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1、制冷与冷水机组原理制冷与冷水机组原理8/7/20241内容介绍内容介绍l制冷原理制冷原理l冷水机组原理冷水机组原理8/7/20242第一部分第一部分制冷原理制冷原理8/7/20243课程内容课程内容l制冷剂制冷剂l逆卡诺循环逆卡诺循环l制冷循环过程分析制冷循环过程分析8/7/20244制冷剂应有的特性制冷剂应有的特性 不燃和无毒 高压侧压力应不至于要求过高的结构强度 低压侧压力应高于大气压 汽化潜热大 较小的比容 液态比热小 易于检测系统渗漏点 与常用润滑剂相溶 传热系数和黏度应有利于传热 易于获得、成本低、易于处理 对系统常用的金属材料无腐蚀8/7/20245最可取的制冷剂应该有以下特征：最
2、可取的制冷剂应该有以下特征：应具有应具有不希望不希望成本低易于获取无毒不燃较大的汽化潜热对温度有限制需要很低的压力大的比容氟化烃已经成为最普通的市场选择氟化烃已经成为最普通的市场选择8/7/20246三个注意要点：三个注意要点： 可燃性 毒性(人体健康)该类制冷剂的组成如下该类制冷剂的组成如下碳(基本成分) + H,Cl,F的化合物CLHFSide CL + FInterior CL + F + H如右图三角形所示如右图三角形所示Side H + FSide H + CL氟化烃类制冷剂氟化烃类制冷剂8/7/20247CL含含Cl量越多，毒性越强量越多，毒性越强含含H H量越多，易燃性量越多，易
3、燃性越强越强HFR-12R-12R-11R-11含含Cl和和F的量的越多，完的量的越多，完全被卤化全被卤化(大气寿命长大气寿命长)；R-123R-123R-22R-22R 134aTarget Zone制冷剂性质制冷剂性质8/7/20248常用制冷剂常用制冷剂R-11 CCL3F 淘汰淘汰R-12 CCL2F2 将淘汰将淘汰R-22 CHCLF2 将淘汰将淘汰R-134a CF3CH2F 替代品替代品R- 123 CHCL2CF3 替代替代R- 11 R-410A CH2F2/CHF2CF3 替代替代R- 22R-717 Ammonia NH3 工业应用工业应用74.9 F-21.6 F- 4
4、1.4 F- 15.1 F82.2 F- 62.9 F- 28 F制冷剂化学方程式沸点备 注8/7/20249制冷剂制冷剂- -压焓图压焓图左边是液态饱和线 液态饱和线左边是过冷区拱形曲线以内区域为气液混合区 温度在临界点以上为过热蒸气R-22PressureEnthalpySaturated VaporSaturated Liquid过冷区过热区液态饱和区气态饱和区临界点右边是气态饱和线气态饱和线右边是过热区8/7/202411等压力线与横坐标平行 psia等焓线与纵坐标平行 btu/lb在曲线内部饱和温度线与压力线平行等温线在过冷区与纵坐标平行等温线在过热区向下倾斜等比容线Specific
5、 volume在过热区向上倾斜 ft3/lb等焓线Constant entropy在过热区向上倾斜(理想压缩)PressureEnthalpy40F120FEntropySpecific VolumeTemp.40F120F40F制冷剂制冷剂- -压焓图压焓图- -过热区过热区压力焓8/7/202412课程内容课程内容l制冷剂制冷剂l逆卡诺循环逆卡诺循环l制冷循环过程分析制冷循环过程分析8/7/202413逆卡诺循环逆卡诺循环蒸发器冷凝器膨胀机q0q2压缩机1234T1T2TS12348/7/202414课程内容课程内容l制冷剂制冷剂l逆卡诺循环逆卡诺循环l制冷循环过程分析制冷循环过程分析8/
