摘 要：教學(xué)用空調(diào)設(shè)備是空調(diào)專業(yè)相關(guān)從業(yè)人員培訓(xùn)常用的一種輔助設(shè)備，其設(shè)計思路不同于普通的中央空調(diào)系統(tǒng)?；诖?，介紹了一種教學(xué)用空調(diào)設(shè)備的設(shè)計思路、研制過程及其具備的特點，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：教學(xué)輔助;空調(diào)設(shè)備;設(shè)計

0 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。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手能力和實踐經(jīng)驗。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)系實踐，通常要借助一定的教學(xué)實驗設(shè)備進(jìn)行實踐操作。為此，筆者設(shè)計了一種教學(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，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(xué)[1]。其實質(zhì)是一個微型化的真實的空調(diào)系統(tǒng)，可以開機(jī)運行、制冷或制熱、故障報警等，側(cè)重于提高學(xué)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(xué)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(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)計思路有所差別，設(shè)計的重點圍繞一個主題——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[2]。根據(jù)要達(dá)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(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AC220 V、50 Hz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，可以實現(xiàn)各組件的單獨控制功能、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)運行中的重要參數(shù)，實時顯示各參數(shù)的變化情況，學(xué)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(xué)員學(xué)習(xí)制冷系統(tǒng)時查表，有助于加深對系統(tǒng)的理解。

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(xué)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(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，空調(diào)設(shè)備對對應(yīng)組件進(jìn)行保護(hù)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(jī)組快速恢復(fù)正常運行狀態(tài)，都是非常重要的內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)的重點。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(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(jī)吸氣口堵塞、膨脹閥損壞等。學(xué)員通過實際操作，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，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)會出現(xiàn)保護(hù)動作，停止運轉(zhuǎn)。

4.4 ? ?直觀教學(xué)

為了實現(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

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460 mm、400 mm、800 mm，其中系統(tǒng)狀態(tài)演示板平行于地面設(shè)置，高度為520 mm，總控制臺并非垂直于地面，而是傾斜30°，使學(xué)員有更加舒適的視角查看機(jī)組參數(shù)。

5.2 ? ?監(jiān)測點多

該空調(diào)設(shè)備為教學(xué)用設(shè)備，為了便于采集實驗數(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(xué)習(xí)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?？刂疲热缢惋L(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)該如何動作，如何排除故障。

5.4 ? ?隨時隨地教學(xué)

該教學(xué)用空調(diào)設(shè)備電源為AC220 V、50 Hz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(xué)。

6 結(jié)語

目前該教學(xué)用空調(diào)設(shè)備已經(jīng)通過功能試驗和性能試驗，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)驗的同時，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(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。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳鳳英，沈炳耘，郭仲倫.中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)用與探討[J].山西建筑，2006，32（3）：172-173.

[2] 吳鳳英，沈炳耘，于英利，等.深圳某中央空調(diào)教學(xué)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計及節(jié)能措施[J].制冷與空調(diào)（四川），2006（3）：72-75.

收稿日期：2021-08-23

作者簡介：王娜娜（1982—），女，黑龍江五常人，高級工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。