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1、第一章 制冷空调原理与制冷系统的基本构成n第一节 制冷与空调的基础知识n第二节 蒸汽压缩式制冷原理及典型系统n第三节 吸收式制冷原理及典型系统n第四节 空调系统 第一节 制冷与空调的基础知识一、制冷基本概念 制冷：利用人工的方法，在一定时间和 一定空间内把某物体或流体的温度降低 到低于周围环境介质的温度，并使之维 持一定时间。 实现制冷的两种途径：天然冷源和人工 冷源制冷在国民经济中的应用：n用于空气调节的冷源n用于商业和食品工业n用于工业、产品性能实验及科学研究n用于医疗卫生方面 实现人工制冷常见的四种方法：液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流 管制冷和热电制冷。二、空调基本概念n空调概念：空气
2、调节（Air Congdition）简称空 调，它是对室内空气环境的温度、相对湿度、空 气流动速度、清洁度、空气的新鲜度进行人工调 节，以满足人体舒适和工艺生产过程的要求。n空调基数：空调房间所要求的基准温度和基准的 相对湿度。n空调精度：在空调区内，空气的温度和相对湿度 的允许波动幅度n空调类：空气调节应用于工业及科学实验过程一 般称为“工艺性空调”；而应用于以人为主的空气 调节称为“舒适性空调”。n舒适性空调室内设计参数： 人要感觉 舒适，人体必须维持正常的散热量和 散湿量。非正常的散热量和散湿量会 使人感觉不舒适。表1-1 舒适空调设计调设计 参数季 节温度（）相对湿度 （%）空气速度（
3、m/s ）夏 季 冬 季2428（262 ） 1822（202 ）4065 40600.3 0.2三、基础知识（一）物质与物态的变化 物质在常态下的状态：n固态时，物质有一定的体积和形状，并 具有一定的机械强度。 n液态时 ，液态物质有固定体积，并有自 由液面 ，具有流动性而无固定的形状 。n气态时，没有一定的形状和一定的体积 ，可以充满任何的空间 。n固态、液态、气态之间的相互转化： 图1-1物态的变化（二）流体的状态参数 1温度温度是物质冷、热程度的标志 n (1)摄氏温标 测量单位记作。n (2)绝对温标（单位为开（尔文）n (3)华氏温标 2压力n 单位面积上所受到垂直作用的力称为 压
4、力 绝对压力、表压力和真空度概念及关系：n绝对压力：是指容器内的气体或液体对于容器 内壁的实际压力。n表压力：是指绝对压力与当地大气压力(B)之 差，其在工程上常用表压力，但在计算时必须 使用绝对压力。 n真空度:当密闭容器中气体压力（绝对压力） 低于大气压力时，大气压力与容器内气体压力 之差。n绝对压力、表压力和真空度之间关系 图1-5绝对压力、表压力和真空度的关系3比容（容重）和比重n 比容：物质所占有的体积与其重量之比称 为该物质的，比容符号为v，其单位m3kg 。比容和比重互为倒数。 4热量和比热n 热量：是表示物体吸热或放热多少的物理 量。它是能量的一种表现形式，只有在热 能转移过程
5、才有意义。 n比热：是指单位质量的物体温度升高（或降低 ）1所吸收（或放出）的热量。 5.显热与潜热n 显热：物质在加热（或冷却）过程中 ，温度升高（或降低）所吸收（或放 出）的热量。在这个过程中其状态不 变。n 潜热：物质在加热（或玲却）过程中 ，只改变原有状态，而温度不变所消 耗（或得到）的热量。（三）热力学基本概念 1热力学第一定律n它是能量守恒和转换定律在热力学中的应用。即 能量可以从一种形式转换为另一种形式，但在转 换中能量的数量保持不变。工程热力学主要研究 热量与功的转换关系。即熟可变成功，功可变成 热。 2热力学第二定律n指出了热力过程的方向性，即热量能自发地从高 温物体传向低温
