一种孔板节节流装置，通通过微小的孔孔径进行节流流降压。其相相当于将毛细细管、单向阀阀、过滤器集集成于一体。。5.4、四通阀四通阀由三部部分组成：1、先导阀2、主阀3、电磁线圈圈5.4.1、不同状态下下四通阀内部部流程图电磁阀断电，，先导滑阀2在弹簧3的的作用下左移移，高压气体体进入毛细管管1后进入活活塞腔4，另另一方面，活活塞腔5的的气体排出，，由于活塞两两端的压差作作用，活塞及及主滑阀6左左移，使E、、S接管相通通，D、C接管相通,一般便形成成制冷循环。。5.4.1、不同状态下下四通阀内部部流程图电磁阀通电，，先导滑阀2在电磁线圈圈产生的磁力力的作用下右右移，高压气气体进入毛细细管1后进入入活塞腔5，，另一方面，，活塞腔4的的气体排出，，由于活塞两两端的压差作作用，活塞及及主滑阀6右右移，使S、、C接管相通通，D、E接管相通,一般便形成成制热循环。。5.4.2、常见四通阀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、、冷冻机等制制冷设备，使使系统中压缩缩机停止时防防止高压逆流流和制热时控控制冷媒量，，达到制热的的目的。特性：采用不不锈钢锥度或或尼龙阀芯，，密封性能好好，导向稳定定，阀芯在阀阀座内滑动灵灵活，无卡死死现象，工作作时无噪声，，工作时间越越长密封性能能越好，泄漏漏量越小，使使用寿命长，，在高温焊接接时不需冷却却保护，不易易变形。适用介质：R22、R407C、R410A通径：2.8-10mm5.5、单向阀5.5.1、单向阀简介介5.5.2、单向阀原理理原理：正向通流，反反向截止注意事项：1、阀芯材料料2、焊接温度度反向正向5.6、截止阀1、流量2、压力损失失5.7、制冷剂目前国内空调调用制冷剂基基本上都为R22。单工质制冷冷剂。化学分子式：：CHF2CL，标准沸沸点：-40.8℃；凝固温度为为：-160℃不燃烧烧、不不爆炸炸、无无色、、无味味、微微毒。。属于于HCFC。水在R22中可可溶，，因此此需进进行水水分控控制，，否则则会发发生冰冰堵。。国外已已经有有用R410A和R407C进行替替代。。以下是是两种种新冷冷媒的的成分分组成成：成分组成R32R125R134AR410A50%50%——R407C23%25%52%R22R407CR410A压缩机专用压机、POE\PVE油专用压缩机、POE\PVE油冷凝器2.60MPa设计压力3.3MPa,设计压力4.15MPa蒸发器0.69MPa压力校验压力校验节流装置毛细管内径大毛细管内径大四通阀专用专用截止阀专用专用铜管确认耐压，和壁厚，1.1倍确认耐压，和壁厚，1.6倍干燥过滤器分子筛XH-9分子筛XH-10分子筛XH-10高分子材料CR合成橡胶HNBR合成橡胶HNBR合成橡胶两器加工水分残留少，POE挥发油水分残留少，POE挥发油焊接工艺无氯离子助焊剂无氯离子助焊剂检漏新设备新设备冷媒充注方式液态充入、压力变更液态充入、压力变更冷媒充注设备新设备新设备包装增加R407C标识增加R410A标识5.7.1、、不不同同制制冷冷剂剂所所要要求求的的设设计计与与生生产产工工艺艺对对比比能力力排气气温温度度排气气压压力力吸气气温温度度吸气气压压力力冷媒媒量量（（g））能力力*压力力*温度度5.7.2、、制制冷冷剂剂变变化化对对系系统统的的影影响响最优优点点缺氟氟过充充6、空空调调的的相相关关国国家家标标准准：：1．．GB/T7725-2004《房房间间空空气气调调节节器器》》2．．GB4706.1-1998《家家用用和和类类似似用用途途电电器器的的安安全全通通用用要要求求》》3．．GB4706.32-1996《家家用用和和类类似似用用途途电电器器的的安安全全热热泵泵、、空空调调器器和和除除湿湿机机的的特特殊殊要要求求》》4．．GB4343-1995《家家用用和和类类似似用用途途电电动动、、电电热热器器具具，，电电动动工工具具以以及及类类似似电电器器无无线线电电干干扰扰特特性性测测量量方方法法和和允允许许值值》》5．．GB4343.2-1999《家家用用电电器器、、电电动动工工具具和和类类似似器器具具的的要要求求第第2部分分：：抗抗扰扰度度——产产品品类类标标准准》》GB17625.1-1998《低低压压电电气气及及电电子子设设备备发发出出的的谐谐波波电电流流限限值值（（设设备备每每相相输输入入电电流流≤≤A）》》GB12021.3《《房房间间空空调调器器能能源源效效率率等等级级》》6.1、、标标准准简简介介6.1、GB/T7725-2004：：

