第一节 空气能原理及四大件

一、空气能热泵的工作原理

空气能热泵压缩机在制热系统中的作用是：将吸入来自蒸发器的制冷剂蒸气,经过压缩机压缩后，使制冷剂蒸气变成高温高压的制冷剂气体,然后排到冷凝器（散热端）,再经过冷凝器与传热媒介（水或空气）的降温使气体冷凝（降温）,在节流装置（毛细管或膨胀阀）下变成低温低压的气体流向蒸发器（吸热端）,制冷剂在蒸发器下进行蒸发吸热沸腾,变为制冷剂蒸气后又被压缩机的吸气管吸入,这样就使系统中的制冷剂在压缩机动力的作用下不间断循环流动。

二、压缩机的分类与功能

根据压缩机的工作原理、结构和工作的蒸发温度可划分为：

（一）常用制冷压缩机的种类

常用制冷压缩机根据其对制冷剂蒸气的压缩热力学原理可以分为：容积型和速度型两大类。

1、容积型压缩机

在容积型压缩机中，一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中将其气体容积强制缩小，气体压力随之升高，当气缸中的气体达到一定压力时，气体被迫从气缸中排出。可见，容积型压缩机的吸排气过程是间歇进行的，其流动并非连续稳定的。

容积型压缩机按其压缩部件的运动特点可分为两种形式：往复活塞式（简称往复式）和回转式。而回转式又可根据其压缩机的结构特点分为滚动转子式（简称转子式）、滑片式、螺杆式（又称双螺杆式）、单螺杆式、涡旋式等。

2、速度型压缩机

速度型压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。在速度型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来的，即先使吸入的气流获得一定的高度，然后再使之缓慢降下来，让其动量转化为气体的压力，待压力升高到一定压力值时而自行排出。可见，速度型压缩机中的压缩流程可以连续地进行，其流动是稳定的。在制冷和热泵系统中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。

（二）制冷压缩机的分类

1、按工作的蒸发温度范围分类

对于单级制冷压缩机，一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温、中温和低温压缩机三种，但在具体蒸发温度区域的划分上并不统一，大致蒸发温度的范围可分为：

高温制冷压缩机 （-10~0）℃

中温制冷压缩机 （-15~0）℃

低温制冷压缩机 （-40~-15）℃

2、按密封结构形式分类

制冷系统中的制冷剂是不容许泄露的，系统中凡与制冷剂接触的每个部件都应该是密封的，不与外界接触的。根据制冷压缩机所采取的防泄露方式和结构，可有三种不同的基本压缩机形式。

（1）开启式压缩机

压缩机曲轴的功率输入端伸出压缩机机体之外，再通过传动装置与原动机相连接。在伸出部分用轴封装置以防止轴段和机体间的泄露。利用这种轴封装置的隔离作用使原动机独立于制冷剂系统之外的压缩机形式称为开启式压缩机（通常，这种压缩机的制冷量较大）。如果原动机是电动机，因它与制冷剂和润滑油不接触而无需具备耐制冷剂和耐油的要求。因此，开启式压缩机可用于以氨为工质的制冷系统中。

（2）半封闭式压缩机

采用封闭式的结构，把电动机和压缩机连成一整体，装在同一机体内共用一根主轴，因而可以取消开启式压缩机中的轴封装置，避免了由此产生或多或少泄露的可能性。半封闭式压缩机（以往复式为例）的结构从图中可以看到，电动机室内充有制冷剂和润滑油，这种与制冷剂和润滑油相接触的电动机被称为内置电动机。其端盖都是用垫片和螺栓拧牢、压紧来防止泄露，因而压缩机内零部件易于拆卸修理更换。半封闭式压缩机的制冷量一般居于中等水平。

（3）全封闭式压缩机

全封闭式压缩机也象半封闭式一样，把电动机和压缩机连成一整体，共用一根主轴，它与半封闭式的差异在于，连接在一起的压缩机和电动机组安装在一个密闭的薄壁机壳中，机壳由两部分焊接而成，这样既取消了轴封装置，又大大减轻和缩小了整个压缩机的尺寸和重量，露在机壳外表的只焊有吸气管和排气管、工艺管以及其它（如喷液管）必要的管道、输入电源接线柱和压缩机支架等。

由于整个压缩机电动机组是装在一个不能拆开的密封机壳中，不易打开进行内部修理，因而要求这类压缩机的使用可靠性高，寿命长，对整个制冷系统的安装要求也高。这种全封闭结构形式一般用于大批量生产的小冷量制冷压缩机中。

全封闭式制冷压缩机的电动机和压缩机装在一起后，放入机壳中，上、下机壳接合处焊封。全封闭式制冷压缩机密封性好，但维修时需剖开机壳，维修后又要重新焊接，为此要求它有10-15年的使用期间，在此期间内不必拆修。

