自制小型恒温恒湿空调实验台设计与实现

自制小型恒温恒湿空调实验台设计与实现作者：刘清，吴学谦，张小燕，李梦霞
来源：《机电信息》 2015年第30期
刘清吴学谦张小燕李梦霞
（武汉商学院，湖北武汉430056）
摘要：介绍了一种自主研发的小型恒温恒湿空调实验台（已获实用新型专利），基于双制
窗式空调进行结构改造与功能提升，不仅能提供直观的恒温恒湿空调部件组成及流程观察，进
行系统操作与调试，更能设置一些常见故障供学员进行诊断、原因分析及排查的操作，增强学
员的动手能力，使其能熟练掌握恒温恒湿空调操作流程及故障判断方法。

关键词：自制；恒温恒湿空调；实验台
基金项目：地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目，项目编号：201411654002
0引言
恒温恒湿空调是实现空气调节的重要设备之一，它采用智能化控制模式，实现机组制冷、
除湿、加热、加湿等功能，从而达到对室内环境温、湿度、洁净度的精确控制。

《通风与空气
调节》是制冷与空调及相关专业学生必须掌握的一门专业核心课程，而恒温恒湿空调作为空气
调节的重要设备之一，掌握其内部结构及工作原理是课程的基本要求。

目前，市场上恒温恒湿空调机组体积较大、价格昂贵，也没有产品化的恒温恒湿空调教学
设备，教师只能通过图片讲述内部结构，但无法演示设备运行过程中主要参数的变化，对可能
产生的故障及解决办法也缺乏动态的跟踪与验证，教学效果不佳。

为了充实学生对恒温恒湿空调系统工作原理及设备组成的认识，紧密联系教学内容，开发
恒温恒湿空调实验台意义重大。

1设计方案
为提高实践教学质量，培养学生实践能力，促进专业教师的业务水平提升，实验台的设计
要达到以下目的：实现专业课程的教学内容，展示恒温恒湿空调的结构与工作原理，为学生提
供可操作的实践项目。

本实验台建设方案如下：
1.1系统组成
恒温恒湿空调包括3个相互关联的系统：制冷剂循环系统、空气循环系统、电气自控系统。

制冷剂循环系统主要包括室外风机、冷凝器、蒸发器、温控器等组成部分；空气循环系统
则主要包括加湿器、湿度控制器、室内风机、压缩机等组成部位；电气自控系统主要包括电磁阀、节流装置、高压控制器以及低压控制器等组成部分。

实验台结构原理图如图1所示。

1.2改造升级
我们以一台二手的窗式空调（双制）为载体进行改造，保留
了压缩机、节流装置（毛细管）及蒸发器、室内风机等主要零部件，去掉了与室内风机同轴的室外风机及冷凝器，让出空间，增设了一个加湿器，重新安装了一风冷式冷凝器，形成完整的制冷剂循环系统。

同时我们在系统中增加了电磁阀（为了制造管路堵塞故障）、高低压保护器，实现制冷系统的安全保护控制，也为故障控制的实现提供保证。

1.2.1制冷剂循环系统
整个制冷剂循环系统是与空气循环系统相辅相成的，空气循环系统主要控制空气的流动，制冷剂循环系统则是对流动的空气进行制冷，在蒸发器外周设置了温控器，对空气降温，空气循环到达最后的冷凝器，进一步降温，利用室外风机将冷空气鼓吹出去，达到制冷的效果。

1.2.2空气循环系统
室内风机负责将空气从回风口吸入，空气经过蒸发器（降温、除湿、加热）或加湿器（加湿）后经送风口送到用户所需的空间内，送出的空气与空间内的空气混合后回到回风口，完成空气的循环。

1.2.3电气自控系统
包括电源部分（压缩机电流表、高低压力表）和自动控制部分。

自动控制部分又分为温、湿度控制及故障设置部分的控制。

温、湿度控制是通过温、湿度控制器，将回风的温湿度与用户设定的温湿度作对比，自动运行压缩机（降温、除湿）、加湿器、加热（升温）等元件，实现恒温恒湿的自动控制。

故障设置的控制是通过压力保护器、延时器、继电器、过载保护等相互组合作用，实现对压缩机、风机、加湿器等元件的故障保护控制。

2系统的功能实现
通过对原有窗式空调的改造升级、功能提升，小型恒温恒湿空调实验台能实现室内温度、湿度的精确控制。

为了使学员更好地掌握恒温恒湿空调的运行过程，增强故障的判断及解决能力，我们针对恒温恒湿空调的常见故障，在系统中设置了11处故障点，通过按钮控制，能逐一演示故障现象。