6、物体，而不能自行逆流。制冷装 置就是根据该定律，用消耗一定的压缩功或热能 作为补偿条件，将热量从低温介质传递到高温介 质，从而达到连续制冷的目的 （四）传热学基本概念热量传递的基本方式：n两个冷热不同的物体如果放在一起，热的物体 慢慢冷下来，冷的物体就会渐渐热起来，这种 现象叫做热传递。热传递进行方式基本上有热 传导、热对流和热辐射。在工程中，传热过程 往往是个综合作用，但其中某项起主导作用 。（五）气体物理性质 1理想气体 所谓理想气体是忽略了气体分 子的体积及分子闻的相互作用力，其内能 只决定于温度的理想化气体。 2.混合气体 几种相互不起化学作用的气体混 合后，混合气体的总压力等丁各组成
7、气体 的分压力之和。 3湿空气 湿空气（大气）是由于空气和一 定量的水蒸汽混合而成。 第二节 蒸汽压缩式制冷原理及典型系统一、蒸汽压缩式制冷原理 （一）单组蒸汽匪缩制冷的基本原理n单级蒸汽压缩式制冷系统如图1-7所示。 图1-7 蒸汽压缩式制冷系统 1压缩机；2冷凝器；3膨胀阀（或节流阀）；4蒸发器n它是由压缩机、冷凝器、膨胀阀（或节流阀）和蒸发器 等四大设备组成。在这些设备之间用管道依次联接形成 一个封闭系统。其工作程如下：蒸发器中的液体制冷剂在低压蒸发压力P0、蒸发温 度t0下，从高于t0的被冷却物体或流体中吸取热量沸腾 汽化。压缩机不断地从蒸发器内吸入低压制冷剂的蒸汽 ，并将它压缩到冷凝
8、压力PK，然后将高压、高温的制冷 剂蒸汽送往冷凝器。在冷凝器中制冷剂蒸汽在压力PK下 等压冷却、冷凝戒制冷剂液体。制冷剂在冷却冷凝时放 出的热量传给周围环境的冷却介质（水或空气），冷凝 后的制冷剂液体通过膨胀阀进入蒸发器。当制冷剂通过 膨胀阀时，压力从高压PK降到低压P0，部分液体汽化成 为制冷剂的气液混合物。混合物中的蒸汽称为闪发蒸汽 ，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用，混 合物中的液体将重新从被冷却物体中吸取热量汽化。制 冷剂在系统中经过汽化、压缩、冷凝和节流四个过程， 完成了一个制冷的循环。 （二）单级蒸汽压缩式制冷的实际循环n制冷实际循环与理论循环之间存在的 差别。例如：理论
9、循环中没有考虑到 制冷剂液体过冷和蒸汽过热的影响， 没有考虑到冷凝器、蒸发器和连接各 设备的管道中田制冷剂的流动而产生 的压降。实际上压缩机在压缩过程中 也并非是等熵过程，系统中存在不凝 性气体等，这些因素都影响到循环的 性能。1液体过冷循环n液体过冷的单级压缩制冷机系统如图1-8所示 图1-8 液体过冷的单级压缩制冷机的系统图1压缩机；2净凝器；3贮液器；4过冷器；5蒸发器；6节流装 2蒸汽过热循环n实际循环中，压缩机吸入饱和状态蒸汽的 情况很少。为了不将液滴带入压缩机产生 液击，造成故障，通常制冷剂在到达压缩 机之前已处于过热状态。 3回热循环n 在系统中增加一个汽液热交换器（回 热器）如
10、图19所示，使节流前的液体和 来自蒸发器的低温蒸汽进行内部热交换。 图1-9单级压缩回热循环的系统图4实际制冷系数n实际制冷系数义称性能系数用COP表示，也可以 称为单位轴功率制冷量5冷凝温度和蒸发温度对制冷机性能的影响 (1)冷凝温度变化的影响(2)蒸发温度变化的影响 （三）多级压缩与复叠式制冷循环n在制冷技术中，采用多级压缩与复叠式制冷机的目的 ，是为了达到比较低的蒸发温度。 1两级压缩氨制冷循环系统n两级压缩氨制冷中，多数是应用一级节流中间完全冷 却循环，如图1-10所示 图1-10两级压缩氛制冷循环的原则性系统图 A低压级压绪机；B高压级压缩机；C冷凝器; D过冷器；E、H节流阔；F中
11、间冷却器；G旁通阀；I蒸发器2两级压缩氟利昂制冷循环系统n两级压缩氟刺昂制冷系统多数采用一级节流中 间不完全冷却的两级压缩制冷循环，如图1-11 所示。图图1-11两级压缩级压缩 氟利昂制冷循环环的原则则性系统图统图 A低压级压缩压级压缩 ；B高压级压缩压级压缩 机；C冷凝器；D、G节节流阀阀. E中间间冷却器；F气液热热交换换器；H蒸发发器3复叠式制冷循环n复叠式制冷循环常由两个（或三个）部分组成 ，即高温部分（使用中温制冷剂），低温部分 （使用低温制冷剂）。每一部分都有一个单级 或双级制冷系统。 图图1-12两个单级压缩单级压缩 系统组统组 成的复叠式制冷装置原则则性系统图统图 A低温部分
