制冷技术与空调原理教材.ppt

总则 制冷技术与空调原理 第一节 基本概念 1、制冷：就是把某一物体或空间（包括空间内的物 体）的温度降低到低于环境介质的温度，并保持这 一低温状态的过程。 2、冷却：冷却是可以自发地进行，但高温物体的温 度不可能降低到低于环境介质的温度。 3、制冷机：为了达到和保持某一物体或空间（包括 空间内的物体）的温度的目的，不断地将该物体或 空间的热量以及由外界传入的热量转移到外界环境 中去，这一非自发的过程，需要消耗外界能量来进 行补偿，实现这一过程所需要的设备称为制冷机。 4、制冷剂：就是制冷机中使用的工作介质。 制冷剂在制冷机循环流动。 5、空气调节（简称空调）：就是通过对室内 空间的空气参数温度、湿度、流动速 度、清洁度等的调节，将室内空气参数控 制在一定技术要求范围内，以满足生产工 艺或人们对舒适环境的需求。 6、制冷与空调的关系：制冷与空调是两个密 切相关的学科。空调是制冷技术的重要应 用之一。 7、制冷方法：分为天然冷源和人工制冷两大 类。 8、天然冷源：如深井水、冬天贮冰，但它 受到季节、地域、贮存条件等限制。 9、人工制冷的方法：相变制冷、气体膨胀 制冷、热电制冷等。 10、相变制冷：利用物质由液态变为气相时 的吸热效应来获取冷量的方法。 此方法在实际应用中占绝大多数，具体 应用的有蒸汽压缩式、吸收式、蒸汽喷射 式、吸附式等四种制冷方式。 11、气体膨胀制冷：将高压气体作绝热膨胀 ，使其压力、温度下降，利用降温后气体 来吸取被冷却物体的热量，从而达到制冷 目的。 12、热电制冷：又称为温差电制冷或半导体 制冷。它是建立在珀尔帖效应的原理上的 一种新型的制冷应用。基本模型是：将两 种不同的材料的一端彼此连接起来，另一 端接上电源。，则在一端将会产生吸热（ 制冷）效应，另一端产生放热效应。 第二节 制冷技术的应用范围 1、食品的冷加工、冷藏及冷藏运输； 2、空气调节； 3、工业生产； 4、产品性能试验； 5、医疗、制药、生物工程； 6、建筑工业等。 第三节 制冷技术发展史 一、制冷技术发展史 1、1834年美国人试制成功第一台乙醚闭式 循环蒸汽压缩式制冷机； 2、1844年美国医生高里建立了第一座空调 室； 3、1875年林德提出氨蒸汽压缩式制冷机； 4、1918年美国工程师COPELAND发明了世界 上第一台家用冰箱； 5、1930年密其来首次发现氟利昂，给制冷 技术带来新的变革，使氟利昂制冷机得到 飞跃发展； 6、氟利昂制冷机带来问题： A、大气臭氧层空洞； B、全球变暖； C、原因所在：部分氟利昂工质（CFCs） 7、解决办法： A、禁止使用氟利昂工质CFCs； B、开发无污染工质； C、利用太阳能； 第一章 热力学原理 第一节 热力学基本定律 一、热力学第一定律及稳定流动能量方程式 1、热力学第一定律（简称能量守恒定律） ：是能量守恒和转换定律在具有热现象的 能量转换中的应用。它指出：自然界一切 物质都具有能量，物质从一种形式转换为 另一种形式，从一个物体传递给另一个物 体，在转换和传递过程中能量的数量不变 。 2、稳定流动能量方程式 Q+N=G（h2-h1） Q单位时间内加给系统的热量（kW） N单位时间内加给系统的功（kW） G流进或流出该系统的质量流量（m3/h） h1流体流入系统时的比焓（kJ/kg） h2流体流出系统时的比焓（kJ/kg） 二、热力学第二定律（简称开尔文定律） 1、热力学第二定律：不可能从单一热源取 热使之完全变为功而不引起其他变化；不 可能把热从低温物体传到高温物体而不引 起其他变化。 2、热力学第二定律揭示了热力过程的方向性。确 定了人工制冷可行性。 3、制冷模型的建立：在人工制冷过程中，由于消 耗了外界一定的能量（机械或热能）作为补偿， 就能完成将热量从低温物体（被冷却介质）传向 高温物体（环境介质）的过程，从而实现制取冷 量的目的。 