制冷原理 讲义

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1、1制冷技术手册第一章 制冷原理HVAC&R2 热工基础知识 蒸汽压缩式制冷 单级蒸汽压缩式制冷理论循环 冷水机组工作原理简介 单级蒸汽压缩式制冷实际循环第一章 制冷原理- 目录3 摄氏温标tc（oC） 华氏温标tF（oF） 绝对温标T（K） tc=5(tF-32)/9 T= tc +273.15热工基础知识 - 温度温度是表示物体冷热程度的量度。4 压力P（Pa）=F（N）/S（m2） 绝对压力Pa 相对压力Pg =绝对压力-大气压力 (相对)真空度=大气压力-绝对压力(真空度) 1标准大气压（atm）=1.01x105 （Pa ） 1工程大气压（kgf/cm2）=0.981x105 （Pa

2、） Pa= Pg +B（当地大气压） 常用压力单位：M Pa , k Pa , mmH2O , mmHg , bar , psi热工基础知识 - 压 力工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力。5 密度kg/m3, lb/ft3 比容 质量流量 体积流量CMH, CFM热工基础知识 - 其它常用基本参数6 热能-物质分子运动的动能 热量-热能转移的度量焦耳（J），千焦耳（kJ）Btu 英制热量单位1Btu=1.055kJ=0.252kcal 1kWh=3600kJ 质量比热 一kg物体温度升高1K所吸收的热量水在常温时的Cp=4.1868kJ/kg.干空气的定压比热Cp=1.005kJ/kg

3、. 热流，功率kW , Btu/h热工基础知识 - 热 量7 内能u=动能+势能 焓i=气体内能+推动功i=u+P（比焓-kJ/kg）焓是用来表示物质系统能量状态的一个参数。 熵是表征工质状态变化时，与外界换热程度的一 个导出的热力状态参数。S2 - S1 =q / T（比熵-kJ/kg.K）S2 S1 吸热S2 030oC25蒸汽压缩式制冷 7oC7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽Q=0Q=0 30oC26蒸汽压缩式制冷 Q020oCQ0Q=Q7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽30oC27蒸汽压缩式制冷 Q=030oC30oC R22饱

4、 和液体1091.9kPa (表压)饱 和蒸汽Q=030oC28蒸汽压缩式制冷 Q020oCQ0Q=Q=Q”Q”07oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽30oC29蒸汽压缩式制冷 Q020oC7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽Q0Q”0Q=Q=Q”30oC30蒸汽压缩式制冷 Q020oCQ0Q”07oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽30oCQ=Q=Q”31蒸汽压缩式制冷 Q 20oC7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽Q520.22kPa(表压) 过热蒸汽Q”Q=Q=Q”30oC30oC32

5、蒸汽压缩式制冷 Q 20oC7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽Q520.22kPa(表压) 7oC饱和液体Q”Q=Q=Q”=Q1-5oC Q130oC33蒸汽压缩式制冷 Q 20oC7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽QToC饱和液体30oC Q1PT饱和 蒸汽30oC34蒸汽压缩式制冷 Q 20oC7oC R22饱和 液体520.22kPa (表压)饱 和蒸汽Q40oC饱和液体Q”Q+W=Q130oCQ11432.5kPa 饱和蒸汽W30oC35蒸汽压缩式制冷 Q 20oC520.22kPa , 7oC R22饱和 液体520.22kPa

6、 (表压) 7oC饱和 蒸汽Q1432.5 kPa,40oC 饱和液 体（Q=Q）+W=Q130oCQ11432.5kPa,55oC 过热蒸汽W30oC36蒸汽压缩式制冷 - 制冷剂 在工作温度范围内能够汽化和凝结并有适当的压力和压力比。单位质量制冷量和单位容积制冷量比较大。无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。 化学稳定性和热稳定性好，对材料的腐蚀性小，与润滑油相容。导电性小。 导热系数大。 粘度、比重尽量小。 压缩终了温度不太高。 单位容积压缩功小。无机化合物：NH3(R717)、H2O(R718)、 CO2(R718)。 氟里昂：CFCl3(R11)、CF2Cl2(R12)、 CHF2Cl(R

7、22) 。环境可接受性好：ODP与GWP值必须为0或尽可能小。 价格便宜、来源广。详见: ASHRAE Handbook-Chapter 1937蒸汽压缩式制冷 - 制冷剂 38压 力kPa焓热容量kJ / kg (Btu / lb.)单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图此图针对单位质量制冷剂39压 力焓汽液混合饱和液体线饱和汽体线临界点100% 液体100% 汽体20% 液体, 80% 汽体单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图40压 力焓t等温线等容线s等熵线p等压线x等干度线h等焓线单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图详见: ASHRAE Handbook-Chap

8、ter 2041单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图42单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图43单级蒸汽压缩式制冷理论循环压 力kPa焓kJ/kg进入蒸发器 R22汽液两相621.22t1=7oC1h1=249.686x1=0.244压 力kPa焓kJ/kg蒸发器621.22x1=0.2制冷剂从负 荷吸收热量 ，温度和压 力不变，变 成饱和蒸汽x2=1单级蒸汽压缩式制冷理论循环12h1=249.686t1-2=7oC45压 力kPa焓kJ/kg蒸发器621.22制冷剂焓差为 单位质量制冷 量qo= h2- h1h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环

9、2=0.03798m3/kgx1=0.2x2=112t1-2=7oCs2= 1.74kJ/kg.K单位容积制冷 量qv= qo / 246压 力kPa焓kJ/kg压缩机621.22h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.03798m3/kgx1=0.2 x2=11231533.5压缩理论比功 wo= h3- h2t1-2=7oCs2= 1.74kJ/kg.Kh3=430.374kJ/kg t3=55oCs3= s2=1.74kJ/kg.K47压 力kPa焓kJ/kg冷凝器621.22h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.

