中央空调原理简介/中央空调四大件

中央空调概况起来 四大件:蒸发器、节流器、压缩机、冷凝器

空调技术从严格意义上来说,不是制冷制热器,而是 热量的搬用器,而搬运过程必须消耗 电能。

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制冷:即从室内搬运热量到室外
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制热:即从室外搬运热量到室内

COP的值:

即 消耗 1kw 电能搬运多少 kw 热量。比如COP = 3,表示消耗1kw电量搬运了 3kw的热能。所以COP值越高,空调越节能。

IPLV(C):

大部分情况下空调不可能满载运行,故空调在部分运行情况下对应的能效更有参考价值。
IPLV(C)即综合部分负荷性能参数,在25%、50%、75%、100% 内机开启状态下的 COP 值,并通过标准能效计算出结果,更能反映机组节能性。


如何选择系统类型

1. 风系统

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室内机通过冷媒管与风管式室内机相连,风管式内机统一处理室内空气,然后通过风管把处理后的空气送入室内各个部分。

2. 氟系统

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室外机通过冷媒管与多台室内机连接,每个房间内机均与空气换热

3. 水系统

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室外机一般称为冷热水机组,室内机一般称为风机盘管,通过水管连接。室外机组产生 冷/热 水,用水泵送入每个室内机,室内空气与水 换热达到调节温度的目的。

4. 地源热泵

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地源热泵系统是利用浅层地能进行 供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利用系统

几个方案的对比

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如何选择系统产品

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选主机
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选内机

参考网站


克拉柏龙方程

适用于理想气体,P是压强,V是体积,而T是温度,C是常数
PV/T=nR=C


中央空调四大件

一、节流器

热力膨胀阀、毛细管、电子膨胀阀,是三种重要节流装置,均属于节流器的范畴。

它的作用是将 冷凝液和 贮藏液中 冷凝压力下的饱和液体(或过冷液体)节流后降至蒸发压力和蒸发温度,同时跟进负荷的变化 调节进入蒸发器 制冷剂的流量。

说白了,它是待载热量装置,冷凝器送过来的 冷媒,就像一个冻得结结实实的冰块,真要让它吸热,慢腾腾效率低,通过节流器,把这个冰调整成碎碎的 最易吸收热量的这个状态,方便进入蒸发器吸热。它就是一个提高吸热效率的装置。

如果节流装置向蒸发器的供液量与蒸发器负荷相比过大,部分制冷剂液体和 制冷剂气体会一起进入压缩机,引起湿压缩液击事故
相反若供液量与蒸发器热负荷相比太少,则蒸发器部分换热面积未能充分发挥作用,甚至造成蒸发压力降低;而且使系统的制冷量减小,制冷系数降低,压缩机的排气温度升高,影响压缩机的正常润滑。

节流装置的原理

当制冷剂流体通过一小孔时,一部分静压力转变为动压力,流速急剧增大,成为湍流流动,流体发生扰动,摩擦阻力增加,静压下降,使流体达到降压调节流量的目的。

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节流机构的作用有两点:
  • 一是对从冷凝器中出来的高压液体制冷剂进行节流降压为蒸发压力
  • 二是根据系统负荷变化,调整进入蒸发器的制冷剂液体的数量
1. 热力膨胀阀

热力膨胀阀普遍用于氟利昂制冷系统中,通过感温机构的作用,随蒸发器出口处制冷剂的温度变化而自动变化,达到调节制冷剂供液量的目的。
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内平衡式热力膨胀阀

大多数热力膨胀阀在出厂前把过热度调定在5~6℃,阀的结构保证过热度再提高2℃时,阀就处于全开位置,与过热度约为2℃时,膨胀阀将处于关闭状态。控制过热度的调节弹簧,其调节幅度为3~6℃。

一般说来,热力膨胀阀调定的过热度越高,蒸发器的吸热能力就降低,因为提高过热度要占去蒸发器尾部相当一部分传热面,以便使饱和蒸气在此得到过热,这就占据了一部分蒸发器传热面积,使制冷剂汽化吸热的面积相对减少,也就是说蒸发器的表面未能得到充分利用。

