空调原理及系统组成.docx

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空调原理及系统组成

空调原理及系统组成

传热方式与热学定律

对流、传导、辐射

对流：

通过流体流动把热量带走。

传导：

相互接触的物体之间或物体内部温差传。

辐射：

物体通过发出红外线方式把热量散发出去。

热力学第一定律：

能量是可以转换的，可以传递的，能量的总量保持不。

物质吸收了热量膨胀，对外界作功把一部份能量传给了外界，热能转化为机械能。

热力学第二定律：

指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。

要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。

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如：

压缩机---做功，将热量从低温热源传送到高温热源，使得低温热源始终保持较低温度，类似于水泵做功实现水从低处往高处流的原理。

一般空调构成及循环

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压缩机：

“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸汽；

膨胀阀：

节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；

蒸发器：

吸收热量（输出冷量）从而制冷；

冷凝器：

输出热量。

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空调四大件

蒸发器工作的过程

室内的温度较高，空气流过蒸发器时冷媒蒸发带走空气中的热量，空气温度降低成为冷空气。

空气被冷却时,空气中会有凝水，通过排水器排走。

为了防止冷凝水流到机房内，需要挡板和排水管将其排到室外。

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空调的第二个部件冷凝器（这里所指是空冷式），也就是我们通常说的室外机室外机的工作原理是冷媒向空气放热，由气态转化为液态，向空气排热。

所以冷凝器的散热条件对空调制冷有较大影响，有一定的环境及距离要求，后文将会详细讲解。

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空调的第三个部件压缩机，压缩机起到的作用如下：

来自蒸发器的低温低压的冷媒气体被压缩机压缩成高温高压的气体进入冷凝器。

冷媒向空气放热，由气态转化为液态，这一过程，实际需要做功，做功这一过程由压缩机来完成。

这一过程中压缩机压缩和输送制冷剂蒸汽（工作过程），通过做功后冷凝器再将热量带到室外。

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空调的第四个部件膨胀阀

膨胀阀---对制冷剂节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量，高温高压的液体变为低温低压液体膨胀阀通过感应器感应蒸发器出口温度，如果出口过热度偏高，表示蒸发器热负荷偏大，则膨胀阀阀门调节开启变大，制冷剂流量按比例增加。

反之，蒸发器出口温度偏低，膨胀阀会逆向关小减少制冷剂流向蒸发器的流量，从而实现减小制冷量。

通过膨胀阀的控制，实现空调制冷的动态平衡。

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机房空调特点、类型

1.落地式送回风方式-风帽

1、根据送风方式区分，第一种为空调落地式安装，风帽直吹，上送风，下回风，如图所示。

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2、这种方式，空调首先通过将机房空气冷却，再由机房空气对设备制冷，热量损失较大。

2.落地式送回风方式-风管

1、第二种，为通过风管送风，专用送风管道设置多个出风口，仍然是上送风下回风，如图所示。

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2、这种方式空调通过封闭的风管从出风口对空气制冷，再对设备制冷，没有直接对整个室内空气制冷，相对冷量损失减少。

3.地板下送风方式-上回风

1、第三种，通过地板静压箱下送风，将地板抬高，自设备前部或者下部送风致冷，上部回风，如图所示。

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2、这种方式，冷空气直接送到设备吸风口，热量损失较少，制冷效果较好，目前IDC机房大多采用这种制冷方式。

4.地板下送风方式-前回风

1、第四种方式，也是地板下送风，但是通过空调前部回风---回风口在空调前部，如图所示。

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2、这种方式空调冷量损失也较少。

5.混合送风方式

1、第五种方式是混合送风，一部分地板下送风上回风，一部分直吹上送风下回风，如图所示。

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2、这种方式主要针对后期局部热点，不方便添加新的下送风空调，而通过这种方式补充冷量。

外机冷却方式

a）水冷式；

b）风冷式：

c）乙二醇（或水）冷却式；

d）冷水盘管式（无冷凝器）。

机房空调常用的类型为风冷型，即通过送风制冷，水冷型空调常见于大型的中央空调，这种空调需配备专门的大型冷水泵和冷却塔。

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机房空调的一般特点

模块化的结构的特点：

无骨架式（Monocoque）机身

使用数控机床打孔和折叠机框

使用激光切割

结构坚固和重量轻

铆钉连接容许拆除后自行再组装准确程度和出厂时无差别

2）模块化结构的好处

机组通过拆卸和重新组装——适合通过狭窄空间搬运

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机房专用空调蒸发器盘管的特点：

1）V型结构排列的盘管

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产生相同的气流分布

减少气流扰动

内有螺旋线的铜管

增加制冷剂扰动

提高换热面积

冲缝型铝翅片

增加换热表面积

2）单台压缩机运行，另一台做备份

3）利用电磁阀可以控制流量大小，更准确地控制温湿度。

4）只需1级再热器，节能

5）蒸发器盘管优点：

蒸发器换热面积大、节能效果好。

风机：

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自动皮带张力调节机构-使皮带、轴承、轮毂的磨损降到最低快速，方便的更换风机皮带（无需使用任何工具）；

