無論對新手還是有經(jīng)驗的hvac/r技術(shù)人員來說，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)鍵是對致冷原理要有深刻的理解-其中包括過熱和過冷的原理。再就是要有適合的工具和一定的專業(yè)知識，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了解某個系統(tǒng)的溫度、壓力、電壓、電流值的具體大小，也就是說，功能單一的儀表無法對系統(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)用過冷和過熱原理對hvac/r設(shè)備進(jìn)行故障檢修。同時介紹如何正確的使用測溫儀、數(shù)字萬用表、壓力/真空模塊、hvac/r附件完成一些典型的檢修任務(wù)。為了便于說明數(shù)字測溫儀、萬用表、附件如何使hvac/r系統(tǒng)的維修和維護(hù)變得簡單、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)可分為七個階段：
1. 熱氣體壓縮
2. 冷卻
3. 冷凝
4. 過冷
5. 膨脹
6. 蒸發(fā)
7. 過熱
基本蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)主要由四部分組成：計量裝置（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。 （請參閱圖 1。）壓縮能量將蒸氣壓力提高，使其沸點低于冷凝介質(zhì)溫度，換句話說，壓縮機(jī)將制冷劑的沸點提高到某一溫度，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)制冷劑通過冷凝器盤管時，又會再次被冷卻，使液態(tài)制冷劑的溫度低于其沸點，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)。該低于沸點的冷卻過程被稱為過冷。
使用紅外測溫儀測量屋頂制冷系統(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，冷凝液通過蒸發(fā)器中的一個膨脹閥，進(jìn)行蒸發(fā)并獲取來自被冷卻區(qū)域的熱量。
隨后，氣體制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)，并通過壓縮過程提高壓力和溫度。制冷劑從壓縮機(jī)返回冷凝器，這個循環(huán)過程周而復(fù)始。
蒸發(fā)器入口處的計量裝置的作用相當(dāng)于一個水壩摂，可限制制冷劑流量并降低其壓力，使其達(dá)到比原來低的新沸點。該新沸點比蒸發(fā)器介質(zhì)（空氣或水）溫度低，因而流過蒸發(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沸騰變成氣體后，蒸氣在通過蒸發(fā)器的過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熱。
壓縮機(jī)對氣體進(jìn)行壓縮使其壓力升高，并同時使氣體的溫度升高。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)中不使用儲液器，一般主要依靠毛細(xì)管或固定計量裝置。
當(dāng)處于高壓下的液體到達(dá)計量裝置時，整個過程又會重新開始。
在絕大多數(shù)制冷系統(tǒng)的維修過程中，技術(shù)人員為了確定系統(tǒng)性能都要測量溫度和壓力。通過緊密監(jiān)測系統(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，從而確保延長系統(tǒng)的壽命，降低能量消耗。
通常，測量系統(tǒng)關(guān)鍵點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量的例子。
圖 2 過熱溫度測量點
過熱及其測量
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)過沸騰變成氣體時，高出沸點的溫度部分就被稱為過熱。
要想了解吸氣管過熱的情況，就需要知道吸氣壓力和兩個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來說，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發(fā)生變化。
對于新的混合制冷劑來說，在沸騰或飽和階段溫度會發(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溫度， 該溫度是滴制冷劑沸騰變?yōu)闅怏w時的溫度。超過露點溫度所升高的溫度部分被稱為過熱。（請參閱圖 2。）
利用福祿克產(chǎn)品確定過熱的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型熱電偶測量功能和mv輸入的適用的福祿克數(shù)字萬用表。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)行壓力測量。
進(jìn)行過熱測量時，記住要等系統(tǒng)運(yùn)行足夠長的時間使溫度和壓力穩(wěn)定下來再開始測量，同時要檢查流過蒸發(fā)器的氣流是否正常。使用管鉗式探頭或velcro管道探頭測量吸氣管溫度時，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。（請參閱圖 3。）
圖3.使用溫度－壓力法測量吸氣管過熱溫度。測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)字測溫儀測得的吸氣管溫度減去該溫度，得到的差就是過熱溫度。
當(dāng)管道沒有發(fā)生氧化或上面沒有異物時獲得的測量結(jié)果。接下來，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)沒有異常的阻礙存在時，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）沸騰溫度。（請參閱圖 4。）從吸氣管溫度中減去沸騰/露點溫度即可得到過熱溫度。
也可以將珠形熱電偶與吸氣管連接來測量吸氣管溫度，這時應(yīng)小心對熱電偶采取隔熱措施，并且使用導(dǎo)熱復(fù)合材料限度的減少由于傳遞到周圍空氣的熱損失帶來的誤差。
圖 4 壓力 – 時間表
所有壓力單位為 psig；rre print=真空（英寸水銀）
