家用空调的工作原理.docx

家用空调的工作原理.docx

《家用空调的工作原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《家用空调的工作原理.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

家用空调的工作原理

家用空调的工作原理

1、空调制冷运行原理（以家用空调为例）

    空调在作制冷运行时，低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体在室外换热器中放热（通过冷凝器冷凝）变成中温高压的液体（热量通过室外循环空气带走），中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体制冷剂在室内换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体（室内空气经过换热器表面被冷却降温，达到使室内温度下降的目的），低温低压的制冷剂气体再被压缩机吸入，如此循环。

2、空调制热运行原理（以家用空调为例）

    低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体在室内换热器中放热变成中温高压的液体（室内空气经过换热器表面被加热，达到使室内温度升高的目的），中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体在换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体（室外空气经过换热器表面被冷却降温），低温低压的气体再被压缩机吸入，如此循环！

4、空调机组的分类

空调机组按空气处理的要求可分为：

⑴冷、热风机——仅实现对室内空气温度的调节和控制；

⑵除湿机——仅实现对室内空气的湿度调节；

⑶恒温恒湿机——实现对室内空气的温度和湿度同时进行调节和控制。

空调机组按规格和型式的不同，通常可分为：

⑴窗式空调器；

⑵柜式空调器；

⑶分体式空调器或空调机；

⑷集中式空调机。

空调机组按空气处理设备的集中程度可分为：

⑴集中式空调系统；

⑵半集中式空调系统；

⑶分散式空调系统。

5、简单介绍一下房间空调器

⑴、空调器的类型和特点：

    小型整体式（如窗式和移动式）和分体式空调器统称为房间空调器。

我国标准规定，房间空调器的制冷量在9000W以下的，使用全封闭式压缩机和风冷式冷凝器，电源可以是单相，也可以是三相。

它是局部式空调器中的一类，广泛用于家庭，办公室等场所，因此，又把他称为家用空调器。

    代号：

  房间空调器K

            整体式C（窗式）

            冷风型L（代号可省略）

            热泵型R

            电热型D

            热泵辅助电热型Rd

            分体式F

            冷风型L（代号可省略）

            热泵型R

            电热型D            

            热泵辅助电热型Rd  

室内机组：

  吊顶式D      

挂壁式G

落地式L

嵌入式Q

台式  T

室外机组：

  W                                                                                        

在低于—5度的室外环境下，热泵型空调器不再适用，而必须用电热型空调器制热。

⑵：

房间空调器的使用环境：

    空调器最高工作温度限制在43度以下，热泵式空调器的最低工作环境温度为—5度。

这是因为空调器的压缩机和电动机封闭在同一个壳体里，电动机的绝缘温度等级决定了对压缩机最高环境温度的限制。

如果环境温度过高，则压缩机工作时冷凝温度随之提高，使压缩机排气温度过热，造成压缩机超负荷工作，使过载保护器切断电源而停机。

另外，电动机的绝缘因承受不了过高温度而遭破坏，甚至使电动机烧毁。

对于热泵式空调器，如果环境温度过低，其蒸发器里的制冷剂得不到充分的蒸发，被吸入压缩机，产生液击事故，并导致机件磨损和老化。

对于电热式空调器，冬季工况下，压缩机不工作，只有电热器在工作，因此对最低环境温度无严格限制。

对于热泵型和热泵辅助电热型空调器，若不带除霜装置，则其使用的最低环境温度为5度，如果低于5度，则在室外的蒸发器就要结冰霜，使气流受阻，空调器就不能正常工作。

若带除霜装置，则使用的最低环境温度可以为—5度。

      电源：

可以是单相220V，也可以是三相380V。

      一些工作电源为60赫兹的空调器，可以运行于50赫兹的电压下。

但反之，禁止。

      60赫兹下运转的二级电动机同步转速为3500，在50赫兹下运转降为2900。

故随着电源频率下降，空调器的制冷量也同时减少，噪声也随之降低。

      国家标准规定名义制冷量的测试条件为：

室内干球温度为27度，湿球温度为19.5度；室外干球温度为35度，湿球温度为24度。

国家还规定，允许空调器的实际制冷量可比名义值低8%。

      空调器的性能系数（能效比）：

  性能系数，又叫能效比或制冷系数，它是指空调器制冷运行时，制冷量与所消耗总功率之比，其单位为W/W，即：

                            ERR=实际制冷量/实际消耗总功率（W/W）

                                =铭牌制冷量/铭牌输入功率    （W/W）

      性能系数的物理意义就是每消耗1W电能所能产生的冷量数，所以制冷系数高的空调器，产生同等冷量就比较省电。

      对空调器的噪音有一定的要求，一般要求低于60分贝。

6、变频式空调器的原理和特性

⑴、工作原理和特点：

变频式空调器的工作原理是压缩机由变频式电动机拖动，电源变频器输出频率变化的交流电给电动机，使电动机的转速可以根据室内制冷量的需要而连续变化，最终压缩机的制冷量达到连续变化的自动控制。

