总的家空调器的基本知识及原理培训教材.docx
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总的家空调器的基本知识及原理培训教材
第一章家用空调器的基本知识
一、房间空气调节器的定义：
对密闭空间、房间或区域里空气的温度、湿度、洁净度及空气流动速度（简称“空气四度”）等参数进行调节和控制，以满足一定要求的设备，称之为房间空气调节器。
一般其具有以下五个基本的运行模式：
1、制冷模式（降低环境温度）
通过从室内高温空气中吸收热量并向室外放热，使得室内环境温度下降到所需要求，以达到凉爽舒适的目的。
2、制热模式（升高环境温度）
通过从室外低温空气中吸收热量并向室内放热，使得室内环境温度上升到所需要求，以达到暖和舒适的目的。
3、抽湿模式（除去湿度）
在制冷的过程中，空气经过比其露点温度低的蒸发器时，其中的水蒸气就冷凝下来，从而把空气中过多的水分带走。
4、送风模式（改变风速）
这时相当于风扇，使室内空气得到循环流动。
5、自动模式
根据室内温度与你所设定的温度之差自动地提供冷量或热量，随时保证室内环境的舒适性。
二、那空调器到底是怎样工作，怎样实现制冷制热的呢？
要解决这些疑问，就要先了解空调器是怎么构成的，它里面是些什么东西，各有什么作用。
下面我们就来说说空调器的四大部件，它们是压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构，当然还少不了制冷剂。
1、制冷剂：
好比空调器的“血液”
它是热量的载体，通过它把室内的热量传递到室外（制冷）或把室外环境的热量传递到室内（制热）。
2。
压缩机：
可以比作空调器的“心脏”
通过压缩机的运转来实现制冷剂在系统中的流动和循环。
家用空调器主要使用全封闭压缩机，包括往复式、旋转式（单转子、双转子）、涡旋式。
3、冷凝器、蒸发器：
统称为热交换器
室内侧热交换器（制冷时称作“蒸发器”、低压部件）和室外侧热交换器（制冷时称作“冷凝器”、高压部件）。
空调器运行时，制冷剂与空气之间的热量传递就是通过热交换器的管壁和翅片来进行。
4、节流机构：
其作用主要是节流降压降温、调节流量和控制过热度。
节流的工作原理是制冷剂流过阀门或毛细管时，流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降（压力下降的大小取决于流动截面大小），温度也随之降低。
小型制冷系统节流机构主要采用热力膨胀阀、毛细管、电子膨胀阀。
目前，我们在试验室中，最常见的就是毛细管，其是细而长。
它的规格参数主要有外径、内径和长度，如Φ2.5×1.1×600，表示外径为2.5mm、内径为1.1mm和长度为600mm的毛细管。
因其结构简单且便宜，故得以广泛运用。
但其缺点就在于，在某个工况下，空调器匹配到最佳状态后，定长毛细管就焊接上去，不可以再调，这就造成在其它工况下，空调器不一定运行在最佳状态下。
三、空调器制冷制热的的工作原理：
1、制冷循环
制冷运行时，来自室内机蒸发器的低压低温制冷剂气体被压缩机吸入压缩成高压高温气体，排入室外机冷凝器，通过轴流风扇的作用，与室外的空气进行热交换而成为中温中压的制冷剂液体，经过毛细管的节流降压、降温后变成低压低温的制冷剂液体，之后进入蒸发器与室内环境空气进行热交换，成为低压低温的制冷剂气体，如此周而复始地循环而达到制冷的目的。
2、制热循环
当进行制热运行时，电磁四通换向阀动作，使制冷剂按照制冷过程的逆过程进行循环。
制冷剂在室内机换热器中放出热量，在室外机换热器中吸收热量，从而达到制热的目的。
3、送风循环
室外机压缩机和风机全关，只开室内风机使室内空气得到循环流动。
第二章简单的传热学基础知识及在空调中的应用
若要想进一步的了解空调器的工作原理，就必须学习一些简单的传热学基础知识。
