制冷系統(tǒng)匹配基礎(chǔ)知識

一、制冷基本原理
定義

制冷的基本原理及基本方法

單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
1、定義
制冷：從低于環(huán)境的物體中吸取熱量，并將其轉(zhuǎn)移給環(huán)境介質(zhì)的過程。
制冷機：完成制冷循環(huán)所必需的機器和設(shè)備的總稱。
制冷裝置：將制冷機同使用冷量的設(shè)施結(jié)合在一起的裝置。如冰箱，空調(diào)機等。
制冷劑：除半導(dǎo)體制冷以外，制冷機都是依靠內(nèi)部循環(huán)流動的工作介質(zhì)來實現(xiàn)制冷過程，完成這種功能的工作介質(zhì)，稱為制冷劑，也稱制冷工質(zhì)，俗稱雪種。
2、制冷的基本原理
由于熱量只能自動地從高溫物體傳給低溫物體，因此實現(xiàn)制冷必須包括消耗能量的補償過程。
制冷機的基本原理：利用某種工質(zhì)的狀態(tài)變化，從較低溫度的熱源吸取一定的熱量Q0，通過一個消耗功W的補償過程，向較高溫度的熱源放出熱量Qk,。在這一過程中，由能量守恒得 Qk= Q0 + W。
3、制冷的基本方法
3、制冷的基本方法
相變制冷：利用液體在低溫下的蒸發(fā)過程或固體在低溫下的熔化或升華過程向被冷卻物體吸取熱量。普通空調(diào)器都是這種制冷方法。
氣體膨脹制冷：高壓氣體經(jīng)絕熱膨脹后可達到較低的溫度，令低壓氣體復(fù)熱即可制冷。
氣體渦流制冷：高壓氣體經(jīng)過渦流管膨脹后即可分離為熱、冷兩股氣流，利用冷氣流的復(fù)熱過程即可制冷。
熱電制冷：令直流電通過半導(dǎo)體熱電堆，即可在一端產(chǎn)生冷效應(yīng)，在另一端產(chǎn)生熱效應(yīng)。
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
蒸氣壓縮式制冷機是目前應(yīng)用最廣泛的一種制冷機，有單級、多級和復(fù)疊式之分。

單級壓縮蒸氣制冷機是指將制冷劑經(jīng)過一級壓縮從蒸發(fā)壓力壓縮到冷凝壓力的制冷機。單級制冷機一般可用來制取-40℃以上的低溫。

普通的空調(diào)器都是利用單級壓縮蒸氣制冷機的原理制造的。
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
單級壓縮蒸氣制冷機的由以下幾個基本組成部份：
壓縮機
冷凝器
節(jié)流機構(gòu)（毛細管）
蒸發(fā)器
制冷劑
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
壓縮機：它的作用是將蒸發(fā)器中的低溫低壓制冷劑蒸氣吸入，并壓縮到高溫高壓的過熱蒸氣，然后排到冷凝器。

常用的壓縮機有活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式、螺桿式和離心式等等。

壓縮機有定速壓縮機和變頻壓縮機?，F(xiàn)在最新的有變?nèi)萘康膲嚎s機，例如美的MDV用的谷輪“e-渦旋”壓縮機可以在10%-100%之間調(diào)節(jié)輸出量，運用“TS”技術(shù)可以使壓縮機的能力輸出實現(xiàn)級量調(diào)節(jié)，在控制方面比變頻壓縮機簡單、可靠，更接近空調(diào)器的實際負荷要求。
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
冷凝器：它的作用是將來自壓縮機的高溫高壓制冷劑蒸氣冷凝成過冷的液體，在冷凝過程中，制冷劑蒸氣放出熱量，故要用水或空氣來冷卻。

不同制冷劑有不同的冷凝壓力。普通家用空調(diào)器冷凝器里面的制冷劑（R22）壓力：標準制冷工況下一般在18 — 19 bar左右，過負荷工況下一般在22—24bar左右。
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
節(jié)流機構(gòu)：普通空調(diào)常用的是毛細管，高檔的空調(diào)器用電子膨脹閥。制冷劑經(jīng)過節(jié)流機構(gòu)時，壓力由冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，一部份制冷劑會在節(jié)流的過程中閃發(fā)成為氣體。

