引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,中央空調(diào)在各大建筑中得到了廣泛應(yīng)用,比如大型商場超市、賓館、體育場館、居民建筑等,同時(shí)對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員、維修人員、管理人員的需求量越來越大,技術(shù)水平要求也越來越高。空調(diào)系統(tǒng)相對于一般設(shè)備而言結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積龐大,元器件多,各部件之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng),從業(yè)人員需具備一定的動(dòng)手能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在空調(diào)系統(tǒng)教學(xué)和培訓(xùn)中,為了達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果,需要理論聯(lián)系實(shí)踐,通常要借助一定的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐操作。為此,筆者設(shè)計(jì)了一種教學(xué)用空調(diào)設(shè)備,可以作為職業(yè)院?；蚱髽I(yè)空調(diào)專業(yè)人員培訓(xùn)的輔助設(shè)備。

1中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備現(xiàn)狀

目前廣泛采用的中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備主要有兩種,一種是仿真教學(xué)設(shè)備,另一種是微型化中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備。

1.1仿真教學(xué)設(shè)備

仿真教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用側(cè)重于加深學(xué)習(xí)者對中央空調(diào)工作原理的理解,具有占地小、投資少、組合靈活的優(yōu)點(diǎn),主要應(yīng)用于高等院校教學(xué),這類教學(xué)設(shè)備已比較完善、成熟。

1.2微型化中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備

微型化中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備將龐大而分散的中央空調(diào)系統(tǒng)集中化,同時(shí)保持整個(gè)中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的完整性和合理性,以輔助專業(yè)教學(xué)。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)微型化的真實(shí)的空調(diào)系統(tǒng),可以開機(jī)運(yùn)行、制冷或制熱、故障報(bào)警等,側(cè)重于提高學(xué)員的實(shí)際操作能力和解決空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中所存問題的能力。本文設(shè)計(jì)屬于該類教學(xué)設(shè)備。

2設(shè)計(jì)思路

一般的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要根據(jù)冷熱負(fù)荷對設(shè)備進(jìn)行選型,而本文介紹的設(shè)備屬于教學(xué)設(shè)備,設(shè)計(jì)思路有所差別,設(shè)計(jì)的重點(diǎn)圍繞一個(gè)主題一方便教學(xué),通過對該設(shè)備的講解和操作讓學(xué)生能夠更加直觀地學(xué)習(xí)制冷系統(tǒng)的相關(guān)知識。根據(jù)要達(dá)到的目的,確定設(shè)計(jì)任務(wù),所設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:(1）系統(tǒng)各組成部件可以單獨(dú)控制,任意啟停:(2）可以人為模擬空調(diào)系統(tǒng)故障,并根據(jù)故障的嚴(yán)重程度劃分等級:(3）滿足參數(shù)的監(jiān)控需求,對有利于空調(diào)系統(tǒng)理解的參數(shù)都要采集并顯示:(4）教學(xué)用空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)高度集成,嚴(yán)格控制空調(diào)機(jī)組的體積:(5）結(jié)構(gòu)盡量采用可拆卸式,或透明結(jié)構(gòu):(6）空調(diào)系統(tǒng)具備必要的故障保護(hù)功能,比如系統(tǒng)高低壓保護(hù)等:(7）采用AC220V、50Hz通用電源,有利于教學(xué)用空調(diào)設(shè)備的推廣和應(yīng)用。

3系統(tǒng)組成

3.1制冷系統(tǒng)組成

本空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)制冷運(yùn)行,制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、冷凝風(fēng)機(jī)、壓力控制器、毛細(xì)管、干燥過濾器、儲液器等組成。

3.2監(jiān)控面板組成

圖1上半部分為教學(xué)用空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控面板,監(jiān)控面板主要由控制按鈕和參數(shù)采集及顯示部分組成?？刂瓢粹o包括急停按鈕、空調(diào)系統(tǒng)各組件的手動(dòng)控制按鈕、送風(fēng)機(jī)故障模擬按鈕和復(fù)位按鈕、冷凝風(fēng)機(jī)故障模擬按鈕和復(fù)位按鈕,可以實(shí)現(xiàn)各組件的單獨(dú)控制功能、機(jī)組緊急停機(jī)功能及風(fēng)機(jī)故障模擬與復(fù)位功能。參數(shù)采集及顯示部分由溫度顯示器、濕度顯示器、電壓表、電流表、壓力表等組成,負(fù)責(zé)采集空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中的重要參數(shù),實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)的變化情況,學(xué)員可以觀察空調(diào)運(yùn)行后各參數(shù)的變化情況,從而了解各參量與系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性。在監(jiān)控面板的一側(cè)附有制冷劑R134a溫度/壓力對照表,方便學(xué)員學(xué)習(xí)制冷系統(tǒng)時(shí)查表,有助于加深對系統(tǒng)的理解。