为了配合制冷量的连续变化，空调器制冷系统中采用了新颖的电子膨胀阀，由脉冲电动机开关阀芯，快速控制进入蒸发器的制冷剂流量。

    变频式空调器的制冷系统由压缩机，室内换热器。

室外换热器，电磁四通阀，电子膨胀阀，除霜二通阀，毛细管等部件组成，由微电脑控制电子膨胀阀的开度，保持适当的制冷剂流量。

在室外换热器除霜的短时间里，制冷剂通过除霜二通电磁阀进入室外换热器加热换热器除霜，结束后阀关闭，恢复正常的工况运行。

变频式空调器的制冷系统由压缩机，室内换热器。

室外换热器，电磁四通阀，电子膨胀阀，除霜二通阀，毛细管等部件组成，由微电脑控制电子膨胀阀的开度，保持适当的制冷剂流量。

在室外换热器除霜的短时间里，制冷剂通过除霜二通电磁阀进入室外换热器加热换热器除霜，结束后阀关闭，恢复正常的工况运行。

二、空调系统主要部件介绍

      空调系统有四大件，它们是压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件

1.压缩机

    压缩机是整个空调系统的核心，也是系统动力的源泉。

整个空调的动力，全部由压缩机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在空调中它的目的就是把低温的气体通过压缩机压缩成高温的气体，最后气体在换热器中和其他的介质进行换热。

所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果。

    根据蒸气的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。

容积型压缩机通过对运动机构作功，以减少压缩室容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。

速度型压缩机则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。

根据压缩方式，容积型压缩机可分为活塞式和回转式两大类。

回转式又可分为滚动活塞式、滑片式、单螺杆式、双螺杆式、涡旋式。

速度型压缩机有离心式。

    从压缩机结构上来看，又可将压缩机分为开启式、半封闭式和全封闭式。

开启式压缩机的主轴伸出机体外，通过传动装置（传动带或联轴节）与原动机相连接。

在伸出部分必须有轴封装置，使主轴和机体间密封来防止制冷剂泄露。

封闭式压缩机的结构是将电动机和压缩机连成整体，装在同一机体内，因而可以取消轴封装置，避免了泄漏制冷剂的可能。

这样，电动机便处于四周是制冷剂的环境中，称为内装式电动机。

封闭式压缩机又可分为半封闭和全封闭两种型式。

半封闭式的机体用螺栓连接，因此和开启式一样可以拆开维修。

全封闭式的机体则装在一个焊接起来的外壳中，无法拆开维修。

2.换热器

    根据在空调上的作用不同，可分为冷凝器和蒸发器。

现在就冷凝器和蒸发器的分类和区别述说一下。

（1）、冷凝器：

    冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽冷却成液体或气液混合物。

制冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。

冷凝器按其冷却介质和冷却的方式，可以分为水冷式、空气冷却式、水和空气混合冷却式三种类型。

①、水冷式冷凝器

    冷凝器中制冷剂的热量被冷却水带走。

冷却水可以一次流过，也可以循环使用。

当循环使用时，需设置冷却塔或冷却水池。

水冷式冷凝器分为壳管式、套管式、板式、螺旋板式等几种类型。

②、空气冷却式冷凝器

    冷凝器中制冷剂放出的热量被空气带走，制冷剂在管内冷凝。

这种冷凝器中有自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器。

通常，空气冷却式冷凝器也叫风冷冷凝器。

③、水和空气联合冷却式冷凝器

    冷凝器中制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走，冷却水在管外喷淋蒸发时，吸收气化潜热，使管内制冷剂冷却和冷凝，因此耗水量少。

这类冷凝器中有淋水式冷凝器和蒸发式冷凝器两种类型。

（2）、蒸发器：

蒸发器的作用是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发，转变为蒸气并吸收被冷却介质的热量，达到制冷目的。

