《原理空调与制冷》课件

《空调与制冷原理》欢迎学习空调与制冷原理课程！本课程将系统介绍空调与制冷的基础理论、工作原理、系统组成以及应用技术通过学习，您将掌握从热力学基础到实际系统设计与维护的全面知识课程简介基础理论应用范围涵盖热力学基本原理、热质交换理从舒适性空调到工业冷冻，从家用论、相变过程分析等制冷空调技术设备到大型中央空调系统，全面了的理论基础，建立系统的知识框解制冷技术的多样化应用场景架工程实践学习系统设计方法、负荷计算、设备选型、系统维护与故障诊断等实用工程技能，提升实际操作能力本课程将帮助您深入理解空调与制冷系统的工作原理，掌握系统设计和运行维护的关键技能通过理论与实践相结合的学习方式，您将能够分析和解决实际工程中的各种问题制冷技术的历史发展早期冰块时代古代文明利用自然冰块和雪进行食物保存，中国、埃及等古代文明已有利用冰窖储存冰块的记录，用于夏季食品保鲜和降温世纪技术突破191834年，雅各布·珀金斯获得第一个制冷机专利；1851年，约翰·戈里发明了第一台实用的制冰机；1876年，卡尔·林德开发了氨制冷系统，标志着现代制冷技术的开端世纪普及时代201902年，威利斯·开利发明了现代空调；1930年代，氟利昂制冷剂的发明和家用冰箱的普及；1950-1980年代，中央空调系统在商业和公共建筑中广泛应用现代高效节能时代变频技术、智能控制系统的发展；环保制冷剂的研发与应用；能源效率标准的提高；与可再生能源的结合应用，如地源热泵技术的发展第一章制冷基础原理热力学规律能量守恒与转换制冷工质特性相变与能量传递制冷循环原理逆卡诺循环制冷技术的核心是通过特定的热力学循环，实现热量从低温物体向高温环境的转移，这一过程与自然热传递方向相反，因此需要外界能量的输入制冷基础原理部分将重点介绍支撑这一技术的热力学定律和基本概念通过学习本章内容，您将理解热量传递的基本规律，掌握制冷剂的特性及选择原则，以及各种制冷循环的工作原理，为后续深入学习打下坚实基础热力学第一定律与制冷能量守恒制冷系统中的能量不会凭空产生或消失，只会在不同形式之间转换，系统吸收的热量、压缩机的机械功和释放的热量之间存在严格的数量关系逆向热传递在自然状态下，热量只能从高温物体向低温物体传递制冷系统通过外界能量输入，实现热量从低温区域（室内）向高温区域（室外）的转移能量输入压缩机消耗电能并转化为机械功，提供系统运行所需的能量，使制冷循环得以持续进行，实现逆向热传递过程能效比COP制冷系统的效率通常用能效比表示，即系统产生的制冷量与消耗的能量之比能效比越高，表示系统效率越高，能源利用更加经济热力学第一定律是制冷技术的理论基础，它阐明了能量守恒的普适规律在制冷系统中，我们借助压缩机的机械功输入，逆转自然的热传递方向，实现冷却效果制冷的基本热力学原理热传递自然方向逆热力学循环效率与卡诺循环根据热力学第二定律，热量在自然状制冷循环是一种逆热力学循环，需要卡诺循环提供了制冷系统理论效率的态下只能从高温物体流向低温物体，外界做功才能实现理论上，最理想上限值，其效率仅取决于工作温度范这是一个不可逆的自发过程制冷技的逆热力学循环是逆卡诺循环，它代围制冷系统的理想性能系数COP=术的本质是通过消耗能量来逆转这一表了给定温度条件下可能达到的最高，其中是蒸发温度，是Tc/Th-Tc TcTh自然过程效率冷凝温度理解制冷的热力学原理对于把握制冷技术的本质至关重要无论制冷系统如何复杂，其核心都是通过外界能量输入，使热量逆自然方向流动，从低温区域向高温区域转移实际制冷系统的效率总是低于理想的卡诺循环效率，这主要受到不可逆因素的影响，如摩擦损失、热交换不完全、制冷剂流动阻力等系统设计的一个重要目标就是尽可能减小这些不可逆因素的影响制冷剂的物理特性相变过程与潜热制冷剂在蒸发过程中吸收大量潜热，在冷凝过程中释放潜热这种相变特性是制冷系统高效传递热量的关键不同制冷剂的潜热值差异较大，直接影响系统的制冷效率饱和压力与温度关系每种制冷剂都有其特定的饱和压力-温度关系曲线在设定的温度下，制冷剂具有唯一对应的饱和压力这一特性对于控制系统的蒸发温度和冷凝温度至关重要热交换特性制冷剂的导热系数、粘度、比热容等物理参数影响其传热性能优良的热交换特性可以提高系统效率，减少换热器尺寸，降低系统成本安全与环保特性理想的制冷剂应具有低毒性、低可燃性、高化学稳定性、零臭氧消耗潜能ODP和低全球变暖潜能GWP等特性，以确保使用安全和环境友好制冷剂是制冷系统中循环流动并承担热量传递任务的工质，其物理特性直接决定了系统的性能和适用范围选择合适的制冷剂需要综合考虑热力学性能、安全性、环保性和经济性等多方面因素常见制冷剂类型与特点氟利昂类制冷剂包括CFC、HCFC和HFC三类，曾因良好的热力学性能、安全性和稳定性广泛应用但CFC和HCFC因破坏臭氧层已被逐步淘汰，HFC虽不破坏臭氧层但具有较高的全球变暖潜能值，也正面临限制使用的压力碳氢化合物制冷剂如丙烷R