圖1教學(xué)用空調(diào)設(shè)備監(jiān)控面板和系統(tǒng)演示板

3.3系統(tǒng)狀態(tài)演示板組成

圖1下半部分為教學(xué)用空調(diào)設(shè)備的系統(tǒng)演示板。系統(tǒng)演示板上是該空調(diào)機(jī)組的系統(tǒng)原理圖,通過該原理圖可以輕松了解系統(tǒng)的各組成部件、制冷劑的流向。關(guān)鍵部件還配有啟停狀態(tài)指示燈和故障狀態(tài)指示燈,幫助學(xué)員直觀掌握關(guān)鍵部件狀態(tài)。為了使空調(diào)系統(tǒng)在教學(xué)中更加靈活易用,在系統(tǒng)管路中增加了若干截止閥,并將截止閥實(shí)物置于系統(tǒng)原理圖中對應(yīng)的位置,通過系統(tǒng)演示板上的閥門就可以通斷管路,模擬空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中的部分系統(tǒng)故障,直觀演示故障形成的原因和解決方法。

4教學(xué)用空調(diào)設(shè)備部分功能的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)實(shí)際需要,該教學(xué)用空調(diào)設(shè)備主要具備以下功能。

4.1數(shù)據(jù)采集及顯示

該設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)采集空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫濕度、回風(fēng)溫濕度、壓縮機(jī)吸氣溫度和壓力、排氣溫度和壓力、蒸發(fā)器溫度、冷凝溫度、過冷度、壓縮機(jī)電流、整機(jī)電流、電壓等參數(shù),這些參數(shù)對于學(xué)習(xí)和理解空調(diào)系統(tǒng)具有非常重要的意義。其中,送、回風(fēng)溫濕度監(jiān)測采用溫濕度傳感器配合模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示器,6個(gè)溫度監(jiān)測采用NTC傳感器配合數(shù)字溫度顯示器,電流、電壓參數(shù)測量和顯示選擇單相電能多功能儀表,壓力采集采用壓力傳感器,顯示采用經(jīng)濟(jì)型壓力測控儀。

4.2故障保護(hù)

為了保證空調(diào)機(jī)組能夠正常運(yùn)行,該系統(tǒng)具備以下故障保護(hù)功能:壓縮機(jī)高壓保護(hù)、壓縮機(jī)低壓保護(hù)、壓縮機(jī)過載保護(hù)、排氣溫度過高保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),空調(diào)設(shè)備對對應(yīng)組件進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。

4.3故障模擬

對于中央空調(diào)的設(shè)計(jì)人員、管理人員、維修人員來說,如何保證空調(diào)系統(tǒng)無故障運(yùn)行,出現(xiàn)故障時(shí)找出故障產(chǎn)生的原因,系統(tǒng)故障之后如何排除故障,使機(jī)組快速恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài),都是非常重要的內(nèi)容,也是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。因此,對于教學(xué)用空調(diào)設(shè)備而言,空調(diào)設(shè)備增加了一些輔助結(jié)構(gòu)。

