制冷系统中的温度与压力如何估算?

   
冷柜使用长久以后,冷凝器如果出现异常烫手,是正常的吗?齐美冷柜可以明确告诉大家,这是一个不正常的现象。那么为什么会这呢?下面就和冷柜价格一起去看看吧。冷柜的冷凝器为什么会出现异常烫手呢?首先,大家都知道冷柜的冷凝器是用于散热,它是将冷柜在制冷时产生的热释放到周围的环境中。在目前的设计中,主要有两种设计方法,一种是将它挂在冷柜的后部,这种方式在早期限较为常见,另一种是藏匿在冷柜的两侧板内,这是一种较新的方式,它的主要目的是美观和减少侧板的冷凝水。冷柜冷凝器的最高温度与环境温度相比,一般要高10度左右。
   

在北方农村供暖“煤改电”工程加速推进与实施的过程中,作为普通冷暖型空调的升级形式,低温空气源热泵热风机具有产品价格低、系统形式简单、安装方便、运行可靠、控制灵活等特点,正越来越多地被人们所认识和接受,相关技术发展迅猛,有望成为“煤改电”设备中的主力机型。本文针对目前低温空气源热泵热风机产品标准未出台、认识理解模糊的情况,从产品的技术原理与特点进行介绍,为“煤改电”项目的开展提供指导与借鉴。

问题:制冷系统中的温度与压力如何估算?

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1 低温空气源热泵热风机产品定义与归类划分

回答:

   
当冷柜在制冷的同时,冷凝器开始发热,当冷柜停机时,制冷停止,冷凝器的温度也慢慢降低,最后温度一直降到比环境温度要低2~3度(侧板)。
 在夏天的时候,可以在两侧面全部感觉到发热,不过总还有一面的温度较高一些,在其它季节,可能有一面不发热,这是由于热负荷小,冷凝器的面积相对要大,所以在另一面的温度已经与环境温度相当。
  

1.1 热泵属于制冷设备的范畴

制冷系统中温度传感器用的比较多,比如室内机有进出风口的传感器,室温传感器,外机有环境温度传感器,盘管温度传感器,压缩机排气、吸气温度传感器,中央空调的这些温度传感器都可以读到温度数据。

   
如果冷柜异常烫手,说明制冷系统有问题,出现这种问题一般是系统压力高,温度也就高,一般是系统中有空气进入,或者制冷剂的充注量过多,造成在冷凝端的压力过高,形成高温。如果在高温环境下运行冷柜,也可能烫手,要仔细进行区别。一般说在冷柜中混有空气的可能性较少,因为有空气后,冷柜的性能会较差,冷冻室内的温度很难降低,冷柜也不会停机。

要理清低温空气源热泵热风机的产品归类范围,需从热泵的概念先说起。我国机械工业部制定的标准《制冷设备术语》(JB/T
7249-1994)中定义热泵为“将热量输给某一空间或物体用的制冷系统,此时蒸发器从室外空气、水等处吸收热量,冷凝器则放出热量,加热某一空间或物体,如改变制冷剂的流向,热泵系统也可以用来冷却某一空间或物体。”因此从定义可以看出,热泵是一种制冷系统,属于制冷设备。对于前期有些政府在热泵设备招标过程中对制冷设备经营范围不予认可的行为是不合规的。

制冷系统中压力传感器一般空调上用的不多,主要是价格高,增加成本。

 

1.2 低温空气源热泵热风机属空调类

但是我们可以通过温度数据查询到对应的饱和蒸气的对应温度的饱和压力(我的空间里发过这个表格),进而判断空调的运行状态。

 

目前,低温空气源热泵热风机的相应标准规范正在起草,根据规范的征求意见稿定义为“由电动机驱动的蒸气压缩制冷循环,以空气为热机组,从室外低温空气吸热并向室内放热,使室内空气升温的制冷系统,并能在不低于-20℃的环境温度里制取热风的机组。”

我们在维修空调时经常会查看温度和压力,电源电压及电流,通过这些参数来判断空调是否运行正常。

而从热泵的定义能够看出,热泵制热过程与制冷过程是反向的,这与冷暖型空调的原理完全一致。当热泵运行的目的是直接调节室内空气时,该类设备即可称为“空调”。因此,低环境温度空气源热泵热风机在空调范畴中。

回答:

在2017年低温空气源热泵热风机命名还未明确时,专家在政府招标的技术论证文件中分别采用的名称为“超低温采暖空调器”、“超低温空调器”。所以低环境温度空气源热泵热风机属于空调毋庸置疑。