2.1恒温恒湿控制的实现
蒸发器中的液态制冷剂吸收空气的热量（空气被降温及除湿）并开始蒸发，最终制冷剂与空气之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力
和温度增加），气态制冷剂通过冷凝器（风冷）吸收热量，凝结成液体。

通过毛细管节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。

原有窗式空调的温度控制器是对空调房间的温度进行控制的电开关设备，以压力作用原理来推动触点的通与断。

当环境温度高于（低于）设定值时，制冷（制热）系统正常工作，实现降温（升温）与除湿，温度达到设定值，压缩机电源断开，制冷（制热）系统停止工作。

湿度传感器感受回风的湿度，与用户设定的湿度作对比，当湿度高于设定值时，制冷系统正常运行，实现对室内空气的冷却除湿，加湿器不工作；当湿度低于设定值时，压缩机电源断开，制冷（制热）系统停止工作，同时加湿器开始工作，产生水雾通过软管送到蒸发器，室内风机运转送出，实现对室内空气的加湿。

2.2故障控制的实现
我们在系统中设计了11处故障，包括压缩机、管路堵塞、高压保护、低压保护、温控器、室外风机、室内风机、控制板、加湿器、遥控信号接收、加热器等故障。

通过电路控制实现，即在系统电路适当的位置设置开关，模拟故障现象。

（1）采用断开压缩机供电接触器线圈电路的方式虚拟压缩机故障（含压缩机线圈、启动电容、过载保护器及机械故障等），加热器故障设置原理同上。

（2）采用断开控制板供电变压器一次供电电源的方式虚拟控制板故障（所有控制动作均不能完成），遥控信号接收故障设置原理同上。

（3）采用断开压力控制器高（低）压动作开关连线的方式虚拟制冷系统高（低）压故障。

（4）采用断开室温感温头连线的方式虚拟室温控制故障。

（5）采用断开供电电源的方式虚拟室外（室内）风机的机械、电气故障，加湿器故障设置原理同上。

（6）采用在制冷系统冷凝器至节流阀连接管路上加装一电磁阀，在系统正常运行过程中，断开电磁阀供电电源，电磁阀关闭，来模拟制冷系统管路堵塞（脏、油、冰）故障。

以上故障设置均连线至故障设置盒，由小型继电器与微型开关动作完成，并设置指示灯指示故障类型（图2）。

3结语
小型恒温恒湿空调实验台不仅能直观认识恒温恒湿空调系统构成及运行参数（环境温湿度、压缩机电流/电压、制冷剂高低压），进行恒温恒湿空调系统的操作、调试，更能设置一定量的故障现象供学员进行故障原因分析、故障现象排除的练习，可作为制冷设备维修工技能鉴定测
试及训练的辅助装置。

小型恒温恒湿空调实验台采用循环利用观念，是符合可持续发展理念的，具有应用价值，
它为师生提供了一个硬件平台，可以作为实验课、实训课、实习、毕业设计的小基地，优化了
实训条件和资源，提高了教学质量，增强了学生动手能力，拓宽了专业知识面。

［参考文献］
［1］GB50019—2003采暖通风与空气调节设计规范［S］.
［2］李申，沈嘉，张学军，等.恒温恒湿空调系统的优化控制与性能模拟［J］.制冷学报，2012，33（1）：22�27.
［3］张学军，唐峥，俞春尧.一种热湿独立控制的恒温恒湿空调系统：中国，201010106185［P］.2010�07�14.
［4］邱育群，邱肇光.高精度恒温恒湿空调的研发及试验验证［J］.制冷与空调，2006，6（3）：82�83.
收稿日期：2015�09�09
作者简介：刘清（1973—），女，福建人，副教授，研究方向：暖通空调、流体机械。