第二节逆卡诺循环 一、无温差传热的逆卡诺循环由两个可逆变的 等温过程和两个可逆绝热过程组成，循环沿逆时 针方向进行。它是工作在一个恒温热源和一个恒 温冷源之间的理想循环。 二、有温差传热的逆卡诺循环 论点要点：面积不能无限大；温度只能接近； 无温差传热的逆卡诺循环 有温差传热的逆卡诺循环 s T T T2 1 2 4 3 56 T T T T2 T2 56 s 3 4 3 4 2 1 2 1 绝热压缩可逆等温 膨胀 可逆等温 压缩 绝热 膨胀 第三节 具有变温热源的理想制冷循环 劳伦兹循环 劳伦兹循环：如果热源的热容量有限，在与制冷剂进行热 交换的过程中，热源的温度也将发生变化，即被冷却物 体（冷源）的温度将由T1逐渐下降到T4，环境介质（热 源）的温度将由T3逐渐升高到T2。 T T2 Tm T3 T1 Tom T4 3 3 4 22 4 1 657 s 第二章 蒸汽压缩式制冷循环 第一节 单级蒸汽压缩式制冷的工作原理 一、压焓图（p-h图） 等压线 水平线 等焓线垂直线 等温线液态区垂直线 两相区水平线 过热区右下方弯曲线 等熵线向右上方倾斜实线 等容线向右上方倾斜点化线 等干线只存在于两相区 其方向视干度大小定 p h K s =1 =0 p p t 二、单级蒸汽压缩式制冷理想循环 1 22 3 4 p h 压缩机 冷凝器 膨胀阀 蒸发器 三、单级蒸汽压缩式制冷实际循环 3322 1144 p h 第三章 制冷剂及载冷剂 第一节 对制冷剂的要求及制冷剂分类 一、对制冷剂的要求 制冷剂应具有较好的热力性质和物理、化学性质，具体要求如下 ： 1、临界温度不太低，以便在常温下及普通低温下能够液化 2、工作温度范围内具有适宜的饱和蒸汽压力 3、单位制冷量大 4、粘度和密度小，以减少流动阻力 5、热导率高，以减少换热设备的传热面积 6、不燃烧、不爆炸、无毒，对金属材料不腐蚀、与润滑油不发生化学 作用、高温下不分解 7、绝热指数小，可降低排气温度 8、凝固温度低 9、应具有良好的电绝缘性能 10、价格低廉 11、对人类生态环境无破坏作用 12、单位容积压缩功率小 二、制冷剂分类 1、按物质种类划分： 无机化合物：水、氨、二氧化碳等 饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物（氟利昂），主要是 甲烷和乙烷的衍生物，如：R11、R12、R22、R502、R134a 、R407c、R410a等 饱和碳氢化合物：乙烷、丙烷等 不饱和碳氢化合物：乙烯、丙烯等 2、按标准蒸发温度划分： 高温（低压）制冷剂：蒸发温度ts0 冷凝压力pk0.20.3MPa 常用有R11、R113 中温（中压）制冷剂：蒸发温度0ts-60， 冷凝压力 0.3MPapk2.0MPa 常用有R12、R22、R134a 低温（高压）制冷剂：蒸发温度ts-60 常用有R13、R503 三、CFCs的禁用、限制和替代 1、问题的提出 2、CFCs的限用与禁用 3、替代制冷剂的研究动向 第二节 载冷剂 一、对载冷剂的要求 1、在使用温度范围内呈液态（凝固点低），挥发 性小 2、无毒，对人体无刺激性 3、粘度小，相对密度小，传热性能好 4、对金属腐蚀性小 5、不易燃烧，无爆炸危险 6、比热容较大 7、化学稳定性好 8、价格低廉，易于获得 二、常用的载冷剂 1、空气 2、水 3、盐水溶液 4、有机物载冷剂 三、润滑油的作用 1、润滑作用 2、散热作用 3、密封作用 4、消声作用 5、动力作用 第四章 其他制冷方式 第一节 吸收式制冷机 第二节 蒸汽喷射式制冷机 第三节 吸附式制冷 第四节 热电制冷 第五节 气体制冷机 第五章 制冷压缩机 一、按压缩机运动副和结构分类 1、按压缩机运动副分类 活塞式压缩机 涡旋式压缩机 螺杆式压缩机 离心式压缩机（非容积式，为速度型） 