空調(diào)超低溫除濕原理 冷媒過冷對機房空調(diào)運行的影響及解決方案

1. 概述：

一般情況下，空調(diào)的制冷量隨著冷凝壓力的降低而增加。但在機房空調(diào)在冬季運行的情況下，這種制冷量不增加反而減少，有時會出現(xiàn)大量低壓故障，導致壓縮機停機，機房溫度過高，威脅到空調(diào)。通訊設(shè)備的安全。這種現(xiàn)象尤其以Faya、Faya等機房空調(diào)為代表。檢查發(fā)現(xiàn)上述問題的發(fā)生與膨脹閥的工作狀況有關(guān)；也就是說，制冷量下降和低壓故障是膨脹閥工作異常引起的，并不是因為缺少氟利昂，干燥過濾器、濾網(wǎng)、風機、皮帶堵塞。等造成的。

2.膨脹閥工作原理：

膨脹閥是控制蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度，從而控制制冷劑流入蒸發(fā)器的流量。專用空調(diào)采用外平衡式膨脹閥，結(jié)構(gòu)如圖1所示：膨脹閥由感應機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)和閥體組成。感應機構(gòu)內(nèi)充有氟利昂工質(zhì)，感溫包安裝在蒸發(fā)器出口處。由于過熱度的影響，出口溫度與蒸發(fā)溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包感測蒸發(fā)器出口溫度后，整個傳感系統(tǒng)處于相應的飽和壓力Pb，如圖1所示，壓力將通過隔膜傳遞到頂桿。壓力室上部的隔膜只有Pb，隔膜下部有調(diào)節(jié)彈簧的彈力Pt和蒸發(fā)壓力P0。三者平衡時，有Pb=Pt+Po。當Pb>Pt+Po時，表示蒸發(fā) 如果散熱器熱負荷過大，出口過熱度過高，壓力信號通過膜片傳給頂桿，使閥芯運動向下，膨脹閥開度更大，制冷劑流量按比例增加。反之，膨脹閥開度變小，制冷劑流量按比例減少。

3. 過冷度：

制冷劑冷凝成液體并繼續(xù)冷卻，即過冷。液體的實際溫度與飽和溫度之間的差異稱為過冷度。一般來說，一定量的過冷是必要且有益的。可以防止制冷劑在膨脹閥前的管路中汽化，減少流經(jīng)膨脹閥的制冷劑質(zhì)量流量，防止膨脹閥容量下降。增加冷卻能力。但過冷度過大，會干擾膨脹閥的工作狀態(tài)，嚴重時會導致膨脹閥失靈。

R22推薦過冷度見表：

4.膨脹閥故障原因分析：

如果忽略膨脹閥體溫度的影響，膨脹閥的開度只取決于感溫球內(nèi)氣體的壓力。當感溫球溫度變化時，感溫壓力會發(fā)生變化，膨脹閥的開度也會發(fā)生變化。 但在實際應用中，膨脹閥體的壓力膜片上部也相當于一個溫度傳感器（如圖2），它感知閥體的溫度，即制冷劑液體。

這樣，感溫氣體壓力取決于膨脹閥膜片上部和感溫球兩側(cè)的共同壓力。如果制冷劑溫度發(fā)生變化，感溫氣體壓力也會發(fā)生變化，而這種壓力變化會干擾膨脹閥的正常工作。如果制冷劑溫度高，膨脹閥膜片上部的壓力會增加，相應的開度也會增加，這就是夏季空調(diào)蒸發(fā)壓力升高的原因。冬季冷媒過冷度大，即冷媒溫度低，閥體溫度也會降低，左側(cè)感溫球壓力降低。制冷劑流量減少，送入蒸發(fā)器的制冷劑減少，導致蒸發(fā)壓力下降，制冷量下降；當過冷度過大時（室內(nèi)溫度為25度，進入膨脹閥的液體溫度不應低于10度），會產(chǎn)生嚴重的干擾信號，導致膨脹閥關(guān)閉過度，顯著降低低壓；如果低壓壓力低于空調(diào)機組的報警值，就會產(chǎn)生低壓報警，導致空調(diào)停機。

