無(wú)論對(duì)新手還是有經(jīng)驗(yàn)的HVAC/R技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，致冷和空調(diào)系統(tǒng)的故障檢修都是非常具有挑戰(zhàn)性的。不管你經(jīng)驗(yàn)如何、設(shè)備多大，抑或處于何種位置的未被，進(jìn)行系統(tǒng)檢修的關(guān)鍵是對(duì)致冷原理要有深刻的理解-其中包括過(guò)熱和過(guò)冷的原理。再就是要有適合的工具和一定的專業(yè)知識(shí)，并且利用這些專業(yè)指示快速、高效的使用手中的工具。
維修人員常常需要同時(shí)了解某個(gè)系統(tǒng)的溫度、壓力、電壓、電流值的具體大小，也就是說(shuō)，功能單一的儀表無(wú)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析。所以常常需要使用多種工具。
本文主要介紹如何應(yīng)用過(guò)冷和過(guò)熱原理對(duì)HVAC/R設(shè)備進(jìn)行故障檢修。同時(shí)介紹如何正確的使用測(cè)溫儀、數(shù)字萬(wàn)用表、壓力/真空模塊、HVAC/R附件完成一些典型的檢修任務(wù)。為了便于說(shuō)明數(shù)字測(cè)溫儀、萬(wàn)用表、附件如何使HVAC/R系統(tǒng)的維修和維護(hù)變得簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確，本文特意介紹了一些基本的致冷原理。
制冷循環(huán)
根據(jù)熱量從溫度較高區(qū)域流向較低區(qū)域的原理，制冷循環(huán)可分為七個(gè)階段：
1. 熱氣體壓縮
2. 冷卻
3. 冷凝
4. 過(guò)冷
5. 膨脹
6. 蒸發(fā)
7. 過(guò)熱
基本蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)主要由四部分組成：計(jì)量裝置（例如毛細(xì)管、固定式節(jié)流管/活塞，或者熱力膨脹閥）、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器。 （請(qǐng)參閱圖 1。）壓縮能量將蒸氣壓力提高，使其沸點(diǎn)低于冷凝介質(zhì)溫度，換句話說(shuō)，壓縮機(jī)將制冷劑的沸點(diǎn)提高到某一溫度，在該溫度下，流經(jīng)冷凝器的空氣（或水）足以將制冷劑冷凝為液體。當(dāng)制冷劑通過(guò)冷凝器盤管時(shí)，又會(huì)再次被冷卻，使液態(tài)制冷劑的溫度低于其沸點(diǎn)，從而保證它到達(dá)蒸發(fā)器之前的路途中即使經(jīng)歷壓降也依然保持液態(tài)。該低于沸點(diǎn)的冷卻過(guò)程被稱為過(guò)冷。
 使用紅外測(cè)溫儀測(cè)量屋頂制冷系統(tǒng)。 |
 圖1.制冷系統(tǒng) 在典型的制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)將熱氣體送到冷凝器，隨后，冷凝液通過(guò)蒸發(fā)器中的一個(gè)膨脹閥，進(jìn)行蒸發(fā)并獲取來(lái)自被冷卻區(qū)域的熱量。 隨后，氣體制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)，并通過(guò)壓縮過(guò)程提高壓力和溫度。制冷劑從壓縮機(jī)返回冷凝器，這個(gè)循環(huán)過(guò)程周而復(fù)始。 |
蒸發(fā)器入口處的計(jì)量裝置的作用相當(dāng)于一個(gè)水壩摂，可限制制冷劑流量并降低其壓力，使其達(dá)到比原來(lái)低的新沸點(diǎn)。該新沸點(diǎn)比蒸發(fā)器介質(zhì)（空氣或水）溫度低，因而流過(guò)蒸發(fā)器的空氣或水將使制冷劑沸騰。等到蒸發(fā)器內(nèi)所有的制冷劑全部通過(guò)沸騰變成氣體后，蒸氣在通過(guò)蒸發(fā)器的過(guò)程中又另外獲得了更多熱量。蒸氣溫度高于沸騰溫度的多少被稱為過(guò)熱。
壓縮機(jī)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮使其壓力升高，并同時(shí)使氣體的溫度升高。隨后熱氣被送到冷凝器進(jìn)行冷卻，向外釋放熱量，并逐步使氣體重新變成液體。
注意：
通常制冷系統(tǒng)中不使用儲(chǔ)液器，一般主要依靠毛細(xì)管或固定計(jì)量裝置。
當(dāng)處于高壓下的液體到達(dá)計(jì)量裝置時(shí)，整個(gè)過(guò)程又會(huì)重新開始。