節(jié)流過程中制冷劑的焓值不變。

普通的家用空調(diào)器節(jié)流結(jié)束時大約有20%的制冷劑會閃發(fā)成氣體。制冷劑沒有蒸發(fā)就閃發(fā)成氣體降低了空調(diào)器的性能。
4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)
蒸發(fā)器：它的作用是使經(jīng)節(jié)流機構(gòu)后的制冷劑液體蒸發(fā)成蒸氣，以吸收被冷卻物體的熱量。蒸發(fā)器是對外輸出冷量的設(shè)備。

普通家用空調(diào)器蒸發(fā)器里的制冷劑（R22）的蒸發(fā)壓力在5.5-6.5bar左右。
系統(tǒng)匹配步驟：

選壓縮機

選冷凝器

選蒸發(fā)器

估算制冷劑充注量

匹配制冷系統(tǒng)

不合格項目的整改
二、系統(tǒng)匹配
一般來說，新匹配一臺空調(diào)器都有一個參考機型

新匹配機的性能指標對壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器的選擇有很大關(guān)系。

室外機、室內(nèi)機的電機轉(zhuǎn)速-風(fēng)量-噪音是首先要摸底搞清楚的。
1、選壓縮機
根據(jù)實際情況選擇壓縮機型式：活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式及其電源規(guī)格
一般來說，家用空調(diào)器中活塞式用得比較少，T3型空調(diào)器一般會選擇活塞式壓縮機。
目前3P以下的家用空調(diào)器大多數(shù)都是轉(zhuǎn)子式壓縮機。轉(zhuǎn)子壓縮機又分單轉(zhuǎn)子與雙轉(zhuǎn)子壓縮機。
3P以上的家用空調(diào)器一般會使用渦旋式壓縮機。

根據(jù)空調(diào)器的制冷量大小來選擇壓縮機的大小，一般來說按空調(diào)器的額定制冷量是壓縮機的單體能力的90%來選擇。

壓縮機每一個排量（1cc）的能力約為175W。
2、選冷凝器
長U管管徑，內(nèi)螺紋管還是光管
在正常的范圍內(nèi)，管徑越小，換熱系數(shù)越大，耐壓也越大，但流動阻力也越大。
內(nèi)螺紋管比光管換熱系數(shù)高，不同形式的內(nèi)螺紋管換熱系數(shù)也不一樣
小管徑冷凝器及新型的內(nèi)螺紋管的研究是一個重要的方向。
選擇非親水鋁箔（普通鋁箔）還是親水鋁箔，選擇片型是平片、沖縫片還是波紋片，選擇片距
選擇其它型式的冷凝器
高效的冷凝器有全鋁冷凝器、全銅冷凝器等等
3、選蒸發(fā)器
長U管管徑，內(nèi)螺紋管還是光管
一般來說蒸發(fā)器的長U管徑可以選擇小管徑的。
選擇親水鋁箔
一般選擇沖縫片，最小片距可達1.3mm。

4、估算制冷劑充注量
參考機型的制冷劑充注量
一臺空調(diào)正常狀態(tài)下約有60%的制冷劑會在室外側(cè)的冷凝器里，約40%的制冷劑在室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器里。
以參考機型為基礎(chǔ)，算出冷凝器和蒸發(fā)器內(nèi)容積增大（或減少）的比例，估算出大概的制冷劑充注量。
比如說：參考機型充注量為1000g，內(nèi)機不變，室外機冷凝器由單排變?yōu)?/SPAN>1.5排：側(cè)估算充注量為：
1000*0.6*1.5+1000*0.4=1300(g)
一般來說，估算的充注量要比最后的要稍多。這個只能靠經(jīng)驗掌握。估算的只能提供一個大概。

5、匹配制冷系統(tǒng)
以下各點是對一般情況而言的，以下數(shù)據(jù)做一個參考。
*制冷工況匹配，以下對策中的“增加冷媒”僅作為最后的手段，此方法應(yīng)該盡量避免。
在標準制冷工況下匹配的目標：
1）排氣溫度目標值：85-90℃
高于目標值，則應(yīng)該減短毛細管，加大室外機風(fēng)量或追加冷媒。
低于目標值，則加長毛細管，減少冷媒。
如果是特別匹配的高效制冷系統(tǒng)，排氣溫度較低，一般在70-80 ℃。


