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1、制冷系统讲座Friday, September 6, 2024一、制冷基本原理定义制冷的基本原理及基本方法单级压缩蒸气制冷循环1、定义1.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。2.制冷机：完成制冷循环所必需的机器和设备的总称。3.制冷装置：将制冷机同使用冷量的设施结合在一起的装置。如冰箱，空调机等。4.制冷剂：除半导体制冷以外，制冷机都是依靠内部循环流动的工作介质来实现制冷过程，完成这种功能的工作介质，称为制冷剂，也称制冷工质，俗称雪种。2、制冷的基本原理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
2、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。3、制冷的基本方法 为了实现能量转移，首先必须有使制冷剂能达到比低温环境介质更低的温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量，在制冷技术的范围内，实现这一过程有下述几种基本方法：3、制冷的基本方法1.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。2.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。3.气体涡流制冷：高压气体经过涡流管膨胀后即可分
3、离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可制冷。4.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。4、单级压缩蒸气制冷循环 蒸气压缩式制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机，有单级、多级和复叠式之分。 单级压缩蒸气制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。单级制冷机一般可用来制取-40以上的低温。 普通的空调器都是利用单级压缩蒸气制冷机的原理制造的。4、单级压缩蒸气制冷循环 单级压缩蒸气制冷机的由以下几个基本组成部份：压缩机冷凝器节流机构（毛细管）蒸发器制冷剂4、单级压缩蒸气制冷循环单位制冷量：q0=h1-h6单位冷凝热量：qk=h2-h5单
4、位消耗功：w=h2-h1制冷系数：EER=q0/wA：压缩机 B：冷凝器C：节流机构 D：蒸发器单级压缩蒸气制冷机的流程图与lgP-h图4、单级压缩蒸气制冷循环压缩机：它的作用是将蒸发器中的低温低压制冷剂蒸气吸入，并压缩到高温高压的过热蒸气，然后排到冷凝器。常用的压缩机有活塞式、转子式、涡旋式、螺杆式和离心式等等。压缩机有定速压缩机和变频压缩机。现在最新的有变容量的压缩机，例如美的MDV用的谷轮“e-涡旋”压缩机可以在10%-100%之间调节输出量，运用“TS”技术可以使压缩机的能力输出实现级量调节，在控制方面比变频压缩机简单、可靠，更接近空调器的实际负荷要求。4、单级压缩蒸气制冷循环冷凝器：
5、它的作用是将来自压缩机的高温高压制冷剂蒸气冷凝成过冷的液体，在冷凝过程中，制冷剂蒸气放出热量，故要用水或空气来冷却。不同制冷剂有不同的冷凝压力。普通家用空调器冷凝器里面的制冷剂（R22）压力：标准制冷工况下一般在18 19 bar左右，过负荷工况下一般在2224bar左右。4、单级压缩蒸气制冷循环节流机构：普通空调常用的是毛细管，高档的空调器用电子膨胀阀。制冷剂经过节流机构时，压力由冷凝压力降到蒸发压力，一部份制冷剂会在节流的过程中闪发成为气体。节流过程中制冷剂的焓值不变。普通的家用空调器节流结束时大约有20%的制冷剂会闪发成气体。制冷剂没有蒸发就闪发成气体降低了空调器的性能。4、单级压缩蒸气
6、制冷循环蒸发器：它的作用是使经节流机构后的制冷剂液体蒸发成蒸气，以吸收被冷却物体的热量。蒸发器是对外输出冷量的设备。普通家用空调器蒸发器里的制冷剂（R22）的蒸发压力在5.5-6.5bar左右。二、系统匹配选压缩机选冷凝器选蒸发器估算制冷剂充注量匹配制冷系统不合格项目的整改二、系统匹配一般来说，新匹配一台空调器都有一个参考机型新匹配机的性能指标对压缩机、冷凝器、蒸发器的选择有很大关系。室外机、室内机的电机转速-风量-噪音是首先要摸底搞清楚的。1、选压缩机根据实际情况选择压缩机型式：活塞式、转子式、涡旋式及其电源规格一般来说，家用空调器中活塞式用得比较少，T3型空调器一般会选择活塞式压缩机。目前
