制冷人的第二语言：看懂压焓图，掌握制冷循环与故障分析与应用

家电维修

在制冷维修过程中，我们经常会接触到蒸发压力、冷凝压力、过热度、过冷度等参数。这些参数看起来比较分散，但实际上，它们之间存在着密切的联系。

想要真正理解制冷系统的运行原理，就需要认识一张重要的工具图——压焓图，也叫 P-h 图，它可以算是制冷人的第二语言。看懂这张图，不仅能理解制冷循环的工作原理，还能帮助我们分析制冷量、压缩功、过热度、过冷度以及部分常见故障。

一、什么是压焓图？

压焓图中的 P 代表压力，h 代表比焓。

• 纵坐标 P： 表示制冷剂的压力，工程中通常采用绝对压力。
• 横坐标 h： 表示制冷剂的比焓，单位通常为 kJ/kg，反映单位质量制冷剂所具有的热力学能量状态。
  
  

在压焓图中，制冷剂的每一个状态点，都可以对应一定的压力和焓值。结合饱和温度线、等温线、等熵线等辅助线，还可以进一步分析制冷剂的温度、相态及压缩过程。

图中间的穹顶状区域，是压焓图最重要的部分之一。穹顶左侧边界称为饱和液体线，制冷剂处于饱和液体状态；穹顶右侧边界称为饱和蒸气线，制冷剂处于饱和蒸气状态。穹顶内部是气液两相区，制冷剂同时存在液体和蒸气。

穹顶左侧通常为过冷液体区，右侧为过热蒸气区。穹顶顶部是临界点，超过临界点后，制冷剂不再表现为通常意义上的液体与蒸气两相平衡。

二、制冷循环的四个关键过程以常见的蒸气压缩式制冷系统为例，制冷剂依次经过压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，完成一个循环，对应以下压焓图中的四个过程。
1→2：压缩过程状态点 1 的制冷剂通常为低压过热蒸气，进入压缩机后，压缩机对制冷剂做功，使其压力和温度升高，最终变成高温高压蒸气，从状态点 2 排出并进入冷凝器。从压焓图上看，制冷剂由状态点 1 移动到状态点 2，压力升高，比焓增加。
维修重点： 如果压缩机排气温度过高，需要结合蒸发压力、冷凝压力、吸气过热度、压缩比及压缩机运行状态综合判断，不能仅凭排气温度就认定制冷剂不足。

2→3：冷凝放热过程

高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器后，向空气或冷却水释放热量。在压焓图中，2→3 通常表示近似等压放热过程，制冷剂比焓不断降低。图中的状态点 3 位于饱和液体线上，严格来说代表饱和液体。如果实际系统存在过冷，状态点 3 应位于饱和液体线左侧的过冷液体区。

维修重点： 冷凝压力偏高时，应检查冷凝器是否脏堵、风机或冷却水系统是否正常、换热是否充分，以及制冷剂充注量是否符合要求。

3→4：节流降压过程

高压液态制冷剂经过热力膨胀阀、电子膨胀阀或其他节流装置后，压力迅速下降，形成低压、低温的气液混合物，然后进入蒸发器。

节流过程的主要特点是：近似等焓降压。也就是说，在忽略节流装置与外界之间的热量交换，节流前后的比焓近似相等：h₃ ≈ h₄。

维修重点： 如果蒸发压力偏低，应检查膨胀阀开度、过滤器是否堵塞、制冷剂供液是否正常，以及蒸发器的实际负荷。不能仅凭节流前后存在压差就判断节流装置故障，因为正常节流本身就会产生明显压降。

4→1：蒸发吸热过程

经过节流后的低压气液混合物进入蒸发器，吸收空气、冷冻水或被冷却物体的热量。随着制冷剂不断吸热，液体逐渐汽化，最终变成蒸气。对于典型的蒸气压缩制冷循环，这一过程通常近似为等压吸热过程。

在压焓图上，4→1 表现为向右移动的线段，说明制冷剂比焓增加，吸收了外界热量。当制冷剂完全汽化后，如果继续吸热，还会形成过热蒸气，再返回压缩机。

维修重点： 如果蒸发器换热不良、风量不足、水流量不足或供液不足，都可能造成制冷能力下降。但蒸发压力偏低并不一定意味着缺少制冷剂，还需要结合吸气过热度、蒸发器进出口温度、膨胀阀开度及系统负荷进行判断。

三、压焓图中的四个重要计算公式

压焓图不仅可以展示制冷剂的状态变化，还可以用于计算制冷循环的单位质量制冷量、压缩功和冷凝放热量。以下公式采用图中 1、2、3、4 四个状态点，并按稳态、忽略动能和位能变化的简化循环模型计算。

1、单位质量制冷量

q₀ = h₁ − h₄

表示每千克制冷剂在蒸发器中吸收的热量，单位为 kJ/kg。

2、单位质量压缩功

w = h₂ − h₁

表示每千克制冷剂在压缩机内的焓升，单位为 kJ/kg。该值可用于循环分析，但实际压缩机轴功还需要考虑压缩机效率等因素。

3、单位质量冷凝放热量

qₖ = h₂ − h₃

表示每千克制冷剂在冷凝器中释放的热量，单位为 kJ/kg。

4、制冷性能系数 COP

COP = q₀ / w = (h₁ − h₄) / (h₂ − h₁)

COP 表示单位压缩功对应的制冷量。在相同计算边界下，COP 越高，说明制冷循环的能量利用效果越好。

上述公式计算的是制冷循环的性能系数，并不等同于整台机组的实际能效。实际机组还需要考虑压缩机效率，以及风机、水泵等辅助设备的耗电。

四、维修人员如何利用压焓图分析故障？

压焓图能够帮助我们理解参数变化的原因，但不能仅凭一张图直接锁定故障部件。实际维修中，应将压焓图与现场测得的压力、温度及控制参数结合起来分析。

1、蒸发压力偏低

可能与制冷剂不足、膨胀阀供液不足、过滤器堵塞、蒸发器换热不良或系统负荷偏低等因素有关。应进一步检查吸气过热度、膨胀阀开度、蒸发器换热情况及制冷剂是否泄漏。

2、冷凝压力偏高

可能与冷凝器脏堵、风机异常、冷却水流量不足、环境温度偏高或制冷剂充注量异常等因素有关。应重点检查冷凝器的换热条件，并结合冷凝饱和温度和冷却介质温度进行判断。

3、吸气过热度过大

可能与蒸发器供液不足、节流装置异常、制冷剂不足或系统负荷变化有关。应结合蒸发压力、膨胀阀开度、过冷度和制冷剂充注情况进一步分析。

4、过冷度异常

过冷度偏低或偏高都可能与制冷剂充注量、冷凝器换热条件、液管压降以及系统运行工况有关，不能仅凭单一参数就判断制冷剂过多或不足。需要结合机组设计要求、压力温度数据和其他运行参数综合判断。

总结：压焓图是理解制冷原理和分析系统运行状态的重要工具，维修人员需要掌握的不仅是四个过程的名称和计算公式，还要理解压力、比焓、温度、过热度和过冷度之间的关系。