单级蒸汽压缩制冷循环

1、单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 山西财贸职业技术学院 精品课程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 第一章第一章 单级蒸汽压缩式制冷循环单级蒸汽压缩式制冷循环 教学目的与要求教学目的与要求 教学内容教学内容 教学重点和教学难点教学重点和教学难点 教学建议教学建议 作业作业 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 教学目的的要求教学目的的要求 1. 了解理想制冷循环和理论制冷循环的区别。 2. 了解单级蒸汽压缩式制冷理论循环的基本热力 分析和计算方法。 3.掌握单级蒸汽压缩式实际制冷循环。 4.掌握输气量、输气系数、制冷剂循环量、制冷

2、量、制冷压缩机的功率和效率、冷凝负荷、制冷 系数等概念。 5. 了解单级蒸汽压缩式制冷实际循环的基本热力 分析与计算方法。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 教学内容教学内容 第一节 单级蒸汽压缩式制冷循环的制冷 方法、原理与循环 第二节 单级蒸汽压缩式制冷理论循环及 其热力计算 第三节 单级蒸汽压缩式制冷实际循环 第四节 单级蒸汽压缩式制冷循环的影响 因素及工况 第五节 单级离心、螺杆式制冷循环 第六节 空气源热泵和地源热泵 返回总目录 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 第一节 单级蒸汽压缩式制冷循 环的制冷方法、原理与循环 （一）制冷方法、原理 （二）单级蒸汽压缩式制冷循环

3、 返回本章 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （一）制冷方法、原理 蒸汽压缩式制冷的热力学原理 利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产 生的吸热效应，达到制冷目的。生的吸热效应，达到制冷目的。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 能量的传递和转化 能量从一个物体传递到另一个物体有能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式两种方式 作功作功借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。 传热传热借传热来传递能量无需物体的宏观移动。借传热来传递能量无需物体的宏观移动。 1.热力学第一定律 自然界中的一切物质都具有能量，能量不可

4、能被自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被 创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态 转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量 的总量保持不变。的总量保持不变。 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 能量的传递和转化 2.热力学第二定律 热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体. . 制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析 热力学循环热力学循环 热源温度不变时的逆向

5、可逆循环逆卡诺循环 当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两 个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环。个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环。 在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力学效在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力学效 率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失。率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失。 正向循环正向循环 热能转化为机械功热能转化为机械功 逆向循环逆向循环 消耗功消耗功 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷与低温温区 的划分 制冷制冷 通过一定的方式将物体冷却到环

6、通过一定的方式将物体冷却到环 境温度以下。境温度以下。 “冷冷”相对于环境温度而言，相对于环境温度而言， 一般是指环境温度至绝对零一般是指环境温度至绝对零 度。度。 通过通过123123来分界温区来分界温区 制冷温区制冷温区 123K123K以上以上 低温温区低温温区 123K123K以下以下 低温温度范围低温温度范围 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 蒸汽压缩式制冷循环 “冷源冷源”指需冷却的空间指需冷却的空间 “热源热源”则指制冷机放热则指制冷机放热 的对象的对象 制冷循环就是通过一定的制冷循环就是通过一定的 能量补偿，从低温热源能量补偿，从低温热源 吸热，向高温热源排热。吸热，向

7、高温热源排热。 热源的温度决定制冷剂热源的温度决定制冷剂 吸热与排热的温度与压吸热与排热的温度与压 力，相应地决定了制冷力，相应地决定了制冷 循环中的高低压侧的压循环中的高低压侧的压 力比。力比。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （二）单级蒸汽压缩式制冷循环 l单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。 l制冷剂蒸汽压缩、冷凝成液体，放出热量 l冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸汽。 l制冷剂液体在低压（低温）下蒸发吸热 l制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩 单级循 环原理 图动画 单级蒸

8、气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷系统各部件的主要用途制冷系统各部件的主要用途 压缩制冷剂蒸汽，提高 压力和温度 放热，使高压高温制冷剂蒸汽冷却 、冷凝成高压常温的制冷剂液体 得到低温低压制冷剂 制冷剂液体吸热、蒸发、制冷 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 单级蒸汽压缩式制冷循环单级蒸汽压缩式制冷循环 容积式压缩机的单级压比受压容积式压缩机的单级压比受压 缩机容积效率和压缩终了温缩机容积效率和压缩终了温 度的制约度的制约 通常被限制在通常被限制在810 离心式压缩机的单级压缩比受离心式压缩机的单级压缩比受 工质分子量大小与叶轮的周工质分子量大小与叶轮的周 边速度制约边速度制约 通