290、丁烷R600等，具有优良的热力学性能和环保特性，但可燃性高，需要采取特殊安全措施目前主要应用于小型制冷设备，如家用冰箱、小型空调等领域氨制冷系统氨R717作为自然制冷剂，具有优异的热力学性能和零环境影响，在大型工业制冷领域有广泛应用但其毒性和轻度可燃性限制了在民用领域的应用，主要用于食品冷冻、冷库等工业场合随着环保要求的不断提高，制冷剂的发展趋势是寻找兼具良好热力学性能、安全性和环保特性的新型工质近年来，HFO氢氟烯烃类制冷剂因其低全球变暖潜能值和可接受的性能特性受到广泛关注，被视为HFC的潜在替代品制冷方式分类吸收式制冷蒸气压缩式制冷利用溶液对制冷剂的吸收和解吸过程实现制利用制冷剂的相变过程和压缩机的机械能输冷，通常使用氨水或溴化锂水溶液作为工质入实现制冷，是当今最广泛应用的制冷方对特点是可利用低品位热能（如太阳能、式，占全球制冷设备的以上特点是技90%工业余热）驱动，运行噪音低，但体积大、12术成熟、效率较高、适用范围广效率较低热电式制冷蒸汽喷射式制冷基于珀尔帖效应，当电流通过两种不同导体43利用高速蒸汽射流产生的负压使水在低温下或半导体的连接点时，产生温差实现制冷蒸发吸热实现制冷特点是结构简单、无运特点是无运动部件、无制冷剂、体积小，但动部件，但效率低，主要用于工业领域利用效率低、成本高，主要用于小型或特殊场余热制冷合不同的制冷方式各有优缺点和适用场景选择合适的制冷方式需要综合考虑制冷温度范围、能源可用性、环境影响、系统复杂度和经济性等多种因素在实际应用中，有时会采用混合制冷方式以发挥各自优势蒸气压缩式制冷循环压缩过程低压制冷剂蒸气进入压缩机，被压缩为高温高压蒸气，温度和压力同时升高这是一个等熵压缩过程，压缩机消耗的电能转化为制冷剂的热能和压力能冷凝过程高温高压的制冷剂蒸气进入冷凝器，向周围环境释放热量，温度降低并凝结成高压液体这是一个等压放热过程，冷凝器中的制冷剂处于饱和状态节流过程高压液体制冷剂通过膨胀阀或毛细管进行节流降压，变成低温低压的液气混合物这是一个等焓过程，制冷剂的温度显著降低蒸发过程低温低压的制冷剂在蒸发器中吸收环境热量，完全气化成低压蒸气这是一个等压吸热过程，蒸发器中制冷剂温度保持恒定，提供稳定的冷却效果蒸气压缩式制冷循环是当今最常用的制冷方式，其工作过程可以在压力-焓图P-h图上清晰地表示理想循环由两个等熵过程和两个等压过程组成，但实际循环会因不可逆因素而与理想状态有所偏离制冷循环的关键参数-15°C45°C蒸发温度冷凝温度蒸发温度通常比所需冷却温度低5-10°C，它直接决冷凝温度通常比环境温度高10-15°C，它影响系统定系统的制冷能力和能效蒸发温度越低，压缩比的散热能力和能效冷凝温度越高，系统能效越越高，能效越低，但制冷效果越强低，压缩机负荷越大

3.5制冷系数COPCOP是衡量制冷系统效率的重要指标，等于制冷量与压缩机功率之比提高COP的关键是降低冷凝温度、提高蒸发温度、改善换热效率制冷循环的性能受多种参数影响，其中蒸发温度和冷凝温度是两个最基本的参数这两个温度之间的差值越小，系统的理论效率越高，但实际系统需要足够的温差才能实现有效的热交换此外，制冷量的计算方法是Q制冷=m制冷剂×h蒸发出口-h蒸发入口，其中m是制冷剂质量流量，h是对应点的比焓值压缩机功率计算为W压缩=m制冷剂×h压缩出口-h压缩入口系统COP=Q制冷/W压缩蒸发与冷凝过程分析蒸发器热交换过程冷凝器热释放机制蒸发器中，低温低压的制冷剂通过吸收周围环境的热量而气冷凝器中，高温高压的制冷剂蒸气通过向环境释放热量而凝化在理想情况下，制冷剂在整个蒸发器中保持恒定温度，结成液体这个过程分为三个阶段过热蒸气冷却、等温冷提供稳定的冷却效果凝和液体过冷实际过程中，为确保制冷剂完全气化并防止液体进入压缩冷凝过程中制冷剂温度保持恒定，但实际系统中通常会设计机，通常会设计一定的过热度，使制冷剂在蒸发器出口处温一定的过冷度，确保膨胀阀入口处制冷剂为纯液体状态，提度高于饱和温度高系统效率蒸发和冷凝是制冷循环中两个最重要的热交换过程，它们的效率直接影响整个系统的性能影响热交换效率的因素包括换热面积、传热系数、流体流速、温度差等在系统设计中，需要优化这些参数以获得最佳性能此外，相变过程中的压力损失也是影响系统效率的因素较大的压力损失会导致蒸发温度降低或冷凝温度升高，降低系统的值因此，管路设计应尽量减小流动阻力，特别是在低压侧的蒸发器和吸气管路COP第二章空调系统组成空调系统是一个由多个关键部件组成的复杂系统，每个部件都有其特定的功能和工作原理本章将详细介绍空调系统的主要组成部分，包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀装置以及控制系统等理解这些组件的工作原理和相互关系，对于掌握整个空调系统的工作过程、进行系统设计和故障诊断至关重要我们将从各组件的基本结构入手，深入分析其工作特性和性能参数，为后续学习奠定基础空调系统分类按工作原理分类•蒸气压缩式空调系统最常见的空调类型，使用机械压缩机•吸收式空调系统利用热能驱动，适合有余热的场合•蒸发冷却空调利用水分蒸发带走热量，适用于干燥气候按制冷剂循环方式分类•直接膨胀式制冷剂直接在室内机蒸发器中吸热•间接式制冷剂冷却中间介质如水，由中间介质输送冷量•混合式结合两种方式的优点按送风方式分类•全空气系统只有处理后的空气进入房间•风机盘管系统冷水盘管加少量新风•变风量系统调节送风量以控制温度•变风温系统调节送风温度以控制温度按用途分类•舒适性空调维持人体舒适的温湿度环境•工艺性空调满足特定工艺要求的温湿度条件•精密空调提供高精度的温湿度控制空调系统的分类方式多样，每种类型都有其特定的应用场景和技术特点在实际工程中，系统选型需要综合考虑使用需求、环境条件、能源可用性、初投资和运行成本等多种因素压缩机空调系统的心脏往复式压缩机利用活塞在气缸内往复运