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1、空调用制冷技术 建筑工程学院市政工程系 2018/8/171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，1987Date2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) Date3绪论一、基本概念 q 制冷：利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低
2、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）q 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）。 Date4一、基本概念q 制冷剂：制冷系统中把热量从被冷却介质传给外部环境介质的内部循环流动的工作介质。q 制冷循环：在制冷机中，制冷剂进行周而复始的吸热、放热的热力循环。 Date51、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
3、源提供的热量从而实现制冷。二、制冷方法Date6二、制冷方法2、人造冷源制冷技术 液体汽化制冷 气体绝热膨胀制冷 热电制冷Date72、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)Date82、人造冷源制冷技术Date92、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。Date102、人造冷源制冷技术Date11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，法国科学家珀尔帖发
4、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。Date12三、制冷技术分类 制冷类别温度范围常用制冷方法应用举例普通制冷t 120液体气 化制冷蒸气压缩式 空气调节 冷藏 化工生产吸收式蒸气喷射式热电制冷法空气调节器、医疗深度制冷120 至20K气体膨胀制冷法制氧等低温及超 低温制冷220K气体膨胀制冷法超导、液氦2K绝热去磁法超导Date13四、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 ； 1
5、9301990，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。 Date14 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 Date15 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 Date16 制冷原理及相应的制冷循环； 制冷工质(制冷剂
6、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 Date17*18第一章 蒸气压缩式制冷的热力学原理建筑工程学院市政工程系 2018/8/1719液体气化制冷原理及实现 1、气化及气化潜热q 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。 q 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。 Date202、液体气化制冷的制冷原
7、理（工作过程） Date213、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 冷凝器：放热冷凝 节流阀：节流降压蒸发器：吸热蒸发 Date223、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。 Date23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
8、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饱和温度称为冷凝温度。3、蒸气压缩式制冷系统的构成Date24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 Date253、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。 Dat
9、e26一、逆卡诺循环（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 Date27一、逆卡诺循环逆卡诺循环（Carnot Cycle）TS图 1-2 ：等熵压缩 T0Tk， 耗功wc2-3： 等温压缩 放热 qk=Tk(sa-sb)3-4： 等熵膨胀 TkT0， 做功we4-1 ：等温膨胀 吸热 q0=T0(sa-sb)Date28逆卡诺循环结果每一制冷循环，1kg制冷剂：q 从被冷却介质吸收的热量为：q0 =T0(sa-sb)； q 向冷却介质放出的热量为：qk Tk(sa-sb) ； q 循环净耗功量为：ww
10、cweqkq0 =Tk(sa-sb)T0(sa-sb)=(Tk-T0 )(sa-sb)一、逆卡诺循环Date29一、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 Date30一、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。Date31二、劳仑兹循环（Lorenz Cycle） 在实际的制冷系统中，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
11、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 Date32二、劳仑兹循环（Lorenz Cycle） 劳仑兹循环结果每一制冷循环，1kg制冷剂：q 从被冷却介质吸收的热量为：q 向热源放出的热量为：Date33二、劳仑兹循环（Lorenz Cycle） q 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。 Date34*35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 2018/8/1736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；
12、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 Date37一、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。Date38一、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 Date39(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
13、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。Date40一、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：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。Date41(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 Date42(2)、回热
14、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R12、R134a等回热是有利的，而对于制冷剂氨则是不利的。Date43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 Date44二、回收膨胀功
15、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。 Date45二、回收膨胀功 2、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷的工作流程和理论循环 工作流程 理论循环 Date463、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Date47三、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。Date48三、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。Date491、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 D
