利用過熱和過冷原理檢查 HVAC/R係統故障

無論對新手還是有經驗的HVAC/R技術人員來說，致冷和空調係統的故障檢修都是非常具有挑戰性的。不管你經驗如何、設備多大，抑或處於何種位置的未被，進行係統檢修的關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知識，並且利用這些專業指示快速、高效的使用手中的工具。
維修人員常常需要同時了解某個係統的溫度、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係統進行**分析。所以常常需要使用多種工具。
本文主要介紹如何應用過冷和過熱原理對HVAC/R設備進行故障檢修。同時介紹如何正確的使用測溫儀、數字萬用表、壓力/真空模塊、HVAC/R附件完成一些典型的檢修任務。為了便於說明數字測溫儀、萬用表、附件如何使HVAC/R係統的維修和維護變得簡單、快速、準確，本文特意介紹了一些基本的致冷原理。

製冷循環

根據熱量從溫度較高區域流向較低區域的原理，製冷循環可分為七個階段：
1. 熱氣體壓縮
2. 冷卻
3. 冷凝
4. 過冷
5. 膨脹
6. 蒸發
7. 過熱
基本蒸氣壓縮製冷係統主要由四部分組成：計量裝置（例如毛細管、固定式節流管/活塞，或者熱力膨脹閥）、蒸發器、壓縮機、冷凝器。 （請參閱圖 1。）壓縮能量將蒸氣壓力提高，使其沸點低於冷凝介質溫度，換句話說，壓縮機將製冷劑的沸點提高到某一溫度，在該溫度下，流經冷凝器的空氣（或水）足以將製冷劑冷凝為液體。當製冷劑通過冷凝器盤管時，又會再次被冷卻，使液態製冷劑的溫度低於其沸點，從而保證它到達蒸發器之前的路途中即使經曆壓降也依然保持液態。該低於沸點的冷卻過程被稱為過冷。

使用紅外測溫儀測量屋頂製冷係統。

圖1.製冷係統 在典型的製冷係統中，壓縮機將熱氣體送到冷凝器，隨後，冷凝液通過蒸發器中的一個膨脹閥，進行蒸發並獲取來自被冷卻區域的熱量。 隨後，氣體製冷劑進入壓縮機，並通過壓縮過程提高壓力和溫度。製冷劑從壓縮機返回冷凝器，這個循環過程周而複始。

蒸發器入口處的計量裝置的作用相當於一個水壩摂，可限製製冷劑流量並降低其壓力，使其達到比原來低的新沸點。該新沸點比蒸發器介質（空氣或水）溫度低，因而流過蒸發器的空氣或水將使製冷劑沸騰。等到蒸發器內所有的製冷劑全部通過沸騰變成氣體後，蒸氣在通過蒸發器的過程中又另外獲得了更多熱量。蒸氣溫度高於沸騰溫度的多少被稱為過熱。
壓縮機對氣體進行壓縮使其壓力升高，並同時使氣體的溫度升高。隨後熱氣被送到冷凝器進行冷卻，向外釋放熱量，並逐步使氣體重新變成液體。
注意：
通常製冷係統中不使用儲液器，一般主要依靠毛細管或固定計量裝置。
當處於高壓下的液體到達計量裝置時，整個過程又會重新開始。
在絕大多數製冷係統的維修過程中，技術人員為了確定係統性能都要測量溫度和壓力。通過緊密監測係統的溫度和壓力，可以確認係統的控製和運行是否正常，從而確保延長係統的壽命，降低能量消耗。
通常，測量係統關鍵點的溫度和壓力可以幫助發現故障發生的位置。我們後麵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
在係統蒸發器內，為了使液體變成氣體，需要在沸騰溫度下給液體繼續增加熱量。沸騰溫度通常也被稱為飽和溫度。當所有製冷劑經過沸騰變成氣體時，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器的沸騰溫度和吸氣管上蒸發器出口處的製冷劑溫度（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。對於較老的CFC、HCFC製冷劑和一些較新的不損害臭氧層的製冷劑例如R134a來說，隻要蒸發器內的壓力保持不變，飽和或沸騰階段的沸騰溫度就不會發生變化。
對於新的混合製冷劑來說，在沸騰或飽和階段溫度會發生變化。這種現象被稱為溫度滑移。溫度滑移為10 °F (5 °C) 或更高的現代製冷劑都使用露點溫度， 該溫度是*後一滴製冷劑沸騰變為氣體時的溫度。超過露點溫度所升高的溫度部分被稱為過熱。（請參閱圖 2。）
利用福祿克產品確定過熱的*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型熱電偶測量功能和mV輸入的適用的福祿克數字萬用表。由於管鉗式熱電偶可以直接鉗在管道上，因而能夠更快、更準確的進行管道溫度測量，而不像珠形熱電偶那樣需要使用隔熱層或膠帶。壓力/真空模塊允許準確而快速的進行壓力測量。
進行過熱測量時，記住要等係統運行足夠長的時間使溫度和壓力穩定下來再開始測量，同時要檢查流過蒸發器的氣流是否正常。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器出口處管道的裸露部分。如果管道與蒸發器之間的距離小於15'並且兩點之間的壓降*小，則可以讀取吸氣管上壓縮機入口的管道溫度。（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－壓力表中查出蒸發器沸騰溫度。用福祿克數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。

