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1、空调技术基础培训空调技术基础培训第一章第一章 制冷原理制冷原理Shenzhen McQuay Air Conditioning Co., Ltd.1Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理一、一、 基本定律和概念基本定律和概念热力学第一定律：即能量守恒定律热力学第一定律：即能量守恒定律 Q = U + W其中：其中：Q 从外界吸入的热量从外界吸入的热量 U 内能的增量内能的增量 W 外界所作的功外界所作的功 热力学第二定律：热力学第二定律： 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。基本定律基本定律2Sh
2、enzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理基本概念基本概念1. 温度：标志物体冷热的程度温度：标志物体冷热的程度 t ()= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t + 322. 压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强） Pa，MPa，bar, kgf/cm2 ，psia(g) 表压表压=绝对压力绝对压力 - 大气压力大气压力 真空度真空度=大气压力大气压力 - 绝对压力绝对压力3. 焓：焓：H=U+pV 工质内能与推动功的和工质内能与推动功的和 J 1kg工质的焓称为比焓工质的焓称为比焓 J/kg 4. 比
3、容：单位质量物质所占的容积比容：单位质量物质所占的容积 kg/m35. 比热比热: 单位质量物质升高单位质量物质升高1 吸收的热量吸收的热量 J/kg，Btu/lb. F 6. 干度：两相区中的工质气体的比份干度：两相区中的工质气体的比份 无量纲无量纲3Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理单位转换单位转换4Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理制冷机制冷机高温热源高温热源 Tc（环境）环境）低温热源低温热源 To（被冷却对象）被冷却对象）QcQoW =QoW(COP)根据热力学第一定律：根据热力学第一定律： Qo + W =
4、 Qk=QoToQkTk根据热力学第二定律：根据热力学第二定律：二、二、 制冷机热力学基本原理制冷机热力学基本原理= 1 +WQoTkTo所以所以1Tk / To - 1c =即即（理论工质、可逆循环）（理论工质、可逆循环）实际制冷机的实际制冷机的 (COP) 达不到达不到c存在效率因素存在效率因素 = / c5Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理压焓图：压焓图：1. 等压线等压线2. 等焓线等焓线3. 等温线等温线4. 等熵线等熵线5. 等容线等容线6. 等干度线等干度线123456三、压焓图三、压焓图 温熵图温熵图6Shenzhen McQuayR&D
5、系列培训系列培训-制冷原理制冷原理温熵图：温熵图：1. 等压线等压线2. 等焓线等焓线3. 等温线等温线4. 等熵线等熵线5. 等容线等容线6. 等干度线等干度线3412567Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理四、四、 单级蒸汽压缩式制冷的理论循环单级蒸汽压缩式制冷的理论循环理论循环组成：理论循环组成：1. 压缩机压缩机 2. 冷凝器冷凝器 3. 节流装置节流装置 4. 蒸发器蒸发器 12348Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理123423421h4h1h2phq0w0pkp0对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）
6、：对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：a. 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气 (1) 是处于蒸气压力下的饱和蒸气；是处于蒸气压力下的饱和蒸气；b. 离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体 (3) 是处于冷凝压力下的饱和液体；是处于冷凝压力下的饱和液体；c. 压缩机的压缩过程压缩机的压缩过程 (1-2) 为等熵压缩；为等熵压缩；qk9Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理d. 制冷剂通过膨胀阀节流制冷剂通过膨胀阀节流 (3-4) 时，其前、后焓值相等；时，其前、后焓值相等；e. 制冷剂在蒸
7、发制冷剂在蒸发 (4-1) 和冷凝和冷凝 (2-3) 过程中没有压力损失；过程中没有压力损失；f. 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；g. 制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。123423421h4h1h2phq0w0pkp0qk10Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理图图1-4中各状态点及各个过程叙述：中各状态点及各个过程叙述：点点 1 表示制冷剂进入压缩机的状态。表示制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度它是对
8、应于蒸发温度t0的饱和蒸气。的饱和蒸气。根据压力与饱各温度的对应关系，根据压力与饱各温度的对应关系，该点位于该点位于 p0 的等压线与饱和蒸气线（的等压线与饱和蒸气线（=1）的交点的交点上。上。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk11Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理点点 2 表示制冷剂排出压缩机的状态，表示制冷剂排出压缩机的状态，也就是进冷凝器时的状态。也就是进冷凝器时的状态。过程线过程线 1-2 表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（过程（s1=s2），），压力由蒸发压力压力由蒸发压力 p0 升高到冷凝压力