9、常被限制在通常被限制在 24 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 蒸汽压缩式制冷系统的构成 各种控制阀各种控制阀 辅助部件辅助部件 蒸汽蒸汽 压缩压缩 式制式制 冷系冷系 统的统的 构成构成 四个主四个主 要部件要部件 压缩机压缩机 冷凝器冷凝器 节流件节流件 蒸发器蒸发器 不可不可 缺少缺少 管道管道 净化净化 贮集贮集 分离设备分离设备 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 压缩机 压缩机按压缩原理有两大类：压缩机按压缩原理有两大类： 容积型容积型 速度型速度型 容积型压缩机容积型压缩机 通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高 蒸汽压

10、力来完成压缩功能。蒸汽压力来完成压缩功能。 速度型压缩机速度型压缩机 由旋转部件连续将角动量转换给蒸汽，再将该动由旋转部件连续将角动量转换给蒸汽，再将该动 量转为压力。量转为压力。 压缩式制冷系统的心脏压缩式制冷系统的心脏主机主机 有用能的输入、制冷剂在系统中的循环流动有用能的输入、制冷剂在系统中的循环流动 压缩机压缩机 称为称为 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 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，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它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换 的设备。的设备。 冷凝器 用冷凝器将制冷剂从

11、低温热源吸收的热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。量及压缩后增加的热焓排放到高温热源。 蒸发器 蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。制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。或空气）的热量，达到制冷的目的。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 节流机构、管道 节流机构 控制进入蒸发器的制冷剂质控制进入蒸发器的制冷剂质 流率流率；对制冷剂的流动起扼制作用；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使来自冷凝器的高压液态制冷剂压 力降

12、低力降低。 管道 用管道将制冷机各组成部件连接用管道将制冷机各组成部件连接 成一个完整的制冷系统，使制冷剂成一个完整的制冷系统，使制冷剂 在封闭的系统中循环。在封闭的系统中循环。 节流动画 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 第二节 单级蒸汽压缩式制冷理 论循环及其热力计算 （一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成 （二）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的假 设条件和热力图 （三）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热 力性能及分析 返回本章 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环 组成 制冷压缩机制冷压缩机 冷凝器冷凝器 节流器节流器 蒸发器蒸发器 单级蒸汽压缩式制冷

13、循环，是指制冷剂在一次单级蒸汽压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次 循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达- 40-30。单级蒸汽压缩式制冷广泛用于制冷、。单级蒸汽压缩式制冷广泛用于制冷、 冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等 各种低温要求不太高的制冷工程。各种低温要求不太高的制冷工程。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （一）单级蒸汽压缩式制冷理论 循环组成 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成： 制冷压缩

14、机制冷压缩机 冷凝器冷凝器 节流器节流器 蒸发器蒸发器 压缩过程（压缩机中进行）压缩过程（压缩机中进行） 通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。 冷却冷凝过程（冷凝器中进行）冷却冷凝过程（冷凝器中进行） 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。 节流过程（节流阀中进行）节流过程（节流阀中进行） 压力、温度降低，焓值不变压力、温度降低，焓值不变 蒸发过程（蒸发器中进行）蒸发过程（蒸发器中进行） 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （二）单级蒸汽

15、压缩式制冷理论 循环的假设条件和热力图 理论循环的假设条件 1、压缩过程为定熵过程、压缩过程为定熵过程 2、冷凝、蒸发过程为定压过程，没有传热温、冷凝、蒸发过程为定压过程，没有传热温 差差 3、压缩机吸入的是饱和蒸汽，冷凝器出口为、压缩机吸入的是饱和蒸汽，冷凝器出口为 饱和液体。饱和液体。 4、制冷管道内无流动阻力损失、制冷管道内无流动阻力损失 5、节流过程为绝热过程、节流过程为绝热过程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环的热力图 1-2 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽。 2-2-3 冷凝器: 将制冷剂的热量排放给冷却介 质。 3-4 节流阀: 对制冷剂节流降压。 4-1 蒸发器