动完成气体压缩，结构类似于汽车发动机优点是结构简单、维修方便、适应性强；缺点是体积较大、振动噪音大、效率中等主要应用于小型商用和部分家用空调系统转子式压缩机利用偏心转子在气缸内旋转形成压缩腔完成气体压缩优点是结构紧凑、振动小、噪音低、启动转矩小；缺点是密封要求高、调节能力有限广泛应用于家用空调和小型商用空调涡旋式压缩机利用两个互相啮合的涡旋盘形成移动的密闭空间完成气体压缩优点是效率高、运行平稳、可靠性高、部件少；缺点是制造精度要求高、成本较高适用于中小型商用空调和高端家用空调压缩机是空调系统的核心部件，其性能直接影响整个系统的效率和可靠性除了上述常见类型外，大型中央空调系统还常使用离心式压缩机，其特点是容量大、效率高，但造价昂贵，主要用于大型商业和工业空调系统压缩机的核心作用提升压力将低压制冷剂提升至冷凝所需的高压驱动循环提供制冷剂循环流动的动力容量调节根据负荷需求调整制冷量压缩机在制冷循环中的主要功能是提高制冷剂的压力和温度，使其能够在冷凝器中释放热量压缩过程是制冷循环中唯一的能量输入环节，压缩机的效率直接影响整个系统的能效比现代空调系统中，变频压缩机技术得到广泛应用通过改变压缩机的运行频率，可以连续调节制冷剂流量，使系统制冷量与实际负荷需求精确匹配，大幅提高部分负荷下的系统能效，同时改善舒适性和可靠性蒸发器设计与工作原理结构类型流动状态主要有翅片管式、板式、壳管式等多种类制冷剂在入口处为液体或气液混合物，沿型，不同类型适用于不同的应用场景程逐渐气化，出口处为气体除霜技术换热效率低温蒸发器需要定期除霜，常用方法包括通过增大换热面积、提高传热系数等措施热气除霜、电热除霜等提升换热效率蒸发器是空调系统中吸收热量的关键部件，其设计直接影响系统的制冷效果和能效在家用空调中，常用的蒸发器为翅片管式换热器，由铜管和铝翅片构成，通过增加翅片数量显著扩大换热面积蒸发器的性能受多种因素影响，包括表面积、传热系数、温差、风量水量等优化这些参数可以提高蒸发效率，但同时需要考虑风阻水阻、//体积限制、结霜问题等实际约束蒸发器的热交换过程气液混合状态制冷剂在膨胀阀后以低温低压的气液混合状态进入蒸发器吸热汽化2吸收周围空气或水的热量，制冷剂逐渐从液态转变为气态过热蒸气3完全气化后继续吸热形成过热蒸气，确保不会有液体进入压缩机蒸发过程是制冷循环中吸收热量的关键环节在蒸发器中，制冷剂在低温低压条件下吸收环境热量并蒸发，从而实现冷却效果理想情况下，蒸发温度保持恒定，提供稳定的冷却温度蒸发温度是影响系统性能的重要参数，它通常比所需冷却温度低蒸发温度越高，系统效率越高，但制冷能力越弱；蒸发温度越低，制5-10°C冷能力越强，但系统效率越低在实际应用中，需要根据需求合理选择蒸发温度冷凝器类型与特点风冷冷凝器水冷冷凝器蒸发冷凝器利用空气作为冷却介质，通过风扇强制对流利用水作为冷却介质，水的比热容大，散热结合风冷和水冷原理，利用水分蒸发带走热增强散热优点是结构简单、安装方便、维效率高优点是散热效果好、冷凝温度低、量优点是水耗低于水冷系统，效率高于纯护成本低、不受水资源限制；缺点是散热效系统效率高；缺点是需要水源和水处理系统，风冷系统；缺点是结构复杂，需要水处理和率相对较低，受环境温度影响大广泛应用初投资和维护成本高主要应用于大型中央防腐措施适用于需要高效散热但水资源有于家用空调和小型商用空调系统空调系统和工业制冷装置限的场合冷凝器的选型直接影响系统的散热能力和能效水平在设计选型时，需要考虑环境条件、水资源可用性、初投资和运行成本等多种因素随着节能环保要求的提高，微通道冷凝器、高效翅片等新技术也在不断发展，以提升散热效率并减少制冷剂充注量冷凝器的散热过程过热气体冷却高温高压气体降温至饱和温度等温冷凝气体冷凝成液体，释放潜热液体过冷液体进一步冷却至低于饱和温度冷凝过程是制冷循环中的关键热量释放环节在冷凝器中，从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸气向环境释放热量，凝结成高压液体这个过程分为三个阶段首先，过热蒸气被冷却至饱和温度；然后，在饱和温度下冷凝成液体，这一阶段释放大量潜热；最后，液体可能进一步冷却，形成一定的过冷度冷凝温度是影响系统性能的重要参数，它通常比环境温度高10-15°C冷凝温度越低，系统效率越高，压缩机功耗越小因此，提高冷凝器散热效率、保持冷凝器清洁、确保足够的冷却风量或水量，对于维持系统高效运行至关重要膨胀装置的功能与类型毛细管热力膨胀阀电子膨胀阀结构最简单的节流装置，由长细铜管利用感温包感知蒸发器出口过热度，由电子控制器、步进电机和阀体组制成工作原理是利用管壁摩擦和流通过弹簧和膜片机构自动调节阀门开成，根据温度传感器和压力传感器的动阻力使高压液体降压度，维持适当的制冷剂流量信号精确控制阀门开度优点成本低、无运动部件、可靠性优点能自动适应负荷变化，调节性优点控制精度高、响应速度快、适高；缺点调节能力差，一旦设计确能良好；缺点响应速度较慢，过热应范围广、可实现复杂控制策略；缺定就无法调整，仅适用于负荷相对固度设定需要妥协，精度有限广泛应点成本高、结构复杂、依赖电子控定的小型设备用于中小型商用空调制系统应用于变频空调、精密空调等高端设备膨胀装置是制冷循环中不可或缺的关键部件，其主要功能是将高压液体制冷剂降压并控制流入蒸发器的流量膨胀阀的性能直接影响系统的制冷效果和能效，选择合适的膨胀装置对系统设