在空調(diào)系統(tǒng)管路中布置了多個(gè)截止閥,這樣可以在空調(diào)運(yùn)行中人為地制造系統(tǒng)故障,方便學(xué)員學(xué)習(xí)故障產(chǎn)生的原因和解決的方法。例如,可以從截止閥充氟口放氟來模擬空調(diào)機(jī)漏氟,人為制造壓縮機(jī)低壓故障。此時(shí)空調(diào)會出現(xiàn)無冷風(fēng)、膨脹閥后液管結(jié)霜等現(xiàn)象,可以通過在充氟口充氟到正常水平來消除故障。因?yàn)榉褐苯优诺娇諝庵袝Νh(huán)境造成污染,所以也可以通過閥門之間的相互配合來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低壓故障模擬。通過管路上各閥門的開關(guān),或者控制開關(guān)時(shí)間和開關(guān)量,可以模擬部分空調(diào)系統(tǒng)故障,比如系統(tǒng)高壓故障、壓縮機(jī)吸氣口堵塞、膨脹閥損壞等。學(xué)員通過實(shí)際操作,可以觀察故障產(chǎn)生的原因,學(xué)習(xí)解決問題的辦法。在空調(diào)設(shè)備電路中,增加了送風(fēng)機(jī)故障和冷凝風(fēng)機(jī)故障模擬電路,可以通過系統(tǒng)狀態(tài)演示板上的故障模擬按鈕模擬故障產(chǎn)生,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),相應(yīng)的風(fēng)機(jī)會出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作,停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.4直觀教學(xué)

為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的直觀性,機(jī)組外面板采用可拆卸式,教學(xué)時(shí)可拆除面板,開放的結(jié)構(gòu)形式使學(xué)員能夠清晰地看到制冷系統(tǒng)的組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管路連接。電控箱面板采用有機(jī)玻璃面板,即使不打開電控箱門也能夠清晰地查看電氣圖紙及箱內(nèi)電氣線路。

5機(jī)組特點(diǎn)

5.1高度集成

該教學(xué)機(jī)采用風(fēng)冷一體機(jī)的結(jié)構(gòu)形式,沒有室外機(jī),蒸發(fā)器、冷凝器集成在一臺教學(xué)機(jī)組上,機(jī)組高度集成。整機(jī)尺寸非常小,長、寬、高分別為460mm、400mm、800mm,其中系統(tǒng)狀態(tài)演示板平行于地面設(shè)置,高度為520mm,總控制臺并非垂直于地面,而是傾斜30o,使學(xué)員有更加舒適的視角查看機(jī)組參數(shù)。

5.2監(jiān)測點(diǎn)多

該空調(diào)設(shè)備為教學(xué)用設(shè)備,為了便于采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),給空調(diào)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和分析提供必要的依據(jù),在該空調(diào)機(jī)中設(shè)置了非常多的傳感器,整個(gè)空調(diào)設(shè)備配備了2個(gè)溫濕度傳感器、6個(gè)溫度傳感器、2個(gè)壓力傳感器、1個(gè)電壓監(jiān)測點(diǎn)、1個(gè)電流監(jiān)測點(diǎn),再將傳感器采集的信號通過信號轉(zhuǎn)換顯示到監(jiān)控面板上,這些參數(shù)對學(xué)習(xí)制冷系統(tǒng)來說非常重要,做到了空調(diào)運(yùn)行時(shí)所有重要參數(shù)的變化情況都可以直觀監(jiān)測。

5.3控制靈活

系統(tǒng)的主要組成部件都可以單獨(dú)啟?？刂?比如送風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī):還可以通過系統(tǒng)管路中的截止閥和電控元件模擬部分空調(diào)系統(tǒng)故障,幫助學(xué)員理解故障產(chǎn)生的原因以及故障后機(jī)組應(yīng)該如何動(dòng)作,如何排除故障。

5.4隨時(shí)隨地教學(xué)

該教學(xué)用空調(diào)設(shè)備電源為AC220V、50Hz普通民用電源,并且空調(diào)體積小,底座配有萬向移動(dòng)輪,可以靈活移動(dòng)到任何地方,對場地要求非常低,方便隨時(shí)隨地教學(xué)。

6結(jié)語

目前該教學(xué)用空調(diào)設(shè)備已經(jīng)通過功能試驗(yàn)和性能試驗(yàn),均能滿足預(yù)期要求,并且在企業(yè)、院校培訓(xùn)中投入使用,基本能夠滿足教學(xué)中的功能需求。筆者在總結(jié)該機(jī)組研發(fā)過程中取得經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),也總結(jié)了一些不足:為了嚴(yán)格控制該機(jī)組的體積和制造成本,設(shè)計(jì)過程中放棄了部分功能的實(shí)現(xiàn),在后續(xù)產(chǎn)品更新中,可以根據(jù)需求和預(yù)算的不同,繼續(xù)推出功能更加完善的教學(xué)用空調(diào)設(shè)備,使用戶能夠根據(jù)需求靈活選擇。