更换皮带时无需对风机的其他部分进行调整。

采用涡漩式压缩机

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高能效比

涡漩压缩机的活动部件的减少使机组的噪声及震动降低很多

压缩机的压缩过程连续、平稳。

压缩机的排气过程旋转角度超过540度

在吸气及压缩过程中没有热量交换

在压缩过程中制冷剂气流方向没有改变

减少了气流损失

涡漩式压缩机无需高、低压阀门，减少了阀门损失，防止产生液击

启动电流低

蒸气加湿器

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直接电极式加湿器

模糊逻辑控制加湿程序

工厂可根据机组设备的需要对加湿器的加湿量进行设定

加湿量可选择5,7.5&10公斤/小时

低噪声

为在机组工作的过程中非常宁静，机组中安装了低噪声的上水电磁阀

微机控制的自动冲洗循环过程

运行过程自动故障预防

蒸汽加湿器可拆卸清洗型的特点：

可拆卸清洗型

可调整式电极

适用于水的电导率不同的地区使用

根据不同地区水电导率的区别，选择不同的电极板

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此类加湿器的优点：

适合不同水质，保证加湿效果

先进的带图形显示的微处理控制器

PID控制

全中文显示器

正常显示内容包括：

机组序列号,回风的温、湿度

值及相应的设定值,8小时内

温度、湿度变化曲线,当前日期及时间,动态图形显示机组的当前报警及机组的运行状态

随机提供RS232通讯接口（无需另购卡）及通讯协议

故障保护功能

由安装在控制板上的电池对机组的设定值和报警历史进行保护

低电压保护

可接入SiteScan监控系统

运行/备用机自动转换功能

系统内置数据存储功能

可将数据下载PC机上进行分析

机组框架由不锈钢连接件与船用等级耐腐蚀铝材组成

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高效风扇

一体式风机组合采用独特减震设计

冷凝器的选择，应参考地区环境温度的不同进行选配，

当冷媒铜管的当量长度超过30m时，应增加DX铜管延长组件（电磁阀＋止回阀），

可选择水平/垂直两种方式进行（冷凝器）安装

铜管垂直高度超过一定规限时，热气管必须在规定的高度加装存油弯。

热气管存油弯规定高度7.5m6m

各类机房专用空调的特点、操作及测试

外机环境

水平式安装-离墙壁只需600毫米空间

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1）外机环境---空调外机水平安装时，正面朝上，外部条件具体如下：

边缘距墙最小距离为600mm，两外机的间距1200mm以上；

外机底部距地距离不小于500mm；

2）以上的距离要求，主要是确保空调外机的散热效果。

垂直式安装-离墙壁只需600毫米空间，固定支架（工厂提供）可改为底架使用

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1）空调外机垂直安装时，正面朝外，可以叠加安装，具体条件如下：

背面距墙最小距离600mm，正面（风扇出风方向）至少4米内没有遮挡物；

可以安装支架进行固定；

2）实际运行中，时常出现因为场地原因导致外机的出风方向有遮挡，导致高温时散热效果不佳。

气流组织

冷热通道分开，减少气流损失。

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机房的气流组织方式，要求冷热通道分开，提高制冷效率，具体到机架排布，如图所示：