滚动转子压缩机 斜盘式压缩机 2、按压缩机结构分类 全封闭 半封闭 开式 二、按吸入压力饱和温度划分 高温压缩机：吸入压力饱和温度10-10 中温压缩机：吸入压力饱和温度0-20 低温压缩机：吸入压力饱和温度-20 第六章 冷凝器和蒸发器 第一节 冷凝器 冷凝器 风冷 冷凝器 水冷 冷凝器 卧式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器 套管式冷凝器 钎焊板式冷凝器 螺旋板式冷凝器 自然对流冷却式冷凝器 强迫对流冷却式冷凝器 蒸发式冷凝器 铜管铝翅 换热器 第二节 蒸发器 蒸发器 冷却 液体 载冷 剂蒸 发器 冷却 空气 蒸 发器 满液式壳管式蒸发器 干式壳管式蒸发器 直立管式、螺旋管式、蛇管式蒸发器 铜管铝翅换热器 冷却排管 第七章 节流元件及辅助器件 第一节 节流元件 1、手动节流阀 2、浮球阀 3、线性浮阀 4、孔板节流装置 5、毛细管 6、热力膨胀阀 7、电子膨胀阀 第二节 辅助器件 1、贮液器 2、气液分离器 3、油分离器 4、干燥过滤器 5、安全阀 6、视液镜 7、压力控制器（高压、低压） 8、压力开关 9、换向阀 10、能量调节阀 11、电磁阀 12、截止阀 13、单向阀 14、针阀 15、压力表 16、分液头 17、压力调节阀 18、过冷器 19、过热器 20、不凝性气体分离器等 第二节 辅助器件 一、弱电元器件 1、可编程控制器 2、数字量/模拟量输入输出扩展模块 3、触摸屏手操器 4、温度传感器 5、防冻开关 6、温度开关 7、水流开关 二、低压电器元件 1、空气开关 2、交流接触器 3、热过载保护器 4、中间继电器 5、时间继电器 6、电源保护器（相序、缺相） 7、急停开关 第八章 电制冷空调机组分类 第一节 冷水机组 冷 水 机 组 水 冷 冷 水 机 组 风 冷 冷 水 机 组 活塞式水冷水机组：5KW200KW 螺杆式水冷冷水机组：100KW1400KW 离心式水冷冷水机组：350KW35000KW 水源热泵冷水机组 涡旋式水冷冷水机组：5KW80KW 活塞式风冷冷（热）水机组：5KW200KW 涡旋式风冷冷（热）水机组： 5KW80KW 螺杆式风冷冷（热）水机组：100KW800KW 第二节 空调机组 空 调 机 组 家 用 空 调 商 业 及 工 业 空 调 窗式空调机 分体式空调机（壁挂、立柜等） 户式中央空调冷（热）水机组 户式中央空调冷（热）风空调机组 户式水源热泵冷（热）水机组 户式水源热泵冷（热）风空调机组 风冷单元式空调机组 水冷单元式空调机组 屋顶式空调机组 计算机房空调机组 VRV空调机组 按功能分： 单冷型 电加热冷热型 热泵冷热型 恒温恒湿型 按结构分： 立柜式 风道式 第三节 常用冷量单位 一、常用冷量单位 1 kW（千瓦） = 860 kcal/h（大卡） 1 kcal/h（大卡）= 1.163 W（瓦） 1 RT（冷吨） = 3516 W（瓦） 单位换算举例： 100104 kcal/h（万大卡）= 1163 kW（千瓦） 100 RT（冷吨） = 351.6 kW（千瓦） 100 kW（千瓦） = 28.44 RT（冷吨） 100 kW（千瓦） = 8.6 104 kcal/h（万大卡） 二、常用单位换算表 类 别(非法定单位)(换算系数)=法定单位 质量lbf0.4536kg 吨（t）1000 速度ft/s0.3048m/s ft/min0.0051 密度lb/in327679.9kg/m3 lb/ft316.0185 压强kgf/cm29.8067104Pa mmH2O9.8067 mmHg(torr)133.322 bar1105 atm101325 能、功、热kW.h3.6106J kgf.m9.8067 HP.h2.68106 Btu1055.06 功