一、制冷常用术语
潜热
对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变成水蒸气，即由液态变为气态。
这种不改变物质的温度而引起物态变化（又称相变）的热量称为潜热。
（全热等于显热与潜热之和。
）
显热
对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。
如对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高。
因此，显热只影响温度的变化而不引起物质的形态的变化。
比热
任何物质当加进热量，它的温度会升高。
但相同质量的不同物质，升高同样温度时，其所加进的热量是不一样的。
为相互比较，把lkg水温度升高1℃所需的热量定为4.19kJ。
以此作为标准，其它物质所需的热量与它的比值，称为比热。
如lkg水温度升高l℃需4.19kJ，则比热值为4.19kJ（kg·℃），而lkg铜温度升高l℃只需0.39kJ，则铜的比热为0.39kJ（kg·℃）。
不同材料有各自的比热值。
知道材料比热值，就能计算出对它降温所需要除去的热量。
例如要将5kg70℃的水冷却到15℃，则需除去的热量为：
Q＝mcDt=5×4.19×（70-15）＝l152.25kJ
式中：
m：
水的质量，kg；
c：
水的比热kJ（kg·K）；
Dt：
温度差值K。
它属于显热。
热量
物体温度的高低表示了物体的物质分子热运动剧烈的程度，温度的高低也表示物体所具有能量的高低，这种能量称为热能。
当温度不同的两个物体相接触时，两者温度逐步趋于一致，发生了热能从温度较高的物体向温度较低的物体转移，此时物体所放出或吸收的能量称为热量。
常用的热量单位有：
a、卡
在标准大气压力下，将l克的水加热或冷却，其温度升高或降低l℃时，所加进或除去的热量称为l卡，以符号cal表示。
因卡的单位太小，工程上往往采用其1000倍的千卡或大卡来表示。
具符号为kcal。
b、英热单位
在标准大气压下，将11b（磅）（11b＝0.454kg）水加热或冷却，其温度升高或降低华氏温度loF，所加进或除去的热量称为一个英热单位，其符号为Btu。
c、焦耳
在国际单位制中，取热量单位与功的单位一致，以焦耳表示。
焦耳相当于用1N（牛顿）的力，共作用点在力的方向上移动lm（米）所做的功。
因此，在国际单位制中，焦耳是功和能的单位，采用这种单位使计算简化，焦耳的符号为J。
我国法定热量单位为焦耳。
焦耳与卡之间的换算为：
1kJ（千焦耳）＝0.239kcaI（千卡）
lkcal（千卡）＝4.19kJ（千焦耳）
其它常用换算公式为：
1kcal（千卡）＝3.969Btu（英热单位）
lBtu（英热单位）＝252cal（卡）
1kcal（千卡）＝427kg·m（千克·米）
1kW（千瓦）＝860kca1／h（千卡／时）
1美国冷吨＝3024kca1／h（千卡／时）
1日本冷吨＝3320kca1／h（千卡／时）
温度
温度被用来表示物质冷与热的程度，温度的高低的程度可用温度计来度量，如玻璃温度计，管内的液体受热后膨胀，液面升高，冷却收缩后，液面降低，液面的高低表示温度的高低程度。
下面简要介绍表示温度值的几种标准。
a、摄氏温标
在标准大气压下，把水的冰点作为0度，沸点作为100度，在0度与100度之间均衡的刻成100格，每格为l度，以符号℃表示。
b、华氏温标
在标准大气压下，把水的冰点定为32度，而沸点定为212度、二者之间均衡的刻成180格，每格为l度，以符号oF表示。
c、开氏温标（又称绝对温标）
它以摄氏温标为基础、把水的冰点定为273.16度，水的沸点定为373．16度，理论上把物质中分子全部停止运动之点作为0度，以符号K表示。
常用温标是摄氏、华氏、开氏。