但是,过热度太低,有可能使制冷剂液体带入压缩机,产生液击的不利现象。因此,过热度的调节要适当,既能确保有足够的制冷剂进入蒸发器,又要防止液体制冷剂进入压缩机。

热力式膨胀阀主要由阀体、感温包和毛细管组成。热力式膨胀阀按膜片平衡方式不同有内平衡式和外平衡式两种类型。

  • 内平衡式热力膨胀阀
    内平衡式热力膨胀阀由阀体、推杆、阀座、阀针、弹簧、调节杆、感温包、联接管、感应膜片等部件组成。

  • 外平衡式热力膨胀阀
    外平衡式热力膨胀阀在结构上和安装上与内平衡式的区别是:外平衡式阀膜片下方的空间与阀的出口不连通,而是用一根小直径的平衡管与蒸发器出口相连,这样,作用于膜片下方的制冷剂压力就不是节流后蒸发器进口处的Po,而是蒸发器出口处的压力Pc,膜片受力平衡时为Pg=Pc+Pw,可见,阀的开启度不受蒸发器盘管管内流动阻力的影响,从而克服了内平衡式的缺点,外平衡式多用于蒸发器盘管阻力较大的场合。

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通常,把膨胀阀关闭时的蒸汽过热度称为关闭过热度,关闭过热度也等于阀孔开始开启时的开启过热度。关闭过热度与弹簧的预紧力有关,其大小可由调节杆调节。

当弹簧调至最松时的过热度称最小关闭过热度;相反,调至最紧时的过热度称为最大关闭过热度。一般膨胀阀的最小关闭过热度不大于2℃,最大关闭过热度不小于8℃。

对于内平衡式热力膨胀阀,作用在膜片下方的是蒸发压力,如果蒸发器的阻力比较大,制冷剂在某些蒸发器内流动时存在较大的流阻损失,将严重影响热力膨胀阀的工作性能,造成蒸发器出口过热度增大,过热度提高,对蒸发器传热面积的利用不合理。

对外平衡式热力膨胀阀,作用在膜片下的压力是蒸发器的出口压力,不再是蒸发压力,情况就得到了改善。

2. 毛细管

毛细管是最简单的节流装置,毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管,它的内径一般为0.5~2mm。


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毛细管作节流装置的特点:
(1)毛细管由紫铜管拉制而成,制造方便,价格低廉;
(2)没有运动部件,本身不易产生故障和泄漏;
(3)具有自补偿的特点,
(4)制冷压缩机停止运转后,制冷系统内的高压侧压力和低压侧压力可迅速得到平衡,再次起动运转时,制冷压缩机的电动机起动。

3. 电子膨胀阀

优点:

  • 流量调节范围大;
  • 控制精度高;
  • 适用于智能控制;
  • 能适用于高效率的制冷剂流量的快速变化。

电子膨胀阀的开度可以和压缩机的转速相适应,使压缩机输送制冷剂量与阀的供液量匹配,使蒸发器的能力得到最大限度的发挥,实现空调制冷系统的最佳控制。

使用电子膨胀阀,可以提高变频压缩机的能量效率,实现温度的快速调节,提高系统的季节能效比。对大功率变频空调,必须采用电子膨胀阀为节流元件。

电子膨胀阀的结构由检测、控制、执行三部分组成,按驱动方式分类可分为电磁式和电动式。电动式又分为直动型和减速型,步进电机直带阀针的为直动型,步进电机通过齿轮组减速器带阀针的是减速型。


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二、蒸发器(吸热)

空调蒸发器的作用是 利用 液态低温制冷剂 在低温下易蒸发,转变为蒸汽并 吸收被冷却的热量,达到制冷的目的。

分为两大类:

  • 冷却空气的蒸发器。 分为两块部件:冷却排管、冷风机
    冷风机:
    它依靠风机强制库房内的空气流经箱体内的冷却排管进行热交换,使空气冷却,从而达到降低库温的目的。其中,制冷剂或载冷剂在排管内流动,通过管壁冷却管外空气的称为干式冷风机;以喷淋的载冷剂液体直接和空气进行热交换的,称为湿式冷风机;混合式冷风机除冷却排管外,还有载冷剂的喷淋装置。冷库常用的干式冷风机按其安装的位置又可分为吊顶式和落地式两种类型。
    冷却排管:
    冷却排管是用来冷却空气的一种蒸发器。广泛应用于低温冷藏库中,制冷剂在冷却排管内流动并蒸发,管外作为传热介质的被冷却空气作自然对流。
    冷却排管最大的优点是结构简单,便于制作,对库房内贮存的非包装食品造成的干耗较少。但排管的传热系数较低,且融霜时操作困难,不利于实现自动化。对于氨直接冷却系统用无缝钢管焊制,采用光管或绕制翅片管;对于氟利昂系统,大都采用绕片或套片式铜管翅片管组。

