关于制冷剂充注小白到老鸟全过程！

1 前言

2 水冷冷水机组制冷剂的充注

 
 在中央空调和工业生产工艺降温中，水冷冷水机组使用比较普遍。这种机组由压缩机、卧式壳管式冷凝器、热力膨胀阀、卧式壳管式蒸发器及必要辅件组成一体。结构紧凑，操作控制方便，安装调试简单，在市场上受到欢迎。 

3 风冷冷水机组制冷剂的充注

4 家用空调器制冷剂的充注

5 家用冰箱制冷剂的充注

冰箱制冷剂充注量应该满足下列条件：

a、冰箱能自动停机；

b、工作过程冷冻室和冷藏室蒸发器能结满霜；

c、箱外压缩机回气管只结露不结霜。  

下面我们来看看制冷剂充注量不对，对制冷系统产生的故障，以及如何分析。

6 制冷剂充注量不足

   制冷系统制冷剂充注量不足反映出的参数特征是：

1、蒸发器结霜或者结露不满；

2、压缩机吸、排气压力下降；

3、吸气温度偏高；

4、压缩机电机工作电流下降；

5、压缩机运行声音变低。

直接结果是机组制冷效率下降，达不到预期制冷效果。 

制冷剂充注量不足并不难判断，值得注意的是供液管路堵塞（过滤网、毛细管等）膨胀阀调节太小也会造成蒸发器结霜或结露不满，机组制冷效果下降，这个时候即使制冷剂过量，蒸发器仍然结霜或结露不满，吸气压力低。这就需要综合分析，找他们的不同特征。

堵塞另有其表现 ，一般堵点是出现在通路细密环节，也就是通径小的地方，如干燥过滤器和膨胀阀的过滤网，毛细管等。这些都是制冷系统的高压部分，正常情况下是常温的， 如果堵塞了，那么堵点后就会变低温了，现象是堵点后结露或结霜。如果通路不堵，应该是节流器后面开始结露或者结霜。  

初学者常把堵塞当制冷剂不足来处理，不断的充注制冷剂，不但蒸发器始终结霜或结露不满，还会出现制冷剂过量的故障特征。

7 制冷剂充注量过量

制冷剂充注过量在蒸发器和冷凝器上 都有特征表现 ，如果节流器（毛细管、节流阀）不能完全自动调节，那么供液过量后蒸发不完的液体会回到压缩机上来， 使压缩机外壳结霜或结露 。

如果节流器能完全自动调节，或者人为调小膨胀阀的供液量，那么压缩机回气管结霜或结露正常，多余的制冷剂液体会储存在高压部分，对于没有高压储液器的系统，多余的液体制冷剂就储存在冷凝器中。这时候 表现的特征是冷凝压力升高，蒸发压力蒸发温度也升高，制冷效率下降，降温速度慢，机组工作电流升高，机组工作声音变得沉闷。

当然，如果制冷系统内有大量空气，也会出现这种特征，但它们有其他的特征区别，那就是 制冷剂过量时，对于风冷冷凝器，散热翅片上部发热，下部因储存液体发凉 ； 对于水冷冷凝器（卧式壳管式），壳管高度方向上部发热面积小，而下部因储存过多液体制冷剂发凉面积多。 系统有空气但制冷剂量正常就没有这个特征。

7 制冷剂充注量与制冷量曲线关系

有图 3.4 可知，在一定的压缩机运行频率下和相同的电子膨胀阀开度下， 随着充灌量的增加 , 制冷量逐渐增大 , 在达到峰值以后 , 然后又逐渐的减少。

当充灌量较少时 , 制冷系统的蒸发温度较低 , 制冷剂流量很小 , 蒸发器出口过热度很大 , 导致蒸发器的换热面积没有充分得到利用 , 因此制冷量很小。当充灌量逐渐增大时 , 系统的质量流量增大 , 蒸发温度升高 , 蒸发器的有效换热面积增大 , 从而系统的制冷量增大。  

尽管蒸发温度升高会使蒸发器与环境传热温差减少 , 但在达到峰值以前 , 增大质量流量仍在传热中占主导地位 , 所以制冷量会逐渐增大。但 是随着充灌量的进一步增加 , 蒸发温度的上升会使传热温差减少 , 这时传热温差占主导地位 , 制冷量反而会下降 , 抑制了制冷量的进一步上升 。 这就是制冷量出现峰值的原因 , 在峰值过后 , 传热温差占优势 , 制冷量又开始下降。

8 制冷剂充注量与功率曲线关系

由图 3.5 可知 ： 随着充灌量的增加 , 空调器输入功率上升 。由于空调器的输入功率是由压缩机和风扇电机两部分构成的 , 其中风扇电机功率很小基本维持不变 , 而压缩机随系统运行情况变化很大。  

压 缩机功率与制冷剂的质量流量成正比 ，随着充灌量的增加， 压缩机的质量流量增加，引起压缩 机的耗功增大 从而引起空调系统的输入功率逐渐增。

8 制冷剂充注量与EER曲线关系

由图3.6可知， 随着充灌量的增加，在能效比EER呈先增大后减小的趋势 。当充灌量较少时，制冷量增加速度较快，而输入功率增加得相对较慢，所以EER=Q/N呈现增大的趋势，随着充灌量的继续增大，输入功率的增加速度大于制冷量的增加速度，因而 EER   开始减小。