它们之间的换算公式如下：
华氏换算摄氏：
氏换算成华氏：
开氏与摄氏的关系：
T=t+273.16
式中：
T：
开氏温标，K；
t：
摄氏温标，℃。
蒸发与沸腾
蒸发是指在液体自由表面进行气化的过程。
例如，水的蒸发。
衣服的凉干过程。
蒸发是由于液体表面上具有较高能量的分子克服液体分子的引力、穿出液面到达空间而形成的。
在相同环境下、液体温度越高，则蒸发越快。
制冷工程中，许多问题都涉及到蒸发过程，例如冷却塔及空调中的加湿与干燥过程等。
红外加湿器的加湿属表面蒸发过程。
沸腾是指液体内部产生气泡形式的剧烈气化过程。
例如，水的烧开过程。
在一定压力下，液体加热到一定的温度才开始沸腾。
在整个沸腾过程中，液体吸收的热量全部用于自身的容积膨胀与相变，故气液温度保持不变。
如电极加湿器属于沸腾过程。
压力
气体由分子组成，亿万分子在无规则的运动中，频繁撞击容器内壁，在内壁单位表面积上垂直产生的力称为压力。
在工程中测量气体压力的常用单位是：
千克／厘米2、或为mmHg（毫米汞柱），我国的法定单位是Pa（帕斯卡）。
湿度
湿度是表示湿空气中含有水蒸汽量多少的物理量，有三种表示方法。
a、绝对湿度
lm3湿空气中含水蒸汽的质量。
符号为Z，单位为kg/m3.。
绝对湿度使用起来不方便。
它不能直接反映出湿空气的干湿程度。
b、含湿量
每公斤干空气所含有水蒸汽量称为含湿量，符号为d，单位为kg／kg（干）；
c、相对湿度
湿空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力之比，称为相对湿度。
用符号j表示。
j值小，表示空气较干燥，反之，空气较潮湿。
当j＝0时，为干空气；j＝100％时，为饱和空气。
从j值大小可直接看出空气的干湿程度。
j和d都是表示空气的湿度参数，含意却不同，d表示水蒸汽的含量多少，却不能表示空气接近饱和的程度；而j能表示空气接近饱和程度，却不能表示水蒸汽的含量多少。
露点温度
在一定大气压力下，含湿量不变时空气中的水蒸汽凝结为水（凝露）的温度。
在d不变时，空气温度下降，由未饱和状态变为饱和状态，此时空气的相对湿度j=100％。
在空调器中，把空气降温至露点温度，达到除湿干燥空气的目的。
焓
焓是湿空气的一个重要参数，是一个内能与压力位能之和的复合状态参数。
在空调过程中，湿空气的状态经常发生变化，焓可以很方便确定该状态变化过程中的热交换量。
湿空气的变化过程是定压过程，焓差等于热交换量。
二、传热学基础知识及在空调中的应用
1、传热有三种基本方式
a、导热：
物体个部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。
b、对流：
流体个部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。
根据引起流动的原因而论，可分为自然对流和强制对流换热。
c、热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和方式。
发生在空调系统中的主要传热过程：
2、冷凝器中的传热过程：
高温高压制冷剂向周围空气环境散热
a、制冷剂—>铜管内壁：
对流换热
b、铜管内壁—>铜管外壁及翅片：
导热
c、铜管外壁及翅片—>周围大气环境：
对流换热
高温高压制冷剂以过热蒸气状态进入冷凝器，在管内发生降温及冷凝，从冷凝器入口到第一个液滴产生前，是一个温度不断降低的过程；
从第一个液滴产生到最后一个气泡消失，是一个温度不变的过程，在此过程中，制冷剂中含液量不断上升，含气量不断下降；
从最后一个气泡消失到冷凝器出口，是一个降温过程。
总的说来，这是一个高温高压制冷剂气体在冷凝器中散热降温冷却成低温高压制冷剂液体的过程。
3、蒸发器中的传热过程：