项目名称电源室内侧回风状态℃室外侧进风状态℃

干球温度湿球温度干球温度湿球温度制冷额定制冷220V27193524

最大运行198V32234326

242V32234326

冻

结220V213）1521—

最小运行220V213）15

凝露220V27242724

制热额定高温220V201576

额定低温220V201521

额定超低温220V2015-7-8

最大制热运行198V27—2418

242V27—2418

最小制热运行7)220V20—-5-6

自运除霜220V201221

超低温制热220V20———6.3、GB12021.3：：一，制冷量4500W以下的能效等级级别原来国家标准EER新国家标准EER五级2.352.60四级2.552.80三级2.753.00二级2.953.20一级3.153.40二，制冷量4500W-7100W的能效等级级别原来国家标准EER新国家标准EER五级2.252.50四级2.452.70三级2.652.90二级2.853.10一级3.053.30三，制冷量7100W－14000W的能效等级级别原来国家标准EER新国家标准EER五级2.152.40四级2.352.60三级2.552.80二级2.753.00一级2.953.206.3、、空空调调的的能能效效比比能效效比比：：EnergyEfficiencyRatio在额额定定工工况况和和规规定定条条件件下下，，空空调调器器进进行行制制冷冷运运行行时时，，制制冷冷量量与与有有效效输输入入功功率率之之比比，，其其值值用用W/W表表示示，，缩缩写写：：E.E.R.EER(能能效效比比)=制制冷冷量量/耗耗功功功功率率。。国家家标标准准规规定定：：室室外外：：35°°C/24°C室室内内：：27°°C/19°°C测得得制制冷冷量量和和制制冷冷功功率率求求出出EER。。如如：：EER=2613/1000=2.613性能系数：CoefficientOfPerformance在额定工况（（高温）和规规定条件下，，空调器进行行热泵制热运运行时，制热热量与有效输输入功率(effectivepowerinput)*之比，，其值用W/W表示。缩缩写C.O.P.COP(能能效比)=制热量/耗功功功率。国家标准规定定：室室外：7°C/6°°C室室内：20°°C/15°C测得制冷量和和制冷功率求求出EER。。如：COP=3606/1200=3.006.4、季节节能效比：制冷季节能源源消耗效率:SEERSeasonalEnergyEfficiencyRatio制冷季节期间间，空调器进进行制冷运行行时从室内除除去的热量总总和与消耗电电量的总和之之比。制热季节能源源消耗效率:HSPFHeatingSeasonalPerformanceFactor制热季节期间间，空调器进进行热泵制热热运行时，送送入室内的热热量总和与消消耗电量的总总和之比。6.4、变频频空调的能效效分级：1、上海地方方标准----已于2006.06在上海地区区实施《变速（变频频）房间空气气调节器能源源效率限定值值及能效等级级》其对变频空调调的节能评价价是按照GB/T7725-2004中要求求，以SEER进行评价价，具具体能源效率率等级指标（（SEER不不低于）如下下：2、国家标准准----已已于2007.02在审审定完成其对变频空调调的节能评价价也是以SEER进行评评价，即将出出台的具体能源效率率等级指标（（SEER不不低于）如下下：类型额定制冷量（CC,W）能效等级54321分体式CC≤4500≥3.00≥3.40≥3.90≥4.50≥5.204500＜CC≤7100≥2.90≥3.20≥3.60≥4.10≥4.707100＜CC≤14000≥2.80≥3.00≥3.30≥3.70≥4.20类型额定制冷量（CC,W）能效等级54321分体式CC≤4500≥3.30≥3.80≥4.40≥5.10≥6.004500＜CC≤7100≥3.10≥3.40≥3.70≥4.10≥4.807100＜CC≤14000≥3.00≥3.30≥3.60≥3.90≥4.706.5、案例例：6.5、案例例：海信KFR-23**GW/BP空空调：1、如果使用用毛细管设计计：则额定制冷量＝＝2277W额定定能效比＝3.266中间制冷量＝＝1378W中间间能效比＝3.695则:SEER=4.24652、如果使用用电子膨胀阀阀设计：则额定制冷量＝＝2277W额定定能效比＝3.266中间制冷量＝＝1439W中间间能效比＝3.787则:SEER=4.34267、空调的现状状和发展前景景7.1、节能能性：目前，由于能能源资源问题题的供需矛盾盾的日益突出出，使得各国国家对于空调调器的节能方方面的性能指指标提出了强强制性的标准准和法规。附：2002年日本家电制制品省工最新新报告日本空调的相相关节能法。。