12、压缩压缩 机；B高温部分压缩压缩 机；C冷凝器；D冷凝蒸发发器；E蒸发发器；F、G节节流阀阀二、冷藏库制冷系统n冷藏库是用人工制冷的方法对易腐食品世行加 工贮藏，以保持食品食用价值的建筑物。n（一）冷藏库的分类n冷库分类的方法很多。n按冷藏设计温度分，可分为高温库和低温库。n按用途可分为生产性冷库、分配性冷库和零售 消费性冷库。（二）典型冷藏库制冷系统 1直接供液（氨）制冷系统n直接供液系统是指制冷剂液体只经过膨胀阀直 接进入蒸发器的系统如图1-13所示 图图1-13直接供液氨制冷系统统 1压缩压缩 机；2氨油分离器；3冷凝器；4贮贮液桶；5调节阀调节阀 ； 6蒸发发器；7集油器；8空气分离器
13、；9紧紧急泄氨器2重力供液（氨）制冷系统n重力供液是利用制冷剂液柱的重力向蒸发器输 送低温的氨液。系统的组成如图1-14所示。 图图1-14单级压缩单级压缩 重力供液氨制冷系统统 1压缩压缩 机；2氨油分离器；3卧式冷凝器；4高压贮压贮 液桶；5调节阀调节阀 ； 6氨液分离器；7蒸发发器(排管)；8排液桶；9集油器；10空气分离器3氨泵供液制冷系统n氨泵供液制冷系统，是利用氨泵向蒸发排管输 送低温氨液。系统的组成如图1-15所示 图图1-15单级压缩单级压缩 氨泵泵供液制冷系统统 1压缩压缩 机2氨油分离器3卧式冷凝器4高压贮压贮 液桶 5调节阀调节阀 6氨液分离器7氨泵泵8蒸发发器排管) 9
14、排液桶10集油器11空气分离器4氟利昂制冷系统n氟利昂制冷系统与氨系统不同之处是采用热力 膨胀阀代替调节阀，并设有汽液热交换器和干 燥过滤器，氟利昂液体在蒸发器中采用上进下 出。图1-16为氟利昂系统 图图1-16单级压缩单级压缩 氟利昂制冷系统统 l压缩压缩 机2油分离器3水冷式冷凝器4干燥过滤过滤 器5电电磁阀阀6汽液热热交换换器 7热热力膨胀阀胀阀 8分液头头9蒸发发器10高低压压力继电继电 器 第三节 吸收式制冷原理及典型系统n吸收式制冷机是蒸发制冷的另一种形式。压缩式制冷机是通 过压缩机消耗机械功来实现的，而吸收式制冷机是通过消耗 热能来实现的。它是一种以热能为动力的制冷机。 一、溴
15、化锂水溶液的性质n溴化锂水溶液的特性 (1)无色液体，有成苦昧、无毒、无臭、加入铬酸锂后呈淡黄色 。 (2)溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低。 (3)溴化锂溶液的水蒸汽分压力很小，它比同温度下纯水的饱和 蒸汽压要小得多，所以有强烈的吸湿能力，而且溴化锂水溶 液具有吸收温度比它低得多的水蒸汽能力。这正是溴化锂吸 收式制冷机工作原理之一。 (4)密度比水大，随溶液的质量分数和温度变化。 (5)比热容较小。 (6)粘度大、表面张力大。 (7)对碳钢和紫铜等金属材料有腐蚀作用。 二、吸收式制冷机的热热力系数 吸收式制冷循环的性能指标是热力系数： 热力系数反映了消耗单位热量所能取得的冷量。 三、溴
16、化锂吸收式制冷系统的工作原理 （一）单效溴化锂吸收式制冷机系统的基本工作 原理n溴化锂吸收式制冷系统主要由发生器、冷凝器 、蒸发器、吸收器、节流装置(U形管或孔板) 、溶液热交换器、发生器泵、吸收器泵和蒸发 器泵等组成。图1-17是单效溴化锂吸收式制冷 系统的原理图。图图1- 7单单效溴化锂锂吸收式制冷机的工作原理 1发发生器2冷凝器3节节流阀阀4蒸发发器5蒸发泵发泵 6吸收器7吸收泵泵8发发生泵泵9溶液热热交换换 （二）双效澳化锂吸收式制冷糸境的基本工作原 理n单效溴化锂吸收式制冷系统与单效系统的不同 是增加了一个高压发生器和一个高温溶液的热 交换器。 1并联双效溴化锂制冷系统n图1-18为双效溴化锂吸收式制冷系统的工作原 理。 图图1-18双效溴化锂锂吸收式制冷机的工作原理 1高压发压发 生器2低压发压发 生器3冷凝器4节节流阀阀5蒸发发器 6蒸发泵发泵 7吸收器8吸收泵泵 9发发生泵泵10低温溶液热热交换换器11高温