低温低压制冷剂从周围空气环境吸热
a、大气—>铜管外壁及翅片：
对流换热
b、铜管外壁及翅片—>铜管内壁：
导热
c、铜管内壁—>制冷剂：
对流换热
低温低压制冷剂以气液混合状态进入蒸发器，在管内发生等温蒸发及升温过程；
从蒸发器入口到最后一个液滴消失前，是一个温度不变的过程（理论上），在此过程中，制冷剂中含液量不断下降，含气量不断上升；
从最后一个液滴消失到蒸发器出口，是一个升温过程。
总的说来，这是一个低温低压制冷剂液体在蒸发器中吸热变成低温低压制冷剂气体的过程。
4、其他的传热过程
压缩机及配管等与环境的换热（这份热量交换相对比较小）；
下图是R22制冷剂的压焓图，通过这个图有助于大家对这个系统工作的了解。
第三章家用空调器制冷系统的性能匹配简单实例
制冷量是空调器最基本的性能指标，是空调器具有使用价值的基本依据，因此在系统性能匹配中具有特别重要意义。
制冷量可用焓值法量热计（简称焓差台）或平衡环境型房间量热计（简称热平衡）进行测试。
我们知道，空调器制冷运行时，其从室内吸收的热量Q0加上功耗W等于向室外放出的热量QK，即QK=Q0+W。
在用焓值法测试时，Q0=m×△h＝m×（h进风-h出风）
式中：
m表示空调器的送风风量，Kg/m3；
h进风表示空调器内侧进风温度对应的焓值，KJ/Kg；
h出风表示空调器内侧出风温度对应的焓值，KJ/Kg；
从上面的公式可以看出，制冷量的测试结果直接与风量和进出风温度有关，所以，测试前一定要注意样机的状态是否完好；测试时要注意样机的安装是否正确（如高度、前后左右的自由空间、导风板位置等），该布的温度点是否已经接好，压力表连接是否可靠（如接头是否漏气、软管是否破裂）等。
左图就是压缩机所布的排气回气和压底的温度点，右图就是内外机所布的冷中和冷出的温度点。
通过这些温度点，我们可以知道空调器的运行状态，并在一定程度上判定空调器性能的好坏。
那么在空调器制冷系统的性能匹配中，我们有什么规律可寻或经验荐见呢？
通过大量的试验和经验总结，我们可以归纳出，在额定制冷量测试中的一些主要性能参数，参考值如下：
蒸发温度：
6~9℃，一般整体式、柜式和吸顶式等偏低，挂壁式偏高
冷凝温度：
分体式不大于49℃，整体式不大于54℃
过冷度：
不小于6℃
过热度：
1~7℃
排气温度：
75~90℃，变频机在高低频时会超出该范围
回气温度：
6~15℃
排气压力：
1.6~2.1Mpa，整体式偏高，高能效比机偏低
回气压力：
0.45~0.6Mpa，高能效比机偏高。
现以具体实例，来说明空调器制冷量匹配的一般过程：
如：
任务要求普配压缩机，机型为KF-25GW
要求选用的压缩机为PH160X1C-4FT2
根据以往的相似机型经验，我们先预充注氟量为R22780g
其简单的制冷循环图如下所示，在这里我们的主要工作就是对其中的毛细管（节流阀）长短和制冷剂R22的量进行调节，使压缩机与这个系统在一定的工况下，运行在一个最佳的状态。
这就是我们常说的简单的系统匹配。
a）选用毛细管φ1.3×500mm,1根,测试数据为：
制冷量：
2512W
输入功率：
947.8W
能效比：
2.65W/W
出风温度：
室内13.8℃/13.0℃，室外40.9℃
排气温度：
75.6℃
回气温度：
5.9℃
从上面的数据可以看出，排气温度（75.6℃）和回气温度（5.9℃）均偏低，因此考虑加长毛细管而增大节流，具体加长多少视测试数据而定，在这里由于排、回气温度均在正常范围的下限，所以加长100mm。
另外，为了提高效率，在没有很高把握的情况下，更换毛细管应尽可能使参数稍微偏向另一端。
b）选用毛细管φ1.3×600mm,1根,测试数据为：
制冷量：
2570W
输入功率：
962.5W
能效比：
2.67W/W
出风温度：
室内13.8℃/12.9℃，室外41.0℃
排气温度：