计至关重要膨胀阀的节流降压过程1高压液体进入来自冷凝器的高压液体制冷剂进入膨胀阀，此时制冷剂处于高压高温状态，完全为液态理想情况下，制冷剂应有一定的过冷度，以确保膨胀阀前无气泡产生2节流降压制冷剂通过膨胀阀的小孔或狭窄通道时，压力迅速下降这个过程基本上是等焓过程，制冷剂的总能量保持不变，但由于压力骤降，部分液体闪发成气体3温度降低随着压力的降低，制冷剂的饱和温度也相应降低在膨胀阀出口，制冷剂变成低温低压的液气混合物，温度显著低于环境温度，为后续的吸热过程创造条件4流量控制膨胀阀的开度决定了流入蒸发器的制冷剂流量，从而控制系统的制冷能力先进的膨胀阀能根据蒸发器出口的过热度自动调节开度，保持最佳运行状态膨胀阀的节流降压过程是制冷循环中唯一的降压环节，也是连接高压侧和低压侧的关键部件虽然这个过程在热力学上是不可逆的，会产生一定的能量损失，但它对于实现制冷效果是必不可少的第三章空调制冷系统工作原理压缩冷凝提升制冷剂压力和温度向环境释放热量蒸发膨胀从环境吸收热量降低制冷剂压力和温度空调制冷系统的工作原理基于热力学定律和制冷剂的相变过程本章将深入分析空调系统的完整工作循环，包括制冷循环和制热循环的能量流动规律，以及各组件在循环中的具体作用和状态变化通过理解系统的工作原理和能量传递过程，我们能够更好地把握系统设计的要点，优化系统性能，提高能源利用效率同时，这些知识也是进行系统监控、诊断和维护的基础完整制冷循环过程蒸发过程低温低压的液气混合状态的制冷剂进入蒸发器，从周围环境（室内空气或被冷却物体）吸收热量，完全气化成低压蒸气这个过程中，环境被冷却，实现制冷效果压缩过程低压气体被压缩机吸入并压缩，转变为高温高压气体在这个过程中，压缩机消耗电能，将机械能转化为制冷剂的热能和压力能，是系统能量输入的唯一环节冷凝过程高温高压气体进入冷凝器，向外界环境（室外空气或冷却水）释放热量，冷却并凝结成高压液体冷凝器排出的热量包括从蒸发器吸收的热量和压缩机做功转化的热量膨胀过程高压液体通过膨胀阀节流降压，变成低温低压的液气混合物，进入蒸发器，完成一个完整的循环这是一个等焓过程，制冷剂的焓值基本保持不变制冷循环是一个连续的封闭过程，制冷剂在系统中循环流动，不断地从低温区域吸收热量并将其传递到高温区域这个过程违背了热量自然流动的方向，因此需要外界能量（通常是电能）的输入才能实现空调制冷系统能量流动能量输入1压缩机消耗电能，转化为机械能输入系统热量吸收2蒸发器从室内环境吸收热量热量排放3冷凝器向室外环境排放吸收的热量与压缩机输入的能量空调制冷系统的能量流动遵循能量守恒定律系统从室内环境吸收的热量加上压缩机输入的功，等于系统向室外环境排放的热量用公式表示为冷凝蒸发压缩Q=Q+W系统的能效比定义为制冷量与压缩机功率之比，即蒸发压缩理论上，的上限由卡诺循环决定，实际系统的COP COP=Q/W COPCOP受多种因素影响，包括蒸发温度、冷凝温度、压缩效率、换热效率等提高系统是空调技术发展的主要目标之一COP空调系统的两大循环制冷剂循环（闭路循环）空气循环（开路循环）制冷剂在封闭的管路系统中循环流动，经历蒸发、压缩、冷凝空气是制冷效果的最终载体，通过风机驱动在室内空间与蒸发和膨胀四个过程这是一个封闭的循环，制冷剂不与外界直接器之间循环流动室内空气经过蒸发器时被冷却，然后送回室接触，只通过热交换器与外界进行能量交换内空间，降低空间温度制冷剂循环的驱动力来自压缩机，系统的能量输入也集中在压空气循环是一个开放系统，室内空气可能会与室外空气进行一缩机制冷剂的物理特性，如饱和压力温度关系、潜热值等，定比例的交换（新风），以保持室内空气质量空气的流动特-直接影响系统的性能性、温湿度分布和气流组织方式对舒适性和能效有重要影响这两个循环通过蒸发器实现能量交换，制冷剂在蒸发器中吸收空气中的热量两个循环的匹配对系统性能至关重要例如，空气流量过小会导致蒸发温度过低，影响系统效率；空气流量过大又会增加风机能耗在系统设计和优化中，需要综合考虑这两个循环的特性，合理匹配各部件参数，如蒸发器面积、风量、制冷剂流量等，以实现最佳系统性能和舒适性制冷工况下的状态变化制热工况下的原理与流程四通阀换向能量流向制热模式下，四通阀改变制冷剂的流动方向，使原本的室内蒸制热模式下，系统从室外环境吸收热量（即使室外温度很低），发器变成冷凝器，原本的室外冷凝器变成蒸发器这样，热量并将这些热量加上压缩机的功一起传递到室内这就是热泵的就从室外转移到了室内，实现制热功能基本原理四通阀是热泵空调实现制冷制热双向功能的关键部件，它能制热量室外吸热量压缩机功率由于利用了室外环境中/=+够在不改变压缩机旋转方向的情况下，改变制冷剂的流动路径的热能，热泵空调的能效比通常高于电阻式加热设备，尤其在室外温度不太低的情况下制热模式下的主要挑战是室外温度低时的除霜问题当室外换热器表面温度低于且空气中含有一定湿度时，水汽会在换热器表0°C面凝结并结霜，影响换热效率为解决这一问题，空调系统会定期进入除霜模式，暂时反向运行，将热量引导到室外换热器上融化霜层随着技术发展，现代空调采用了多种策略提高低温制热性能，如变频技术、喷气增焓技术、双级压缩技术等，大大扩展了热泵空调的适用范围整机工作状态监控4-5±2°C关键测量点控制精度现代空调系统配备多个温度和压力传感器，监测制高效空调系统能在设定温度范围内精确控制，减少冷剂在循环各点的状态，包括蒸发温度、冷凝温温度波动