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1、2018/9/13,1,空调用制冷技术,安徽建筑工业学院环境与能源工程系,2018/9/13,2,绪论,概述 制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷就是使自然界的某物体或某空间温度低于周围环境，并维持这个温度。 1、 制冷范围的划分及其应用 1）制冷范围的划分： 普通制冷：低于环境温度-120 (153 K)； 深度制冷：-120-253 (15320 K)；,2018/9/13,3,绪论,低温和超低温：-253接近-273 (20接近0 K)。 2）应用：1)空气调节2)食品的冷冻和冷藏3)食品加工4)工业生产及农牧业5)建筑工程6)能源与动力工程7)国防工业8)医疗卫
2、生,2018/9/13,4,绪论,2、制冷技术的发展 1755年苏格兰科学家库伦（Cullen）发表论文液体蒸发制冷，人们以此作为人工制冷史的起点。 1875年德国林德首先制作了具有实用价值的氨蒸汽压缩式制冷装置，时至今日蒸汽压缩式制冷装置仍是一种使用范围最广泛的制冷方法。 3、制冷技术的最新发展 1)热泵技术的发展（空气源热泵、水源热泵、水环热泵） 2)新材料的应用（相变材料、吸附材料） 3)机器、设备的发展 4)新型制冷工质的研究 5)新的制冷理论及实践（吸附式制冷、热电制冷、相变制冷、热声制冷、固体绝热去磁、气体绝热膨胀）,2018/9/13,5,绪论,4 、研究课题 1、节能与可再生能
3、源的开发利用1）热回收、高能效比设备的开发利用2）土壤源热泵 2、新型制冷循环吸附式制冷、热电制冷、磁制冷、热声制冷等 3、寻找新型节能环保的制冷剂,2018/9/13,6,第一章 蒸汽压缩式的热力学原理,图1.1 蒸气压缩式制冷系统简图,2018/9/13,7,蒸气喷射式制冷系统图,图1.2 蒸气喷射式制冷系统图,2018/9/13,8,制冷系统各部件及主要用途,制冷剂液体吸热、蒸发、制冷,得到低温低压制冷剂,放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体,压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度,2018/9/13,9,蒸气吸收式制冷系统图,图1.3 蒸气吸收式制冷系统图,2018/9/
4、13,10,吸附式制冷系统的原理图,图1.4 吸附式制冷系统的原理图,2018/9/13,11,第一节 理想制冷循环,一、逆卡诺循环 1、实现逆卡诺循环必须具备热工条件 1)高温热源和低温热源温度恒定，工质在蒸发器和冷凝器中与外界热源之间传热没有温差； 2）工质流经设备是设备内部不可逆损失；,图1.5 逆卡诺循环在T-s图上的表示,2018/9/13,12,一、逆卡诺循环,2、实现逆卡诺循环必要设备 压缩机、冷凝器、膨胀机、蒸发器 3、循环过程示意图及能量方程 外界输入压缩功 wc=w-we=(Tk- T0)(sa- sb) 制冷量 q0=T(sa- sb) 制冷系数 c=T0/(Tk-T0)
5、 供热系数 = +1 4、影响制冷系数的主要因素 1）蒸发温度的影响 蒸发温度主要取决于制冷对象的温度要求,不能变动,相同的冷凝温度下，蒸发温度越高，制冷系数越大，单位制冷量能耗越低。一般蒸发温度比冷库温度低,以保证传热需要。,2018/9/13,13,一、逆卡诺循环,2）冷凝温度的影响 冷凝温度取决于冷却介质(大气或冷却水等)的温度,不能随意变动。相同的蒸发温度下，冷凝温度越低，制冷系数越大，越有利于节能。一般冷凝温度要高于冷却介质温度,以保证必要的传热温差。 二、劳仑兹循环 在两个变温热源之间进行的理想制冷循环过程，由两个等熵绝热过程和两个可逆多变过程组成的理想循环过程。,2018/9/1
6、3,14,图1.6 热泵空调系统工作原理图,2018/9/13,15,第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环,一、蒸汽压缩式制冷的理论循环 1、理论循环工作工程及特点 1）在冷凝器、蒸发器中有温差的定压过程代替无温差的定压过程 2）膨胀阀代替膨胀机绝热节流代替绝热膨胀 3）压缩机吸入饱和蒸汽干压缩代替湿压缩 2、理论制冷循环特点 1）节流损失：绝热节流是不可逆过程；膨胀阀不做功，损失了膨胀功； 2）过热损失： 湿压缩制冷量减少；导致气缸液击，使压缩机汽缸遭到破坏。为了实现干压缩可在压缩机出口处设置气液分离器压缩机运行时严禁发生湿压缩,2018/9/13,16,冷凝器、蒸发器、冷水机组,2018/9/
7、13,17,第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环,采用干压缩过程可以增加单位质量制冷能力，由于压缩终状态是过热蒸气，压缩机功耗大，制冷系数低，降低程度称为过热损失蒸气压缩式制冷理论循环的两种损失 节流过程带来的节流损失； 干压缩所产生的过热损失； 有传热温差的热交换,。,图1.5 理论循环TS图,2018/9/13,18,第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环,3）热交换过程的传热温差 在蒸发器和冷凝器实际传热过程中，制冷剂与冷源和热源由于存在温差，使得制冷系数低于理想过程的制冷系数，传热温差越大，制冷系数降低越多。 一般蒸发温度比被冷却介质温度低,冷凝温度要高于冷却介质温度,以保证必要的传热温差。,2
8、018/9/13,19,第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环,二、蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算 1、压焓图的应用,图1.6 理论循环在T-s图和lg p-h图上的表示,2018/9/13,20,压焓图,五态： 过冷液状态、 饱和液状态、 湿蒸气状态、 饱和蒸气状态、 过热蒸气状态。 等温线t,一点： 临界点C,三区： 液相区 两相区 气相区,八线： 等压线p（水平线） 等焓线h（垂直线） 饱和液线x=0， 饱和蒸气线x=1， 无数条等干度线x 等熵线s 等比体积线v,2018/9/13,21,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,(1)单位质量制冷剂制冷能力：(2)单位质量制冷剂，压缩机的耗功