6、7/202415ABC蒸发器冷凝器压缩机热气管吸气管热力膨胀阀液体管制冷循环制冷循环8/7/202416机械制冷循环机械制冷循环运用机械压缩，热交换和制冷剂循环运用机械压缩，热交换和制冷剂循环SDT = 122SCT = 12040F SET38F SSTPressureEnthalpy吸收热量吸收热量释放热量释放热量焓压力典型的循环低温吸热高温放热8/7/202417冷水机组原理冷水机组原理第二部分第二部分8/7/202418冷水机组原理冷水机组原理l冷水机组制冷循环概述与制冷效率冷水机组制冷循环概述与制冷效率l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径-降低压缩比降低压缩比l提高制冷效率的途径提
7、高制冷效率的途径-节能部件节能部件l压缩机的类型压缩机的类型8/7/202419冷水机组基本原理冷水机组基本原理一个典型的水冷式冷水机组由以下七个基本部件组成：1.蒸发器蒸发器2.压缩机压缩机3.冷凝器冷凝器4.节流装置节流装置5.润滑油系统润滑油系统6.控制系统控制系统7.辅助设备辅助设备辅助设备包括电机启动器、油分离器、油冷却器、储油器、经济器等等。这些可能是机组的一部分也可以在现场增加。8/7/202420冷水机组基本原理冷水机组基本原理l机组可以工厂整装的，也可以现场拼装。l循环水泵使冷冻水在蒸发器中循环，将温度由54F降至44F并送至建筑负荷。l在制冷循环中，机组的做功（压缩热）加上
8、蒸发器中吸收的热量一起从冷凝器中排走。l冷却水泵使水从冷凝器中带走热量，并由冷却塔将热量释放。在设计条件下，进入冷凝器的水温85F，出水温95F。l冷却塔释放热量给大气将水温由95F降到85F。l现在让我们看机组是如何分类的。8/7/202421基本的冷水机组基本的冷水机组商用冷水机组类型风冷或水冷往复式，螺杆式，离心式或吸收式等8/7/202422冷水机组分类冷水机组分类机组可以按排热方式分类，也可以按循环制冷剂的方法分类：l按排热方式分类： 机组可以有风冷和水冷的冷凝器，它们称为风冷机组和水冷机组。l按循环制冷剂的方法分类： 可以通过机械压缩来循环制冷剂。压缩方法包括： 1-往复式压缩机
9、2-螺杆式压缩机 3-离心式压缩机l吸收机组是用水做制冷剂的机组。8/7/202423冷水机组分类冷水机组分类l各种型号的机组的大致容量如下： 风冷 小型中型 水冷 小型大型 往复式 小型中型 螺杆式 小型大型 离心式 中型超大型 吸收式 小型大型l理解机组运行的关键是理解制冷循环。我们来看看循环中工质在各设备中的变化。8/7/202424冷水机组原理冷水机组原理l冷水机组制冷循环概述与制冷效率冷水机组制冷循环概述与制冷效率l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径- -降低压缩比降低压缩比l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径- -节能部件节能部件l压缩机的类型压缩机的类型8/7/202425冷
10、水机组的能耗和尺寸冷水机组的能耗和尺寸l压缩机所消耗的能量是3个因素的函数： -制冷剂在压缩机中的质量流量，lb/min（R.E.） -压缩机带来的压力增加（Pc - Pb） -压缩效率（压缩热）l任何改善上述3项的设备都会降低冷水机组的能耗和尺寸l我们先看降低压缩机的压缩比“lift”制冷效果（R.E.）压缩产热（H.C.）压缩机效率压力增加（Pc - Pb）8/7/202426降低冷水机组的压缩比降低冷水机组的压缩比l压缩机压缩比：压缩比指压缩机将工质的压力提高。压缩比的概念就像供水的水压头一样。l压缩机压缩比可以通过以下两种方式降低；1-提高饱和蒸发温度（SET）2-降低饱和冷凝温度（S