過冷及其測量
在系統(tǒng)的冷凝器內(nèi)，將氣體轉(zhuǎn)化為液體時，需要將處于飽和冷凝溫度下的制冷劑中的熱量排出。此時產(chǎn)生的任何溫降被稱為過冷。如需知道液態(tài)管過冷溫度的高低，需要首先確定冷凝壓力和兩個溫度值棗測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測量冷凝器出口處管道的表面溫度測得，（請參閱圖 5。）
注意：
使用pt表可以查到冷凝溫度。對于具有高溫度滑移的新型混合制冷劑來說，該溫度被稱為泡點(bp)溫度。查看圖 2。
在使用管鉗式探頭或velcro管道探頭測量過冷溫度之前，應(yīng)首先允許系統(tǒng)運(yùn)行一定時間使溫度和壓力穩(wěn)定下來再測量。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)如果無法使用液態(tài)管供給閥口時，連接于壓縮機(jī)的排氣管上）。
使用dmm和管鉗式探頭測量液態(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，兩個溫度之差即為過冷值。
問題診斷
利用過熱和過冷測量得到的數(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)計量裝置的運(yùn)行狀態(tài)。利用這些測量還可以確定冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)的效率。
有一點非常重要，就是在根據(jù)測量數(shù)據(jù)得出結(jié)論之前，要檢查外部條件對系統(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題，例如蒸發(fā)器上部的空氣過濾器是否變臟，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。
利用過熱進(jìn)行故障檢查
通過過熱值可以發(fā)現(xiàn)各種系統(tǒng)問題，其中包括干燥過濾器是否發(fā)生堵塞、欠沖、過沖、計量裝置故障、氣流受阻、風(fēng)扇電機(jī)工作不正常、風(fēng)機(jī)方向不對。通過吸氣管過熱溫度可以很好的進(jìn)行故障診斷，因為當(dāng)度說較低時說明壓縮機(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。
對于傳統(tǒng)的hvac/r系統(tǒng)，由于使用機(jī)械式計量裝置，比如說txv或毛細(xì)管，過熱溫度處于 8 °f到 20 °f之間。對于較新的系統(tǒng)來說，由于都采用電子膨脹閥和固態(tài)控制器，因而可以使過熱溫度低至 5 °f到10 °f。
過熱溫度較低或等于零說明制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沒有吸收足夠的熱量*蒸發(fā)為氣體。如果液態(tài)制冷劑被吸入壓縮機(jī)，通常會引起撞擊，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)與潤滑油混合時，會降低油的潤滑能力和增加磨損，從而導(dǎo)致設(shè)備提前損壞。
圖5 過冷。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冷溫度。
對于傳統(tǒng)的hvac/r系統(tǒng)，由于使用機(jī)械式計量裝置，比如說txv或毛細(xì)管，過熱溫度處于 8 °f到 20 °f之間。對于較新的系統(tǒng)來說，由于都采用電子膨脹閥和固態(tài)控制器，因而可以使過熱溫度低至 5 °f到10 °f。
過熱溫度較低或等于零說明制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沒有吸收足夠的熱量*蒸發(fā)為氣體。如果液態(tài)制冷劑被吸入壓縮機(jī)，通常會引起撞擊，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)與潤滑油混合時，會降低油的潤滑能力和增加磨損，從而導(dǎo)致設(shè)備提前損壞。
另一方面，如果過熱讀數(shù)過大—高于20 °f到30 °f-說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)制冷劑過少。造成這種情況的原因可能是計量裝置供給量不足、調(diào)整不正確或者發(fā)生損壞。造成過熱溫度過高的其他原因包括系統(tǒng)充入的制冷劑不足、制冷劑的流動受到阻礙、系統(tǒng)內(nèi)有水存在、干燥過濾器阻塞，或者蒸發(fā)器熱負(fù)荷過大。
利用過冷進(jìn)行故障檢查
如果過冷值不正常，說明可能存在各種系統(tǒng)問題，包括制冷劑充入量過多、過少、液態(tài)管流動不暢，或者冷凝器氣流（當(dāng)使用水冷冷凝器時為水流）不足。
通常，冷凝器出口處制冷劑的過冷溫度在10 °f 到20 °f之間。但是部分現(xiàn)代設(shè)備為了滿足能效標(biāo)準(zhǔn)，其過冷溫度也可能低至4°f。
例如，當(dāng)過冷溫度非常低在0到10 °f之間時，說明制冷劑在到達(dá)冷凝器途中沒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、計量裝置出現(xiàn)問題，例如制冷劑供給量過高、調(diào)整不當(dāng)、開啟過大、系統(tǒng)制冷劑充入量不足。多數(shù)情況下僅僅是因為冷凝器盤管表面需要進(jìn)行*清理，以消除對氣流的妨礙。
過冷溫度過高過低說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)制冷劑充入量過高、計量裝置妨礙流動、調(diào)整不當(dāng)（供給能力低），或者由于 環(huán)境溫度過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，記住一定要耐心，應(yīng)用你在本文中學(xué)到的知識進(jìn)行判斷。檢查設(shè)備的過熱和過冷溫度，一定要對設(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)方向是否爭取。再就是要有適合的工具和一定的專業(yè)知識，并且利用這些專業(yè)知識快速、高效的使用手中的工具。
數(shù)字式測溫儀、數(shù)字萬用表、壓力/真空模塊、hvac/r附件將幫助你在時間正確的解決問題，維修設(shè)備。
通過測量溫度和吸入壓力來確定過熱。