和能源浪费度、吸气过热度、排气温度等15%能效提升先进监控系统能够实时优化运行参数，相比传统控制可节省能源消耗空调系统的运行状态监控是确保系统高效安全运行的关键现代空调系统通常配备多种传感器和智能控制装置，实时监测系统运行参数，包括各点温度、压力、电流、电压等这些数据不仅用于系统控制，也是故障诊断的重要依据正常工作状态下，系统各参数应在设计范围内波动例如，排气温度通常不应超过110°C，吸气过热度应保持在5-10°C，冷凝压力应与环境温度有合理对应关系当参数出现异常时，控制系统会发出警报或采取保护措施，如降频运行或停机保护第四章空调负荷计算围护结构负荷通过墙壁、屋顶、窗户的热传导内部热源负荷人员、设备、照明等产生的热量新风与渗透负荷室外空气引入带来的热湿负荷空调负荷计算是空调系统设计的基础和前提准确的负荷计算对于合理选择设备容量、优化系统配置、确保室内环境舒适性和系统运行经济性至关重要本章将详细介绍空调冷负荷和热负荷的构成、计算方法和影响因素负荷计算需要考虑多种因素，包括建筑特性、气候条件、使用要求等通过掌握科学的计算方法，可以避免设备容量过大造成的投资浪费和运行效率低下，或容量不足导致的无法满足舒适性要求的问题空调冷负荷的构成辐射得热负荷太阳辐射通过透明围护结构（如窗户）进入室内形成围护结构传热负荷的热负荷这部分负荷与窗户朝向、面积、遮阳设施、通过墙壁、屋顶、地板、窗户等建筑围护结构的热传时间、季节等有关，通常是夏季峰值冷负荷的主要来导引起的热增益受建筑材料热工性能、面积、温差源等因素影响，是建筑物基本冷负荷的重要组成部分人体散热负荷室内人员释放的显热和潜热与人数、活动强度相关，通常人均散热量在75W至130W之间在人员密集场所（如剧院、会议室），这部分负荷占比较大新风与渗透负荷照明与设备负荷室外新鲜空气引入和门窗缝隙渗透带来的显热和潜热负荷与室内外温湿度差异和通风量有关，在高要求照明灯具、办公设备、家用电器等运行时转化为热量的场所（如医院、实验室）占比较大的电能随着电子设备普及，这部分负荷在现代建筑中比重越来越大，特别是在办公场所和数据中心准确估算各类冷负荷是空调设计的基础不同类型建筑的负荷构成有很大差异，例如玻璃幕墙办公楼的辐射得热比重大，人员密集场所的人体散热和新风负荷比重大，设备密集场所的设备负荷比重大冷负荷计算方法峰值冷负荷确定计算公式应用峰值冷负荷是系统设计的关键依据，需要考虑最不利气象条件和使用情况通常各类负荷有其对应的计算公式例如，传导热负荷Q=K×A×ΔT，式中K为传热系根据统计气象资料，选取夏季设计日的逐时负荷变化，确定一天中的最大冷负数，A为面积，ΔT为温差太阳辐射负荷需考虑辐射强度、玻璃得热系数和遮阳荷不同朝向、不同功能区域的峰值时间可能不同系数等人体负荷和设备负荷则基于标准数据和使用情况估算3负荷系数考虑安全裕度确定实际运行中，并非所有潜在负荷都同时达到最大值因此引入各种系数进行修为应对计算误差和未来负荷增长，通常在计算负荷基础上增加10%-15%的安全正，如使用系数（反映设备实际运行比例）、同时使用系数（反映设备同时使用裕度裕度过小可能导致系统容量不足，过大则造成设备过度选型，增加初投资概率）和多样性系数（反映不同区域负荷峰值错开的情况）等和运行成本，降低部分负荷运行效率现代负荷计算通常借助专业软件完成，如DOE-

2、EnergyPlus、DesignBuilder等这些软件可以同时考虑建筑物理特性、气象数据、使用模式等多种因素，进行全年能耗模拟和峰值负荷分析，为系统设计提供科学依据热负荷分析冬季热损失途径热负荷计算要素热舒适性考量•围护结构传热损失通过墙壁、屋顶、地板、门•建筑热工参数各部位传热系数、面积、温差•垂直温差控制避免脚冷头热现象窗等向室外传递热量•室外计算温度基于当地冬季气象参数确定•辐射不对称避免靠近冷墙面或大窗户的不适感•冷风渗透损失门窗缝隙、开门关门带来的冷空•室内设计温度根据舒适性要求和建筑功能确定•湿度控制冬季避免过于干燥，一般保持30%-气渗入•通风换气要求基于人员密度和空气质量标准60%相对湿度•新风热负荷为保证空气质量引入的室外新鲜空•气流速度控制气流速度避免感觉冷风气需要加热冬季采暖负荷计算是采暖系统设计的基础与冷负荷不同，热负荷主要考虑热损失，计算相对简单基本公式为Q=K×A×ti-to，其中K为传热系数，A为面积，ti为室内温度，to为室外温度间歇供暖的建筑需要考虑附加热负荷，用于快速提升室温这部分负荷与建筑热惯性、停暖时间、降温幅度有关，通常通过增加一定百分比的附加系数来考虑对于热容量大的建筑，这部分附加负荷比例较高空调设备容量选择负荷匹配原则空调设备的制冷量应与计算得到的冷负荷相匹配，考虑适当的安全裕度设备容量过大会导致频繁启停、温度波动大、能源浪费、初投资高等问题；容量过小则无法满足温度要求，导致持续运行但效果不佳变频技术优势变频空调能根据实际负荷需求调整压缩机运行频率，在部分负荷下保持高效率运行相比定频空调，变频技术能提供更稳定的温度控制、更低的噪音、更高的季节能效比，特别适合负荷波动较大的场合多联机系统应用对于多房间、负荷差异大的建筑，多联机系统可实现更灵活的负荷分配一台室外机连接多台室内机，每个区域独立控制，系统总容量小于各区域峰值负荷之和，利用负荷不同时性提高设备利用率空调设备容量选择应基于科学的负荷计算，并考虑实际运行特点现代建筑负荷特性日趋复杂，