2）冷凝器中部溫度目標值：45-50℃左右，過冷度目標值在5-10 ℃左右

冷凝器出口最低在37-38 ℃，若過低則與環(huán)境35 ℃溫差太小，換熱量很少

冷凝器中部溫度高于目標值，則應(yīng)該減短毛細管，加大室外機風(fēng)量或加大冷凝器。

冷凝器中部溫度低于目標值，則應(yīng)該加長毛細管，追加冷媒。
3）蒸發(fā)器中部溫度目標值：8-12℃左右，過熱度目標值在0-1 ℃左右
蒸發(fā)器中部溫度值高于目標值則加長毛細管。

蒸發(fā)器中部溫度值低于目標值則減短毛細管，加大室內(nèi)機風(fēng)量或加大蒸發(fā)器。

蒸發(fā)器過熱度值高于目標值則減短毛細管，增加冷媒。

蒸發(fā)器過熱度值低于目標值則加長毛細管，加大室內(nèi)機風(fēng)量，減少冷媒或加大蒸發(fā)器。
4）壓縮機回氣溫度比蒸發(fā)器出口溫度可高出1-2℃左右。
若回氣溫度高出出口溫度較大，比如出口為10 ℃，而壓縮機回氣有20 ℃，這個是壓縮機排氣溫度上升的原因，應(yīng)該減短毛細管或增加冷媒。

若回氣溫度低于出口溫度很多，比如出口為10 ℃，而壓縮機回氣有5 ℃，這個是壓縮機排氣溫度下降的原因，這時候冷媒在蒸發(fā)器中不能充分蒸發(fā)而導(dǎo)致能力不足，應(yīng)該加長毛細管或減少冷媒。

6）制冷過負荷工況下。
若OLP動作，則應(yīng)該加大外側(cè)風(fēng)量，冷媒增多壓縮機負荷加大，如果可能的話可減短毛細管，并減少冷媒，或加大冷凝器。

保證高壓側(cè)壓力不超過26.5bar， 26.5bar對應(yīng)冷凝器中部溫度65 ℃左右。

壓縮機排氣溫度一般要在115 ℃以下，不要超過125 ℃，壓縮機電機的線圈溫度比排氣溫度高10 ℃左右，溫度過高的話可能燒線圈。排氣溫度過高時可減短毛細管或加大冷凝器或增加冷媒（注意減短毛細管時可能會使標準工況下能力下降）


7） 過載保護器OLP（Over Load Protector）動作
過載保護器是由電流與溫度共同控制的。
OLP曲線圖有兩種表示型式。如下圖，分三個區(qū)域或兩個區(qū)域。
如圖所示的OLP曲線，當電流為 I1 時只要壓縮機溫度小于 t1 壓縮機的OLP是不會動作的?；蛘撸攭嚎s機溫度是 t1 時，壓縮機的電流小于 I1 時，OLP不會動作。
8）最小制冷工況下。
蒸發(fā)器溫度不能低于0 ℃ ，到0 ℃ 以下時，蒸發(fā)器上附著的除濕水份會開始凍結(jié)，不能制冷，當冰成塊掉下來的時候會打壞風(fēng)輪。

空調(diào)器的防凍結(jié)功能，當檢測到蒸發(fā)器的溫度T2連續(xù)一段時間低于某溫度值時，壓縮機停止工作，等到T2上升到某溫度時才開始工作。如美的分體機：T2連續(xù)5分鐘低于2 ℃則停壓縮機，內(nèi)風(fēng)機轉(zhuǎn)速不變，T2上升到8 ℃后再開壓縮機。

確保壓縮機殼體底部溫度高于冷凝器中部溫度5 ℃以上。若不能保證，壓縮機油會被冷媒稀釋，潤滑油會失去機能，這樣壓縮機滑動部分開始磨損，最終造成不能運轉(zhuǎn)。


9）匹配性能時
調(diào)節(jié)毛細管和冷媒量的組合，可得出對應(yīng)的出風(fēng)溫度，選擇出風(fēng)溫度最低的毛細管和冷媒量的組合測試能力。針對測試結(jié)果作一些微調(diào)節(jié)，把空調(diào)各參數(shù)到匹配到一個最佳組合。

