制冷空调系统原理与装---学习情境2 空调系统原理与装置.ppt

学习情境2 空调系统原理与装置,学习任务,单级制冷系统原理 空调系统设备认知 集中式空调系统 半集中式空调系统 冷水机组,一、制冷方法、原理,蒸发器,学习任务1 单级制冷系统原理,蒸发器、压缩机,冷凝器,节流器,单级蒸气压缩式制冷循环,（一）单级蒸气压缩式制冷理论循环 1、理论循环的假设条件： 压缩过程为等熵过程 冷凝和蒸发过程为定压过程，没有传热温差。 Tk=TH T0=TC 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体,二、 单级蒸气压缩式制冷理论循环及热力计算,除节流降压外，制冷剂在管道内流动时没有流动阻力损失 除了蒸发器和冷凝器外，制冷剂与外界环境没有热交换 节流过程为绝热过程,2、理论制冷循环在lgp-h图上的表示,12： 制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程,234：制冷剂在冷凝器中的冷却和冷凝过程,45： 节流过程,51： 制冷剂在蒸发器中的蒸发过程,压缩机 Q=0 压缩功w p0pk t0 t2 冷凝器 P=0 冷凝热Qk pk、 tk不变 节流机构 Q=0 P=0 h4=h5 蒸发器 P=0 制冷量Q0 p0、 t0不变,（二）理论制冷循环中各设备的热、功变化,单级压缩蒸气制冷机理论循环的性能可通过循环各点的状态参数计算出来,（三）单级蒸气压缩制冷理论循环热力分析,1、单位质量制冷量q0,2、制冷剂的质量流量qm,3、单位容积制冷量qv 4、理论比功w0 5、单位冷凝热qk,比较以上式子可以看出，对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系,8、制冷系数,制冷系数愈大,经济性愈好,6、压缩机消耗的理论功率P0,7、冷凝热负荷Qk,二、 单级蒸气压缩式制冷实际循环,实际循环和理论循环的差别：,压缩过程不是等熵过程 热交换过程中，有气体过热、液体过冷的现象存在 热交换器中存在传热温差 TkTH TCT0 节流过程不完全是绝热过程 制冷剂流动过程中有压力损失，且与环境介质间有热交换 制冷系统中存在不凝性气体,实际循环在状态图上的表示,（一）压缩机的实际压缩过程,1、压缩机的理论输气量 Vh(m3/h),压缩机在理论循环工作时，单位时间内吸入和压缩的制冷剂蒸气量,D-汽缸直径(m) S-活塞行程(m) n-转数(r/s) Z-缸数(个),2、压缩机的实际输气量 Vs,单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量Vs,qm : 制冷循环的质量流量 ， kg/s V吸：制冷压缩机吸气点的比容， m3/kg,原因：,余隙容积的存在减少了气缸的吸气容积 气缸泄漏的影响 压缩机的机械摩擦损失和内置电动机(封闭式压缩 机)的电动机损失 制冷剂吸、排气的压力降 制冷剂蒸气与气缸壁的换热 气阀运动规律不完善带来的效率下降,输气系数是制冷压缩机实际输气量与理论输气量的比值,3、压缩机的输气系数,即制冷循环的制冷量,4、压缩机的制冷量QO,5、压缩机的指示比功、指示功率和指示效率,指示比功i与指示功率Pi,由于偏离定熵过程, 压缩1kg制冷剂蒸气实际消耗 的功称为指示功i(KJ/Kg) 指示功率Pi单位时间内制冷压缩机实际消耗的功，单位kW。,指示效率i,压缩1kg工质所需的等熵循环理论功0与实际循环指示功i之比。,实际比功：压缩机压缩1kg制冷剂蒸气实际消耗的比功s 机械效率：指示功i 与实际比功 之比。它可以评定压缩机摩擦损耗的大小程度。,6、压缩机的实际比功和机械效率,由原动机传到压缩机主轴上单位时间内实际制冷循环消耗的功率称为轴功率，单位kW,7、压缩机的轴功率和轴效率,等熵压缩理论功率与轴功率之比，它可以评定主轴输入功率的利用完善 程度，较适用于开启式压缩机。,轴效率s,8、电功率和电效率,电功率Pel是指输入压缩机电动机的功率，单位kW 电效率el 压缩机等熵压缩理论功率与电功 率之比。它用以评定利用电动机输入功率的完善程度，适用于封闭式制冷压缩机,实际制冷系数,9、实际制冷系数、性能系数与能效比,性能系数COP (Coefficient of performance) 在一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比，它用来衡量制冷压缩机的动力经济性。 对于开启式压缩机,能效比EEP(Energy Efficiency） 在一定工况下制冷压缩机的制冷量与电动机的输入功率之比。