7、3P以下的家用空调器大多数都是转子式压缩机。转子压缩机又分单转子与双转子压缩机。3P以上的家用空调器一般会使用涡旋式压缩机。根据空调器的制冷量大小来选择压缩机的大小，一般来说按空调器的额定制冷量是压缩机的单体能力的90%来选择。压缩机每一个排量（1cc）的能力约为175W。 2、选冷凝器长U管管径，内螺纹管还是光管在正常的范围内，管径越小，换热系数越大，耐压也越大，但流动阻力也越大。内螺纹管比光管换热系数高，不同形式的内螺纹管换热系数也不一样小管径冷凝器及新型的内螺纹管的研究是一个重要的方向。选择非亲水铝箔（普通铝箔）还是亲水铝箔，选择片型是平片、冲缝片还是波纹片，选择片距选择其它型式的冷凝器
8、高效的冷凝器有全铝冷凝器、全铜冷凝器等等3、选蒸发器长U管管径，内螺纹管还是光管一般来说蒸发器的长U管径可以选择小管径的。选择亲水铝箔一般选择冲缝片，最小片距可达1.3mm。4、估算制冷剂充注量参考机型的制冷剂充注量一台空调正常状态下约有60%的制冷剂会在室外侧的冷凝器里，约40%的制冷剂在室内侧的蒸发器里。以参考机型为基础，算出冷凝器和蒸发器内容积增大（或减少）的比例，估算出大概的制冷剂充注量。比如说：参考机型充注量为1000g，内机不变，室外机冷凝器由单排变为1.5排：侧估算充注量为： 1000*0.6*1.5+1000*0.4=1300(g)一般来说，估算的充注量要比最后的要稍多。这个只
9、能靠经验掌握。估算的只能提供一个大概。5、匹配制冷系统以下各点是对一般情况而言的，以下数据做一个参考。 *制冷工况匹配，以下对策中的“增加冷媒”仅作为最后的手段，此方法应该尽量避免。在标准制冷工况下匹配的目标：1）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 。5、匹配制冷系统2）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
10、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。5、匹配制冷系统3）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。5、匹配制冷系统4）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
11、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。5、匹配制冷系统5）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
12、降）5、匹配制冷系统5） 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。5、匹配制冷系统5）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
13、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。确保压缩机壳体底部温度高于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。5、匹配制冷系统6）匹配性能时调节毛细管和冷媒量的组合，可得出对应的出风温度选择出风温度最低的毛细管和冷媒量的组合测试能力一般来说，空调器的很多参数都有下图所示的特点，下图可以是以下的组合：空调能力Q-毛细管长度R空调能力Q-冷媒量R空调功率Q-毛细管长度R空调功率Q-冷媒量R我们要追求的是图中的Q1点 所对应的条件R1针对测试结
14、果作一些微调 节，把空调各参数到匹配 到一个最佳组合。5、匹配制冷系统7）不合格项目微调与整改能力不足：压缩机是否过小？毛细管与冷媒量是否是最佳组合？室内侧与室外侧风量是否合理？两器大小是否合理？功率过高与最大制冷跳停：外侧风量是否合理？冷凝器大小是否合理？冷凝器制作是否有问题（没有胀紧、叠片、倒片、片距不对）是否冷媒过多或者毛细管过长？冷凝器流路设计不合理造成严重复热，或流路半堵，降低冷凝器性能？凝露工况不合格低风风速是否定得过低？（风速过高会造成吹水）室内机是否漏风？是否流路不均，严重偏流？冷媒是否不足，造成缺液蒸发？5、匹配制冷系统7）不合格项目微调与整改室外机有冷媒流动声毛细管组件用防
