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1、第1章,1.1 概述 1.2 制冷技术内容 1.2.1 制冷定义 1.2.2 制冷技术重点 1.2.3 制冷区域定位 1.3 各种制冷方法简介 1.3.1 蒸气压缩式制冷 1.3.2 蒸气喷射式制冷 1.3.3 吸收式制冷 1.3.4 吸附式制冷 1.3.5 空气膨胀制冷 1.3.6 热电制冷,第1章,1.4 热泵技术简介 1.5 热力学在制冷中的应用 1.5.1 热机循环效率 1.5.2 制冷循环性能系数 1.5.3 制冷循环热力完善度 1.5.4 制冷循环经济性评价指标分析,1.1 概述,制冷技术是研究和处理低温工程问题，满足人们对低于环境温度的空间或低温条件的需要而产生和发展起来的一门学
2、科。 人类生活在地球上，从事各种社会的和科学的活动，利用大自然的资源，对赖以生存的环境进行开发、改进和完善。在长期的日常生活、科学研究和生产实践中，人们所从事的各种活动和现象均与温度密切相关。 日常生活中，人在冬天感到寒冷而需要加热环境空气，在炎热的夏天需要把室内空气温度降低而使人凉爽，对于潮湿的空间人们需要将水分除掉，对干燥的环境又需要加湿。这种用于调节空气温度和湿度的技术，称为空调制冷技术。,1.2 制冷技术内容,1.2.1 制冷定义 1.2.2 制冷技术重点 1.2.3 制冷区域定位,1.2.1 制冷定义,制冷(refrigeration)是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或
3、流体降温，使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。,1.2.2 制冷技术重点,1.各种制冷方法及其循环特点 2.制冷循环热力学分析和计算方法 3.制冷剂性质 4.制冷机械设备性能 5.制冷装置自动化和智能化技术,1.各种制冷方法及其循环特点,制冷的方法是多样化的。有机械式制冷、热电式制冷、磁制冷式及热化学式制冷等，将热量从低于环境温度的对象传递到环境的方式和机理各不相同。了解和掌握各自的内部规律，详细分析每一种制冷循环的结构和能效转换特点，为进一步提高制冷机的循环效率奠定基础。,2.制冷循环热力学分析和计算方法,从事制冷空调专业的工程技术人员，熟悉各种制冷方法和原理，掌握热力学方法分析制冷循
4、环，熟练地运用logP-h图，利用状态点参数准确地计算制冷循环的各种热力学性能参数，是建筑环境与设备、制冷工程技术人员的基本技能，有利于空调工程设计中有效地选择制冷设备、在设计高效率的制冷设备产品时做出最佳性能预测方案。,3.制冷剂性质,制冷循环是通过制冷剂的热力状态变化得以实现制冷效果，制冷剂性质优劣对制冷机的效率和可靠性至关重要。掌握制冷剂的热力性质是进行制冷循环分析和计算的基础；掌握制冷剂的热物理性质是进行制冷循环的机械设备传质传热分析和流体动力计算的前提；熟悉制冷剂的物理化学特性(例如：ODP和GWP指标)是评价制冷剂的环境指标优劣的依据，为制冷机提供环保指标和热力性能好、传热效果佳、
5、动力特性强的工作介质。,4.制冷机械设备性能,熟悉制冷设备的工作原理、性能分析、结构特点，以及制冷装置的系统流程和系统辅助设计，是完成制冷循环设计，将设计图样付诸于制冷空调设备的制造以及将该设备应用于制冷空调工程中的重要环节。在熟悉这一环节时，建立制冷空调工程应用概念，了解各个部件的原理、结构和功能，以及制冷装置的加工工艺流程等。同时，了解制冷空调装置或设备性能测试评价的国家标准及其使用运行工况的行业规范。,5.制冷装置自动化和智能化技术,随着机械加工、自动控制和计算机技术的飞速发展，在制冷空调装置和设备中应用自动控制的水平越来越高，部分设备甚至达到智能型控制。例如：PCL控制、微处理机控制和
6、数码控制技术等，在当前的制冷空调设备中得到普遍应用。因此，掌握机电一体化和计算机知识，对制冷装置和设备的优化匹配、实现最佳运行效果、提高装置的效率、节约能源、增强装置和设备的可靠性及安全性非常重要。,1.2.3 制冷区域定位,制冷的温度范围通常在环境温度与绝对零度之间。按照制冷技术所得到的温度范围，制冷温度区域定位如下： 普通制冷：制冷温度在120K以上；深度制冷：制冷温度在12020K；低温制冷：制冷温度在200.3K；超低温制冷:制冷温度在0.3K以下。 制冷温度范围分为以上几个阶段，一则使科研工作者和工程技术人员根据制冷技术学科的温度特点去探索和应用；二则表明制冷温度范围不同，所采取的制
