空調功率與面積的關系及空調工作原理和電路控制詳解

1、什么是“匹”？通?！捌ァ迸c制冷量的對應關系是什么?匹是一個規(guī)范的俗稱單位，是一個量詞，而馬力是功率單位。1匹=735.499W，（即1匹馬力）通常用匹來表示壓縮機的規(guī)格。1匹的空調器壓縮機輸入功率約為735W，壓縮機的效率約為0.8～0.85，性能系數(shù)（COP）一般在2.8～3.0之間，折算下來，1匹空調器的制冷量大約為2200～2500W，同樣也可以計算出1.5匹、2匹空調器的制冷量。表一：匹與馬力的對應關系如下(大約值)：3/4匹1700-2100W1匹2200-2600W1.25匹2600-3000W1.5匹3000-3800W1.7匹3800-4000W2匹4000-5500W2.5匹6000-6800W3匹7000-8000W2、房間面積與空調制冷量的關系我們知道了匹與制冷量的關系以后，我們再說我們房間的面積與空調制冷量的匹配問題表二：房間面積與制冷量的折算表房間朝向東向西向南向北向每平方米所需冷量（w/m）190220200150上表以制冷量為標準計算，在低溫的地區(qū)還應考慮的熱冷比及低溫啟動能力，以滿足較高的制熱要求。另外，空調的制冷（熱）效果還受到房間密閉程度、玻璃窗大小、房間裝修布置、人員活動狀況等因素影響。型號匹數(shù)適用面積(m2)

KF-23：小1匹9-12

KF-25：1匹10-14

KF-28：大1匹12-18

KF-31(32)：小1.5匹14-20

KF-33：1.5匹16-22

KF-35：大1.5匹18-26

KF-45：小2匹20-28

KF-51：2匹28-32

KF-60：2.5匹32-42

KF-70：3匹42-52

KF-120：5匹53-73

KF-130：大5匹

型號后的兩位數(shù)字，就是制冷量的大小，數(shù)字后面加兩個0，就是制冷量(瓦)。如KRF-33，表示制冷量為3300瓦，消耗的電功率就是(3300/能耗比)，一般空調的能耗比在2.6以上，家用的在2.8左右。功率多大才合適?根據(jù)房間面積選購空調我們在選購空調的時候，首先要考慮的就是房間的面積，根據(jù)房間面積大小來確定空調的功率?？照{功率常用的單位是“匹”，有些地方簡寫成“P”，1匹約等于2500W，空調的“匹”數(shù)通常是針對其制冷功率而言的。按照一般情況來換算功率與面積的關系，每平方米對應的制冷量為180W，制熱量則為220W，我們可以據(jù)此來決定空調的制冷制熱量大小和功率大小。對于面積較狹小的房間，選擇匹數(shù)大的空調就是一種浪費；對于空間較寬敞的房間，匹數(shù)不夠則不能達到理想的制冷制熱效果。房間面積與空調功率的對應關系參考

（功率換算：1匹≈2500W）房間面積空調功率10平方米以內1匹以下10-18平方米1匹-1.5匹18-25平方米1.5匹-2匹25-35平方米2匹-小2匹35-45平方米2.5匹-3匹45平方米以上3匹以上空調工作原理及電路控制詳解近年來，我國空調器產業(yè)的發(fā)展十分迅猛，2000年我國空調行業(yè)的生產規(guī)模便已經(jīng)發(fā)展到1800萬臺左右，2003年度我國家用空調器行業(yè)的總生產能力已超過4000萬臺，2004年度這一數(shù)據(jù)已經(jīng)擴大到了5500萬臺。目前，中國的空調器產量已占世界總產量的3/5左右，中國已成為名副其實的空調器制造大國，也正在逐漸成為全球空調器生產基地。在過去的五年中，中國空調器行業(yè)的工業(yè)總產值和銷售收入都經(jīng)歷了持續(xù)的增長，其中2001年度、2003年度和2004年度的增長尤為顯著。

此外，近年來，百戶城市居民家庭的空調器擁有量每年都有顯著提高?？照{擁有量在各地區(qū)差異較大。隨著國內市場的擴大,中國的空調器出口也在連年迅速增長，空調器出口額占家電產品出口總額的份額也在不斷提高。2002年度、2003年度和2004年度我國空調產品的出口保持了十分強勁的增長勢頭，其中2003年度國內空調企業(yè)的出口額首次突破千萬臺大關，超過了1400臺。2004年度國內空調器企業(yè)的出口量更是超過了2300萬臺，與國內銷量形成了齊頭并進的格局。這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動SPMC65系列芯片的應用，并根據(jù)國家標準驗證其性能，走進國內各家電生產廠家。