一、冷凝压力、冷凝温度

2 普通冷暖型空调在寒冷地区采暖存在的问题

冷凝温度是指冷凝器内制冷剂蒸汽在一定压力下凝结时的饱和温度。
冷凝温度不等于冷却介质的温度,两者之间也存在着传热温差。

普通冷暖型空调在夏热冬冷的长江中下游地区采暖中得到了广泛应用,但是在寒冷的北方地区使用效果不佳。我国寒冷地区冬季气候干燥,即便气温较低,空调的结霜现象也不会太严重。制约空调在寒冷地区采暖应用的因素,主要有以下三个方面:

冷凝压力就是制冷剂在冷凝器内有气体冷凝成液体的压力,由于制冷系统中冷凝器内部的压力无法测量,而实际上,制冷剂在排气管以及冷凝器内的压力降其实很小,所以不管设计调试还是检修当中,一般认为排气压力近似等于冷凝压力。

2.1 热量需求较大时 ,制热量不足

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随着室外环境温度的下降,建筑采暖热负荷是逐步增加的,而空调的制热量却是随之减少的。例如普通3HP空调的室外环境-7℃和-20℃下制热量分别衰减21.7%和47.0%。当空调系统冷凝温度不变时,室外气温降低将使系统蒸发温度下降,引起循环工质的吸气比容增大,导致机组吸气量降低,系统工质循环量减少,机组的实际制热量会急剧下降。

二、冷凝温度与冷凝压力的关系

2.2 低温环境下运行可靠性差或无法正常运行

冷凝压力与冷凝温度两者是对应的;冷凝压力(高压)越低,冷凝温度也就越低;冷凝压力(高压)越高,冷凝温度也就越高。

随着环境温度的降低,循环工质的吸气压力降低,导致压缩机压缩比不断增大,排气温度迅速升高。当室外温度降到一定值时,压缩机排气温度会超过允许的工作范围,压缩机自动停机保护,机组停止正常工作。同时,随着压缩机排气温度升高,润滑剂受热后粘度急剧下降,润滑性能变差,出现压缩机频繁启停的状况。

三、冷凝与蒸发温度的估算

2.3 热舒适性差

在制冷设备调试的时候,我们经常要知道冷凝温度,进一步推算出冷凝压力(高压或者排气压力),然后根据实际的压力,就能判断制冷系统是否有问题。

普通空调室内机采用侧送风方式,导致送风口及上部区域温度高,人员活动区温度较低,垂直方向出现温度分层。在北方农村地区,农户家中现有空调大部分是常规的定频空调,低温环境下制热量较低,供热能力不足。加上一些农村地区电网不稳定,在极低电压条件下定频空调无法正常运转。再加之农村地区房屋空间和层高相比城镇商品住宅更大、更高,采用常规定频空调供暖,室内温升速度相对缓慢,这些都是导致热舒适性体验不佳的原因。

经验估值参考:冷凝温度=环境温度/水温 +(10~20℃);

3 低温空气源热泵热风机技术介绍

例:冷水机组,已知冷却塔的出水温度为25度,那么此时制冷系统的冷凝温度:冷凝温度=
25+(10~20)=40℃。根据温度压力对照表,很容易就查出此时的冷凝压力为14.2bar(R22制冷剂);

3.1 系统原理

环境温度高时,减去高值(20或15);环境温度低时,减去低值(10℃);

为解决普通冷暖型空调在北方寒冷地区制热所出现的问题,低温空气源热泵热风机应运而生。举例说明双级增焓压缩转子式低环境温度空气源热泵热风机技术的解决方案,具体系统运行原理如下图所示。

四、冷凝温度与功率的关系

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冷凝温度提高了,在蒸发温度不变的情况下,压缩机的压比增大了,而压缩机的功率是和压比成正比关系的,即压比增大,压缩机的功率也增大。

该系统主要由双级压缩转子式变频压缩机、闪蒸器、蒸发器、冷凝器、节流阀A、节流阀B等部件组成,双级压缩转子式变频压缩机的两个气缸分别承担低压级压缩和高压级压缩。

可以如下简单理解:压缩机把5公斤的冷媒压缩到15公斤所用的功率;肯定比压缩机把5公斤的冷媒压缩到25公斤所用的功率大。

从蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽首先进入低压级压缩机压缩至中间压力,然后与闪蒸器出口的制冷剂蒸汽混合(点6
是点2与点3混合后的状态)。混合蒸汽继续进入高压级压缩机压缩至冷凝压力,接着进入冷凝器向室内空气放热后冷凝成制冷剂液体。从冷凝器出来的高压制冷剂液体首先经过节流阀A一次节流变为气液体混合物,然后进入闪蒸器,分离为饱和蒸汽和饱和液。因节流闪发的气态制冷剂上升,与低压级压缩机的排气混合后进入高压级压缩机;闪蒸器中的液态制冷剂经过节流阀B二次节流变为低温低压液体,进入蒸发器与室外空气换热后变为低温低压蒸汽,然后进入低压级压缩机开始新的循环。

