引言

隨著經(jīng)濟的飛速發(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,同時對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計人員、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?？照{(diào)系統(tǒng)相對于一般設(shè)備而言結(jié)構(gòu)復雜,體積龐大,元器件多,各部件之間關(guān)聯(lián)性強,從業(yè)人員需具備一定的動手能力和實踐經(jīng)驗。在空調(diào)系統(tǒng)教學和培訓中,為了達到更好的學習效果,需要理論聯(lián)系實踐,通常要借助一定的教學實驗設(shè)備進行實踐操作。為此,筆者設(shè)計了一種教學用空調(diào)設(shè)備,可以作為職業(yè)院?；蚱髽I(yè)空調(diào)專業(yè)人員培訓的輔助設(shè)備。

1中央空調(diào)教學設(shè)備現(xiàn)狀

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

1.1仿真教學設(shè)備

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

1.2微型化中央空調(diào)教學設(shè)備

微型化中央空調(diào)教學設(shè)備將龐大而分散的中央空調(diào)系統(tǒng)集中化,同時保持整個中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的完整性和合理性,以輔助專業(yè)教學。其實質(zhì)是一個微型化的真實的空調(diào)系統(tǒng),可以開機運行、制冷或制熱、故障報警等,側(cè)重于提高學員的實際操作能力和解決空調(diào)系統(tǒng)實際運行中所存問題的能力。本文設(shè)計屬于該類教學設(shè)備。

2設(shè)計思路

一般的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計要根據(jù)冷熱負荷對設(shè)備進行選型,而本文介紹的設(shè)備屬于教學設(shè)備,設(shè)計思路有所差別,設(shè)計的重點圍繞一個主題一方便教學,通過對該設(shè)備的講解和操作讓學生能夠更加直觀地學習制冷系統(tǒng)的相關(guān)知識。根據(jù)要達到的目的,確定設(shè)計任務(wù),所設(shè)計的空調(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）教學用空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)高度集成,嚴格控制空調(diào)機組的體積:(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功能,比如系統(tǒng)高低壓保護等:(7）采用AC220V、50Hz通用電源,有利于教學用空調(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)制冷運行,制冷系統(tǒng)由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、冷凝風機、壓力控制器、毛細管、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)各組件的手動控制按鈕、送風機故障模擬按鈕和復位按鈕、冷凝風機故障模擬按鈕和復位按鈕,可以實現(xiàn)各組件的單獨控制功能、機組緊急停機功能及風機故障模擬與復位功能。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,負責采集空調(diào)系統(tǒng)運行中的重要參數(shù),實時顯示各參數(shù)的變化情況,學員可以觀察空調(diào)運行后各參數(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,方便學員學習制冷系統(tǒng)時查表,有助于加深對系統(tǒng)的理解。

圖1教學用空調(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教學用空調(diào)設(shè)備部分功能的實現(xiàn)

根據(jù)實際需要,該教學用空調(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采集空調(diào)系統(tǒng)的送風溫濕度、回風溫濕度、壓縮機吸氣溫度和壓力、排氣溫度和壓力、蒸發(fā)器溫度、冷凝溫度、過冷度、壓縮機電流、整機電流、電壓等參數(shù),這些參數(shù)對于學習和理解空調(diào)系統(tǒng)具有非常重要的意義。其中,送、回風溫濕度監(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)濟型壓力測控儀。

4.2故障保護

為了保證空調(diào)機組能夠正常運行,該系統(tǒng)具備以下故障保護功能:壓縮機高壓保護、壓縮機低壓保護、壓縮機過載保護、排氣溫度過高保護。當系統(tǒng)發(fā)生故障時,空調(diào)設(shè)備對對應(yīng)組件進行保護動作。

4.3故障模擬

對于中央空調(diào)的設(shè)計人員、管理人員、維修人員來說,如何保證空調(diào)系統(tǒng)無故障運行,出現(xiàn)故障時找出故障產(chǎn)生的原因,系統(tǒng)故障之后如何排除故障,使機組快速恢復正常運行狀態(tài),都是非常重要的內(nèi)容,也是學習的重點。因此,對于教學用空調(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)管路中布置了多個截止閥,這樣可以在空調(diào)運行中人為地制造系統(tǒng)故障,方便學員學習故障產(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)機漏氟,人為制造壓縮機低壓故障。此時空調(diào)會出現(xiàn)無冷風、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。因為氟利昂直接排到空氣中會對環(huán)境造成污染,所以也可以通過閥門之間的相互配合來實現(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、壓縮機吸氣口堵塞、膨脹閥損壞等。學員通過實際操作,可以觀察故障產(chǎn)生的原因,學習解決問題的辦法。在空調(diào)設(shè)備電路中,增加了送風機故障和冷凝風機故障模擬電路,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,當故障發(fā)生時,相應(yīng)的風機會出現(xiàn)保護動作,停止運轉(zhuǎn)。

4.4直觀教學

為了實現(xiàn)教學過程的直觀性,機組外面板采用可拆卸式,教學時可拆除面板,開放的結(jié)構(gòu)形式使學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機組特點

5.1高度集成

該教學機采用風冷一體機的結(jié)構(gòu)形式,沒有室外機,蒸發(fā)器、冷凝器集成在一臺教學機組上,機組高度集成。整機尺寸非常小,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,使學員有更加舒適的視角查看機組參數(shù)。

5.2監(jiān)測點多

該空調(diào)設(shè)備為教學用設(shè)備,為了便于采集實驗數(shù)據(jù),給空調(diào)系統(tǒng)學習和分析提供必要的依據(jù),在該空調(diào)機中設(shè)置了非常多的傳感器,整個空調(diào)設(shè)備配備了2個溫濕度傳感器、6個溫度傳感器、2個壓力傳感器、1個電壓監(jiān)測點、1個電流監(jiān)測點,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)對學習制冷系統(tǒng)來說非常重要,做到了空調(diào)運行時所有重要參數(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啟?？刂?比如送風機、壓縮機、冷凝風機: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,幫助學員理解故障產(chǎn)生的原因以及故障后機組應(yīng)該如何動作,如何排除故障。

5.4隨時隨地教學

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

6結(jié)語

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