那么我们有没有什么办法，在设计的时候，就可以准确确定制冷剂的充足量呢？

首先我们必须要知道制冷系统的大部分制冷剂都在两器和液管中，其中两器中制冷剂的状态我们也要了解，以下就是两器中制冷剂状态的容积比计算方法：

今天的课程我们来研究下冷凝器的换热情况，我们都知道：在冷凝器中, 根制冷剂状态的不同可分为过热段、冷凝段、过冷段三部分, 三部分的相对位置由冷凝器同周围环境间的换热条件决定；

如上图所示：

过热段是制冷剂进入冷凝器后冷凝，直到达到饱和蒸汽临界点；图上的排气到饱和蒸汽曲线交点的直线段。

冷凝段：制冷剂从饱和蒸汽段冷凝到饱和液体的直线段；图上两根饱和线之间的位置。

过冷段：制冷剂从饱和液体持续冷凝到过冷度位置。

三段的焓值情况如下表格所示：

本系统中的冷凝温度为45℃，我们假定下空气侧的状态参数，进口温度25℃，出口温度30℃；关于换热的对数平均温差计算如下：

我们将冷凝器微分成很多小块，微分的原则是每小块的焓增相等；根据计算公式有：

冷媒侧换热量：Q1=m*Δh（换热量=质量流量*焓增）

空气侧换热量：Q2=K*A*ΔTm（换热量=换热系数*换热面积*换热温差）

根据能量守恒我们有：

Q1=Q2；

所以有：

m*Δh= K*A*ΔTm

进行如下变换

A= m*Δh/ K*ΔTm

首先我们可以认为整个换热器的换热系数应该是相等的（实际可能稍微有点偏差，不影响计算结果），由于制冷流量和焓增都是相等的；

所以，细分的换热面积与ΔTm是成反比关系的；

根据上述的阐述，我们有以下计算结果：

根据上述的方法，我们同样来计算蒸发器的换热状态：

蒸发器中的制冷剂状态是蒸发段和过热段，如下图展示：

两段的容积比计算数据如下：

很多学员在问了，这个体积比有什么用呢？后面我们将利用这个体积比来直接计算整个系统制冷剂的充注量

上节课，我们讲解了利用EXCEL来计算换热器中制冷剂状态的容积比，通过这个容积比，我们能够准确的计算出冷凝器和蒸发器制冷剂的充注量，由于制冷系统中80%-90%的制冷剂都在两器，因此，我们可以计算出整个系统制冷剂的充注量，那么如何利用EXCEl来计算呢？请听我们细细讲来。

制冷剂的质量有如下公式：

我们先来看下冷凝器，我们只需要知道冷凝器的容积，然后乘以平均密度，就可以得到冷凝器中制冷剂的质量了；

方法如下：

根据上节课的介绍，我们计算出了冷凝器中三种状态（过热、冷凝、过冷）的容积比了；我们假设每段的换热系数与换热温差是相等的；

根据以下公式：

A= m* Δh/ K*ΔTm

则每个焓增都对用相同的换热面积，

将焓差均分为10点，容积比也均分为10点，每点的容积比、焓值如表格所示：通过每点的压力和焓值，计算出对应的密度：

上述表格为过热段的数据。

其他两段数据结果如下：

我们有了这些曲数据，可以绘制密度—容积比的曲线了。

有了这个曲线，我们可以直接通过计算曲线下的面积，就是冷凝器内的蒸发器质量了。

可以分成三部分分别计算，过热段、冷凝段、过冷段，这样会准确一点；小伙伴可以自行尝试，我们下面直接利用趋势线的方法来计算整条曲线的面积（相对计算三条曲线面积来说误差偏大一点）

求取曲线的面积对数学一般的同学来说难度有点大，我们需要根据趋势线的函数，求出原函数，再根据原函数来求曲线面积，用Excel不好实现；这里建议数学一般的同学回归原始公式：

我们利用每段的平均密度乘以容积比就是制冷剂的量了。
如下计算表格：

经过计算，如下结果：

M （冷凝器）=413.55V(冷凝器容积)

同理，我们绘制下蒸发器的密度—容积比曲线，如下结果：

绘制密度—容积比曲线，得到如下：

任然利用上面冷凝器的思路，经过计算，如下结果：

M （蒸发器）=54.72V(冷凝器容积)

最终的结果：  

M （制冷剂充注）=1.15*（413.55V(冷凝器容积)+ 54.72V(蒸发器容积)）；

其中：1．15为经验系数，各位同行可以利用相同的思路，分别求得压缩机、排气管、液管、吸气管的体积，然后乘以平均密度的思路来求解，我们这里不做详细的讲解。

如果系统中有储液器的存在，这个系数需要增加。

我们这里不讲解利用曲线面积求解的过程，这个对于一般的学员来说难度很大，需要利用微积分求原方程，我们利用EXCEL做仿真的原则就是人人都可以掌握，所以这里讲解了求平均密度的方法来求得结果，实践证明，偏差不会很大。

我们以蒸发器的模型来做介绍：

蒸发器的趋势曲线方程是：

y  = -138.27x3 + 311.14x2 - 260.59x + 115.37
求得原函数是：

F （x)=-34.5675X^4+103.71X^3-130.295X^2+115.37X

我们按照原函数，求得每个点的累计面积，表格如下：

计算下来，最终计算面积是：54.2175；

对比下差值：

A=54.72/54.2175-1=0.9268%;

偏差值仅在1%以内；

点数越多，偏差会越小。

所以这里建议数学不好的同行，直接求平均值也是可行的。

不同的制冷剂或者不同的系统，计算的方法一样，结果是不一样的，这里提供的这种思路供同行参考，可以理论计算结合实际，再一次次修正，相信几次之后，你的制冷剂充注量可以计算的很精确啦。