,对于封闭式压缩机,（二）液体过冷、吸气过热及回热对实际制冷循环性能的影响,前面所述的循环，是单级压缩蒸气制冷机的基本循环，也是最简单的循环。在实际中对循环往往要作一些改进，以便提高循环的热力完善度。在单级制冷机循环中，这一改进主要有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。,将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为过冷。带有过冷的循环，叫做过冷循环（1-2-3-4-5-1)。 过冷度,1. 液体过冷,与无过冷的循环1-2-3-4-5-1相比，过冷循环的单位制冷量的增加量为,采用液体过冷对单级蒸气压缩式制冷循环是有利的,思考: 1.能否无限制地增大过冷度? 2.其他参数如何变化?,实现过冷的方法:,适当增大冷凝器面积 设置回热器 利用中间冷却器进行过冷,2.吸气过热,压缩机的吸气温度高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过热。具有吸气过热的循环，称为过热循环（1-2-3-4-5-1) 。 过热度,有效过热循环的制冷系数可表示为,在过热区，过热度越大，等熵线的斜率越大,有害过热循环的制冷系数可表示为,结论:,有害过热对制冷循环不利 有效过热循环中, 制冷系数的变化与制冷剂的种类有关: 有利 R134a、R290、R502 无益 R22、R717,3.回热循环,利用回热器使节流前的制冷剂液体与压缩机的吸气进行热交换，使液体过冷、蒸气过热的循环称之为回热循环 。,回热循环演示,回热循环（1-2-3-4-5-1):若不计回热器与环境空气之间的热交换，则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其热平衡关系为,结论：,回热器中，制冷剂蒸气的过热度大于制冷剂液体的过冷度。,应用:,氟制冷系统适合使用回热器 低温装置中也使用回热器 为保护压缩机,宜采用过热或回热器,传热温差 制冷剂与被冷却对象Tc、环境介质TH之间的温差 Tc T0 TH TK,（三）传热温差对实际制冷循环 性能的影响,传热温差对实际制冷循环性能的影响,影响了制冷循环的效率，降低了制冷循环的制冷系数。 消耗同样的功率却制取不了同样的制冷量。 制冷剂与热源间的传热温差越小，制冷循环的效率越高。没有温差的制冷循环即理想的制冷循环效率最高。,理想的制冷循环,没有传热温差, Tc = T0 TH = TK 热源恒温 制冷系数最大 QH = QC + P 即 QK = Q0 + P,c为在被冷却对象Tc和环境介质TH之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。,热力完善度,热力完善度愈大，说明该循环接近可逆循环的程度愈大。因此可以比较不同类型、使用不同能源、工作在不同热源温度间的制冷循环的经济性。,（四）节流过程不绝热,节流过程短暂，对制冷循环影响小 措施： 1、把节流装置设在冷却区域内； 2、如果节流装置设在冷却区域外，需要包绝热材料。,（五）压力损失及热交换,制冷循环效率降低, 制冷量减少 措施: 1、管路走向尽可能简短； 2、管件尽可能少； 3、管径选取合理，设备阻力小。,（六）不凝性气体,冷凝压力下不能冷凝为液体的气体，积存于冷凝器和储液器的上方，使冷凝面积减少，冷凝压力升高，压缩机排气温度升高，理论比功增加，制冷系数下降，制冷量减少。 措施： 1、自行排出-小型制冷装置 2、空气分离器-冷库系统 3、抽气装置-要求高真空度的中央空调系统,（七）简化后的实际循环,（八）实际制冷循环的热力计算,设计性计算 系统需求 设备选型 校核性计算 已有设备 系统需求,设计,满足,实际制冷循环的热力计算步骤：,确定制冷剂和制冷循环形式 确定制冷循环的工作参数 已知Q0、 、i 、m tH、tc 、tK 、 t0 、tgl 、tgr 蒸发温度 t0 = tc - t0 冷凝温度 tk = tH + tk 过冷温度 tgl = tk - tgl 过热温度 tgr = t0 + tgr,1、单位制冷量 2、单位容积制冷量 3、单位理论功,热力计算,4、单位冷凝热,为压缩机的指示效率,5制冷剂的循环流量,6冷凝器的热负荷,7实际比功,8压缩机的理论功率,9压缩机的指示功率,10压缩机的轴功率,11实际制冷系数,12热力完善度,设计计算,压缩机实际输气量 压缩机理论输气量 根据压缩机理论输气量来选择压缩机。,校核计算,压缩机理论输气量 压缩机制冷量,校核压缩机制冷量是否满足系统所需的制冷量。