蒸发器的种类：

    蒸发器按冷却介质的不同，分为冷却液体载冷剂、冷却空气或其他气体的两大类型。

    在冷却液体载冷剂的蒸发器中，有水箱式（沉浸式）蒸发器（包括立管式、螺旋管式、蛇型式）、板式蒸发器、螺旋板式蒸发器、壳管式蒸发器（包括卧式蒸发器、干式蒸发器）等。

    在冷却空气蒸发器中，有空调用翅片蒸发器、冷冻冷藏用空气空气冷却器（冷风机）及排管蒸发器等。

    小型别墅式及模块化风冷热泵冷热水机组的水侧换热器的型式有：

套管式，板式及立式盘管式。

整体式机组一般使用干式壳管式换热器。

套管式换热器的特点为结构简单，价格低，传热性能好，问题是阻力损失大，水垢不易清除，加工时特别注意不应使内管破裂或损伤，否则，水进入制冷系统，导致系统故障和压缩机损坏。

立式盘管式换热器结构简单，价格便宜，但要特别注意制冷时的回油问题。

板式换热器传热效率高，一般为壳管式的3倍，所以体积小，结构紧凑，使用中要注意的问题是，板间间隙小，容易结垢，对水质要求高，若水阻塞，会造成蒸发器温度下降，板间结冰，冻裂，由于板壁薄，也容易产生机械损伤，在水质差的地方，板实换热器的问题较多，其价格也比较高。

中大型整体式机组使用的干式壳管式换热器，管内走制冷剂，管外走水，夏季运行时水冻结的危险性小，结构紧凑，腐蚀缓慢，但冬季作为冷凝器使用时，制冷剂在管内冷凝，其传热系数比制冷剂在管外冷凝小。

热泵型冷水机组中的制冷剂一水换热器以采用波纹状的内螺纹管比较合适。

    各种水侧换热器各有其特点，对于套管式和立式盘管式换热器，要注意在设计与制造时要解决其主要问题，使用板式换热器还应使用户了解其特点，重视水质问题。

水侧换热器要有有效防冻保护。

3.节流部件

节流部件

    节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一。

它的作用是使冷凝器出来的高压液体节流降压，使液态制冷剂在低压（低温）下汽化吸热。

所以，它是维持冷凝器中为高压、蒸发器为低压的重要部件。

    节流部件按形式，可分为毛细管和节流阀，前者，用在较小的制冷设备中，如电冰箱中装在冷凝器和蒸发器之间的毛细管即是节流机构的一种。

后者用在较大的制冷设备中。

在大、中型装置中应用的节流机构为节流阀，常用的节流阀有三种，即手动膨胀阀、浮球调节阀和热力膨胀阀，后两种为自动调节的节流阀。

膨胀阀按膨胀的类型可分为电磁膨胀阀和热力膨胀阀等。

    小型风冷型热泵冷水机组用一个热力膨胀阀，由4个单向阀控制制冷，制热走向，也有用毛细管做制热时辅助节流用，中大型机组由于制冷，制热不同工况制冷剂循环量变化大，需两个或多个热力膨胀阀以适应工况要求，在液态管路阻力大的场合，如分液头阻力大，要注意适当极大相应膨胀阀的容量，以免出现供液不足的情况。