绝大多数的全封闭式制冷压缩机采用立轴式布置，这样就可以用简单的离心式供油在立轴压缩机中，有的电动机位于上部，有的电动机位于下部。谷轮系列压缩机的电动机位于上部。从吸气管吸入的制冷剂穿过电动机外壳，再经过转子和定子之间的间隙进入气缸。蒸气在气缸内压缩后，经排气消声器流出机壳。由于吸气充分冷却。电动机上部的空间起第一吸气消声室的作用，电动机下部与机体之间的空间起第二吸气消声室的作用。电动机位于上部有利于压缩机的润滑。

（三）常用制冷压缩机的功能介绍

1、往复式压缩机

往复式压缩机迄今为止是应用最为广泛的一种机型。但它的市场份额已被其它形式的压缩机占去了一部分，在小冷量应用场合，往复式压缩机还会继续失去其占有的市场。这是因为转子式，涡旋式压缩机具有比往复式压缩机更好的可靠性、容积效率、压力稳定等性能。虽然如此，往复式压缩机仍然在采用新技术来力保自身的市场范围，其方法是应用热力学和流体力学的新成果，采取计算机辅助设计的手段使压缩机的设计、气阀的改进等方面更为合理，对其整体性能的预测更加精确。目前，其性能系数约为2~2.5W/W（制冷）和2.9~3.4W/W（空调）。

2、转子式制冷压缩机

转子式压缩机如今已广泛应用于家用电冰箱和空调器中。转子式压缩机从结构上分析，主要是因为不需用吸气阀而使可靠性得到更大的提高，同时机器的尺寸更加紧凑，零部件少而精，重量轻，并可适用于变速运行，在家用空调器中其变速比可达10：1（从10~15Hz到100~150Hz）。但是，也有其受限制的一面，即转子式压缩机一旦在轴承、主轴、滚轮或是滑片处发生磨损、间隙增大，即刻就会对其性能产生非常明显的不良影响。因此，氟路循环系统内需要较高的清洁度。

而对于在工装现场总装的氟路循环系统而言（如中央空调或大多数商用制冷机），则因工装现场清洁度不达标，在其氟路循环系统中往往有大量会导致压缩机零件磨损的杂质，致使机器性能迅速恶化。单缸转子式压缩机在低转速时的转速不均匀度会增大。因而双缸转子式压缩机的开发克服了这个缺点，可以取得较好的低转速运行特性。但是，有迹象表明涡旋式压缩机已有替换转子式压缩机的现象，

目前，转子式压缩机的研究方向集中在降低能耗，采用替代工质，新的润滑油，电动机变速控制和降低噪声等方面。转子式压缩机其性能系数在2.9W/W（制冷）和3.4W/W（制热）之间。

3、涡旋式压缩机

数控加工工艺的发展使涡旋式压缩机得以制成并进入市场。随着数控加工工艺生产效率的提高，涡旋式压缩机的价格优势更具市场竞争力。涡旋式压缩机的容积效率在给定的吸气条件下几乎与工况的压力比无关，这是因为它没有（如往复式压缩机）余隙容积损失的缘故。这种特性使涡旋式压缩机在制冷，空调和热泵应用场合中比往复式更具有优势。

尽管涡旋式压缩机需要有一个平动传动机构而使其结构复杂化，但涡旋式压缩机中因为没有了吸气阀，致使压缩机转速变化范围大、动力平衡性好、轴扭矩均匀、压力波动小和较小的震动与噪声，可靠性得到提高。

在实际应用中，涡旋式压缩机可以用较小的压缩工作容积，在很低的蒸发温度和较高的压力比下，提供足够的制冷剂流量，这样，压缩机用同一电动机可在更宽广的工况下高效率地工作。在环境气温低及压力比高的热泵应用中，压缩机具有较高的供热热能力，亦能在宽广的环境气温下，减轻电动机的负荷，提高系统的总效率。

同转子式压缩机一样，相同制冷量的涡旋式压缩机的尺寸要比往复式的小。涡旋式压缩机采用可柔性传动机构后，可使其忍受液体压缩和杂质侵入的能力有所加强，不致于产生过大的性能损失或失效。轴承和其它部件的磨损几乎对压缩机的性能影响很小，工作可靠性得到提高。

4、螺杆式压缩机

螺杆式压缩机主要应用在中等制冷量范围的制冷空调中。尽管其价格较高，但还是得到较为普遍的应用。螺杆式压缩机已逐步取代一些较大的往复式压缩机（小至50kw甚至更小些），同时也取代了一些中等冷量的离心式压缩机（大至1500kw）。螺杆式压缩机之所以能挤入原来一直由离心式压缩机主宰的领域（350~1500kw）是由于其负荷效率比离心式压缩机高8%~10%，并且没有离心式压缩机所特有的喘震现象。

在往复式压缩机所主宰的小冷量范围内（750kw以下），螺杆式压缩机是以其装配零部件少、尺寸小、重量轻、易于维护保养、螺杆型生产线的最新发现以及螺杆加工精度的提高以及螺杆式压缩机自身的可靠性和效率高跻身其中。

螺杆式压缩机有双螺杆式压缩机和单螺杆式压缩机两种，国内双螺杆式显得较多地受到青睐。但在欧洲，使用较多的却是单螺杆式压缩机。