,一、蒸发温度对制冷循环性能的影响 二、冷凝温度对制冷循环性能的影响,三、 单级蒸气压缩式制冷循环的影响因素,学习任务2 空调系统设备认知,压缩机 热交换设备 节流机构 管道 各种控制阀 辅助部件,空调系统设备,一、压缩机,活塞式压缩机, 回转式压缩机, 涡旋式压缩机, 螺杆式压缩机,二、热交换设备,制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备。,用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源。, 冷凝器, 蒸发器,蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的目的。,三、 节流机构,作用：,对制冷剂的流动起扼制作用 使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低,控制进入蒸发器的制冷剂流率,四、其它设备,四个主要部件,压缩机 冷凝器 节流件 蒸发器,不可缺少,管道,附加,净化 贮集 分离设备,过滤器 干燥器 贮液器 集油器 油分离器 空气分离器,五、管道,用管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。,排气管,高压液管,低压液管,吸气管,制冷剂管道,学习任务3 集中式空调系统,中央空调系统可以按集中程度分为两大类： 集中式空调系统: 全空气风管系统 （一般用于商场、影剧院、宾馆大堂、体育馆等） 半集中式空调系统: 风机盘管系统 （一般用于写字楼、办公楼、宾馆客房等）,集中式空调系统,集中式空调系统,新风,回风,集中空气处理装置功能示意图,组合式空调箱构造示意图,集中式空调系统示意图,学习任务4 半集中式空调系统,半集中式空调系统,风机盘管FCU (Fan-coil Unit),风机盘管构造示意图,风机盘管构造示意图,水管路送至各个房间的末端 （风机盘管）,冷水机组的分类、特点,冷水机组的选择,活塞式冷水机组,螺杆式冷水机组,离心式冷水机组,小型中央空调机组,溴化锂式冷水机组,吸附式冷水机组,冷水机组的设计和使用工况,旋涡式冷水机组,学习任务5 冷水机组,冷水机组的分类及主要性能,冷水机组是生产冷水的制冷装置，广泛应用于空调工程和工业生产工艺中。根据冷水机组所用动力种类不同分为电力驱动冷水机组和热力驱动水机组。 冷水机组是中央空调系统的关键设备，也是需要冷水的生产工艺过程中的关键设备。选择使用前必须熟悉各种冷水机组的特点。 常用的冷水机组按配用的制冷压缩机类型不同，分为活塞式、螺杆式、离心式、旋涡式冷水机组。它们的蒸发器和冷凝器一般采用壳管式换热器，节流装置采用热力膨胀阀，制冷剂为氟利昂，活塞式、螺杆式和旋涡式用R22，目前离心式用 R11, 运行控制采用全自动控制，并设有多级能量调节。,活塞式冷水机组,以上海合众开利空调设备有限公司生产的活塞式冷水机组为例介绍，其冷凝器为水冷式，制冷量范围为112-60万Kcal/h.,活塞式冷水机组结构,图,活塞式冷水机组的控制系统,2每台压缩机中间的排气缸上装有热敏电阻,2)能量调节功能,通过汽缸上载,下载,开机,停机,3)起停控制功能,1.启动过程如何实现,2.如何停机,活塞式冷水机组进出管需装哪些阀门、仪表,螺杆式冷水机组,以日本西门子公司产日立牌水冷螺杆式冷水机组为例介绍，其制冷量范围为 125-624kw，压缩机采用半封闭螺杆式。,外型结构,图,采用目前最先进的DAC高效冷凝传热管，管外表面的多头螺旋细肋以及螺旋形突起，使换热系数和换热能力大副度提高。 内部结构优化设计，极大地提高了冷凝器抗腐蚀，抗污垢的能力，充分发挥冷凝器换热效果，从而保证机组达到较高的性能水平。 壳管式冷凝器上还安装安全阀，放气阀等，确保壳管式冷凝器的安全以及清洗，维护的方便性。,采用目前最先进的DAE高效蒸发传热管，管内表面的多头螺旋细肋以及螺旋形突起，使换热系数和换热能力大幅度提高。 采用管壳式结构、外表采用最新阻燃，防水型的隔热材料保温，冷水器冷媒侧耐压28Kg/cm22，水侧耐压高达20Kg/cm22. 蒸发器内设PVC工程塑料挡水板，抗腐蚀能力强，冷冻水沿隔板上下迂回流动，以增加挠流效果。蒸发器入口经特殊设计使冷媒在各铜管内分布更为均匀，以提高整体传热效率。 采用最新波纹状内螺旋高效换热管，传热系数高。管内蒸发具有较高热传效率，以确保机组良好的制冷性能。,水冷单螺杆冷水机组制冷原理,压缩机,冷凝器,蒸发器,离心式冷水机组,离心式冷水机组单机制冷量大,占地面积少,能耗低,可靠性高,主要用于需要大,中等冷量的高层建筑,办公楼,宾馆,剧院,商场,医院.,溴化锂吸收式制冷机组,吸收式制冷也是液体汽化法制冷的一种。由于它以消耗低温热能作为补偿实现制冷循环，对有余热场所热能的综合利用，以及对于太阳能的开发和应用都有重要的意义，因此近几年发展非常迅速。,吸收式制冷