使用双向膨胀阀的机组，可使管路简化，降低流动阻力。

但系统中设置储液器时，管路走向比较困难。

如制热时，高压液体出储液器进入膨胀阀，而制冷时，节流后的气液混合物进入储液器，在进蒸发器时难以保证以液体为主。

要解决这个问题又要在管路上增加单向阀等元件，故对于不使用储液器的系统使用双向膨胀阀较为有利。

4.气液分离器

      在蒸发器中，由于液体在蒸发器中蒸发，由液体变为气体的过程，由于考虑负荷的变化，可能会有一部分的制冷剂未全部蒸发，而会直接进入到压缩机。

由于液体的不可压缩性，所以在未进入压缩机之前，首先要通过气液分离器，以确保进入压缩机全部为汽体，保证压缩机能正常的运转。

      气液分离器安装与压缩机的进口端，主要是防止返回压缩机的低压低温蒸汽携带过多的液滴，防止液体制冷剂进入压缩机气缸，分离器同时具有过滤、回油、贮液等功能。

      气液分离器使用时应注意：

      ①、尽可能*近压缩机；

      ②、在换向系统中，气液分离器应该安装在换向阀和压缩机之间；

      ③、正确的安装进口（从蒸发器来）出口（去压缩机吸气口）；

      ④、必须向上安装；

      ⑤、合适大小的气液分离器的接口不一定和压缩机的吸气口一致。

5.风机

风机是交流单、三相感应电动机与叶轮组合而成。

风机分为轴流风机和离心风机。

风机包括定速和变速两大系列。

风扇分为金属风叶、塑料风叶和金属浇注风叶等，叶型有多种。

    风机的噪声包括电动机电磁噪声、机械噪声和叶片气动噪声。

轴流风机工作时，叶片周期性地承受不均匀气流的脉动作用，产生噪声；另一方面，由于叶片上压力分布的不均匀，转动时对周围气体及零件的扰动亦构成旋转噪声；此外，由于气体流经叶片时产生湍流附面层，旋涡脱离，引起叶片上压力分布的脉动而产生涡流噪声。

旋转噪声和涡流噪声合成了风机的气动噪声，因此控制叶片气动噪声是减少风机噪声的根本。

另外组成风机的导流罩、电机支架的结构及风机与风冷冷凝器匹配与否也在相当程度上影响到风机的性能，对此也必须作仔细的研究。

    在低压力大流量轴流风机中，为了增大气体流通部分的面积，风机的轮毂比V=d／D一般都取得比较小。

在这种情况下，为了减少叶片的扭曲程度以及能充分利用外径处线速度较大的叶片部分来传递能量，通常采用指数更小的变环量设计，这将增大叶轮内流线由内向外的偏移程度，在叶片根部会产生一向外的径向分力，因而大大增加了叶片外径处的二次流损失，恶化了风机的工作性能。

采用的前向弯掠扭曲板型叶片，叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部为直线，因此叶片不会产生附加径向力，这将大大改善叶片外径和根部的气体流动状况，减少气体二次流损失，噪声降低，效率提高。

6.储液器          

    制冷系统中的高压储液器（也称储液筒）是装在冷凝器和膨胀阀之间的，它的功能可归纳为以几个方面

1、储存冷凝器的凝液

    避免凝液在冷凝器中积存过多而使传热面积变小，影响冷凝器的传热效果。

2、适应蒸发器的负荷变动对供应量的需求

    在蒸发负荷增大时，供应量也增大，由储液器的存液补给；负荷变小时，需要液量也变小，多余的液体储存在储液罐里。

3、作为系统中高低压侧之间的液封

    因为出液管是插在液面下，故可防止高压侧的蒸汽和不凝性的气体进入低压侧。

同时，储液器也起到过滤和消音的作用。

      储液器的形式有多种，有单向和双向之分；有一出口和两出口之分；有立式和卧式之分。

7.油气分离器

油气分离器安装在压缩机和冷凝器之间。

      它的工作原理为：

压缩机的排气是氟里昂和润滑油的混合气体，通过油分离器的较大的腔体减速，雾状的油就会聚集在冲击的表面上，当聚集成较大的油滴后，流向油分离器的底部，并通过回油装置返回压缩机。

8.干燥过滤器

      过滤器的作用是：

为了防止制冷剂里含有水份或由于不可减少的元素等原因使系统里进入水份，当从冷凝器出来的高温液体进入膨胀阀后，液体的温度会大幅度的下降，一般都在零度以下，这时如果系统里含有水分的话，由于膨胀阀通过的截面很小，就会易出现冰堵的现象，影响系统的正常的运行。

目前市场上有三种类型的干燥过滤器

●松散添充型干燥过滤器——珠状干燥剂填充在带有滤网的外壳内

●块状干燥过滤器——由树脂固化在一起形成的块状干燥剂

●压紧型珠状干燥过滤器——由分子筛材料及氧化铝构成的珠状混合物被压在由钢制弹簧压紧的两个玻璃纤维之间。

9.四通换向阀

    四通换向阀适用于中央空调、单元式空调器等热泵型空调系统，它被用来切换制冷工质的流通路径，以达到制冷和制热的目的。

10.水泵

      水泵，是用于加速水流动的工具，以达到加强水在换热器中换热的效果。

11.水流开关

    水流开关用作管道内流体流量的控制或断流保护，当流体流量到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路。