设备机架面对面或背对背间隔排布，正面吸风，背面散热，可实现空调制冷的优化，防止冷热通道混杂干扰。

供电条件

空调供电的相关要求：

电缆线芯：

机房空调的供电系统采用三相五线制，电缆应该选用3L+N＋PE型号；

线径要求：

电缆截面的选取，是根据空调设备不同型号的额定耗电功率（注意：

不是制冷量功率）换算后得出；

空开容量：

配电箱内的空气开关的容量，必须等于或者大于空调设备电源输入开关容量的1.0～1.5倍；

电缆长度：

距离空调设备1.5~2m范围内的配电箱或者配电柜接驳；或提供三相五线电缆至空调设备并且预留2.5m的冗余量；

气流风道

机房空调对气流风道要求如下

1）压头的气压范围，在25~75Pa

2）风管长度不宜过长，一般在20米以内，过长则制冷效果受影响

3）风管流速有一定限制，主要为确保机房送风制冷效果，包括回风口的流速，具体要求如下：

主风管流速在10-12米/秒之间，支风管流速在6-8米/秒之间；

回风口在房间上部可选4-6米/秒，在下部可选2-4米/秒；

地板上安装散流器时流速应不大于2.5米/秒。

主机安装

维护距离与下部空间

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主机的安装必须确保一定的周围间距，以确保走线和维护：

维护距离，考虑下部要走铜管，空调主机一般需抬高20~30mm，

不同主机分为侧维护或者正面维护，相应的侧面和正面必须留出一定维护空间，背面距墙一般也在400mm以上。

管道连接

高度差与水平度

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管道连接的要点：

管道连接施工时，需要考虑到主机的蒸发器水平度，以及冷凝器与压缩机的高度差，一般冷凝器与压缩机高度差距不得过大，大约在-10m~+15m之内，主要防止管道压力损失过大，影响制冷效果。

供电线路

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空调供电线路的连接要点：

主要是主机内部的供电线路，含三相输入及到冷凝器的供电线路，

参考空调的说明书，注意---供电线路管道（含接线盒）必须做密封处理，主要考虑安全。

调试流程

调试过程主要分3步：

1）系统查漏

在所有管道连接完成之后，应用氮气进行系统清洁及试压捡漏。

在充入氮气后，24小时的保压时间应无泄漏，如温差为3℃，压力变化应≤1%，应属正常，如压力变化超标，那么应查出漏点，重新补焊试压。

2）压力调节（抽真空）

试漏完成后，打开真空泵及吸排气阀抽真空，时间不少于90分钟

抽真空结束后，静态从排气阀处直接注入氟里昂液体，直至视液镜内气泡刚刚消除时停止充灌，这时双连表的低压指示应在0.4－0.5Mpa，高压表的指示应为1.5－1.8Mpa。

3）自动投入调整

在自动状态下，以室内工况为参照点：

调高温度设定值，使电加热器分级自动投入工作。

调低温度设定值，使压缩机分级自动投入工作。

调高湿度设定值，使加湿器自动投入工作。

调低湿度设定值，使压缩机自动投入工作。

参数设置

机房类型

温度

交换机房

21℃～25℃

数据机房

19℃～23℃

基站机房

10℃～30℃

传输机房

21℃～25

相比较而言电子设备湿度要求高于人的湿度要求，机房湿度要求高于基站，数据机房湿度要求最高；

湿度过低，容易产生静电，湿度过高也要避免---防止机房设备结露。

机房类型

机房洁净度

交换机房

B级（注1）

数据机房

B级

基站机房

B级

传输机房

B级

注1：

机房洁净度B级为直径大于0.5μm的灰尘粒子浓度≤3500粒／升，直径大于5μm的灰尘粒子浓度≤30粒/升。

灰尘粒子不能是导电的，铁磁性的和腐蚀性的。

常用工器具

空调维护测试的常用工具，主要有四类：

双头表，主要用来测压力，用来测试系统内部各处压力，提供运行数据和排障依据。

作为维护排查的依据，最常用的工具。

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对照说明使用方法，按照图示，基本原则，慢慢拧动阀门，观察压力变化。