10、03798m3/kgx1=0.2 x2=1123s3= s2=1.74kJ/kg.K1533.5制冷剂把热量传给 外界,变成饱和液体t1-2=7oC45t4-5=40oCs2= 1.74kJ/kg.Kh3=430.374kJ/kg t3=55oCq= h3- h548压 力kPa焓kJ/kg621.22h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.03798m3/kgx1=0.2 x2=1123s3= s2=1.74kJ/kg.K h3=430.374kJ/kg t3=55oC1533.5绝热节流t1-2=7oC45t4-5=40oCs5=1.167kJ/kg.K

11、s2= 1.74kJ/kg.Kh5= h149压 力焓冷凝器压缩机节流装置蒸发器制冷剂从负荷吸收热量qo=158.145kJ/kg制冷剂把热量传给外界q=180.688kJ/kg压缩机输入理论比功 wo=22.543kJ/kgq=qo+wo o= qo / wo =7.01单级蒸汽压缩式制冷理论循环50压 力焓单级蒸汽压缩式制冷理论循环1243123h1h2h2h3h3蒸发温度对循 环性能的影响tete蒸发温度下降 单位质量制冷量下降 单位容积制冷量迅速下降 压缩理论比功增加 压缩比约等于3时，比 容积功最大制冷系数下降51压 力焓单级蒸汽压缩式制冷理论循环124 3413h1h1h2h3h3

12、冷凝温度对循 环性能的影响tctc 冷凝温度升高 单位质量制冷量下降 单位容积制冷量下降 压缩理论比功增加 比容积功增加 制冷系数下降52冷水机组工作原理简介- 水冷冷水机组蒸发器低压低温液态制冷剂冷冻水回路低压低温气态制冷剂压缩机冷凝器冷凝水回路膨胀阀高压常温液态制冷剂冷却塔高压高温气态制冷剂 马达53压 力焓7oC表冷器冷却塔7oC12oC30oC35oC冷水机组工作原理简介- 水冷冷水机组空调系统冷冻水在表冷器中与空气进行 热交换,热量从空气传递给水。蒸发器 制冷剂在蒸发器中与冷冻水进行 热交换,热量从水传递给制冷剂。制冷剂在冷凝器中与冷却水进行 热交换,热量从制冷剂传递给水。 冷凝器冷

13、却水在冷却塔中与空气进行 热交换,热量从水传递给空气。54冷水机组工作原理简介- 水冷式螺杆冷水机组55冷水机组工作原理简介-水冷式螺杆冷水机组孔板过冷器冷凝器均气板满液式蒸发 器挡液板转子滑阀油分离器隔离阀隔离阀56冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组57冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组蒸发器（满液式）冷凝器马达齿轮叶轮（压缩机）导流叶片 （冷量控制）58冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组导流叶片 (冷量控制)挡液板(防止液态制冷 剂进入吸气管)满液式蒸发器 冷冻水在管内 ，制冷剂在管 外59冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组 吸气管转向导叶吸气管蒸发器 导流 叶片蜗

14、壳入口60冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组 导流叶片排气管吸气管马达控制面板61冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组导流叶片 (冷量控制)挡液板(防止液态制冷 剂进入吸气管)满液式蒸发器 冷冻水在管内 ，制冷剂在管 外叶轮62冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组 压缩机扩压系统 63冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组孔板过冷器冷凝器均气板叶轮导流叶片 (冷量控制)挡液板(防止液态制冷 剂进入吸气管)满液式蒸发器 冷冻水在管内 ，制冷剂在管 外64冷水机组工作原理简介-风冷式活塞冷水机组65冷水机组工作原理简介-风冷式活塞冷水机组DX（直接膨胀 式）蒸发器热力膨胀阀冷凝风机

15、冷凝盘管冷凝盘管往复式压缩机截止阀66单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器蒸发器各种形式的蒸发器均是为了提高制冷剂与其它介 质之间的传热系数和增大传热面积。 Q= K.F.t 在蒸发器中，液体制冷剂全部蒸发成汽态制冷剂。蒸发器67单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器满液式 蒸发器 制冷剂在管外沸腾 蒸发DX (直接膨胀式)蒸发盘管膨胀阀DX (直接膨胀式)蒸发器 制冷剂在管内沸腾用于冷冻水用于冷却空气68单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器冷却液体型壳管 式干式蒸发器冷却液体型钎焊 板式蒸发器冷却空气型翅片 管干式蒸发器69单级蒸汽压缩式制冷实际循环-过热压力过热区蒸发冷凝压缩节流元件 气态制冷剂在

16、高于饱和温度下进行加热就形成过热（温度高于饱和温度）焓70单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽过热 作用 避免液态制冷剂进入压缩机压力增加过热避免液态 制冷剂进入压缩机焓 焓压力71单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽过热压 力焓12433h1h2h2h3h3吸汽过热对循 环性能的影响te排气温度迅速上升 压缩理论比功增加tc te+5oC2冷凝器散热量增大有效过热时，单位质 量制冷量增加，压缩 机吸汽比容也有所增 大，单位容积制冷量 和制冷系数的变化与 制冷剂特性有关72单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器压 力kPa焓kJ/kg1235理论循环1 2实际循环1-2表示制冷剂在 蒸发器内的蒸发、 压降和过热过程。73单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器压 力kPa焓kJ/kg123 51蒸发器中的压降对 循环性能的影响若保持