五、冷凝温度与制冷量的关系

综上,系统采用二次节流不完全冷却的双级压缩热泵循环,与相同工况下的单级压缩相比,压缩机排气温度降低,压比减小,可以在更低的环境温度下工作。系统采用的双级变容技术与单级压缩相比,提升了制热工况下,尤其是低环境温度下的制热量和性能系数。为低环境温度空气源热泵热风机在寒冷地区的采暖应用提供了可靠技术保证。

冷凝温度升高了,系统的制冷量也会降低;原因:由于冷凝温度的提高,导致制冷剂的单位制冷量会下降,在同等制冷剂质量流量下,系统的制冷量就降低了;

3.2 产品特点与优势

六、热负荷与冷凝压力的关系

与普通的冷暖型空调相比,低环境温度空气源热泵热风机在制热采暖中具有以下优势特点:

在一恒定的工况条件下(制冷剂流量),热负荷越大,冷凝压力越高,反之亦然。我们可以想象一下,当你设计的冷凝器小了(热负荷就相对来说大了)
,制冷系统是很容易报高压报警的。

拓展了空气源热泵的使用范围,实现不使用电辅热的情况下,机组可在室外-30℃低温环境下稳定运行;

七、冷凝温度不正常原因分析

在额定工况7℃时,低环境温度空气源热泵热风机的制热能效比普通冷暖空调能提高5%-10%,而在低温工况-20℃时,则能够提升20%左右;

冷凝温度偏低:冷凝温度偏低的原因很多,导致冷凝温度偏低的机理就是
发器内的冷媒少或节流阀节流效果不好,列举如下:

与额定制热量相比,可实现制热量在-20℃、-30℃的环境下均无衰减;

1、膨胀阀选型大了;

用户能够自行设定出风温度,从而实现恒温送风;

2、膨胀阀故障或者膨胀阀开度过大,没有节流效果;

设备出风产生空气对流,房间温度升温极快,室内温度能够达到用户采暖要求。

3、制冷系统冷媒充注量不够;

产品舒适度提高,采用落地风盘从房间底部送风避免了吹空调时的头热脚冷。

4、制冷系统缺少冷媒

4 结论

1~2点主要分析膨胀阀节流效果,3~4主要分析制冷剂缺少;

低环境温度空气源热泵热风机隶属空调的范畴,能够实现房间的制热及制冷功能;

冷凝温度偏高:

低环境温度空气源热泵热风机有效的克服并解决了普通冷暖型空调在寒冷地区制热所存在的问题,使机组能够持续稳定供热;

(1)、冷却水(或空气)流量小,温度高;

结合补贴政策及实施的可行性,低环境温度空气源热泵热风机在未来的“煤改电”市场前景巨大

(2)、系统内有空气,使冷凝压力升高;

(3)、制冷剂充注量过多,液体占据了有效冷凝面积;

(4)、冷凝器年久失修,传热面污垢严重,也能导致冷凝压力升高。水垢的存在对冷凝压力影响也较大。

当然还有很多其他原因,建议从三方面考虑:

1、冷凝器内的冷媒多了

2、制冷系统有其他杂志,占据了冷凝器换热面积

3、冷凝器冷凝效果不好

八、冷凝压力偏高处理

冷凝压力升高时,压缩机排气温度也升高。压缩机的压缩比增大,输气系数减小,从而使压缩机的制冷量降低。耗电量增加。

如果排气温度过高,则增加了压缩机润滑油的消耗,使油变稀,影响润滑;当排气温度与压缩机油闪点接近时,还会使部分润滑油炭化并积聚在吸、排气阀口,影响阀门的密封性。

处理方法有以下两种思路:

1、降低冷却介质的温度可使得冷凝温度下降,冷凝压力也随之下降,但这要受到环境条件的限制,难以人为选择。

2、增加冷却介质流量可降低一点冷凝温度(多采用这种方法)。但不能片面地提高冷却水或空气的流量,因为这将增大冷却水泵或风扇及电机的功率,应全面综合考虑。

排气压力偏高会使压缩功加大,输气系数降低,从而使制冷效率下降。

九、冷凝温度如何控制

控制冷凝器进口压力,就可以控制冷凝器的冷凝压力,因为冷凝器压降其实很小,近似的看做进口压力等于冷凝压力了。那么如何控制进口压力呢?

方法:

1、控制流通冷凝器的风量,风量大了,冷凝压力自然会下降,通过变频器控制风机的转速,很容易控制冷凝器的进口压力了;

2、采用辅助冷凝器的方法,通过控制辅助冷凝器的水流量或者水温,进而控制冷凝器的进口压力。

回答:

温度和压力通过传感器测量,通过单片机或者PLC模块读取,通过CPU计算,即可得到数值

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