當管道冇有發生氧化或上麵冇有異物時獲得的測量結果*好。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製冷劑供給口）。記錄管道溫度和壓力讀數，當吸氣管內冇有異常的阻礙存在時，該壓力讀數將是蒸發器內沸騰的製冷劑的壓力。通過該壓力值，從PT表上查出所使用製冷劑類型的蒸發器（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，這時應小心對熱電偶采取隔熱措施，並且使用導熱複合材料*大限度的減少由於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

在係統的冷凝器內，將氣體轉化為液體時，需要將處於飽和冷凝溫度下的製冷劑中的熱量排出。此時產生的任何溫降被稱為過冷。如需知道液態管過冷溫度的高低，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管上冷凝器出口處的製冷劑溫度。液態管溫度大小可以通過測量冷凝器出口處管道的表麵溫度測得，（請參閱圖 5。）
注意：
使用PT表可以查到冷凝溫度。對於具有高溫度滑移的新型混合製冷劑來說，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，應首先允許係統運行一定時間使溫度和壓力穩定下來再測量。首先確認氣流是否正常，然後用管鉗式探頭鉗住液態管測量液態管溫度。將壓力/真空模塊連接於液態管的供給口上（或者當如果無法使用液態管供給閥口時，連接於壓縮機的排氣管上）。

使用DMM和管鉗式探頭測量液態管溫度。

記錄液態管溫度和壓力讀數，根據所使用的製冷劑類型使用PT表將液態管壓力轉換成溫度，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據可以確定HVAC/R係統內的各種狀態，其中包括製冷劑充入量的多少以及確認計量裝置的運行狀態。利用這些測量還可以確定冷凝器、蒸發器、壓縮機的效率。
有一點非常重要，就是在根據測量數據得出結論之前，要檢查外部條件對係統性能的影響。尤其應該檢查盤管表麵的氣流是否正常（單位是立方米/分鐘，CFM）、壓縮機電機以及相關電氣負載的線電壓。不要忘記檢查盤管表麵是否存在明顯問題，例如蒸發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麵的氣流流動。

利用過熱進行故障檢查

通過過熱值可以發現各種係統問題，其中包括乾燥過濾器是否發生堵塞、欠衝、過衝、計量裝置故障、氣流受阻、風扇電機工作不正常、風機方向不對。通過吸氣管過熱溫度可以很好的進行故障診斷，因為當度說較低時說明壓縮機進入了液態製冷劑。正常情況下，進入壓縮機的製冷劑都能以高於蒸發器沸騰溫度的溫度被充分過熱，從而確保壓縮機僅僅吸入氣態而不吸入液態製冷劑。