16、: 制冷剂吸收被冷却对象的热量。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 各部件的作用 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低 压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。 冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中 吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给 冷却介质。 节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸 发器的制冷剂流量。 蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸 收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 X=0 X=1 lgPlgP h 压焓图压焓图 等比容线 等熵线 饱和液线 等温线 等压线 湿蒸汽两相区湿蒸汽两相区 干

17、蒸汽线 临界点Tc 等焓线 过冷液体区过冷液体区 过热气体区过热气体区 压焓图 压焓图的结构如图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸， 提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 压焓图压焓图 一点：一点： 临界点临界点C 三区：三区： 液相区、液相区、 两相区、两相区、 气相区。气相区。 五态：五态： 过冷液状态、过冷液状态、 饱和液状态、饱和液状态、 湿蒸汽状态、湿蒸汽状态、 饱和蒸汽状态、饱和蒸汽状态、 过热蒸汽状态。过热蒸汽状态。 八线：八线： 等压线等压线p（水平线）（水平线） 等焓线等焓线h（垂直线）（垂直线） 饱

18、和液线饱和液线x=0， 饱和蒸汽线饱和蒸汽线x=1， 无数条等干度线无数条等干度线x 等熵线等熵线s 等比体积线等比体积线v 等温线等温线t 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环过程在压焓图上的表示理论循环过程在压焓图上的表示 1）制冷压缩机压缩过程制冷压缩机压缩过程 2）制冷压缩机冷凝过程制冷压缩机冷凝过程 3）制冷压缩机膨胀过程制冷压缩机膨胀过程 4）制冷压缩机蒸发过程制冷压缩机蒸发过程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环理论循环T-s图和图和lgp-h图图 理论循环理论循环T-sT-s图（图（a a）和）和lgp-hlgp-h图（图（b b） 单级蒸气压缩制

19、冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （三）单级蒸汽压缩式制冷理论循 环的热力性能及分析 单位制冷量； 单位容积制冷量； 单位理论功； 单位冷凝； 单级理论循环制冷系数； 单级理论循环热力完善度。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量 q0 制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质 中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。 q0=h1-h4=r0（1-x4） 式中 ： q0单位质量制冷量（kJ/kg）； h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）； h4节流后湿蒸汽的比焓值（kJ/kg）； r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜

20、热（kJ/kg）； x4节流后气液两相制冷剂的干度。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算 2.单位容积制冷量单位容积制冷量 qv 制冷压缩机每吸入制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态计）经循环从被冷却介制冷剂蒸汽（按吸气状态计）经循环从被冷却介 质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。表示。 qv= q0/v1 式中： qv单位容积制冷量（kJ/m3）； v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg） 3.理论比功理论比功w0 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂 蒸汽所消耗

21、的功，称为理论比功，用w0表示。 w0=h2-h1 式中： w0理论比功（kJ/kg）； h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）； h1压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg） 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算 4.单位冷凝热负荷单位冷凝热负荷 qk 制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热 量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。 qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3 式中： qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； h2与冷凝压力对应的干饱和蒸汽状态所具有的 比焓值（kJ/kg）； h3与冷凝压力对应的饱和液状

22、态所具有的比焓 值（kJ/kg）； 对于单级蒸汽压缩式制冷理论循环，存在着下列关 系 qk = q0 +w0 5.制冷系数制冷系数 0 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和 代价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示， 0=q0 / w0 =（h1-h4）/（h2-h1） 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算 例例1-1假定循环为单级蒸汽压缩式制冷的理论循环，蒸发温度假定循环为单级蒸汽压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=- 10，冷凝温度，冷凝温度tk=35，工质为，工质为R22，循环的制冷量，循环的制冷量Q0=55kW，试，

23、试 对该循环进行热力计算。对该循环进行热力计算。 解解 点点1：t1=t0= 10， p1=p0=0.3543MPa， h1=401.555kJ/kg， v1=0.0653m3/kg 点点3：t3=tk=35， p3=pk=1.3548MPa， h3=243.114 kJ/kg， 由图可知，由图可知，h2=435.2 kJ/kg， t2=57 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 1）单位质量制冷量 q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg 4）理论比功 w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）压缩机消耗的理