88.9℃
回气温度：
10.1℃
由上面的数据分析，排气温度（88.9℃）和回气温度（10.1℃）均偏高，说明毛细管过长，因此为得到最佳状态，需适当减短毛细管以减小节流，可取500mmh和600mm的中间值，即550mm长。
c）选用毛细管φ1.3×550mm,1根,测试数据为：
制冷量：
2563W
输入功率：
949.3W
能效比：
2.70W/W
出风温度：
室内13.8℃/12.9℃，室外41.0℃
排气温度：
79.5℃
回气温度：
5.8℃
此时的各项参数已基本合理，制冷量、输入功率和能效比均已达到国标和企标要求。
但回气温度偏低，显示制冷剂注氟量偏大，如果考虑安装时的损耗，则可以取780g为生产注氟量。
（因为我们的家用分体式空调器到用户那里安装时，普遍采用排空赶气法，故一般在1.5匹以下的机型生产时多预充30g制冷剂，在2匹以上的机型多预充50g制冷剂）
至此，通过第三部匹配，我们可以完成能力匹配的任务了。
但是在经过仔细的分析和思考，可以看到：
上面的能效比不高而制冷量有余量，可将毛细管和注氟量同时减小。
很有可能能提高能效比，但同时也可能因制冷剂量相对少了和压力将小了，会影响到制冷量的大小。
总之，还是需试验结果来说话。
d）选用毛细管φ1.3×450mm,1根，同时放液30g（此时注氟量为750g）,测试数据为：
制冷量：
2489W
输入功率：
829.7W
能效比：
3.00W/W
出风温度：
室内14.2℃/13.1，室外40.4℃
排气温度：
81.3℃
回气温度：
13.4℃
可以看到制冷量随之有所降低（74W），但功率降得幅度更大（119.6W），使能效比大幅升高，总体性能明显提高了。
结果还是令人满意的。
不过应注意回气温度已较高，750g的注氟量如果作为出厂注氟量是偏低的，安装后可能出现制冷量不足或影响正常的使用寿命，因此应适当补充30g液作为用户排空量。
上面的例子比较简单，通过三根毛细管就找到了目标点，所测的参数也较少，热电偶只布了排气、回气2个温度点，高、低压力则未测。
其实，在实际匹配过程中，常常会遇到制冷系统的大小较紧张（可能由于降低风速（静音机型）、压缩机能效比偏低、换热系统设计不合理，或用小系统配大机型等），此时往往仅通过更换毛细管或调整液量不能解决问题，而是要作更多的工作（如重新分路，拉密片距，采用换热效果更好的新型翅片和内螺纹管，采用高能效压缩机等）。
当然，我们也要注意：
当毛细管长度小于400mm时可能出现节流不稳定的问题，所以当长度小于400mm时需更换内径较大的毛细管，如φ1.3换为φ1.6，或增加毛细管根数（尽量不采用，因为可能出现分液不均的问题，同时装配工作量也增加了）。
在更换内径不同的毛细管前，为减少不必要的测试过程和少走弯路，需查询毛细管的标准压差表或根据自己长时间的经验来判断，以尽可能准确地确定出新毛细管的长度。
这时，我们做好能力匹配是否就算完成这个任务了呢？
回答是“NO！
”
我们还需要测试它的性能试验。
其中一个较重要的就是：
最大制冷运行试验，低电压187V，工况为（℃），
室内侧DB/WB：
32/23，室外侧DB/WB：
46/30
操作步骤：
工况稳定后，在低压下连续运行1h，然后停机断电3min，再启动运行1h；
只有通过该试验，我们的匹配任务才算完成了一大半。
但是当冷凝面积不足或匹配设计不合理时，最大制冷运行低电压容易造成压缩机过载保护动作，这时应调整系统使高压和压缩机功率（电流）下降，一般的方法是通过减短制冷毛细管，但此时制冷量也往往会有所降低。
有时也会考虑其它方法，如在冷凝器出口加卸荷阀（出口到中东的T3机型经常采用，成本也会相应的增加）、增大冷凝器的换热面积等。
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