7、冷方式、制冷原理和制冷装置所使用的制冷工质和设备都有很大差别。,1.3 各种制冷方法简介,1.3.1 蒸气压缩式制冷 1.3.2 蒸气喷射式制冷 1.3.3 吸收式制冷 1.3.4 吸附式制冷 1.3.5 空气膨胀制冷 1.3.6 热电制冷,1.3.1 蒸气压缩式制冷,1.蒸气压缩式制冷原理 2.蒸气压缩式制冷系统,1.蒸气压缩式制冷原理,蒸气压缩式制冷系统是由制冷机械设备和制冷剂相互结合而成。一方面，制冷剂在低压换热器中由液体汽化变为蒸气，汽化时吸收的汽化热(潜热)来自被冷却对象，使被冷却对象(低温热源)的温度降低到环境温度以下，产生制冷效果。同时，环境(高温热源)向被冷却对象不断地传递热量
8、。要维持被冷却对象在某一低温，制冷剂必须连续地循环，系统需要连续制冷。另一方面，利用气体升压设备，将从低温热源吸收热量而汽化的制冷剂压力提高，在环境介质(空气或冷却水)的冷却下，在换热器中，由气体液化成为液体，释放液化热(潜热)，达到向高温热源放热的目的。因此，蒸气压缩式制冷循环是由制冷剂液体低压下汽化、蒸气被压缩升压、高压制冷剂气体液化和高压液体降压四个基本过程组成。制冷效应是制冷剂由液体变为气体，再由气体变为液体的相变过程转移热量来达到。,2.蒸气压缩式制冷系统,图1-2 蒸气压缩式制冷系统 1蒸发器 2节流装置 3冷凝器 4压缩机 5原动机,1.3.2 蒸气喷射式制冷,图1-4 蒸气喷射
9、式制冷循环示意图 1喷射器(a喷嘴 b扩压器 c吸入室) 2冷凝器 3压力锅炉 4制冷剂泵 5节流装置 6冷媒水泵 7蒸发器 8空调用户末端系统,1.3.3 吸收式制冷,图1-5 吸收式制冷循环图 1溶液泵 2发生器 3冷凝器 4制冷剂节流装置 5蒸发器 6吸收器 7吸收剂节流装置,图1-6 吸收式制冷系统示意图 1液体泵 2发生器 3冷凝器 4制冷剂节流阀 5蒸发器 6吸收器 7吸收剂节流装置,1.3.4 吸附式制冷,图1-7 吸附式制冷系统示意图 1蒸发器 2冷凝器 3吸附床,1.3.5 空气膨胀制冷,图1-8 等压循环空气膨胀制冷循环示意图 1空气压缩机 2、4、5截止阀 3被冷却空间
10、6膨胀机 7空气冷却器,图1-9 等压循环空气膨胀制冷循环温熵图,1.3.6 热电制冷,顾名思义，热电制冷是指电和热的关系，也是电和冷的关系。它是基于热电效应(即：帕尔帖效应)之上的一种制冷方法。1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后，发现一个接头变热；另一个接头变冷。这表明：电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量(冷端)，或者向外界放出热量(热端)，这就是帕尔帖(Peltire)效应。其作用机理：当导体与电源连接时，电荷在导体中形成电流，由于电荷在不同的材料中所处的能级不同，当它从高能级向低能级流动时，在材料的交界面会
11、放出能量(放热)；当它从低能级向高能级流动时，在材料的交界面会吸取能量(吸热)。电荷在不同能级的材料中流动就产生热电效应。,1.4 热泵技术简介,热泵，顾名思义就是泵热的设备，是为了满足人们日常生活和生产工艺中高温条件要求，人工地将热量从低温环境传送到被加热的对象中去，并维持加热对象温度不变。热泵工作过程也叫制热过程。,1.5 热力学在制冷中的应用,1.5.1 热机循环效率 1.5.2 制冷循环性能系数 1.5.3 制冷循环热力完善度 1.5.4 制冷循环经济性评价指标分析,1.5.1 热机循环效率,图1-13 可逆卡诺循环在热力循环和制冷循环中应用比较 a)热机循环 b)制冷循环,1.5.2
12、 制冷循环性能系数,在制冷循环中，用制冷性能系数COP (Coefficient of Performance)来评价各种循环的经济性，定义为 制冷性能系数(COP)=所获效益所耗能量,1.5.3 制冷循环热力完善度,式(1-12)和式(1-15)表述了在给定热源条件下制冷循环性能系数的最佳值。前提是可逆循环。在实际制冷机的制冷循环中，存在许多不可逆因素的影响，例如：温差传热、不同的制冷剂特性、系统管道流动阻力损失以及非等熵压缩和膨胀过程等。这些实际因素造成制冷循环的性能系数COP值下降。为了评价相同热源条件下实际制冷循环与可逆制冷循环的接近程度，引入制冷循环热力完善度也称为制冷循环效率概念。,1.5.4 制冷循环经济性评价指标分析,分析制冷机械的性能优劣和评价制冷循环的能量转换效率时，应用热力学基本原理定义的制冷性能系数COP和热力完善度。二者具有如下特点： 1)相同点：制冷性能系数和热力完善度均可反映制冷循环的经济性。 2)不同点：制冷性能系数与循环中传热温差、制冷剂特性、各部件效率以及系统损失有关，是衡量制冷机械自身经济性的一个绝对值。分析比较某一制冷机械的性能系数时，需要针对同一机型(比如：GMVL-R80W/A型室外空调机组)、相同热源条件和测试标准,