24、论功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW 3）制冷剂质量流量 qm= Q0/q0=55/158.443=0.3741kg/s 2）单位容积制冷量 qv= q0/v1=158.411/0.0653=2426kJ/m3 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg 8）冷凝器热负荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW 6）制冷系数 0=q0 / w0=158.411/33.645=4.71 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 第三节 单级蒸汽压缩式制冷实

25、 际循环 （一）单级实际制冷循环与理论制冷循环的区别 （二）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的过程及其 热力状态图 （三）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的热力性能 及分析 （四）实际工况及制冷剂的变化对循环的影响 （五）其他变化对实际制冷循环的影响 （六）实际制冷循环的热力计算 返回本章 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （一）单级实际制冷循环与理论 制冷循环的区别 理论理论 1、压缩过程为定熵过程、压缩过程为定熵过程。 2、冷凝、蒸发过程为定压、冷凝、蒸发过程为定压 过程，没有传热温差过程，没有传热温差。 3、压缩机吸入的是饱和蒸、压缩机吸入的是饱和蒸 汽，冷凝器出口为饱和液汽，冷凝器出口为饱

26、和液 体。体。 4、制冷管道内无流动阻力、制冷管道内无流动阻力 损失损失。 5、节流过程为绝热过程、节流过程为绝热过程。 实际实际 1、压缩过程不是定熵过程、压缩过程不是定熵过程。 2、热交换过程中，存在气体、热交换过程中，存在气体 过热、液体过冷现象。过热、液体过冷现象。 3、热交换过程存在传热温差。、热交换过程存在传热温差。 4、节流过程不完全是绝热过、节流过程不完全是绝热过 程。程。 5、管道内有流动阻力损失。、管道内有流动阻力损失。 6、系统存在不凝性气体。、系统存在不凝性气体。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （二）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的 过程 l1 1）制冷压缩机的

27、压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失。）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失。 l2 2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸汽，节流前往）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸汽，节流前往 往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象。往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象。 l3 3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷却介质温度高于制冷剂的）热交换过程中，存在着传热温差，被冷却介质温度高于制冷剂的 蒸发温度，环境冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度。蒸发温度，环境冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度。 l4 4）制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界）制冷剂在

28、设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界 有热量交换。有热量交换。 l5 5）实际节流过程不完全是绝热的等焓过程，节流后的焓值有所增加。）实际节流过程不完全是绝热的等焓过程，节流后的焓值有所增加。 l6 6）制冷系统中存在着不凝性气体。）制冷系统中存在着不凝性气体。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 单级实际循环的热力状态图 4-1表示制冷剂在蒸发器汽化和压降 过程； 1-1表示制冷剂蒸汽的过热（有益或 有害）和压降过程； 1-2s表示制冷剂蒸汽在制冷压缩机内 实际的非等熵压缩过程； 2s-2s表示制冷压缩机压缩后的制冷 剂蒸汽经过排气阀的压降过程； 2s-3表示制冷剂蒸汽经排

29、气管进入冷 凝器的冷却、冷凝和压降过程； 3-3表示制冷剂液体的过冷和压降过 程； 3-4表示制冷剂液体的非绝热节流过 程。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 简化的单级实际循环热力状态图 11 2(2)34 5 6 , , p p k 0 Lg p h 1-1表示蒸汽的过热过程 1-2表示实际增熵压缩过程 2-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程 4-5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程 5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程 6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （三）单级蒸汽压缩式制冷实际循 环的热力性能及分析 1.制

30、冷量； 2.制冷压缩机的功率和效率； 3.冷凝器负荷、过冷器负荷、回热器负 荷； 4.理论输汽量、实际输汽量、输汽系数、 循环量； 5.制冷系数、能效比及热力完善度。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 1.制冷量制冷量 单位质量制冷量单位质量制冷量q0 q0=h1-h6 单位容积制冷量单位容积制冷量qv qv=q0/v1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 2.制冷压缩机的功率和效率 按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸汽所消 耗的功，称为理论比功 w0=h2-h1 压缩输送1kg制冷剂蒸汽实际消耗的功，称为 指示比功 wi=h2-h1 理论比功w0与指示比功wi之比，称为制冷压