下圖為景方軟開關(guān)房機房空調(diào)冬季運行時工業(yè)除濕器，通過調(diào)節(jié)室外機風速得到的不同冷凝壓力。以下是不同冷凝壓力下測得的蒸發(fā)壓力數(shù)據(jù)：

從表中可以看出，隨著冷凝溫度的逐漸降低，蒸發(fā)壓力也開始下降。在冷凝壓力17.0~13.5kg/cm2期間，蒸發(fā)壓力下降相對緩慢；當冷凝器排熱過多，冷凝壓力進一步下降時，蒸發(fā)壓力下降趨勢開始增大。高壓壓力低于11.5kg/cm2時，空調(diào)蒸發(fā)壓力明顯偏低，最低達到1.5kg/cm2@2.4kg/cm2，很快空調(diào)有低壓報警（空調(diào)低壓開關(guān)設(shè)置為2.6kg/cm2報警）。

在北方地區(qū)，過冷現(xiàn)象尤其會干擾膨脹閥的運行。由于溫度過低，冷凝器冷凝過度，制冷劑過冷度過大，直接導致膨脹閥膜片上部的氣體凝結(jié)。液體，膨脹閥打不開，空調(diào)完全失靈。

故障分析結(jié)論：

綜上所述，冬季空調(diào)低壓故障的原因是制冷劑液體過冷，干擾了膨脹閥的開度，導致膨脹閥工作異常。

5.解決辦法：

我們基于以下兩個想法開發(fā)了一個解決方案：

1）使膨脹閥不受過冷度的影響。

2）防止過冷。

5.1. 電子膨脹閥 - 吸入過熱度控制

從膨脹閥的角度來看，不要使用熱力膨脹閥，而是使用電子膨脹閥。由于電子膨脹閥是根據(jù)微電腦的指令來調(diào)節(jié)閥門的開度，不受閥體溫度的影響，所以可以較好地解決這個問題。

吸氣過熱度控制系統(tǒng)由電子膨脹閥、壓力傳感器、溫度傳感器和控制器組成。工作時，壓力傳感器P傳遞蒸發(fā)器出口壓力，溫度傳感器T傳遞壓縮機吸入過熱度給控制器。 ，控制器對信號進行處理，然后輸出指令作用于電子膨脹主閥的步進電機，將閥門打開到需要的位置。以維持蒸發(fā)器所需的液體供應。電子膨脹閥-吸氣過熱度控制制冷系統(tǒng)示意圖如圖3所示：

圖3電子膨脹閥-吸氣過熱度控制制冷系統(tǒng)示意圖

5.2. 壓力調(diào)節(jié)器和旁通調(diào)節(jié)器穩(wěn)定冷凝壓力。

在中國北方，由于冬季寒冷，最低溫度可達-40℃，標準機房空調(diào)在此溫度下無法正常運行。為了達到低溫制冷運行的目的，需要對冷凝器進行改造，實現(xiàn)冬季和夏季有效冷凝面積的自動控制。

原理如下：（圖4）冬季冷凝壓力下降時，調(diào)壓閥根據(jù)閥前的冷凝壓力關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，使液位在冷凝器上升，冷凝面積減小，冷凝壓力降低，當冷凝壓力回升到一定值時，調(diào)節(jié)閥相對打開，防止冷凝壓力過度升高，旁通調(diào)節(jié)閥控制其開度根據(jù)儲液器內(nèi)的壓力，使儲液器內(nèi)蒸發(fā)器內(nèi)的壓力與冷凝壓力的差值始終保持恒定，不會過高。這種方法可以防止制冷劑過冷，避免出現(xiàn)問題防止膨脹閥過度關(guān)閉，從而保證膨脹閥的正常工作。

5.3. 壓力控制冷卻氣流。

用壓力開關(guān)控制風機的開、關(guān)或用調(diào)壓器控制風速來調(diào)節(jié)冷卻風量，從而達到控制冷凝壓力的目的。我們進行了不同的實驗。