12.压力控制器

    压力控制器用作压力控制和压力保护之用，机组有低压和高压控制器，用来控制系统的压力的工作范围，当系统压力到调定值时，开关自动切断（或接通）电路。

13.压差控制器

      压差控制器用作压力差的控制，当压力差到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路

14.温度控制器

    温度控制器用作机组的控制或保护，当温度到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路。

在我们的产品上，温度的控制常用到，用水箱温度来控制机组的开停机情况。

还有些象防冻都需要用到温度控制器。

15.视液镜

视液镜用于指示：

1、制冷装置中液体管路的制冷剂的状况；

2、制冷剂中的含水量；

3、回油管路中来自油分离器的润滑油的流动状况。

有的视液镜带有一指示器，它通过改变其颜色来指出制冷剂中的含水量。

（绿色表示干燥，黄色表示潮湿）

16．膨胀水箱

膨胀水箱的作用：

1、因温度变化而引起水的体积变化，膨胀水箱用来贮存这部分膨胀水；

2、对系统起稳压定压的作用；

3、能给系统补偿部分水。

17.冷却塔

    冷却塔的作用是将挟带热量的冷却水在塔内与空气进行换热，使热量传输给空气并散入大气。

    冷却塔中水和空气的换热方式之一是，流过水表面的空气与水直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水中的热量传输给空气。

用这种方式冷却的称为湿式冷却塔。

湿式冷却塔的换热效率高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。

但是，水因蒸发而造成损耗；蒸发又使循环的冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排掉一部分含盐度较高的水；风吹也会造成水的飘散损失。

必须有足够的新水持续补充。

因此，湿式冷却塔需要有供给水的水源。

    缺水地区，在补充水有困难的情况下，只能采用干式冷却塔。

干式冷却塔中空气与水的换热是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内水的热量传输给散热器外流动的空气。

干式冷却塔的换热效率比湿式冷却塔低，冷却的极限温度为空气的干球温度。

这些装置的一次性投资大，且风机耗能很高。

    冷却塔冷却水的过程属热质传递过程。

被冷却的水用喷嘴、布水器或配水盘分配至冷却塔内部填料处，大大增加水与空气的接触面积。

空气由风机、强制气流、自然风或喷射的诱导效应而循环。

制冷概述

1．自然界的物质一般都有三种状态：

气态、液态、固态。

当物质的状态变化时，一般会伴有能量的传递。

当物质从液态变为气态，要吸收热量；而从气态变为液态，要释放能量；正如，在夏季，当皮肤上擦一些水时，水挥发为气体，从皮肤上带走能量，皮肤会感到凉爽。

2．当我们发明一种设备能使一种物质不但能从液态变为气态，同时又能从气态变为液态，并循环往复，就能够实现连续制冷。

这种循环的物质即为制冷剂或制冷工质。

它由压缩机、风换热器、水换热器及膨胀阀四个基本部件组成，所使用的制冷剂为R22。

3．在制冷时，液态制冷剂在水换热器中气化，吸收水中的热量，使水温降低。

低温低压的气态制冷剂经压缩机压缩，变为高温高压的气体，进入风换热器，由于制冷剂温度高于空气温度，制冷剂向空气传热，制冷剂从气体冷凝为高压液体，高压液态制冷剂经膨胀阀节流后进入水换热器，低压液体制冷剂再次气化，完成一个循环。

在这个循环过程中，随着制冷剂状态的变化，实现了热量从水侧向空气侧的转移。

4．在制热时，液态制冷剂在风换热器中气化，吸收空气中的热量，低温低压的气态制冷剂经压缩机压缩后变为高温高压气体送至水换热器。

由于制冷剂的温度高于水温度，制冷剂向水传热，水温升高。

制冷剂从气体冷却为液体，液体制冷剂经膨胀阀节流后进入风换热器，低压液体制冷剂再次气化，完成一次循环。

在这个循环过程中，随着制冷剂状态的变化，实现了热量从空气侧向水侧的转移。

制冷原理

1．蒸汽压缩式制冷系统：

（1）蒸汽压缩式制冷系统是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成，它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。

（2）液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量之后，汽化成低温低压的蒸汽。

低温低压的蒸汽被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽再排人冷凝器，在冷凝器中向冷却介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体，经节流阀节流为低压低温的制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。

这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

（3）在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备，制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷；压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用；冷凝器是放油热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机所转化的热量一起传递给冷却介质带走；节流阀对制冷剂起节流降压作用，同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。

在实际制冷系统中，除上述四大件之外，还有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集液器、易熔塞及压力控制器等部件，它们是为了提高运行的经济性、可靠性和安全性而设置的。