制冷技术知识讲解

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1、2020/7/10,1,空调用制冷技术 ,建筑工程学院市政工程系,2020/7/10,2,教材及参考资料,教材 彦启森等. 空气调节用制冷技术（第三版）.中国建筑工业出版社，2004 教学参考书 陆亚俊等. 空调工程中的制冷技术.哈尔滨工程大学出版社，2001 王如竹等. 制冷原理与技术. 科学出版社，2003 吴业正等. 制冷原理与设备. 西安交通大学出版社，1987,2020/7/10,3,教材及参考资料,期刊资料,暖通空调 制冷学报 建筑热能通风空调 建筑科学（环境能源版，单月出版） ASHRAE Journal (美国供热制冷与空调工程师协会ASHRAE),2020/7/10,4,绪论

2、,一、基本概念 制冷：利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境的温度，并使之维持在这一低温的过程。 实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中。 制冷冷却 （冷却：高温物体自发向低温物体放热） 制冷机：实现制冷所需的机器和设备。 特点：必须消耗机械功或高温热源提供的热量，从而实现热量的转移）。,2020/7/10,6,1、实现制冷的途径 利用天然冷源（如：深井水、天然冰等） 特点：成本低廉，但受时间和地域的限制且不宜用于获取低于0的温度。 利用人造冷源 特点：采用制冷装置，消耗机械功或高温热源提供的热量从而实现制冷。,二、制冷方法,2020/7/10,7,二、制冷方法,2、人造冷源

3、制冷技术 液体汽化制冷 气体绝热膨胀制冷 热电制冷,2020/7/10,8,2、人造冷源制冷技术,液体汽化制冷：利用液体气化需吸收气化潜热的原理实现制冷。 如：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷 (本课程的主要研究内容),2020/7/10,9,2、人造冷源制冷技术,2020/7/10,10,2、人造冷源制冷技术,气体绝热膨胀制冷：将高压气体进行绝热膨胀，使其压力、温度下降，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷。,2020/7/10,11,2、人造冷源制冷技术,2020/7/10,12,热电制冷：利用某种半导体材料的热电效应实现制冷。,2、人造冷源制冷技术,1834年，法国科

4、学家珀尔帖发现：两种不同金属组成的闭合回路接上直流电源，则一个接点变冷（吸热）, 另一个接点变热（放热），这种现象称为珀尔帖效应。,2020/7/10,13,三、制冷技术分类,2020/7/10,14,四、制冷技术发展概况,18301930，主要采取NH3、CO2、 空气等作为制冷剂； 1934年美国人波尔金斯成功试制了第一台以乙醚为工 质、闭式循环的蒸汽压缩式制冷机 ； 19301990，主要采用氟里昂作为制冷剂； 1990 ，积极寻找无污染的制冷剂，替代氟利昂。,2020/7/10,15,空调工程 食品工程：冷库、家用冰箱、冰柜、冷藏陈列柜等； 机械与电子工业：工业的许多生产过程需要在低温

5、下进行 ； 农业：种子贮存等 ； 医疗卫生事业：血浆、疫苗及某些特殊药品的低温保存 ； 国防工业和现代科学：人工降雨；在高寒地区使用的发动机、汽车、常规武器的环境模拟试验等。,五、制冷技术的应用,2020/7/10,16,减少能耗，如充分利用太阳能、地热能等可再生能源； 合理选择和利用制冷剂； 提高制冷机的热力性能。,六、制冷技术的研究目的,2020/7/10,17,制冷原理及相应的制冷循环； 制冷工质(制冷剂和载冷剂)的性质及选择； 蒸汽压缩制冷系统的概念、理论、原理、设备、设计及安装等。,七、本课程的主要研究内容,2020/7/10,18,谢谢大家!,2020/7/10,19,第一章 蒸气

6、压缩式制冷的热力学原理,建筑工程学院市政工程系,2020/7/10,20,液体气化制冷原理及实现,1、气化及气化潜热 气化：液体转变为气体的物态变化称为气化 ，有蒸发和沸腾两种形式。液体气化时需吸收气化潜热。 气化潜热：1kg液体气化时所吸收的热量。液体的压力不同，其饱和温度（即沸点）也不同（压力越低，沸点越低，如氨在1标准大气压下，其沸点为33.4）。 因此，只要创造一定的低压条件，利用液体的气化即可获取所需要的低温。,2020/7/10,21,2、液体气化制冷的制冷原理（工作过程）,2020/7/10,22,3、蒸气压缩式制冷系统的构成,四大基本部件及对应的热力过程 压缩机：蒸气压缩 冷凝