传统的满负荷设计+安全系数方法可能导致严重的设备过大化基于全年能耗模拟和生命周期成本分析的设备选型方法，能更好地平衡初投资和运行成本，实现经济与节能的双重目标第五章空调制冷控制技术温度控制压力控制流量控制智能控制维持设定温度范围确保系统安全运行调节制冷剂循环量优化系统整体性能空调制冷控制技术是确保系统高效、安全、稳定运行的关键现代空调系统集成了多种控制技术，从简单的温控器到复杂的智能控制系统，实现了从单参数控制到多参数协同优化的技术进步本章将介绍空调系统的温度控制、压力控制、流量控制等基本控制技术，以及变频控制、智能除霜、预测控制等先进控制策略通过这些控制技术的应用，可以显著提高系统运行效率，改善舒适性，延长设备寿命温度控制系统温度传感器类型与安装温控器与控制算法常用温度传感器包括热电阻、、热敏电阻早期温控器采用简单的开关控制（双位控制），当温度超出设PT100PT

1000、、热电偶等不同传感器有各自的精度、响应速定范围时开启或关闭设备，控制精度有限且易造成频繁启停NTC PTC度和适用范围特点传感器安装位置对控制效果至关重要室内温度传感器应避开现代温控系统多采用控制算法，综合考虑偏差、积分PID PI阳光直射、气流直吹和热源影响；系统内部传感器应安装在能和微分三项，实现更精确的温度控制参数的调整对控D PID代表实际工况的位置，如蒸发器出口、冷凝器出口等关键点制效果有显著影响，需根据系统特性和响应速度进行优化室内温度均匀性控制是舒适性空调的重要目标通过优化送风口位置和形式、调整风量和风速、使用辅助循环风机等措施，可以减少室内温度梯度，避免局部冷热不均现象先进的温度控制策略还包括预测控制、自适应控制和模糊控制等预测控制基于历史数据和负荷预测提前启停设备；自适应控制能根据系统响应自动调整控制参数；模糊控制模拟人类思维方式，处理非精确信息，适合复杂的多变量控制场景压力控制系统高压保护装置监测系统高压侧压力，当压力超过安全阈值时切断压缩机运行，防止系统过压损坏常见触发原因包括冷凝器散热不良、系统充注过量、膨胀阀堵塞等高压保护通常设置为

2.5-

3.0MPa，具体值取决于制冷剂类型和系统设计低压保护装置监测系统低压侧压力，当压力低于设定值时停止压缩机，防止蒸发器结霜和压缩机过热常见触发原因包括制冷剂泄漏、过滤器堵塞、蒸发器结霜等低压保护的设定值通常对应于所需蒸发温度的饱和压力压力平衡控制系统停机后，高低压侧压力会逐渐平衡重启前确保压力平衡可减轻压缩机启动负担，延长设备寿命大型系统通常配备压力平衡旁通装置，小型系统则通过延时启动实现压力平衡压力传感器技术现代系统使用电子压力传感器替代机械压力开关，提供连续的压力信号这些传感器基于压电、电容或应变原理工作，具有精度高、响应快、可靠性强的特点，能与数字控制系统无缝集成压力控制是空调系统安全运行的基础保障异常压力往往是系统故障的早期征兆，及时检测和处理压力异常可以避免更严重的损坏现代控制系统能够记录压力趋势数据，有助于预测性维护和故障诊断流量控制技术制冷剂流量与系统能效流量调节技术制冷剂流量直接影响系统的制冷能力和能效流量过大会导传统系统使用热力膨胀阀根据吸气过热度自动调节流量这致蒸发器液击、压缩机液击风险增加；流量过小则制冷能力种方式响应较慢，在负荷变化剧烈时控制精度有限不足，蒸发器过热度过高，降低换热效率现代系统普遍采用电子膨胀阀，结合温度、压力传感器信最佳制冷剂流量应使蒸发器得到充分利用，同时保持适当的号，通过微处理器控制步进电机精确调节阀门开度这种方吸气过热度（通常），既确保压缩机安全运行，又保式响应速度快、控制精度高、适应范围广，能实现更复杂的5-10°C证系统高效工作控制策略变速压缩机技术是另一种重要的流量控制方式通过调整压缩机转速或频率，直接改变制冷剂循环流量，使系统制冷量与负荷需求精确匹配与膨胀阀调节相比，变速控制能更大范围地调节系统容量，并保持较高的部分负荷效率在大型中央空调系统中，通常结合变速压缩机和电子膨胀阀，实现双重流量控制压缩机主要负责大范围的容量调节，而膨胀阀则精细调整过热度和系统平衡，两者协同工作，实现最优控制效果智能控制与节能技术变频控制技术智能除霜控制预测控制技术变频空调通过电力电子技术改变电源频率，调传统除霜控制基于固定时间间隔或简单的温度、基于历史数据、使用模式和天气预报等信息，节压缩机转速，实现连续无级容量调节相比压力条件，往往不能准确判断除霜需求智能预测未来负荷变化趋势，提前调整系统运行状传统定频空调的开/关控制，变频技术能够使系除霜控制通过多参数综合分析（如温差、风机态例如，识别到上班前负荷高峰，系统可提统制冷量与实际负荷精确匹配，减少启停次数，电流、运行时间等），准确识别结霜状况，仅前启动预冷；预测到降雨降温，系统可相应调降低能耗波动，提高季节能效比在必要时启动除霜，减少不必要的除霜周期，低制冷量这种前瞻性控制比传统的反应式控提高系统效率制更节能有效多参数协同优化控制是现代空调系统的发展趋势通过同时监测和控制温度、湿度、压力、流量、功率等多个参数，综合考虑舒适性、能效和设备可靠性，找到最佳运行点例如，在确保舒适性的前提下，系统可动态调整蒸发温度和冷凝温度，使压缩比最小化，降低能耗第六章专用空调系统随着技术发展和应用需求多样化，各种专用空调系统应运而生，以满足不同场景的特殊需求本章将重点介绍几种典型的专用空调系统，包括多联机系统、冷水机组系统、精密