31、 缩机的指示效率i i=w0/wi 压缩机的理论功率P0 P0=qmw0 指示功率Pi Pi=P0/i 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 3.冷凝器负荷、过冷器负荷、回热 器负荷； 单位冷凝热负荷qk qk=h2-h4 冷凝器的热负荷Qk Qk=qmqk 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 4.理论输汽量、实际输汽量、输汽 系数、循环量； 1）、Vh=(/4)D2 SnZ3600=900D2snz 2）、压缩机的实际输气量 VsVh 3）、输气系数=Vs/Vh 4）、输气量：Vs=qm*v吸 5）、制冷量：Q0=qmq0 6）、指示比功：由于偏离定熵过程，压缩1kg制冷剂蒸汽 实

32、际消耗的功。 Wi=h2s-h1 7）、制冷剂质量流量qm qm =Q0/q0 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 5.制冷系数、能效比及热力完善度 实际制冷系数 s s=Q0/Ps=0s 热力完善度 = s/ 制冷循环接近它理想情况的程度，接近完善的程度 实际制冷循环的制冷系数s与工作在相同热源温度条件下，它的 理想制冷循环（逆卡诺循环）的制冷系数c的比值 。 越大，说明制冷循环经济性越好，热力学的不可逆损失越小； 反之，则制冷循环效果差，效率低。 永远小于1 。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （四）实际工况及制冷剂的变 化对循环的影响 上述循环是单级基本循环，在实用上，根

33、据实际条件对循环作一上述循环是单级基本循环，在实用上，根据实际条件对循环作一 些改进，些改进，以便提高循环的热力完善度，这一改进有液体过冷、吸以便提高循环的热力完善度，这一改进有液体过冷、吸 气过热及由此而产生的回热循环。气过热及由此而产生的回热循环。 液体过冷对循环的影响； 吸汽过热对循环的影响； 回热对循环的影响。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 液体过冷与液体过冷循环 液体过冷液体过冷：制冷剂液体的温度低于统一压力 下的饱和液体的温度称为过冷。 过冷循环：过冷循环：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。 采用液体过冷对提高制冷

34、量和制冷系数都是有利的采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 液体过冷对循环的影响 下图为具有液体过冷的循 环和理论循环的对比图， 1-2-3-4-1为理论循环， 1-2-3-4-1表示过冷循环。 两个循环的比功相同，过 冷循环中单位制冷量增 加，从而导致过冷循环 的制冷系数增加。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 液体过冷的产生 过冷的产生：过冷的产生： 1、冷凝器中冷凝面积的选择往往大于设计所需的 冷凝面积； 2、冷凝器选择条件是根据最热天气，最高的环境 介质温度。而在使用中的绝大多数时间内的冷凝 器是在低于上述条件的情况下工作，从而

35、使冷凝 面积过剩，为制冷剂过冷创造了条件； 3、设计过程中，人为设计一些过冷度。 4、在制冷系统中设置了过冷器。 5、在制冷系统中设置了回热器。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 液体过冷的lgP-h图 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 过冷循环在过冷循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 过冷循环在图上的表示过冷循环在图上的表示 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷系数变化对比制冷系数变化对比 w0 =h2-h1 w0=h2-h1 q0 =h1-h4 =（h1-h4）+（h4- h4 ）= q0+ q0q0=h

36、1-h4 过冷循环过冷循环 1-2-3 -4 -1 理论循环理论循环 1-2-3-4-1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 吸汽过热与吸汽过热循环 过热：过热：制冷剂蒸汽的温度高于统一压力下饱和蒸汽的温度。 过热循环：过热循环：压缩机吸入前的制冷剂蒸汽的温度高于吸气压 力下制冷剂的饱和温度时，称为吸气过热，两者温度之差 称为过热度。具有吸气过热的循环，称为过热循环。 过热的分类过热的分类 有效过热：过热吸收的热量来自被冷却对象，产生有用 的制冷效果 。 有害过热：过热吸收的热量来自被冷却对象之外，没有 产生有用的制冷效果。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 吸汽过热对循环的影响