  • 冷却液体载体冷剂的蒸发器;主要有卧式、立式、螺旋管式


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三、冷凝器(放热)

冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的过热蒸汽冷却成液体或气液混合物,在这个过程中向室外放出热量。

冷凝器放出热量的过程是通过冷却介质(水或空气)带走的。冷凝器按照冷却介质不同可分为两类:

1、风冷式冷凝器:制冷剂的热量传到铜管,再传到铝箔,散热在空气中。
2、水冷式冷凝器:冷媒的热量首先传给铜管,再传给水排出。

对于氟系统空调机,一般选择风冷式冷凝器。

四、压缩机

中央空调五种压缩机对比:

1. 活塞式压缩机
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当活塞式压缩机的曲轴旋转时,通过连杆的传动,活塞便做往复运动,由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。

活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时,气缸内的工作容积逐渐增大,这时气体即沿着进气管,推开进气阀而进入气缸,直到工作容积变到最大时为止,进气阀关闭。

活塞式压缩机的活塞反向运动时,气缸内工作容积缩小,气体压力升高,当气缸内压力达到并略高于排气压力时,排气阀打开,气体排出气缸,直到活塞运动到极限位置为止,排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时,上述过程重复出现。

总之,活塞式压缩机的曲轴旋转一周,活塞往复一次,气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程,即完成一个工作循环。

优点:

(1)不论流量大小,都能得到所需要的压力,排气压力范围广,最高压力可达320MPa(工业应用),甚至700MPa,(实验室中);
(2)单机能力为在500m3/min以下的任意流量;
(3)在一般的压力范围内,对材料的要求低,多采用普通的钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉;
(4)热效率较高,一般大、中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右;
(5)气量调节时,适应性强,即排气范围较广,且不受压力高低影响,能适应较广阔的压力范围和制冷量要求;
(6)气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大,同一台压缩机可以用于不同的气体;
(7)驱动机比较简单,大都采用电动机,一般不调速,可维修性强;
(8)活塞压缩机技术上较为成熟,生产使用上积累了丰富的经验;

缺点:

(1)结构复杂笨重,易损件多,占地面积大,投资较高,维修工作量大,使用周期较短,但经过努力可以达到8000小时以上;
(2)转速不高,机器体积大而重,单机排气量一般小于500m3/min;
(3)机器运转中有振动;
(4)排气不连续,气流有脉动,容易引起管道振动,严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏;
(5)流量调节采用补助容积或旁路阀,虽然简单、方便、可靠,但功率损失大,在部分载荷操作时效率降低;
(6)用油润滑的压缩机,气体中带油需要脱除;
(7)大型工厂采用多台压缩机组时,操作人员多或工作强度较大。

2. 滚动转子式压缩机

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滚动转子式压缩机是一种 容积型回转式压缩机,气缸工作容积的变化,是依靠一个偏心装置的圆筒形转子在气缸内的滚动来实现的。

1、转子回转一周,将完成上一工作循环的压缩和排气过程及下一工作循环的吸气过程。
2、由于不设进汽阀,吸气开始的时机和汽缸上吸气孔口位置有严格的对应关系,不随工况的变化而变动。
3、由于设置了排汽阀,压缩终了的时机将随排气管中压力的变化而变动。

优点:

(1)结构简单,体积小,重量轻,同活塞式压缩机比较,体积可减小40%~50%,重量也可减轻40%~50%;
(2)零部件少,特别是易损件少,同时相对运动部件之间的摩擦损失少,因而可靠性较高;
(3)仅滑片有较小的往复惯性力,旋转惯性力可完全平衡,转速可以较高,并且振动小,运转平稳;
(4)没有吸气阀,吸气时间长,余隙容积小,并且直接吸气,减小了吸气有害过热,所以其效率高。但其加工及装配精度要求高。由于没有气阀,可以用于输送污浊和带液滴、含粉尘的工艺用气体。