空调系统和工业冷冻系统VRV/VRF这些专用系统各有特点和适用场景，深入了解它们的工作原理、系统构成、设计要点和控制策略，对于工程实践具有重要意义通过比较不同系统的优缺点和适用条件，可以为特定项目选择最适合的空调解决方案多联机系统VRV/VRF系统构成流量分配由一台或多台室外机组与多台室内机组通采用电子膨胀阀精确控制每台室内机的制过制冷剂管路连接而成，每台室内机可独冷剂流量，实现个性化温控立控制容量确定同时冷热考虑负荷不同时系数，总容量通常为各区三管制系统可实现不同区域同时制冷制热，3域峰值负荷之和的利用余热回收提高能效70%-85%多联机系统是一种高效灵活的空调解决方案，特别适合需要分区控制的中小型建筑，如办公楼、酒店、商场等系统通过变频控制技术和先进的电子膨胀阀技术，实现精确的温度控制和高效的部分负荷运行与传统分体空调相比，多联机系统管路简化、安装灵活、节省空间；与中央空调相比，免去了水系统和大型风管，降低了施工复杂度系统设计时需特别注意制冷剂管路长度限制、高差限制、分歧管布置等因素，合理规划以确保系统性能冷水机组系统系统组成冷水机组系统由冷水机组（制冷主机）、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、末端设备（如风机盘管、空气处理机）组成系统分为制冷剂循环系统和水循环系统两部分，通过蒸发器实现能量交换温度流量控制冷冻水温度通常控制在7°C左右，回水温度约12°C，温差5°C水流量控制方式包括定流量系统和变流量系统变流量系统通过变速水泵根据实际需求调节水流量，能显著节约泵功耗，但需注意最小流量限制和水力平衡问题冷却塔选型冷却塔是冷水机组系统的关键组成部分，负责冷却冷凝器中的冷却水选型需考虑冷却水流量、进出水温度、湿球温度等因素冷却塔维护重点包括水质处理（防止结垢和微生物繁殖）、填料清洁、风机和电机保养等冷水机组系统广泛应用于大型公共建筑，如商场、医院、办公楼等与直接蒸发式系统相比，水系统热容量大、温度波动小、输送距离远，特别适合大型、复杂的建筑系统设计中，水系统平衡至关重要，需通过平衡阀调节各支路流量，确保水量分配合理精密空调系统数据中心特殊要求精确控制技术数据中心设备对环境条件要求严格，温度一般控制在18-27°C范围内，相对湿度精密空调采用高精度传感器和先进控制算法，实现温湿度的精确控制系统通常控制在40%-60%之间温度波动不应超过±1°C，湿度波动不应超过±5%同配备多级制冷能力调节，如数字涡旋压缩机、多压缩机并联或变频技术加湿和时，设备发热密集且全年运行，冷负荷密度高，通常达到500-1500W/m²除湿功能相互独立，能在不影响温度的情况下单独调节湿度气流组织优化高可靠性设计合理的气流组织对消除热点至关重要常用方式包括上送风下回风、下送风上回精密空调系统采用N+X冗余设计，确保在部分设备故障时仍能维持正常运行关风、行级冷却等热通道/冷通道布局能有效分离冷热气流，提高冷却效率精键部件如压缩机、风机、控制器等通常配备备份系统还配备完善的监控和报警细化气流管理和CFD模拟有助于识别和消除潜在热点功能，实时监测运行状态，及时发现异常精密空调系统在数据中心、通信机房、医疗设备室等要求高精度环境控制的场所广泛应用除温湿度控制外，现代精密空调还注重能效提升，采用自然冷却、变频技术、热回收等节能措施，显著降低PUE值工业冷冻系统低温冷库设计制冷剂选择•温度区间根据存储物品分为高温库•氨R717热力性能优越，广泛用于大型工0~10°C、中温库-10~0°C和低温库-30~-业冷冻，但有毒性和轻度可燃性10°C•二氧化碳R744环保安全，低温性能好，•保温设计采用高效保温材料，严格控制冷但工作压力高，要求特殊设计桥，门窗采用保温性能好的材料•氟利昂类R404A、R507等，性能稳定但•防潮防露设置适当的气密层和防潮层，防GWP值高，正逐步被淘汰止水汽渗透和结露•低GWP替代品如R448A、R449A等，作•地面处理低温库需特殊地面处理防止冻胀，为过渡性替代制冷剂如地面加热或通风夹层除霜系统•热气除霜利用压缩机排出的热气直接除霜，能效高但系统复杂•电热除霜使用电加热元件加热蒸发器，控制简单但能耗较高•水除霜使用温水冲洗蒸发器，除霜效果好但需处理废水•智能控制基于需求的除霜控制，避免不必要的除霜周期工业冷冻系统广泛应用于食品加工、冷链物流、化工生产等领域与舒适性空调相比，工业冷冻系统具有温度低、负荷大、运行时间长、可靠性要求高等特点能源优化是现代工业冷冻系统的重要方向，包括采用多级压缩、经济器增效、变频控制、热回收利用等技术，显著提高系统能效第七章系统维护与故障诊断日常维护保持系统清洁和正常运行状态故障诊断识别问题原因并采取针对性措施系统维修按规范进行专业维修和性能恢复空调系统的维护与故障诊断是确保设备长期可靠运行的关键环节良好的维护实践可以延长设备使用寿命，提高运行效率，减少故障发生频率，降低运行成本而科学的故障诊断方法则能快速准确地找出问题根源，减少停机时间，避免二次损坏本章将详细介绍空调系统的日常维护要点、常见故障诊断方法和系统维修技术通过掌握这些知识和技能，可以在实际工作中更有效地保障空调系统的正常运行，及时处理各类故障问题日常维护要点过滤器维护热交换器清洁空气过滤器是空调系统最需要定期维护的部件之一家用空调通蒸发器和冷凝器表面积尘会严重影响换热效率室内机蒸发器通常建议每