11、CT）l机组的生产商运用机械措施和控制系统从两方面改进。8/7/202427蒸发器的基本类型蒸发器的基本类型l二种类型a)满液式b)干式l 满液式a)水在管道内流动b)制冷剂浸没管道c)使用于离心式机组l干式a)制冷剂在管道内流动b)水在管外流动c) 回油性能好用于:往复式机组、螺杆式机组 8/7/202428基本的冷凝器类型基本的冷凝器类型冷凝器可有两种基本设计：冷凝器可有两种基本设计：1、水冷式：水沿管内流动时，从压缩机出来的热的制冷剂气体在管子的管壳侧凝结。外面有鳍的铜管通常在两端用机械扩管以保证热交换器内的制冷剂和水之间的密封。卸掉端盖可以从任何一端更换或清洗管束。不像蒸发器，冷凝器几
12、乎总是像冷却塔一样采用开放式循环。有时候像河、湖、井或城市用水都可以采用。可用的水温度根据水源和季节而变化。 因此，管子内部要不断的通过定期清洗来清除污垢。冷却塔通常使冷凝器进水温度达到85F并且出水温度达到95F。这使饱和冷凝温度达到105F。采用水冷冷凝器的冷水机组类型往复式、螺杆式和离心式。8/7/202429基本的冷凝器类型基本的冷凝器类型2、风冷式：制冷剂沿管内流动，管子外面有机械固定的金属翅片。周围的空气靠冷却风扇通过管束。空气一般以95F进入，105F排出。饱和冷凝温度大约在125F左右高于通常的水冷设计。往复式和螺杆式制冷机可以采用风冷冷凝器，离心式制冷机不用。往复式和螺杆式制
13、冷机采用风冷冷凝器，因为它们是固定排量的机器，并且以较高的压缩比运行。离心式制冷机对高压缩比敏感，通常不采用风冷冷凝器。8/7/202430基本的冷凝器类型基本的冷凝器类型l两种类型两种类型 - 水冷 - 风冷l水冷水冷 - 浸没式设计 - 冷却塔 - 一次式水源 - 一般从85F 升高到95F - 一般饱和冷凝温度为105F - 各种类型的冷水机组l风冷风冷 - 用室外空气 - 一般是95F进风，115F出风 - 一般是125 F的饱和冷凝温度 - 往复式和螺杆式Water Cooled105 F SCT95 F85 F95 F115 F8/7/202431冷却水的控制冷却水的控制l三通阀使
14、冷却水旁通来保证最低的冷却水温度(不低于55F)l面板上的DDC控制调节阀.l二通阀调节城市用水来保证最小的冷凝温度（不低于60F的饱和冷凝温度）.l面板上的DDC控制调节阀.l或者采用可变速的泵.8/7/202432冷水机组原理冷水机组原理l冷水机组制冷循环概述与制冷效率冷水机组制冷循环概述与制冷效率l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径-降低压升降低压升l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径-节能部件节能部件l压缩机的类型压缩机的类型8/7/202433提高制冷效果提高制冷效果制造商基本上有三种方法来设计设备以提高商业制冷机的循环制冷效果：1-使用过冷器使用过冷器2-使用闪发器使用闪发器3
15、-使用经济器使用经济器8/7/202434通向蒸发器通向蒸发器的过冷液体的过冷液体进水进水出水出水过冷部分过冷部分冷凝部分冷凝部分来自压缩来自压缩机的气体机的气体隔板隔板隔板将冷凝器底部隔开隔板将冷凝器底部隔开 制冷剂气体在冷凝器的上部冷凝 液体流入隔板下面的过冷器 最冷的水先进入过冷器，将制冷剂液体过冷至饱和冷凝温度以下典型的过冷器典型的过冷器8/7/20243523467饱和制冷剂流入蒸发器81冷却水进5压缩机制冷蒸汽冷却水出闪发器闪发器(1) 蒸汽 (5) 冷却水使闪蒸气冷凝(2)饱和液体（SCT） (6)低压下的饱和液体(3)液体进入闪发孔口 (7) 浮阀保持闪发器内液位(3)闪发膨胀