（2003年年10月实施施）日本的标准2500以下2500——32003200——40004000以上分体机5.274.903.652200W2500W2800W3600WEER制冷6.296.026.094.74制热6.045.915.935.52厂家松下三菱重工日立松下欧洲空调的相相关节能法：：制冷制热A3.2<EEREER>3.60B3.20>EER>3.003.60>EER>3.40C3.00>EER>2.803.40>EER>3.20D2.80>EER>2.603.20>EER>2.80E2.60>EER>2.402.80>EER>2.60F2.40>EER>2.202.60>EER>2.40G2.20>EER2.40>EER风冷分体式空空调的能效比比分级：7.2、环境境保护环保：（1）工质替代：：1987年《《蒙特利尔尔协定》GWP：GlobalWarmingPotential全全球变暖潜潜能值ODP：OzoneDepletionPotential消消耗臭氧潜潜能值R22：：属HCFC：：碳氟氯化氢氢R410A、R407C替代：属HFC：：碳氟化氢（2）环保保材料的使使用：日本本的回收法法（3）电磁兼容：：EMCEMIEMS7.3、舒舒适性l舒适性：温度控制：：控制精度度提高、温温度区域的的控制、多点控制（（如体感传传感器、红红外感温））、湿度控制：：相对湿度度传感器、、不降温除湿湿加湿控制降低噪音：：大直径的的贯流风扇扇空气动力降降噪设计空气清新：：除尘：：防霉过滤滤网、活性性炭、光触触媒、冷触触媒除菌：紫外外线、负离离子、高压压静电换新风制氧：富氧氧膜、7.4、外外观造型随着生活水水平的提高高，消费者者对空调的的外观造型型提出了越越来越高的的要求。l新技术新材材料的应用用。l个性化的外外观设计。。l便于拆卸清清洗的设计计。l平面化隐藏藏设计。8、典型的的制冷系统统设计：8.1、一一般的热泵泵型空调的的制冷系统统8.2、不不降温除湿湿空调制冷冷系统8.3、旁旁通除霜的的空调制冷冷系统8.4、一一拖多的空空调制冷系系统8.1、一般的热泵泵型空调的的制冷系统统8.2、制制冷剂循环环图－不降降温除湿8.2、制制冷剂循环环图（Ⅱ））室内换热器器及管路关键管路说明：节流消音器器与常开电电磁阀并联联。室内制冷系系统关键管路室外换热器器及管路室外制冷系系统说明：双毛细管结结构与常闭闭电磁阀并并联。8.3、旁通除霜的的热泵型空空调的制冷冷系统8.4、一拖多空调调的制冷系系统9、结束问题解答问题交流谢谢！！9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。1月月-231月月-23Saturday,January7,202310、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。19:27:3119:27:3119:271/7/20237:27:31PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。1月-2319:27:3119:27Jan-2307-Jan-2312、故人江海别别，几度隔山山川。。19:27:3119:27:3119:27Saturday,January7,202313、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。1月月-231月月-2319:27:3119:27:31January7,202314、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。07一一月月20237:27:31下下午19:27:311月-2315、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。。一月月237:27下下午午1月月-2319:27January7,202316、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2023/1/719:27:3219:27:3207January202317、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。7:27:32下下午7:27下下午19:27:321月-239、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。1月-231月-23Saturday,January7,202310、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。19:27:3219:27:3219:271/7/20237:27:32PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累