9、升高到冷凝压力 pk 。因此该点可通过因此该点可通过 1 点的等熵线和压力为点的等熵线和压力为 pk 的等压线的等压线的交点来确定。的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点高，因此点 2 表示过热蒸气状态。表示过热蒸气状态。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk12Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理点点 3 表示制冷剂出冷凝器时的状态。表示制冷剂出冷凝器时的状态。它是与冷凝度它是与冷凝度 tk 所对应的饱和液体。所对应的饱和液体。过程线过程线 2-2-3 表示制冷剂在冷凝器的冷
10、却（表示制冷剂在冷凝器的冷却（2-2）和）和冷凝（冷凝（2-3）过程。）过程。由于这个过程是在冷凝压力由于这个过程是在冷凝压力 pk 不变的情况下进行的，不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点 2），然后），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点饱和液体（点 3）。）。因此，压力因此，压力 pk 的等压线和的等压线和 =0 的饱和液体线的交点的饱和液体线的交点即为点即为点 3 的状态。的状态。
11、23421h4h1h2phq0w0pkp0qk13Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理点点 4 表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。发器时的状态。过程线过程线 3-4 表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由在这一过程中，制冷剂的压力由 pk 降到降到 po，温度由温度由tk 降到降到 to 并进入两相区。并进入两相区。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示示 3-4 过程。过程。23421
12、h4h1h2phq0w0pkp0qk14Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理过程线过程线 4-1 表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿等压线制冷剂的状态沿等压线 po 向干度增大的方向变化，向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机
13、前的状态点态点 1，从而完成一个完整的理论制冷循环。，从而完成一个完整的理论制冷循环。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk15Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示123423421s3 s4s1TsTdTkTo16Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为稳定流动的能量方程可表示为 Q + P = qm (h2 - h1) Q 和和 P 是
14、单位时间内加给系统的热量和功是单位时间内加给系统的热量和功qm是流进或流出该系统的稳定质量流量是流进或流出该系统的稳定质量流量h是比焓是比焓下标下标 1 和和 2 分别表示流体流进和离开系统的状态点分别表示流体流进和离开系统的状态点23421h4h1h2phq0w0pkp0qk五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算17Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理1. 节流阀节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功， Q = 0， P = 0，故故 P = 0 = qm
15、(h4 h3) h4 = h323421h4h1h2phq0w0pkp0qk18Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理2. 压缩机压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量 Q = 0， 故故P0= qm (h2 - h1) 式中式中 (h2 - h1)表示压缩机每压缩并输送表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用消耗的功，称为理论比功，用 w0 表示。表示。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk19Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理3. 蒸发器蒸发
16、器被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为因为蒸发器不作功，蒸发器不作功，P = 0 ，故故Q0 = qm (h1 h4) = qm (h1 h3)式中式中 (h1 h4) 称为蒸发器单位热负荷，用称为蒸发器单位热负荷，用 q0 表示。表示。它表示它表示1kg制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk20Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理4. 冷凝器冷凝器假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为Qk，因为冷因为冷凝器不作
17、功，凝器不作功，P = 0故故Qk = qm (h2 h3) 式中式中 (h2 h3) 称为冷凝器单位热负荷，用称为冷凝器单位热负荷，用 qk 表示。表示。它表示它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk21Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理5. 制冷系数制冷系数按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示0 =23421h4h1h2phq0w0pkp0qk=h1 h3h2 - h1 q0w022Shenzhen McQuayR&D 系列培训系列培训-制冷原理制冷原理六六. 实际制冷循环的压焓图表示实际制冷循环的压焓图表示ph23