在絕大多數(shù)制冷系統(tǒng)的維修過(guò)程中，技術(shù)人員為了確定系統(tǒng)性能都要測(cè)量溫度和壓力。通過(guò)緊密監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度和壓力，可以確認(rèn)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行是否正常，從而確保延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命，降低能量消耗。
通常，測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度和壓力可以幫助發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的位置。我們后面將介紹此類測(cè)量的例子。
 圖 2 過(guò)熱溫度測(cè)量點(diǎn) |
過(guò)熱及其測(cè)量
在系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)，為了使液體變成氣體，需要在沸騰溫度下給液體繼續(xù)增加熱量。沸騰溫度通常也被稱為飽和溫度。當(dāng)所有制冷劑經(jīng)過(guò)沸騰變成氣體時(shí)，高出沸點(diǎn)的溫度部分就被稱為過(guò)熱。
要想了解吸氣管過(guò)熱的情況，就需要知道吸氣壓力和兩個(gè)溫度棗給定壓力下蒸發(fā)器的沸騰溫度和吸氣管上蒸發(fā)器出口處的制冷劑溫度（通常被稱為過(guò)熱溫度/壓力法）。
使用壓力－溫度(PT)表可以確定沸騰溫度的大小。對(duì)于較老的CFC、HCFC制冷劑和一些較新的不損害臭氧層的制冷劑例如R134a來(lái)說(shuō)，只要蒸發(fā)器內(nèi)的壓力保持不變，飽和或沸騰階段的沸騰溫度就不會(huì)發(fā)生變化。
對(duì)于新的混合制冷劑來(lái)說(shuō)，在沸騰或飽和階段溫度會(huì)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象被稱為溫度滑移。溫度滑移為10 °F (5 °C) 或更高的現(xiàn)代制冷劑都使用露點(diǎn)溫度， 該溫度是最后一滴制冷劑沸騰變?yōu)闅怏w時(shí)的溫度。超過(guò)露點(diǎn)溫度所升高的溫度部分被稱為過(guò)熱。（請(qǐng)參閱圖 2。）
利用福祿克產(chǎn)品確定過(guò)熱的最佳方法是使用管鉗式溫度探頭和壓力/真空模塊，再加上帶有K型熱電偶測(cè)量功能和mV輸入的適用的福祿克數(shù)字萬(wàn)用表。由于管鉗式熱電偶可以直接鉗在管道上，因而能夠更快、更準(zhǔn)確的進(jìn)行管道溫度測(cè)量，而不像珠形熱電偶那樣需要使用隔熱層或膠帶。壓力/真空模塊允許準(zhǔn)確而快速的進(jìn)行壓力測(cè)量。
進(jìn)行過(guò)熱測(cè)量時(shí)，記住要等系統(tǒng)運(yùn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間使溫度和壓力穩(wěn)定下來(lái)再開始測(cè)量，同時(shí)要檢查流過(guò)蒸發(fā)器的氣流是否正常。使用管鉗式探頭或Velcro管道探頭測(cè)量吸氣管溫度時(shí)，需要用探頭夾住蒸發(fā)器出口處管道的裸露部分。如果管道與蒸發(fā)器之間的距離小于15'并且兩點(diǎn)之間的壓降最小，則可以讀取吸氣管上壓縮機(jī)入口的管道溫度。（請(qǐng)參閱圖 3。）
 圖3.使用溫度－壓力法測(cè)量吸氣管過(guò)熱溫度。測(cè)量吸氣管供給閥處的壓力， 利用吸氣管壓力從溫度－壓力表中查出蒸發(fā)器沸騰溫度。用福祿克數(shù)字測(cè)溫儀測(cè)得的吸氣管溫度減去該溫度，得到的差就是過(guò)熱溫度。 |
當(dāng)管道沒(méi)有發(fā)生氧化或上面沒(méi)有異物時(shí)獲得的測(cè)量結(jié)果最好。接下來(lái)，將壓力/真空模塊連接到吸氣管供給閥上（或者歧管儀表組上的制冷劑供給口）。記錄管道溫度和壓力讀數(shù)，當(dāng)吸氣管內(nèi)沒(méi)有異常的阻礙存在時(shí)，該壓力讀數(shù)將是蒸發(fā)器內(nèi)沸騰的制冷劑的壓力。通過(guò)該壓力值，從PT表上查出所使用制冷劑類型的蒸發(fā)器（或露點(diǎn)）沸騰溫度。（請(qǐng)參閱圖 4。）從吸氣管溫度中減去沸騰/露點(diǎn)溫度即可得到過(guò)熱溫度。
也可以將珠形熱電偶與吸氣管連接來(lái)測(cè)量吸氣管溫度，這時(shí)應(yīng)小心對(duì)熱電偶采取隔熱措施，并且使用導(dǎo)熱復(fù)合材料最大限度的減少由于傳遞到周圍空氣的熱損失帶來(lái)的誤差。
