一文看懂空调器制冷的基本原理及制冷系统匹配设计知识

　　一、制冷的四种基本方法

　　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。

　　二、空调器制冷基本原理

　　压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的气态氟利昂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态氟利昂，所以室外机吹出来的是热风。液态的氟利昂经毛细管，进入蒸发器（室内机），空间突然增大，压力减小，液态的氟利昂就会汽化，变成气态低温的氟利昂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。然后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩，继续循环。制热的时候有一个叫四通阀的部件，使氟利昂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷风，室内机吹的是热风。其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理。

　　溴化锂空调制冷原理这里要特别提出的溴化锂空调制冷原理，与压缩式空调不同，吸收式制冷使用的工质通常是一种二元溶液，由沸点不同的两种物质所组成。其中低沸点的物质为制冷剂，高沸点的物质为吸收剂。因此，二元溶液又称为制冷剂——吸收剂工质对。所谓二元溶液，是指两种互不起化学作用的物质组成的混合物。这种均匀混合物的各种物理性质（如压力、温度、浓度等）在整个混合物中各处都完全一致，不能用纯机械的沉淀或离心方式将它们分离成原组成物质。

　　其制冷原理分为两部分

　　1、二元溶液在发生器内被热源加热沸腾，产生出制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷凝为冷剂液体。液态冷剂经U形管节流后进入蒸发器，经蒸发器在低压条件下喷淋，液态冷剂蒸发，吸收冷媒热量，产生制冷效果。

　　2、发生器流出的浓溶液，经热交换器降温、降压后自流进入吸收器，与吸收器原溶液混合成为中间浓度的浓溶液。中间浓度溶液被吸收器泵输送并喷淋，吸收从蒸发器出来的制冷剂蒸汽变为稀溶液。稀溶液由发生器泵送达发生器，重新被热源产生制冷剂蒸汽再次形成浓溶液，进入下一个循环周期。

　　综合所述任何制冷设备都有四大部分组成（压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置），制冷剂在制冷机内通过物理状态变化从而吸收或释放热量达到制冷或制热的效果。

　　三、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

　　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。这个只能靠经验掌握。估算的只能提供一个大概。

　　四、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℃。

　　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。

　　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。

　　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）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降）

　　5）过载保护器OLP（OverLoadProtector）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）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。

　　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

　　针对测试结果作一些微调节，把空调各参数到匹配到一个最佳组合。

　　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？

　　室外机有冷媒流动声

　　毛细管组件用防振胶包住

　　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