10）不合格項目微調(diào)與整改
能力不足：
壓縮機是否過?。?
毛細管與冷媒量是否是最佳組合？
室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)風(fēng)量是否合理？
兩器大小是否合理？
功率過高與最大制冷跳停：
外側(cè)風(fēng)量是否合理？
冷凝器大小是否合理？冷凝器制作是否有問題（沒有脹緊、疊片、倒片、片距不對）
是否冷媒過多或者毛細管過長？
冷凝器流路設(shè)計不合理造成嚴重復(fù)熱，或流路半堵，降低冷凝器性能？
凝露工況不合格
低風(fēng)風(fēng)速是否定得過低？（風(fēng)速過高會造成吹水）
室內(nèi)機是否漏風(fēng)？是否流路不均，嚴重偏流？
冷媒是否不足，造成缺液蒸發(fā)？

室外機有冷媒流動聲
毛細管組件用防振膠包住
在兩個管徑變化大的地方加過渡管
在過渡管處包防振膠
異聲或噪音超標
如果是風(fēng)道的異聲，則要改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、安裝位置或換風(fēng)輪
如果是制冷系統(tǒng)的異聲，則在固頻不合格處加配重塊或防振膠改變其固頻
在配管振動大的地方貼防振膠
在壓縮機排氣管上加消聲器
壓縮機包隔音棉
鈑金件上貼隔音棉

三、影響 EER、COP 的主要因素
逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù) ，具有傳熱溫差的外部不可逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)，循環(huán)效率（熱力完善度）

空調(diào)器的EER、COP影響主要因素
1、逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)，所有的制冷機都是按逆向循環(huán)來工作的。 當高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩吹臏囟炔蛔儠r，具有兩個可逆的等溫過程和兩個等熵過程的逆向循環(huán)稱為逆卡諾循環(huán)。

1、逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
如圖所示的逆卡諾循環(huán)T-s圖，制冷劑放熱時的溫度與高溫?zé)嵩吹臏囟染鶠?/SPAN>T2，制冷劑吸熱時的溫度與低溫?zé)嵩吹臏囟染鶠?/SPAN>T1。
2、不可逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)
如圖所示的不可逆卡諾循環(huán)T-s圖，制冷劑放熱時的溫度為Tk，高溫?zé)嵩吹臏囟葹?/SPAN>T2，制冷劑吸熱時的溫度為T0，低溫?zé)嵩吹臏囟葹?/SPAN>T1。則制冷系數(shù)為：EER1=T0/(Tk-T0)任何一個不可逆循環(huán)的制冷系數(shù)總是小于相同熱源溫度時的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)，所有的實際的制冷循環(huán)都是不可逆循環(huán)。

3、循環(huán)效率（熱力完善度）
循環(huán)效率是表示實際循環(huán)的完善性接近可逆卡諾循環(huán)的程度，定義為： η=EER1 / EER0

在兩個熱源溫度不變的情況下，提高η或EER1的方法有：
降低Tk溫度
升高T0溫度
同時降低Tk溫度和升高T0溫度
3、循環(huán)效率（熱力完善度）曲線圖
4、如何提高空調(diào)器的EER
從制冷系統(tǒng)上說，降低冷凝溫度Tk和升高蒸發(fā)溫度T0都可以使EER上升
采用高效的壓縮機
適當加大冷凝器、加大室外機的風(fēng)量，使Tk下降
適當加大蒸發(fā)器、加大室內(nèi)機的風(fēng)量，使T0上升
利用高效的換熱器，例如用內(nèi)螺紋管代替光管、全鋁換熱器

從整機上說
采用高效的直流電機代替交流電機
采用直流變頻壓縮機代替普通定速壓縮機或交流變頻壓縮機,冷媒充注量盡量少,采用排量較大的變頻壓縮機代替排量較小的變頻壓縮機，以壓縮機的額定頻率來做制冷的主頻 加大內(nèi)外機風(fēng)量的同時要考慮風(fēng)機功率的增加，從整機上說，不一定是風(fēng)量越大EER越高 制冷系統(tǒng)要匹配