9、量(3)单位质量制冷剂冷凝器负荷：,2018/9/13,22,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,1.单位质量制冷量 制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。q0=h1-h4=r0（1-x4） （1-1）,式中 q0单位质量制冷量（kJ/kg）； h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）； h4节流后湿蒸气的比焓值（kJ/kg）； r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）； x4节流后气液两相制冷剂的干度。,2018/9/13,23,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,2.单位容积制冷量 制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循
10、环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。,式中 qv单位容积制冷量（kJ/m3）； v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg）,2018/9/13,24,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,3.理论比功 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。w0=h2-h1 （1-3）,式中 w0 理论比功（kJ/kg）； h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）； h1 压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）,2018/9/13,25,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,4.单位冷凝热负荷制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放
11、出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。 qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3 （1-4） 式中 qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； h2与冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比焓值（kJ/kg）； h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg）； 对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系 qk = q0 +w0,2018/9/13,26,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,5.制冷系数 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示，,6.制冷效率R 制冷效率可以评价制冷剂热力学能对制冷系数的影响，是理论循环制冷系数与
12、考虑了传热温差的理想制冷循环制冷系数之比。,2018/9/13,27,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,2、蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算 (1)制冷剂单位制冷能力q0与单位容积制冷量qv (2)单位理论功w0 (3)单位冷凝热负荷qk (4)制冷剂循环流量qm (5)压缩机的理论功率P0和指示功率Pi (6)制冷系数 (7)冷凝器的热负荷,2018/9/13,28,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,例1-1 以R22为制冷剂的制冷装置，制冷剂的蒸发温度t4-20，压缩机的吸气温度t1-20，冷凝温度t320，试求该循环的制冷系数。 解 由R22的-图上找出给定的各点,并查出各点的焓值
13、如下:,2018/9/13,29,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,例1-2 以HFC134a为制冷剂的制冷装置，其制冷量41686 kJ/h。制冷循环的工作条件是：冷凝温度为30，过冷度t 5,蒸发温度为-15，压缩机的吸气温度t1-5,试求： （1）单位质量制冷量；（2）每小时的循环量qm；(3)制冷剂在冷凝器中每小时的放热量；（4）压缩机每小时消耗的理论功W和功率N；（5）制冷系数。 例1-3见教材例1-4,2018/9/13,30,蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算,例1-1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10，冷凝温度tk=35，工质为R22，循环的制冷量
14、Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。,解 点1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg 点3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，,由图可知，h2=435.2 kJ/kg，t2=57,2018/9/13,31,第三节 蒸汽压缩式制冷循环的改善,基本概念,液体过冷：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。 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。 过冷循环：具有液体过冷的制冷循环称之为过冷循环。采用再冷却可以减少节流损失,一、膨胀阀前液态制冷
15、剂再冷却,2018/9/13,32,一、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,2018/9/13,33,(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。,2018/9/13,34,一、膨胀阀前
16、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。,2018/9/13,35,(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,2018/9/13,36,(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);同时又能保证压缩机吸入具有一定过热度的制冷剂蒸气 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。,