 圖 4 壓力 – 時(shí)間表 所有壓力單位為 PSIG；Rre print=真空（英寸水銀） |
過(guò)冷及其測(cè)量
在系統(tǒng)的冷凝器內(nèi)，將氣體轉(zhuǎn)化為液體時(shí)，需要將處于飽和冷凝溫度下的制冷劑中的熱量排出。此時(shí)產(chǎn)生的任何溫降被稱為過(guò)冷。如需知道液態(tài)管過(guò)冷溫度的高低，需要首先確定冷凝壓力和兩個(gè)溫度值棗測(cè)量冷凝壓力下的冷凝溫度和液態(tài)管上冷凝器出口處的制冷劑溫度。液態(tài)管溫度大小可以通過(guò)測(cè)量冷凝器出口處管道的表面溫度測(cè)得，（請(qǐng)參閱圖 5。）
注意：
使用PT表可以查到冷凝溫度。對(duì)于具有高溫度滑移的新型混合制冷劑來(lái)說(shuō)，該溫度被稱為泡點(diǎn)(BP)溫度。查看圖 2。
在使用管鉗式探頭或Velcro管道探頭測(cè)量過(guò)冷溫度之前，應(yīng)首先允許系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間使溫度和壓力穩(wěn)定下來(lái)再測(cè)量。首先確認(rèn)氣流是否正常，然后用管鉗式探頭鉗住液態(tài)管測(cè)量液態(tài)管溫度。將壓力/真空模塊連接于液態(tài)管的供給口上（或者當(dāng)如果無(wú)法使用液態(tài)管供給閥口時(shí)，連接于壓縮機(jī)的排氣管上）。
 使用DMM和管鉗式探頭測(cè)量液態(tài)管溫度。 |
記錄液態(tài)管溫度和壓力讀數(shù)，根據(jù)所使用的制冷劑類型使用PT表將液態(tài)管壓力轉(zhuǎn)換成溫度，兩個(gè)溫度之差即為過(guò)冷值。
問(wèn)題診斷
利用過(guò)熱和過(guò)冷測(cè)量得到的數(shù)據(jù)可以確定HVAC/R系統(tǒng)內(nèi)的各種狀態(tài)，其中包括制冷劑充入量的多少以及確認(rèn)計(jì)量裝置的運(yùn)行狀態(tài)。利用這些測(cè)量還可以確定冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)的效率。
有一點(diǎn)非常重要，就是在根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)得出結(jié)論之前，要檢查外部條件對(duì)系統(tǒng)性能的影響。尤其應(yīng)該檢查盤管表面的氣流是否正常（單位是立方米/分鐘，CFM）、壓縮機(jī)電機(jī)以及相關(guān)電氣負(fù)載的線電壓。不要忘記檢查盤管表面是否存在明顯問(wèn)題，例如蒸發(fā)器上部的空氣過(guò)濾器是否變臟，或者檢查是否有樹葉和外部碎屑妨礙了冷凝器表面的氣流流動(dòng)。
利用過(guò)熱進(jìn)行故障檢查
通過(guò)過(guò)熱值可以發(fā)現(xiàn)各種系統(tǒng)問(wèn)題，其中包括干燥過(guò)濾器是否發(fā)生堵塞、欠沖、過(guò)沖、計(jì)量裝置故障、氣流受阻、風(fēng)扇電機(jī)工作不正常、風(fēng)機(jī)方向不對(duì)。通過(guò)吸氣管過(guò)熱溫度可以很好的進(jìn)行故障診斷，因?yàn)楫?dāng)度說(shuō)較低時(shí)說(shuō)明壓縮機(jī)進(jìn)入了液態(tài)制冷劑。正常情況下，進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑都能以高于蒸發(fā)器沸騰溫度的溫度被充分過(guò)熱，從而確保壓縮機(jī)僅僅吸入氣態(tài)而不吸入液態(tài)制冷劑。
對(duì)于傳統(tǒng)的HVAC/R系統(tǒng)，由于使用機(jī)械式計(jì)量裝置，比如說(shuō)TXV或毛細(xì)管，過(guò)熱溫度處于 8 °F到 20 °F之間。對(duì)于較新的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于都采用電子膨脹閥和固態(tài)控制器，因而可以使過(guò)熱溫度低至 5 °F到10 °F。
過(guò)熱溫度較低或等于零說(shuō)明制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沒(méi)有吸收足夠的熱量完全蒸發(fā)為氣體。如果液態(tài)制冷劑被吸入壓縮機(jī)，通常會(huì)引起撞擊，進(jìn)而損壞壓縮機(jī)閥門和/或內(nèi)部機(jī)械組件。另外，當(dāng)液態(tài)制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)與潤(rùn)滑油混合時(shí)，會(huì)降低油的潤(rùn)滑能力和增加磨損，從而導(dǎo)致設(shè)備提前損壞。