37、 下图为具有吸汽过热的循环和理论循环的对比图，1-2-3- 4-1为理论循环，1-1-2-3-4-1表示吸汽过热循环。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 吸气过热的产生吸气过热的产生 1、蒸发器的蒸发面积大于设计所需的蒸发面积有效 过热。 2、为避免“湿冲程”，人为设计过热过程。 3、蒸发器与压缩机之间的连接管道吸收外界热量有 害过热。 4、蒸发器与压缩机之间的连接管道吸收被冷却对象的热 量，有效过热。 5、制冷系统中设置了回热器，有害过热，伴随过冷 过程。 6、封闭式压缩机中，吸气冷却电动机而过热，有害 过热，但是必须。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 吸气过热的lgP-h

38、图 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 过热循环在过热循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 过热循环在图上的表示过热循环在图上的表示 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 过热度对排气温度的影响过热度对排气温度的影响 131.5131.586.386.372.972.972.172.165.765.773.973.93030 93.093.055.955.944.144.144.444.437.437.445.345.30 0 NHNH3 3R22R22R134aR134aR290R290R600aR600aR502R502过

39、热度过热度 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 有效过热对制冷系数的影响有效过热对制冷系数的影响 有效过热对循环是否有益与制冷剂本身的特性有关。如图所示， 该图是在蒸发温度为0、冷凝温度为40的条件下计算所得 的结果。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 过热区单位容积制冷量的变化过热区单位容积制冷量的变化 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷量和制冷系数变化对比 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0=h2-h1 q0 =h1-h4= q0 q0 =h1 -h4=（h1-h4）+ （h1 - h1）=q0+ q0 q0=h1-h

40、4 有害过热有害过热 有效过热有效过热 过热循环过热循环 1 -2 -3-4-1 理论循环理论循环 1-2-3-4-1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 回热对循环的影响 回热：回热：利用回把热使节流前的制冷剂液利用回把热使节流前的制冷剂液 体与压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行体与压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行 热交换，使液体过冷、蒸汽过热，称热交换，使液体过冷、蒸汽过热，称 之为回热。之为回热。 回热循环：回热循环：具有回热的循环，称为回热具有回热的循环，称为回热 循环。循环。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 回热循环的回热循环的P-H图图 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循

41、环 回热循环原理图回热循环原理图 动画 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 回热循环在回热循环在T-s图（图（a）和）和lgp-h图（图（b）上的表示）上的表示 回热循环在图上的表示回热循环在图上的表示 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷量和制冷系数变化对比 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0=h2-h1 q0 =h1-h4 =q0+ q0 q0=h1-h4 回热循环回热循环1 -2 -3 -4 -1 理论循环理论循环1-2-3-4-1 回热循环与理论循环相比较，制冷系数的变化情况如下回热循环与理论循环相比较，制冷系数的变化情况如下 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制

42、冷循环 （五）其他变化对实际制冷循 环的影响 制冷剂与被冷却对象、环境介质之间传热 温差的影响； 节流过程不绝热的影响； 压力损失和热量损失的影响； 不凝性气体的影响。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 热交换及压力损失对制冷循环的影响热交换及压力损失对制冷循环的影响 1.吸气管道吸气管道 从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道称为吸气从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道称为吸气 管道管道 吸入管道对循环性能的影响最大。吸入管道对循环性能的影响最大。 吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸 气比容气比容 增大，压缩机的压力比增大，单位容积制冷

43、量减少，增大，压缩机的压力比增大，单位容积制冷量减少， 压缩机容积效率降低，比压力增大，制冷系数下降。压缩机容积效率降低，比压力增大，制冷系数下降。 2.排气管道排气管道 在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸汽传给在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸汽传给 周围空气，它不会引起性能周围空气，它不会引起性能 的改变，仅仅是减少了冷的改变，仅仅是减少了冷 凝器中的热负荷。凝器中的热负荷。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 热交换及压力损失对制冷循环的影响热交换及压力损失对制冷循环的影响 3.液体管道液体管道 在冷凝器到膨胀阀这段管路中，热量通常由液体制冷剂传给周围空气，在冷凝器到膨

44、胀阀这段管路中，热量通常由液体制冷剂传给周围空气， 使液体制使液体制 冷剂过冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷却水冷剂过冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷却水 温度很低，冷凝温度低于环境温度，热量由空气传给液体制冷剂，可能温度很低，冷凝温度低于环境温度，热量由空气传给液体制冷剂，可能 导致部分液体气化，这不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正导致部分液体气化，这不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正 常工作。常工作。 4.两相管道两相管道 通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。倘若将它安装在被冷却空间内，传给通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。倘若将它安装在被冷却空间内，传给 管