周清洁一次过滤网；中央空调系统中，初效过滤器常每个月清洁一次，使用专用清洁剂或压缩空气清除灰尘和2-46-12通常每个月更换或清洗一次，中效过滤器每个月更换一生物膜；室外机冷凝器每个月检查一次，清除叶片间的灰1-33-63-6次，高效过滤器根据使用环境可能需要半年或一年更换一次尘、树叶等杂物过滤器堵塞会导致风量减小、系统效率下降、能耗增加，严重时冷凝器散热不良是导致系统高压过高、效率下降的常见原因在可能导致蒸发器结冰定期清洁和更换过滤器是最基本也是最重多尘或油烟重的环境中，清洁频率需要相应增加清洁时应注意要的维护工作保护翅片不变形制冷剂泄漏检测是系统维护的重要环节常用检测方法包括电子检漏仪检测、肥皂水涂抹观察气泡、荧光剂添加后紫外光照射等系统充注量不足会导致制冷效果差、结霜不均匀、能耗增加等问题定期记录和分析运行参数（如吸排气压力、温度、过热度、过冷度等）对于及早发现潜在问题至关重要建议建立维护日志，记录每次检查和维护的内容、发现的问题及处理措施，这些记录对于系统性能分析和故障诊断有重要参考价值常见故障诊断制冷剂不足压缩机故障控制系统异常症状制冷效果差、蒸发压力低、症状不启动、异常噪音、过热保症状系统不按预期运行、温度控吸气管结霜不均匀或无霜、吸气过护频繁动作、效率低下诊断方法制不准、保护频繁动作排查步骤热度高、压缩机运行时间长原因包括测量绕组电阻、检查启动电容、包括检查传感器读数准确性、检查通常是系统泄漏，需先找出泄漏点测量运行电流、观察排气温度等控制器设置、测试执行机构（如电并修复，然后按规范充注制冷剂常见原因有电气故障、机械磨损、磁阀、电子膨胀阀）响应等可能润滑不良等原因有传感器失效、控制参数不当、接线松动等系统堵塞症状制冷量减小、异常压力读数、局部结霜或过热常见堵塞位置包括过滤器、膨胀阀、毛细管等诊断方法是测量堵塞点前后的温度差异，堵塞点前温度高、压力高，堵塞点后温度低、压力低系统故障诊断应遵循从简单到复杂、从表面到深入的原则，先排除简单故障再进行深入检查例如，遇到制冷效果差的问题，应先检查过滤器是否堵塞、风机是否正常、温控设置是否正确，然后再考虑制冷剂泄漏或压缩机故障等复杂原因制冷系统维修技术制冷剂回收与充注制冷剂操作必须遵循环保法规，使用专用回收机将系统内制冷剂回收到专用钢瓶中，避免排放到大气中充注时，先抽真空至少30分钟达到500微米或更低，然后根据设备规格或计算结果精确充注制冷剂充注方法包括称重法、过热度法和过冷度法，不同系统选用合适的方法焊接与管路连接铜管焊接应使用含银钎料，在氮气保护下进行，防止管内氧化皮形成焊接时控制好温度，避免过热损伤周边部件法兰和喇叭口连接要确保表面光滑无划痕，紧固力矩适中，既要防止泄漏又不能过度变形所有连接完成后必须进行气密性测试真空抽排与干燥系统开放维修后，必须彻底抽真空以排除空气和水分使用双级真空泵，系统应达到500微米或更低真空度并保持至少30分钟对于严重受潮的系统，可能需要采用三抽三打法抽真空-破真空干燥氮气-再抽真空，重复三次，彻底清除系统内水分性能测试与验收维修完成后必须进行全面性能测试，包括测量运行电流、吸排气压力温度、过热度过冷度、风量风温等比较测试数据与标准值，确认系统性能恢复制冷系统应在各种负荷条件下测试，确保整个运行范围内性能正常安全是制冷系统维修的首要考虑因素操作者应接受专业培训，熟悉各类制冷剂的特性和安全操作规程维修过程中应使用适当的个人防护装备，如手套、护目镜等高压系统维修尤其要注意安全，确保系统无压力后再开始拆卸第八章未来发展趋势环保制冷剂低值制冷剂的开发与应用GWP高效节能技术2变频、热回收等先进技术的普及智能化控制人工智能与物联网技术的融合空调与制冷技术正处于快速发展阶段，环保要求、能效标准、智能化趋势和新材料应用正推动行业向更可持续的方向发展本章将探讨制冷技术的未来发展趋势，包括新型环保制冷剂的发展、高效节能技术的突破、智能控制系统的应用以及与可再生能源的结合等方面了解这些发展趋势对于从业者保持技术前瞻性、适应行业变革具有重要意义未来的空调制冷系统将更加注重环境友好、能源效率和用户体验，这也为行业带来了新的机遇和挑战制冷技术的创新方向环保制冷剂发展高效变频技术智能控制系统在蒙特利尔议定书和基加利修正案的推动下，制冷变频技术不断突破，新一代压缩机采用高效永磁同人工智能和物联网技术正深刻改变空调控制方式剂正向低全球变暖潜能值GWP方向发展HFO步电机和优化的控制算法，大幅提高部分负荷效率基于机器学习的预测控制算法可根据使用习惯和环（氢氟烯烃）类制冷剂如R1234yf、R1234ze等因宽范围变频技术可在10%-120%容量范围内高效运境变化预测负荷需求；自诊断技术能提前发现潜在GWP接近于零而备受关注自然制冷剂如行，满足各种负荷需求双级压缩、喷气增焓等技故障；远程监控和云平台实现了设备全生命周期管CO₂R

744、丙烷R

290、异丁烷R600a等在特术提高了极端工况下的效率，扩展了空调使用范围理；人体感知技术和个性化舒适算法提供定制化的定领域应用也在扩大环境控制绿色节能与可再生能源结合是未来制冷技术的重要方向太阳能驱动的吸收式制冷系统、地源热泵系统、冰蓄冷技术等正在广泛应用一体化能源系统将制冷与供热、发电集成设计，实现能源的梯级利用，显著提高综合能效此外，新材料应用如纳米流体增强传热、相变材料储能、石墨烯换热器等也在不断突破，为制冷技术带来新的可能性。