缺点:

回转式压缩机的主要缺点是滑片与气缸壁面之间的泄漏、摩擦和磨损较大,限制了它的工作寿命及效率的提高;并且这种压缩机加工精度要求较高。如果采用双层滑片,运行时两块滑片的端部都与气缸内壁保持接触,形成两道密封线,并在两道密封线之间形成油封,大大降低了滑片端部的泄漏损失,减少摩擦力及摩擦损失,使机器的工作寿命及效率均有所提高。
这种压缩机一旦在其轴承、主轴、滚轮或是滑片处发生磨损,间隙增大,马上会对其性能产生较明显的不良影响,因而它通常是用在工厂中整体装配的冰箱、空调器中,系统内也要求具有较高的清洁度。

3. 涡漩式压缩机
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涡旋压缩机中的主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开180°的渐开线涡旋盘,其一是固定涡旋盘,而另一个是由偏心轴带动,其轴线绕着固定涡旋盘轴线做公转的绕行涡旋盘。
工作中两个涡旋盘在多处相切形成密封线,加上两个涡旋盘端面处的适当密封,从而形成好几个月牙形气腔。
两个涡旋盘间公共切点处的密封线随着绕行涡旋盘的公转而沿着涡旋曲线不断转移,使这些月牙形气腔的形状大小一直在变化。

压缩机的吸气口开在固定涡旋盘外壳的上部。当偏心轴顺时针旋转时,气体从吸气口进入吸气腔,相继被摄入到外围的与吸气腔相通的月牙形气腔里。
随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通,其密闭容积便逐渐被转移向固定涡旋盘的中心且不断缩小,气体被不断压缩而压力升高。

优点:

(1)属于第三代压缩机,多个压缩腔同时工作,相邻压缩腔之间的气体压差小,气体泄漏量少,容积效率高,可达98%,比第二代压缩机转子压缩机效率高5%左右;
(2)驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转,因此,涡旋式压缩机体积小重量轻;
(3)动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小,整机振动小;
(4)没有吸、排气阀,涡旋压缩机运转可靠,且特别适应于变转速运动和变频调速技术;
(5)涡旋压缩机的压缩腔是由涡旋型线构成的,为多室压缩机构,当动涡盘中心绕静涡盘中心作圆周运动时,各压缩腔容积随主轴转角发生变化,将相应地减小或扩大,由此实现气体的吸入、压缩和排气过程,由于吸排气过程几乎连续进行,整机噪声很低;
(6)轴向和径向柔性结构提高了涡旋压缩机的生产效率,而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果,不因摩擦和磨损而降低,即涡旋压缩机有可靠和有效的密封性,所以其制冷系数不是随运行时间的增加而减小,而是略有提高;
(7)涡旋压缩机有着良好的工作特性,性能主要受自身压缩比和吸气压力的影响,排气压力范围广,适用各种室内、外环境,确保压缩机一直在高能效比下运行,从而保证空调机组的能效比。在热泵式空调系统中,特别表现在制热性能高、稳定性好、安全性高;
(8)涡旋式压缩机无余隙容积,在结构上属于多室压缩,相邻的腔室内压力差别不是很大(近似连续变化),同时,动、静涡盘端面接触部的密封条靠轴向背压被压紧而使得动、静涡盘紧密接触,并在冷冻油的帮助下实现良好的密封效果,从而使得内泄漏几乎不存在;当密封条端平面被磨损后,可以沿轴向方向自动补偿,以保证动涡盘端面和静涡盘底面始终贴紧,而且压缩机工作时间越长,这些贴紧的相对运动面的配合越好,密封效果也越好,这些优点使得涡旋压缩机不存在二次压缩制冷剂气体的问题,是保持高容积效率运行的重要保障因素之一;
(9)力矩变化小,平衡性高,振动小,运转平稳,从而操作简便,易于实现自动化;
(10)因其自身运动部件少、没有往复运动机构,所以结构简单、体积小、重量轻、零件少(特别是易损件少),可靠性高,寿命在20年以上。

缺点:

(1)其运动机件表面多是呈曲面形状,这些曲面的加工及其检验均较复杂,制造需高精度的加工设备及精确的调心装配技术,因此制造成本较高。

(2)其运动机件之间或运动机件与固定机件之间,常以保持一定的运动间隙来达到密封,气体通过间隙势必引起泄漏,这就限制了回转式压缩机难以达到较大的压缩比,因此,大多数回转式压缩机多在空调工况下使用。

4. 螺杆式压缩机
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螺杆压缩机是通过由5个凸齿组成的阳转子(以下简称为M转子)与由6个凹齿组成的阴转子(以下简称为F转子)的啮合形成齿形空间吸入冷媒,通过减小齿形空间来压缩冷媒至所定压力。螺杆压缩机的工作流程如下:

〔吸入行程〕从在轴向到半径方向上开口的吸入口吸入冷媒。随着转子的回转,在转子下侧,啮合分开,齿沟长度增大,冷媒被吸入齿形空间。
〔压缩行程〕从齿沟的吸入侧开始进行齿形的啮合,密封线渐渐向排出侧行进,齿形空间减少,进行压缩。通过随着冷媒一起吸入的润滑油,在转子间隙内形成油膜密封,同时对转子进行润滑。阳转子和阴转子渐渐靠近排出口进行压缩,压力升高。
〔排出行程〕齿形空间与排出口连上,开始排出行程。此行程持续到排出端,直到齿形空间的冷媒被完全送出为止。

优点:

(1)零部件少,易损件少,可靠性高;
(2)操作维护方便;
(3)没有不平衡惯性力.运转平稳安全,振动小;
(4)具有强制输气的特点,排气量几乎不受排气压力的影响,工况适应性强;
(5)螺杆压缩机的转子齿面实际上是有间隙的.因此对湿行程不敏感,能耐液击;
(6)排气温度低,可在较高压比的工况下运行;
(7)可实现制冷情无级调节,采用滑阀机构,使制冷量可从 15%~100%进行无级调节,节省运行费用;
(8)容易实现自动化,可实现远程通信。

缺点:

(1)转子齿面是一空间曲面,需利用特制的刀具,在价格昂贵的设备上加工,机体零部件加工精度也有较高的要求,必须采用高精度设备;
(2)由于齿间容积周期性地与吸、排气口连通,故压缩机噪声高;
(3)由于受到转子刚度和轴承寿命等限制,压缩机内部只能依靠间隙密封,所以螺杆压缩机只能适用于中、低压范围,不能用于高压场合;
(4)由于喷油量大,油处理系统复杂,故机组附属设备多;
(5)螺杆压缩机依靠间隙密封气体,在小容积范围内不具有优越的性能。

5. 离心式压缩机
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离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别,它不是利用汽缸容积减小的方式来提高气体的压力,而是依靠动能的变化来提高气体压力。

离心式压缩机具有带叶片的工作轮,当工作轮转动时,叶片就带动气体运动或者使气体得到动能,然后使部分动能转化为压力能从而提高气体的压力。

这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入,又不断地沿半径方向被甩出去,所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。

优点:

(1)离心式压缩机的气量大,结构简单紧凑,重量轻,机组尺寸小,占地面积小,相对于活塞式压缩机,在制冷量相同时,重量较活塞式轻5~8倍。
(2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件,又没有曲柄连杆机构,运转平衡,操作可靠,运转率高,摩擦件少,因之备件需用量少,维护费用及人员少。
(3)工作轮和机壳之间没有摩擦,无需润滑。在化工流程中,离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。
(4)离心式压缩机为一种回转运动的机器,它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂,常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力,为热能综合利用提供了可能。

缺点:

(1)离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合,并且由于适宜采用分子量比较大的制冷剂,故只适用于大制冷量,一般都在25~30万大卡/时以上。
(2)离心式压缩机的稳定工况区较窄,其气量调节虽较方便,但经济性较差。
(3)目前离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低。
(4)一般要用增速齿轮传动,转速较高,对轴端密封要求高,这些均增加了制造上的困难和结构上的复杂性。


制冷技术中常见单位换算

1 美国冷吨 = 3024千卡/小时(kcal/h) = 3.517 千瓦 KW

1 日本冷吨 = 3320千卡/小时(kcal/h) = 3.861 千瓦 KW

1 马力(或一匹马功率)= 735.5瓦 = 0.7355 千瓦

摄氏度 = (华氏F- 32) 5/9

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