7、器：放热冷凝 节流阀：节流降压 蒸发器：吸热蒸发,2020/7/10,23,3、蒸气压缩式制冷系统的构成,压缩机：从蒸发器中抽吸制冷剂蒸气并进行压缩的设备。 其功能为： 从蒸发器中抽取气化的蒸气，从而维持蒸发器内一定的蒸发温度和压力； 对吸入的蒸气进行压缩，以维持冷凝器内的高压； 输送制冷剂，是系统中的循环动力。,2020/7/10,24,冷凝器： 制冷剂与冷却介质进行热交换的设备，对外输出热量。制冷剂蒸气在其中冷却、冷凝，释放的热量由空气或水等介质带走。 冷却介质：用于冷却制冷剂蒸气的介质称为冷却介质（冷却剂）； 冷凝压力：冷凝器中制冷剂蒸气的压力称为冷凝压力； 冷凝温度：冷凝压力对应的蒸气

8、饱和温度称为冷凝温度。,3、蒸气压缩式制冷系统的构成,2020/7/10,25,膨胀阀：一种节流机构。其功能为： 经冷凝器冷凝后的高压液态制冷剂转变为低压的液体，为制冷剂在低温低压下气化创造条件； 调节蒸发器的供液量（用于控制压缩机入口处制冷剂蒸气的过热度）。,3、蒸气压缩式制冷系统的构成,2020/7/10,26,3、蒸气压缩式制冷系统的构成,蒸发器：制冷剂与冷冻水进行热交换的设备，对外输出 冷量。制冷剂从冷冻水中吸热，在蒸发器中产生气化，从而实现蒸发制冷。 蒸发压力：蒸发器内的制冷剂蒸气压力称为蒸发压力。 蒸发温度：蒸发压力对应的制冷剂饱和温度为蒸发温度。,2020/7/10,27,一、逆

9、卡诺循环（Reverse Carnot Cycle） 逆卡诺循环：在两个恒温热源之间进行的理想循环。,第一节 理想制冷循环,逆卡诺循环制冷系统,2020/7/10,28,一、逆卡诺循环,逆卡诺循环（Carnot Cycle）TS图,1-2 ：等熵压缩 T0Tk， 耗功wc 2-3： 等温压缩 放热 qk=Tk(sa-sb) 3-4： 等熵膨胀 TkT0， 做功we 4-1 ：等温膨胀 吸热 q0=T0(sa-sb),2020/7/10,29,逆卡诺循环结果 每一制冷循环，1kg制冷剂： 从被冷却介质吸收的热量为：q0 =T0(sa-sb)； 向冷却介质放出的热量为：qk Tk(sa-sb) ；

10、 循环净耗功量为：wwcweqkq0 =Tk(sa-sb)T0(sa-sb) =(Tk-T0 )(sa-sb),一、逆卡诺循环,2020/7/10,30,一、逆卡诺循环,制冷循环的性能指标：制冷系数 制冷系数的定义：单位耗功量所获取的冷量，即,对于逆卡诺循环，制冷系数c :,大小只取决于两个热源的温度； T0或T k ， c ,2020/7/10,31,一、逆卡诺循环,制冷循环亦可用于供热，此时系统的性能指标为供热系数。,供热系数的定义：单位耗功量所获取的热量量，即,可见，用于供热，供热量永远大于所消耗的功量。,2020/7/10,32,二、劳仑兹循环（Lorenz Cycle）,在实际的制冷

11、系统中，制冷过程中冷热源的温度通常是变化的。劳仑兹循环（Lorenz Cycle）是在两个变温热源之间进行的理想循环。,ab：等熵压缩 bc：变温压缩 cd： 等熵膨胀 da ：变温膨胀,劳仑兹循环（Lorenz Cycle）的TS图,2020/7/10,33,二、劳仑兹循环（Lorenz Cycle）,劳仑兹循环结果 每一制冷循环，1kg制冷剂： 从被冷却介质吸收的热量为：,向热源放出的热量为：,2020/7/10,34,二、劳仑兹循环（Lorenz Cycle）,制冷系数为：,可见：劳仑兹循环可以处理为平均放热温度、平均吸热温度为的逆卡诺循环。,2020/7/10,35,谢谢大家!,202

