空調超低溫除濕原理 冷媒過冷對機房空調運行的影響及解決方案

1. 概述：

一般情況下，空調的制冷量隨著冷凝壓力的降低而增加。但在機房空調在冬季運行的情況下，這種制冷量不增加反而減少，有時會出現大量低壓故障，導致壓縮機停機，機房溫度過高，威脅到空調。通訊設備的安全。這種現象尤其以Faya、Faya等機房空調為代表。檢查發現上述問題的發生與膨脹閥的工作狀況有關；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、風機、皮帶堵塞。等造成的。

2.膨脹閥工作原理：

膨脹閥是控制蒸發器出口氣態制冷劑的過熱度，從而控制制冷劑流入蒸發器的流量。專用空調采用外平衡式膨脹閥，結構如圖1所示：膨脹閥由感應機構、執行機構、調節機構和閥體組成。感應機構內充有氟利昂工質，感溫包安裝在蒸發器出口處。由于過熱度的影響，出口溫度與蒸發溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包感測蒸發器出口溫度后，整個傳感系統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，隔膜下部有調節彈簧的彈力Pt和蒸發壓力P0。三者平衡時，有Pb=Pt+Po。當Pb>Pt+Po時，表示蒸發 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，減少流經膨脹閥的制冷劑質量流量，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，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氣體的壓力。當感溫球溫度變化時，感溫壓力會發生變化，膨脹閥的開度也會發生變化。 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的共同壓力。如果制冷劑溫度發生變化，感溫氣體壓力也會發生變化，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，這就是夏季空調蒸發壓力升高的原因。冬季冷媒過冷度大，即冷媒溫度低，閥體溫度也會降低，左側感溫球壓力降低。制冷劑流量減少，送入蒸發器的制冷劑減少，導致蒸發壓力下降，制冷量下降；當過冷度過大時（室內溫度為25度，進入膨脹閥的液體溫度不應低于10度），會產生嚴重的干擾信號，導致膨脹閥關閉過度，顯著降低低壓；如果低壓壓力低于空調機組的報警值，就會產生低壓報警，導致空調停機。

下圖為景方軟開關房機房空調冬季運行時工業除濕器，通過調節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壓力數據：

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

在北方地區，過冷現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。液體，膨脹閥打不開，空調完全失靈。

故障分析結論：

綜上所述，冬季空調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微電腦的指令來調節閥門的開度，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。以維持蒸發器所需的液體供應。電子膨脹閥-吸氣過熱度控制制冷系統示意圖如圖3所示：

圖3電子膨脹閥-吸氣過熱度控制制冷系統示意圖

5.2. 壓力調節器和旁通調節器穩定冷凝壓力。

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，調壓閥根據閥前的冷凝壓力關閉調節閥，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，調節閥相對打開，防止冷凝壓力過度升高，旁通調節閥控制其開度根據儲液器內的壓力，使儲液器內蒸發器內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，避免出現問題防止膨脹閥過度關閉，從而保證膨脹閥的正常工作。

5.3. 壓力控制冷卻氣流。

用壓力開關控制風機的開、關或用調壓器控制風速來調節冷卻風量，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，壓力開關控制風扇的開或關來調節冷卻風量，保證冷凝壓力在合適的范圍內，防止過冷運行失控。方法如下（我們使用PENN型壓力控制器）：

1)關閉并切斷空調電源。

2) 拆下調速板和溫度傳感器，在調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??置為1.7MPa，回程壓差設置為0.3MPa。

5)檢查無誤后，打開電源，根據壓力表的讀數修正壓力控制器的設置。

改造后空調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，防止風機連續運轉造成制冷劑過冷度過大工業抽濕機，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，系統壓力波動頻繁，但由于空調冷凝器下部裝有大型儲液罐，起到平衡供液的作用，影響不大關于空調工作。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型壓力調節器）被壓力調節器所取代。控制器根據系統壓力自動控制風機轉速并達到平衡點。工作方法如下： 圖7，當冷凝壓力達到1.6MPa時，壓力開關輸出電壓，風機啟動。此時，風扇轉速非常低。隨著冷凝壓力的增加，風機轉速增加，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速；隨著冷凝壓力的降低，風機轉速下降，當壓力等于起點位置1.6MPa時空調超低溫除濕原理，壓力開關切斷電壓，風機停止。如接線圖8所示，此方法彌補了方法A的不足。制冷循環壓力穩定，無風扇頻繁啟動產生的噪音，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定，可在10%--100%范圍內精確調節，完全獨立于冷媒溫度，但技術要求高，適合空調廠家。

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

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

7.結束語：

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

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