 圖5 過(guò)冷。經(jīng)檢查確認(rèn)氣流正常后，將管鉗式探頭或 Velcro管道探頭鉗在液態(tài)管周圍。記錄溫度。然后將壓力/真空模塊置于液態(tài)管的入口處測(cè)量液態(tài)管壓力。根據(jù)所使用的制冷劑類型從溫度－壓力表中查出冷凝溫度，得到的溫度差就是過(guò)冷溫度。 |
對(duì)于傳統(tǒng)的HVAC/R系統(tǒng)，由于使用機(jī)械式計(jì)量裝置，比如說(shuō)TXV或毛細(xì)管，過(guò)熱溫度處于 8 °F到 20 °F之間。對(duì)于較新的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于都采用電子膨脹閥和固態(tài)控制器，因而可以使過(guò)熱溫度低至 5 °F到10 °F。
過(guò)熱溫度較低或等于零說(shuō)明制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沒(méi)有吸收足夠的熱量完全蒸發(fā)為氣體。如果液態(tài)制冷劑被吸入壓縮機(jī)，通常會(huì)引起撞擊，進(jìn)而損壞壓縮機(jī)閥門和/或內(nèi)部機(jī)械組件。另外，當(dāng)液態(tài)制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)與潤(rùn)滑油混合時(shí)，會(huì)降低油的潤(rùn)滑能力和增加磨損，從而導(dǎo)致設(shè)備提前損壞。
另一方面，如果過(guò)熱讀數(shù)過(guò)大—高于20 °F到30 °F-說(shuō)明制冷劑比正常情況下吸收了更多的熱量，或者蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑過(guò)少。造成這種情況的原因可能是計(jì)量裝置供給量不足、調(diào)整不正確或者發(fā)生損壞。造成過(guò)熱溫度過(guò)高的其他原因包括系統(tǒng)充入的制冷劑不足、制冷劑的流動(dòng)受到阻礙、系統(tǒng)內(nèi)有水存在、干燥過(guò)濾器阻塞，或者蒸發(fā)器熱負(fù)荷過(guò)大。
利用過(guò)冷進(jìn)行故障檢查
如果過(guò)冷值不正常，說(shuō)明可能存在各種系統(tǒng)問(wèn)題，包括制冷劑充入量過(guò)多、過(guò)少、液態(tài)管流動(dòng)不暢，或者冷凝器氣流（當(dāng)使用水冷冷凝器時(shí)為水流）不足。
通常，冷凝器出口處制冷劑的過(guò)冷溫度在10 °F 到20 °F之間。但是部分現(xiàn)代設(shè)備為了滿足最低能效標(biāo)準(zhǔn)，其過(guò)冷溫度也可能低至4°F。
例如，當(dāng)過(guò)冷溫度非常低在0到10 °F之間時(shí)，說(shuō)明制冷劑在到達(dá)冷凝器途中沒(méi)有按照正常要求散發(fā)熱量。造成這種情況的原因包括冷凝器氣流不足、計(jì)量裝置出現(xiàn)問(wèn)題，例如制冷劑供給量過(guò)高、調(diào)整不當(dāng)、開啟過(guò)大、系統(tǒng)制冷劑充入量不足。多數(shù)情況下僅僅是因?yàn)槔淠鞅P管表面需要進(jìn)行徹底清理，以消除對(duì)氣流的妨礙。
過(guò)冷溫度過(guò)高過(guò)低說(shuō)明制冷劑被冷卻的程度比正常情況下低。其中原因可能包括系統(tǒng)制冷劑充入量過(guò)高、計(jì)量裝置妨礙流動(dòng)、調(diào)整不當(dāng)（供給能力低），或者由于 環(huán)境溫度過(guò)低而是頭部壓力控制出現(xiàn)故障。
制冷循環(huán)和故障檢修原則總結(jié)
下次在進(jìn)行HVAC/R設(shè)備維修或維護(hù)時(shí)，記住一定要耐心，應(yīng)用你在本文中學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行判斷。檢查設(shè)備的過(guò)熱和過(guò)冷溫度，一定要對(duì)設(shè)備進(jìn)行外觀檢查，看所有盤管表面是否清潔，風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否爭(zhēng)取。再就是要有適合的工具和一定的專業(yè)知識(shí)，并且利用這些專業(yè)知識(shí)快速、高效的使用手中的工具。
數(shù)字式測(cè)溫儀、數(shù)字萬(wàn)用表、壓力/真空模塊、HVAC/R附件將幫助你在第一時(shí)間正確的解決問(wèn)題，維修設(shè)備。
 通過(guò)測(cè)量溫度和吸入壓力來(lái)確定過(guò)熱。 |