12、0/7/10,36,第三节 蒸气压缩式制冷循环的改善,建筑工程学院市政工程系,2020/7/10,37,第三节 蒸气压缩式制冷循环的改善,节流过程带来的节流损失； 干压缩所产生的过热损失。,蒸气压缩式制冷理论循环的两种损失,2020/7/10,38,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,基本概念,液体再（过）冷：从冷凝器出来的液态制冷剂的温度低于其压力对应的饱和温度。 再（过）冷度：液体过冷后的温度与其压力对应的饱和温度的差值。 再（过）冷循环：具有液体过冷的制冷循环称之为再（过）冷循环。,2020/7/10,39,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,1、设置再冷却器的蒸气压缩式制冷循环,(1)、设置再冷却

13、器的蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环,工作流程,理论循环,2020/7/10,40,(2)、液体过冷对制冷性能的影响,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,采用液态制冷剂再冷，节流后制冷剂的干度减少（即无效气化减少）单位质量制冷功率增加(q0= h4-h4= 4bb44); 压缩机的压缩功不变。 制冷系数提高，节流损失减少。,对于空调用制冷系统（蒸发温度较高），并不单独设置再冷却器，而是适当增大冷凝器面积，使冷却介质与呈逆流换热，以实现再冷。,2020/7/10,41,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2、蒸气回热循环,基本概念,蒸气过热：压缩机入口处制冷剂蒸气的温度高于其压力对应的饱和温度。 过热度

14、：制冷剂蒸气过热后的温度与同压力下饱和温度的差值。 过热循环：具有蒸气过热的制冷循环称之为过热循环。,2020/7/10,42,(1)、回热式蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,工作流程,理论循环,2020/7/10,43,(2)、回热对蒸气压缩式制冷性能的影响,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,采用回热循环，一方面可使液态制冷剂再冷，单位质量制冷功率增加( q0= h4-h4= 4bb44); 压缩机的压缩功增加（Wc= (h2 -h1)-(h2-h1) = 21122); 制冷系数是否提高，取决与制冷剂的热物理性质。,一般说来，对于节流损失大的制冷剂，如氟利昂R

15、12、R134a等回热是有利的，而对于制冷剂氨则是不利的。,2020/7/10,44,无效过热：蒸气过热所吸收的热量来自被冷却介质以外的物体，即过热不能产生有效的冷量输出。（如：蒸发器出口至压缩机入口处制冷剂管道与外界的热交换。）,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2020/7/10,45,二、回收膨胀功,1、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷循环,对于大容量制冷装置：,一方面，由于膨胀机的容量较大，不会出现因机件过小导致加工方面的困难； 另一方面，可回收的膨胀功相对较大；,因此，采用膨胀机回收膨胀功可节省常规能源，提高制冷系数。,2020/7/10,46,二、回收膨胀功,2、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷的

16、工作流程和理论循环,工作流程,理论循环,2020/7/10,47,3、回收膨胀功对制冷性能的影响,二、回收膨胀功,输出有用的膨胀功，压缩机压缩功减少,单位质量制冷量增加,理论制冷系数提高,2020/7/10,48,三、多级压缩式制冷循环,当压缩机的压缩比较大时，压缩机的排气温度相应较高，因而过热损失及压缩机功耗均较大。,为减少过热损失及降低压缩机功耗，可采用具有中间冷却的多级压缩制冷循环。,2020/7/10,49,三、多级压缩式制冷循环,多级压缩式制冷循环的应用场合,压缩比较高（通常 pk/p0 大于8）； 离心式或螺杆式制冷压缩机（可以比较方便的进行中间抽气，如空调用螺杆冷水机组）。,多级压缩式制冷循环的两种形式,闪发蒸气分离器（经济器）； 中间冷却器。,2020/7/10,50,1、带闪发蒸气分离器的双级压缩制冷的工作流程及理论循环,三、多级压缩式制冷循环,工作流程,理论循环,2020/7/10,51,三、多级压缩式制冷循环,2、闪发蒸气分离器对制冷