16、过程 (8) 在比(2)低的焓值下进入蒸发器制冷量(4) 少量液体蒸发 增加 8/7/202436l饱和液体 (6)离开冷凝器l制冷液流过第一个节流装置 压力降低l在(2)处产生闪蒸汽l闪蒸汽进入第二级压缩(4)的中间接口l剩余液体(7)冷却后进入蒸发器l制冷效果提高8%到10 6472EvaporatorCondenser需要两级经济器：增加制冷量经济器：增加制冷量8/7/202437冷水机组原理冷水机组原理l冷水机组制冷循环概述与制冷效率冷水机组制冷循环概述与制冷效率l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径-降低压升降低压升l提高制冷效率的途径提高制冷效率的途径-节能部件节能部件l压缩机的类
17、型压缩机的类型8/7/202438压缩机效率压缩机效率l压缩机的机机械械设设计计是影响它效率的一个主要因素。公差、摩擦、材料等都必须准确地设计。l进入压缩机的制制冷冷剂剂情情况况也影响压缩机的效率，这是由与压缩机设计参数无关的外部设备决定的。l所有的压缩机被设计成压压缩缩气气态态而而非非液液态态制制冷冷剂剂。为了保证气态而非液态的制冷剂到达压缩机进口，一般热力膨胀阀被用于固定排量的压缩机。l由于压缩机压缩制冷剂的体积，在过热度很大时通过压缩机的制冷剂会稀薄一些，压缩机的制冷剂质量流量会降低。8/7/202439压缩机效率压缩机效率l很明显，当过热度增加时，压缩循环效率会降低。当过热度增加时，压
18、缩循环效率会降低。l现代电子技术带来了解决办法。开利已经设计了电子膨胀阀，它可以提供非常精细的制冷剂流量控制。配合传感器和微处理器，可以保持更准确的过热度控制。制冷设备现在运行的过热度不是原来的15F而是5F，并且没有牺牲设备的安全性。8/7/202440压缩机类型压缩机类型l市场上的冷水机组有以下几种类型市场上的冷水机组有以下几种类型：活塞式冷水机组螺杆式冷水机组离心式冷水机组l压缩机的类型决定了它的容量范围和运行方式。压缩机的类型决定了它的容量范围和运行方式。8/7/202441压缩机类型压缩机类型 l在商用冷水机组中使用到的四种压缩机类型 -涡旋式涡旋式 - 往复式往复式 - 螺杆式螺杆
19、式 - 离心式离心式l它们有多大的制冷量范围？8/7/202442制冷量范围制冷量范围l如下所示，冷水机组的单机容量范围是15至10000冷吨。活塞式冷水机组的容量范围是15至至100冷吨冷吨。螺杆式冷水机组的容量大约是75至至750冷吨冷吨。离心式冷水机组的容量大约是100至至10000冷吨冷吨。8/7/20244310,000400110015Centrifugal ChillerCompressor TypesScrew ChillerReciprocating ChillerScroll60涡旋式冷水机组：涡旋式冷水机组： 2到到60冷吨冷吨往复式冷水机组：往复式冷水机组： 15到到1
20、00冷吨冷吨螺杆式冷水机组：螺杆式冷水机组： 75到到750冷吨冷吨离心式冷水机组：离心式冷水机组： 100到到10000冷吨冷吨制冷量范围制冷量范围8/7/202444涡旋式涡旋式8/7/202445涡旋式涡旋式8/7/202446实际运行实际运行8/7/202447往复式往复式l活塞吸进一定量的气体并且压缩l良好的高压缩比l用多个压缩机来增加冷水机组的容量l对小容量情况很好，有高的压缩比8/7/202448离心式离心式l气体进入旋转叶轮的进口l叶轮给气体离心力l气体流入并在扩散器处汇聚（受压）l扩散器将气体送至冷凝器l在低压缩比下处理大容量8/7/202449螺杆式螺杆式l气体被抽入吸入腔（A）l转子旋转并减小腔体积（B）l小量被压缩气体排出（C）l特征：固定排量l在高压缩比时中等容量8/7/202450结束Thank you!8/7/202451