壓力控制器控制：將冷凝器風扇改為壓力控制，壓力開關(guān)控制風扇的開或關(guān)來調(diào)節(jié)冷卻風量，保證冷凝壓力在合適的范圍內(nèi)，防止過冷運行失控。方法如下（我們使用PENN型壓力控制器）：

1)關(guān)閉并切斷空調(diào)電源。

2) 拆下調(diào)速板和溫度傳感器，在調(diào)速板位置安裝壓力控制器。

3) 連接導線（如圖3）和壓力探頭，防止制冷劑泄漏。

4) 將壓力控制器的工作壓力設(shè)??置為1.7MPa，回程壓差設(shè)置為0.3MPa。

5)檢查無誤后，打開電源，根據(jù)壓力表的讀數(shù)修正壓力控制器的設(shè)置。

改造后空調(diào)冷凝壓力由壓力控制器控制。當高壓高于1.7Mpa時，冷凝風機啟動，當壓力低于1.4Mpa時，冷凝風機停止。通過風機的啟停，將壓力控制在1.4—1.7Mpa之間，防止風機連續(xù)運轉(zhuǎn)造成制冷劑過冷度過大工業(yè)抽濕機，將制冷劑過冷度限制在允許范圍（3-6℃），圖6為冷凝器的壓力工作圖。

從圖中可以看出，系統(tǒng)壓力波動頻繁，但由于空調(diào)冷凝器下部裝有大型儲液罐，起到平衡供液的作用，影響不大關(guān)于空調(diào)工作。缺點是風扇啟動頻繁，噪音比改造前高。

壓力速度控制：壓力控制器（我們使用的-9100型壓力調(diào)節(jié)器）被壓力調(diào)節(jié)器所取代?？刂破鞲鶕?jù)系統(tǒng)壓力自動控制風機轉(zhuǎn)速并達到平衡點。工作方法如下： 圖7，當冷凝壓力達到1.6MPa時，壓力開關(guān)輸出電壓，風機啟動。此時，風扇轉(zhuǎn)速非常低。隨著冷凝壓力的增加，風機轉(zhuǎn)速增加，直到冷凝壓力大于等于2.0MPa時，壓力控制器輸出最大電壓，此時風機達到最大轉(zhuǎn)速；隨著冷凝壓力的降低，風機轉(zhuǎn)速下降，當壓力等于起點位置1.6MPa時空調(diào)超低溫除濕原理，壓力開關(guān)切斷電壓，風機停止。如接線圖8所示，此方法彌補了方法A的不足。制冷循環(huán)壓力穩(wěn)定，無風扇頻繁啟動產(chǎn)生的噪音，特別適用于住宅等噪音可控的場所宿舍。

6.項目評估

方案一，電子膨脹閥響應速度快，動作速度快，啟閉特性及速度可手動設(shè)定，可在10%--100%范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)，完全獨立于冷媒溫度，但技術(shù)要求高，適合空調(diào)廠家。

方案二：外機改造，需要兩個調(diào)壓閥相互配合，相互控制，成本相對較高。北方地區(qū)可以考慮。

方案3，投資小，只需安裝壓力控制器或調(diào)壓器，無需更換制冷系統(tǒng)，方便快捷，成本低，尤其是后一種壓力調(diào)速方式，使用無步調(diào)速避免了風扇頻繁啟動，降低了噪音空調(diào)超低溫除濕原理，延長了風扇的使用壽命，適合我們使用。

7.結(jié)束語：

我們在方案三中采用調(diào)壓調(diào)速的方法，對杭州市區(qū)機房空調(diào)和法亞空調(diào)的外機進行了改造除濕機品牌，并對機房內(nèi)所有專用空調(diào)的過冷度進行了檢查確保溫度保持在合適的范圍內(nèi)，徹底解決了冬季空調(diào)頻繁出現(xiàn)的低壓故障，保證了空調(diào)的正常運行，保障了機房的安全。

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