1空調工作原理

（1）制冷原理

圖1-1空調制冷原理

空調制冷原理如圖1?1所示，空調工作時，制冷系統(tǒng)內的低壓、低溫制冷劑蒸汽被壓縮機吸入，經(jīng)壓縮為高壓、高溫的過熱蒸汽后排至冷凝器；同時室外側風扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓、高溫的制冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經(jīng)過節(jié)流毛細管降壓降溫流入蒸發(fā)器，并在相應的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍熱量；同時室內側風扇使室內空氣不斷進入蒸發(fā)器的肋片間進行熱交換，并將放熱后的變冷的氣體送向室內。如此，室內外空氣不斷循環(huán)流動，達到降低溫度的目的。

（2）制熱原理

圖1-2空調制熱原理

空調熱泵制熱是利用制冷系統(tǒng)的壓縮冷凝熱來加熱室內空氣的，如圖1?2所示。低壓、低溫制冷劑液體在蒸發(fā)器內蒸發(fā)吸熱，而高溫高壓制冷劑氣體在冷凝器內放熱冷凝。熱泵制熱時通過四通閥來改變制冷劑的循環(huán)方向，使原來制冷工作時做為蒸發(fā)器的室內盤管變成制熱時的蒸發(fā)器，這樣制冷系統(tǒng)在室外吸熱，室內放熱，實現(xiàn)制熱的目的。

2功能介紹

◆制冷

1)設定溫度范圍：16℃～30℃，默認設定溫度為24℃。

2)具有防霜凍保護功能。

◆除濕

在除濕運轉模式下，設定溫度由遙控器決定，溫度設定范圍：16℃～30℃?？刂破鞲鶕?jù)室內溫度和設定溫度的差值決定運轉模式。

◆制熱

1)設定溫度范圍：16℃～30℃。

2)具有防冷風功能。

3)具有化霜功能。

4)具有高溫保護功能。

◆送風模式

風速可在高、中、低檔之間轉換，不受設定溫度所控制。

◆定時開/關機功能

定時開/關機時間以10分鐘為最小單位進行設置，定時時間到達，空調啟動和停止工作。

◆風門片工作情況

1)遙控器可設置風門片工作于連續(xù)方式或固定方式。

2)制冷、除濕、送風和自動擺風在150°與105°之間大約45°做周期擺動。

3)制熱擺風在90°與150°之間大約60°做周期擺動。

◆健康運行

可以在任何模式下，產生健康負離子，進行空氣殺菌。

◆自動運行

遙控器設定為自動運轉模式時，空調器根據(jù)室內溫度與設定溫度的差值，自動判定運轉模式。設定溫度默認為24℃。

◆睡眠

科學的溫度－睡眠曲線，自動調節(jié)室內溫度，保證用戶有一個非常舒適的睡眠。

◆應急開關

遙控器丟失或損壞時，可以使用應急開關進行開機、關機、制冷和制熱。

3系統(tǒng)總體方案介紹

硬件組成框圖如圖3?1所示。主要由CPU、信號檢測和控制部分組成。CPU首先接收遙控器發(fā)出的紅外信號，獲得命令參數(shù)，同時檢測環(huán)境變量（溫度、過流、電網(wǎng)斷電等），然后綜合分析，下達命令，控制空調各部件的正常工作。顯示面板可以顯示空調當前的工作狀態(tài)。

圖3-1硬件組成框圖

4系統(tǒng)硬件設計

4.1空調電路原理

硬件電路如圖4?1所示。根據(jù)工作電壓的不同，整個系統(tǒng)可以分為三部分：微控系統(tǒng)、繼電器控制和強電控制，分別工作于DC5V、DC12V和AC220V。

圖4-1系統(tǒng)電路原理圖

4.2芯片特性簡介

SPMC65P2408A是由凌陽公司設計開發(fā)的8位工業(yè)級單片機，采用凌陽SPMC65內核，支持位操作指令。具有強大的定時/計數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標準通訊接口等多種功能。適用于通用工控場合、計算機外圍控制和家電等。SPMC65P2408A有28管腳和32管腳兩種封裝，32管腳封裝多了UART功能。本設計選用28管腳封裝，如圖4-2所示。