15、振胶包住在两个管径变化大的地方加过渡管在过渡管处包防振胶异声或噪音超标如果是风道的异声，则要改变风轮转速、安装位置或换风轮如果是制冷系统的异声，则在固频不合格处加配重块或防振胶改变其固频在配管振动大的地方贴防振胶在压缩机排气管上加消声器压缩机包隔音棉钣金件上贴隔音棉三、影响 EER、COP 的主要因素逆卡诺循环的制冷系数具有传热温差的外部不可逆卡诺循环的制冷系数循环效率（热力完善度）空调器的EER、COP影响主要因素1、逆卡诺循环的制冷系数逆向循环是一种消耗功的循环，所有的制冷机都是按逆向循环来工作的。当高温热源与低温热源的温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程的逆向循环称为逆卡诺循
16、环。1、逆卡诺循环的制冷系数如图所示的逆卡诺循环T-s图，制冷剂放热时的温度与高温热源的温度均为T2，制冷剂吸热时的温度与低温热源的温度均为T1。放出的热量为：q2=T2(s1-s4)吸取的热量为：q1=T1(s1-s4)消耗功为：w=q2-q1=(T2-T1)(s1-s4)制冷系数为：EER0=q1/w=T1/(T2-T1)结论：逆卡诺循环的制冷系数只与高温热源与低温热源的温度有关，T2升高与T1降低都会使制冷系数下降，而T1下降对其影响更为显著。2、不可逆卡诺循环的制冷系数如图所示的不可逆卡诺循环T-s图，制冷剂放热时的温度为Tk，高温热源的温度为T2，制冷剂吸热时的温度为T0，低温热源的
17、温度为T1。则制冷系数为：EER1=T0/(Tk-T0)3.20COP3.60B3.00EER3.203.40COP 3.60C2.80EER 3.003.20COP 3.40D2.60EER 2.802.80COP 3.20E2.40EER 2.602.60COP 2.80F2.20EER 2.402.40COP 2.60GEER 2.20COP 2.40美的R407C冷媒的已经达到欧洲的B级能效，R410A冷媒的已经达到欧洲的A级能效。R22冷媒的比新冷媒的更容易达到。1、高效空调的现状美的一直都在致力于高效空调器的研究，并取得很好的成果，在严格控制成本的情况下定速空调器的实测EER可以达
18、到3.5。不同的市场策略决定了市场上美的的空调器的能效比。根据目前测试资料，在定速空调器领域里，所见到的样机中最高实测EER为3.5- 3.6左右，达到这个EER的成本是目前空调器成本的两倍。片面增加两器减小压缩机来追求高EER是不科学的。这样的空调器冷媒充注量大，一般会超出压缩机的最大充注量，制冷出风温度过高，制冷速度慢，制热时出风温度低，标准制热工况下出风温度都会低于人体体温，制热速度慢，而且化霜困难。1、高效空调的现状对于某品牌宣传，其EER达到3.8，COP达到4.2，实测值是达不到的。下表是实测数据，注意能力和EER、COP的比较。双高效26机美的高效26机制冷制热制冷制热能力（W）
19、2413277325932785EER/COP3.167（83.3%*3.8）3.56(84.8%*4.2)3.0963.432成本（元） +95.94（以美的KFR-26GW/Y-T为基准） +20.13 （以美的KFR-26GW/Y-T为基准）备 注双高效26机标称：EER=3.8，COP=4.2双高效 35 机美的高效 35 机制冷制热制冷制热能力（W）3199366034464121EER/COP2.85(81.4%*3.8)3.076(76.9%*4.0)3.0153.334成本（元）相同备 注双高效35机标称：EER=3.5，COP=4.0老国标规定，实测EER值不能低于标称的85
20、%，新国标将提高到90%。国内主要厂家的高效定速空调器EER实测值在2.9-3.1左右。2、日本高效空调器只有采用全直流变频压缩机和直流电机才能做到真正的高效空冷式空调器。下表是2001年一些日本全直流变频样机的测试结果，以供参考。单两器方面，日本一匹机的成本大约相当于美的两匹机的成本。松下东芝日立三菱大金制冷制热制冷制热制冷制热制冷制热制冷制热能力2200334134726096256839852809578829225891功率4606609121725641106769018636621714EER/COP4.785.043.813.534.013.734.073.114.413.45热冷比151.9%175.6%155.2%206.1%201.6%从上表可以看出，日本的高效机都是热冷比很大的，高达206%，也只有变频机才能达到。七、最新制冷剂谢谢！