真空泵，主要用来抽真空。

调试空调时，用来将系统抽真空，以便排除空气、杂质，方便下一步充氟利昂。

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检漏仪，主要测系统冷媒泄漏点。

钳流表，主要用来测量电气回路电流。

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使用方法：

每次只嵌一根线，并打到合适的检测档位（有交直流、量程等分别）。

空调维护检查

空调维护检查分为五个部分，分别是基础资料、制冷系统、电气系统、空气处理系统、冷凝系统。

基础资料主要包含三个部分：

设计资料、安装资料、维护资料

设计资料：

设备平面布置图

设备分布系统图

供电系统图

管道走向分布图

上、下水系统图

安装资料：

竣工验收资料

设备说明书

故障处理流程图

机历薄

维护资料：

维护运行测试记录

设备故障处理记录（包括停用、大修、故障等）

作业计划记录

电力、油料、材料、制冷剂、水等消耗记录。

空调系统原始记录

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1.空调设计安装时的需要的资料：

空调系统的基础资料包含空调的设计资料、安装资料

包含空调的管道连接，主机、室外机等，

只有熟悉基础资料，是维护的基本条件。

2.制冷系统的检查规范要求，主要分六部分具体如下：

检查高低压保护装置是否正常。

检查冷媒管及保温护套是否正常。

检查各接触器及熔断器有无松动或损坏。

检查各接线端子及螺丝的紧固情况。

检查设备保护接地线和绝缘状况是否正常。

空调系统低压测试。

3.制冷系统维护检查，包括检测制冷管路的高低压压力，压缩机温度有无过冷过热等，以及相关冷媒管、制冷管道的检查，具体如下：

用高、低压气压表测试制冷管路的高低压压力，发现问题及时排除。

经常用手触摸压缩机表面温度，有无过冷过热现象，发现有较大温差时，应查明原因。

定期观察镜内氟利昂的流动情况，判断有无水份，是否缺液。

检查冷媒管固定位置有无松动或震动情况。

检查冷媒管道保温层，发现破损应及时修补。

制冷管道应畅通，发现堵塞及时排除。

4.电气系统的检查规范要求，主要对报警器、接触器、继电器等进行日常检查，具体如下：

定期检查报警器声、光报警是否正常，接触器、熔断器有无松动或损坏，发现问题及时排除。

检查电加热器的螺丝有无松动，热管有无尘埃，如有松动和尘埃应及时紧固和清洁。

用钳形电流表测试所有电机的负载电流，测量数据与原始记录不符时，应查出原因，进行排除。

检查继电器和电子元件有无损坏和变质，发现问题及时更换。

用测量回风温度，偏差超出标准时，应进行调正。

测量设备的保护接地线，如果引线接触不良，应及时紧固。

测量设备绝缘，检查导线有无老化现象。

电气系统的实际使用检查

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各处电气系统的参数值检测，看是否有偏差、漂移；

测量接地电阻值、接触器、熔断器等期间的状况。

5.空气处理系统的检测，风机、排水管道、滤网等是重点，室内维护部分检查规范要求如下：

检查压缩机表面温度是否正常。

检查风机转动、皮带和轴承是否正常。

检查给排水管路有无跑冒滴漏现象。

根据实际情况清洁或更换过滤网。

清洁或更换加湿罐，定期清除水垢。

检查电磁阀和加湿器的工作情况。

检查面板显示、参数设置、历史告警是否正常。

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各处风管系统的参数测试，作为维护排障的参考。

6.冷凝系统检查规范要求主要对外机的部件进行日常检查，包含风扇、翅片、电机的等主要元件，具体如下：

风扇支座紧固，基墩不松动，无风化现象。

电机和风叶应无灰尘、油污、扇叶转动正常，无抖动和摩擦。

定期用钳形电流表测试风机的工作电流，检查风扇的调速机构，看是否正常。

经常检查、清洁冷凝器的翅片，应无灰尘、油污。

接线盒和风机内无进水。

电机的轴承应为紧配合，发现扇叶摆动或转动不正常时应进行维修或更换。

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测试外机的各参数值，外机运行环境差往往导致系统高压等告警，需要重点关注。

常见故障排除处理

机房空调常见故障分五类典型故障：

高压故障、低压故障、压缩机故障、加湿器故障、风机故障。

故障处理流程，往往告警都是动环监控发现，第一步需要现场确认故障类型，通过图示。

报警出现-在显示器上查看报警信息-按RESET（复位）键关闭蜂鸣器-你是否知道出现什么故障报警-是-（否-查看报警-查询相关历史记录）-用故障查询指导排除故障-按RESET（复位）键或通过菜单复位-故障排除-（故障未排除-返回报警出现）-返回正常操作。

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告警处理流程，往往告警都是动环监控发现，第一步需要现场确认故障类型，通过图示。

报警出现-在显示器上查看报警信息-按RESET（复位）键关闭蜂鸣器-你是否知道出现什么故障报警-是-（否-查看报警-查询相关历史记录）-用故障查询指导排除故障-按RESET（复位）键或通过菜单复位-故障排除-（故障未排除-返回报警出现）-返回正常操作。

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排障常用手段

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故障查询知道的流程图，根据不同的告警，进行不同系统的检查检测。