28管腳封裝芯片的具體特性如下：

l工作電壓：3.0V～5.5V

l工作速度：8MHz

l工作溫度：-40℃～85℃

l超強抗干擾、抗靜電ESD保護能力

l8KbyteROM，256byteRAM

l23個通用輸入輸出口

l強大的定時計數(shù)器：2個8位、2個16位具有Capture\Compare\PWM功能

l1個1Hz～62.5KHz的時基

l8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)

l4個外部中斷，11個內部中斷

lSPI串行通訊接口

l2種省電模式：Halt、Stop

l蜂鳴器輸出功能

l4.0V/2.5V可選低電壓復位功能

l可編程看門狗功能

圖4-2SPMC65P2408A*28P封裝

4.3供電系統(tǒng)分析

整個主控板上有三種電壓：AC220V、DC12V和DC5V。AC220V直接給壓縮機、室外風機、室內風機和負離子產生器供電；AC220V經(jīng)過降壓，變?yōu)镈C12V和DC5V，用于繼電器和微控系統(tǒng)供電。供電系統(tǒng)如圖4-3所示，AC220V先經(jīng)過變壓器降壓，然后從插座J1輸入，經(jīng)過整流橋進行全波整流，通過電容C2濾波，得到DC12V，再經(jīng)過穩(wěn)壓片7805穩(wěn)壓，得到DC5V。圖中的采樣點ZDS用于過零點的檢測，二極管D1防止濾波電容C2對采樣點ZDS的影響。

圖4-3供電系統(tǒng)

4.4過零檢測電路

過零檢測電路如圖4-4所示，用于檢測AC220V的過零點，在整流橋路中采樣全波整流信號，經(jīng)過三極管及電阻電容組成整形電路，整形成脈沖波，可以觸發(fā)外部中斷，進行過零檢測。采樣點和整形后的信號如圖4-5所示。

過零檢測的作用是為了控制光耦可控硅的觸發(fā)角，從而控制室內風機風速的大小。

4過零檢測電路

5采樣點和整形后的信號

4.5室內風機的控制

圖4-6為內風機控制電路，U1為光耦可控硅，用于控制AC220V的導通時間，從而實現(xiàn)內風機風速的調節(jié)。U3的3腳為觸發(fā)腳，由三極管驅動。AC220V從管腳11輸入，管腳13輸出，具體導通時間受控于觸發(fā)角的觸發(fā)。

室內風機風速具體控制方法：首先過零檢測電路檢測到AC220V的過零點，產生過零中斷；然后，在中斷處理子程序中，打開Timer的定時功能，比如定時4ms，4ms后由CPU產生一個觸發(fā)脈沖，經(jīng)三極管驅動，從U3的3腳輸入，觸發(fā)U3的內部電路，從而使U3的管腳11和13的導通，AC220V給室內風機供電。這樣，通過定時器的定時長度的改變可以控制AC220V在每半個周期內的導通時間，從而控制室內風機的功率和轉速。

圖4?6室內風機控制電路

4.6室內風機風速檢測

當室內風機工作時，速度傳感器將室內風機的轉速以正弦波的形式反饋回來，正弦波的頻率與風機轉速成特定的對應關系，見下表所示。正弦波經(jīng)過三極管整形為方波，CPU采用外部中斷進行頻率檢測，從而實現(xiàn)對風速的測量。

風速高中低

[風機705030

頻率（Hz）

圖4-7室內風機風速檢測電路

4.7過流檢測電路

采用電流互感器L1檢測火線上電流的變化情況。圖中L1為電流互感器，輸出0～5mA的交流電。當電流突然增大時，電流互感器輸出電流也隨之增大，經(jīng)過全橋整流、電流－電壓轉換、低通濾波，從COD端輸出直流電壓信號。CPU通過對COD端電壓的AD采集來感知AC220V電流的變化，當COD端的電壓過高時，CPU可以對電路采取保護措施。

圖4-8過流檢測電路

4.8低電壓檢測電路

采用電阻分壓原理，CPU利用AD采集對7805前端的12V電壓進行檢測。當電網(wǎng)掉電后，AD端會采集到7805前端的12V電壓的降低，由于7805輸出端電容的存在，所以即使12V電壓降低到6V，7805仍能提供5V電壓使CPU正常工作，此時，CPU立即將空調當前的運行參數(shù)保存在AT24C01里面。

圖4-9低電壓檢測電路

4.9壓縮機、四通閥、外風機和負離子產生器（健康運行）的控制

壓縮機、室外風機、四通閥和負離子產生器均由AC220V供電，所以通過繼電器控制AC220V的通斷便可以控制各個部分的運行。

R1為壓敏電阻，用于過壓保護。SI1為保險管。

插座J2為AC220V輸出端，外接變壓器，將AC220V降壓，降壓后接到電源模塊，分別得到DC12V和DC5V。

圖4-10壓縮機、四通閥和健康運行的控制電路

4.10驅動電路

繼電器、峰鳴器和步進電機均由12V直流電壓控制，U4為驅動芯片。

Neg－lonC控制負離子發(fā)生器的繼電器；

ValveC控制四通閥的繼電器；

ComprC控制壓縮機的繼電器；

Buzzer控制峰鳴器；

A、B、C、D為步進電機的四相。

圖4-11驅動電路

4.11斷電記憶

采用U5（AT24C01）作為串行存儲芯片，保存電網(wǎng)斷電前空調的運行參數(shù)。該芯片只需兩根線控制：時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SD