對於傳統的HVAC/R係統，由於使用機械式計量裝置，比如說TXV或毛細管，過熱溫度處於 8 °F到 20 °F之間。對於較新的係統來說，由於都采用電子膨脹閥和固態控製器，因而可以使過熱溫度低至 5 °F到10 °F。
過熱溫度較低或等於零說明製冷劑在蒸發器內冇有吸收足夠的熱量完全蒸發為氣體。如果液態製冷劑被吸入壓縮機，通常會引起撞擊，進而損壞壓縮機閥門和/或內部機械組件。另外，當液態製冷劑在壓縮機內與潤滑油混合時，會降低油的潤滑能力和增加磨損，從而導致設備提前損壞。

圖5 過冷。經檢查確認氣流正常後，將管鉗式探頭或 Velcro管道探頭鉗在液態管周圍。記錄溫度。然後將壓力/真空模塊置於液態管的入口處測量液態管壓力。根據所使用的製冷劑類型從溫度－壓力表中查出冷凝溫度，得到的溫度差就是過冷溫度。

對於傳統的HVAC/R係統，由於使用機械式計量裝置，比如說TXV或毛細管，過熱溫度處於 8 °F到 20 °F之間。對於較新的係統來說，由於都采用電子膨脹閥和固態控製器，因而可以使過熱溫度低至 5 °F到10 °F。
過熱溫度較低或等於零說明製冷劑在蒸發器內冇有吸收足夠的熱量完全蒸發為氣體。如果液態製冷劑被吸入壓縮機，通常會引起撞擊，進而損壞壓縮機閥門和/或內部機械組件。另外，當液態製冷劑在壓縮機內與潤滑油混合時，會降低油的潤滑能力和增加磨損，從而導致設備提前損壞。
另一方麵，如果過熱讀數過大—高於20 °F到30 °F-說明製冷劑比正常情況下吸收了更多的熱量，或者蒸發器內製冷劑過少。造成這種情況的原因可能是計量裝置供給量不足、調整不正確或者發生損壞。造成過熱溫度過高的其他原因包括係統充入的製冷劑不足、製冷劑的流動受到阻礙、係統內有水存在、乾燥過濾器阻塞，或者蒸發器熱負荷過大。

利用過冷進行故障檢查

如果過冷值不正常，說明可能存在各種係統問題，包括製冷劑充入量過多、過少、液態管流動不暢，或者冷凝器氣流（當使用水冷冷凝器時為水流）不足。
通常，冷凝器出口處製冷劑的過冷溫度在10 °F 到20 °F之間。但是部分現代設備為了滿足*低能效標準，其過冷溫度也可能低至4°F。
例如，當過冷溫度非常低在0到10 °F之間時，說明製冷劑在到達冷凝器途中冇有按照正常要求散發熱量。造成這種情況的原因包括冷凝器氣流不足、計量裝置出現問題，例如製冷劑供給量過高、調整不當、開啟過大、係統製冷劑充入量不足。多數情況下僅僅是因為冷凝器盤管表麵需要進行徹底清理，以消除對氣流的妨礙。
過冷溫度過高過低說明製冷劑被冷卻的程度比正常情況下低。其中原因可能包括係統製冷劑充入量過高、計量裝置妨礙流動、調整不當（供給能力低），或者由於 環境溫度過低而是頭部壓力控製出現故障。

製冷循環和故障檢修原則總結

下次在進行HVAC/R設備維修或維護時，記住一定要耐心，應用你在本文中學到的知識進行判斷。檢查設備的過熱和過冷溫度，一定要對設備進行外觀檢查，看所有盤管表麵是否清潔，風扇的運轉方向是否爭取。再就是要有適合的工具和一定的專業知識，並且利用這些專業知識快速、高效的使用手中的工具。
數字式測溫儀、數字萬用表、壓力/真空模塊、HVAC/R附件將幫助你在**時間正確的解決問題，維修設備。

通過測量溫度和吸入壓力來確定過熱。