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压缩机高压报警-①-室外高温：

查压力-水少：

检查水泵-氟多（是）：

放氟-（否）-冷凝器脏（是）：

清洗-（否）-冷凝器故障（是）：

维修-（否）-冷冻油固化（是）：

清洁-（否）-跳空开（是）：

检查空开外风机-（否）-外风机电机坏（是）：

更换-（否）-压力开关被锁（是）：

矫正-（否）-压力开关错误（是）：

重调-（否）-水泵关/故障（是）：

维修。

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高压故障

某日在某分公司综合楼四楼2#佳力图空调出现高压报警，维修人员到达现场后进行了如下检查：

1.首先清洗了室外冷凝器。

2.手动复位高压控制器。

消除了高压报警后重新启动了压缩机。

数天后该空调系统又出现了高压报警。

要想使压缩机再次启动，必须手动复位；但在按下复位按钮前，关键是必须将造成高压的原因找出，才能使机器运转正常。

通过简单清洗和手动复位来排除高压故障，是仅凭个人经验的做法，这样做不合适。

通常情况下，造成系统压力过高的原因有以下几类：

高压设定值不正确。

夏季天很热时，由于氟里昂制冷剂过多，引起高压超限。

由于长时期运转，环境中的尘埃及油灰沉积在冷凝器表面，降低了散热效果；

冷凝器轴流风扇马达故障；

电源电压偏低，致使24v变压器输出电压不足；冷凝器内24v交流接触器不能正常工作。

系统中可能有残留空气或其它不凝性气体。

P66中心压块触点松脱。

MINSPEED或F.V.S调定不正确。

风机轴承故障，异响或卡死。

维护人员必须逐项检查这九项原因，才能正确解决高压故障。

在第二次维修中，维护人员现场逐项排查，通过接双头表进行高压检测，发现压力偏高，当从系统中排放出多余氟里昂制冷剂后，控制高压压力在230psig-280psig之间。

故障彻底解决。

高压警报故障排除方法有如下几类：

重新调定高压设定值在此350psig并检查实际开停值；（方法）

从系统中排放出多余氟里昂制冷剂，控制高压压力在230psig-280psig之间。

清洗冷凝器的表面灰尘及脏物，但应注意不要损伤铜管及翅片。

检查轴流风机的静态阻值及接地电阻，如线圈烧毁应更换。

解决电源电压问题，必要时配设电网稳压器。

系统内混入空气量较少时，可从系统高处排放部分气体，必要时重新进行系统的抽真空，充氟工作。

重新调定室外机的MINSPEED或F.V.S。

更换P66调速器。

更换室外风机。

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在日常维护中，做到防患于未然，需要日常的定期检测和调整，发现问题及时进行更换处理。

不同类型空调的处理区别：

针对不同的厂家的设备、不同的室外环境，如何进行不同的处理。

切忌教条主义：

1.室外机的MINSPEED或F.V.S不同。

2.调速器的不同。

3.室外风机冷却条件不同。

低压故障

某日在某分公司开发区机房楼2#xxx空调出现低压报警，维修人员到达现场后进行了如下检查：

检查空调滤网没有脏堵的情况，检查后没有脏堵。

检查蒸发器是否能够正常蒸发，检查后发现蒸发器正常。

对系统进行挂表测量，测量后发现低压压力在48psig，属于较低范围。

维修人员随即补充充氟利昂，操作完毕后，空调低压压力达到65psig，符合正常范围。

维修人员结束本次检查。

但是，数天后该空调系统又出现了低压报警。

通常情况下，造成系统压力过低的原因有以下几类：

低压设定值不正确；

氟里昂制冷剂灌注量太少；

系统中的制冷剂有泄漏；

系统内处理不净，有脏或水份在某处引起堵塞或节流；

热力膨胀阀失灵或开启度偏小，引起供液不足；

风道系统发生故障或风量不足，引起蒸发器冷量不能充分蒸发；

低压保护器失灵造成控制精度不够；

低压延时继电器调定不正确或低压启动延时太短。

ZR__M3型涡旋压缩机热保护装置故障。

维护人员必须逐项检查这九项原因，才能正确解决低压故障。

低压警报故障排除方法有如下几类：

重新设定低压保护值在60psig，30psig;系列VI型50psig，25psig系列V型43psig，25psig并检查实际开停值；（方法）

向系统补充氟里昂制冷剂，使低压控制在60psig-70psig之间。

对系统重新检漏抽空及灌注氟里昂制冷剂。

对阻塞处进行清理，如干燥过滤器堵塞，应更换。

加大热力膨胀阀的开启度或更换膨胀阀。

检视风道系统运行状况，将风量调节到