45、道的热管道的热 量将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的传递使制冷量减量将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的传递使制冷量减 少，因而此段管道必须保温。少，因而此段管道必须保温。 5.蒸发器蒸发器 如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，它仅使蒸发器中的传热温差如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，它仅使蒸发器中的传热温差 减小，要求传热面积增大而已。减小，要求传热面积增大而已。 如果假定不改变蒸发过程中的平均传热温差，其结果与吸气管道阻力引如果假定不改变蒸发过程中的平均传热温差，其结果与吸气管道阻力引 起的结果一样。起的结果一样。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 热交换及压力损失对制

46、冷循环的影热交换及压力损失对制冷循环的影 响响 6.冷凝器冷凝器 假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的 流动阻力，必须提高进冷凝流动阻力，必须提高进冷凝 器时制冷剂的压力，这必器时制冷剂的压力，这必 须导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机须导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机 耗功增加，制冷系数下降。耗功增加，制冷系数下降。 7.压缩机压缩机 在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。而实际上，在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。而实际上， 整个过程是一个压缩指数整个过程是一个压缩指数 在不断变化的多方过程。另在不断变化的多

47、方过程。另 外，由于压缩机气缸中有余隙容积的存在，气体经过外，由于压缩机气缸中有余隙容积的存在，气体经过 吸、排气阀及通道出有热量交换及流动阻力，这些因吸、排气阀及通道出有热量交换及流动阻力，这些因 素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的 功率增大。功率增大。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性冷凝、蒸发过程传热温差对循环性 能的影响能的影响 由于冷凝器与蒸发器中传热温差的存在，由于冷凝器与蒸发器中传热温差的存在， 会使实际的冷凝温度比理论循环的冷凝温会使实际的冷凝温度比理论循环的冷凝温 度高，蒸发温度

48、则比理论循环的蒸发温度度高，蒸发温度则比理论循环的蒸发温度 低，从而使循环的制冷系数下降。制冷循低，从而使循环的制冷系数下降。制冷循 环中制冷剂与热源之间的传热温差越大，环中制冷剂与热源之间的传热温差越大， 制冷循环的效率越低。制冷循环的效率越低。 但传热温差的存在并不影响理论制冷循环但传热温差的存在并不影响理论制冷循环 的热力计算用于实际制冷循环。的热力计算用于实际制冷循环。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 不凝性气体对制冷循环的影响不凝性气体对制冷循环的影响 系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上 部，因为它不能通过冷凝器的液封。不部，因为它不能

49、通过冷凝器的液封。不 凝凝 性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，性气体的存在将使冷凝器内的压力增加， 从而导致压缩机排气压力提高，比功增加从而导致压缩机排气压力提高，比功增加 制冷系数下降，压缩机容积效率降低。应制冷系数下降，压缩机容积效率降低。应 及时加以排除。及时加以排除。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （六）实际制冷循环的热 力计算 确定工作参数； 进行热力计算。 动画 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 第四节 单级蒸汽压缩式制冷循 环的影响因素及工况 （一）蒸发温度To不 变，冷凝温度Tk变化 时对循环的影响 （二）冷凝温度Tk不 变，蒸发温度To变化 时对循环的影

50、响 （三）单级制冷压缩 机的工况； 返回本章 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （一） 其他条件不变，冷凝温度tk 升高的影响 h p 冷凝温度tk时：1-2-3-4-1 冷凝温度升高为tk时：1-2-3- 4 -1 1 2 3 4 tk t0 tk 3 2 4 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （二） 其他条件不变，蒸发温 度t0降低的影响 h lgp 蒸发温度t0时：1-2-3-4-1 蒸发温度降低为t0时：1-2-2-3-4-1 1 23 4 tk t0 2 4 t0 1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 （三）单级制冷压缩机的工况 压缩机的制冷量和轴功率等参数随

51、工况条件变化， 为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度条 件(名义工况：标准工况、空调工况)，作为压缩 机制冷量选用和比较的标准。 标准工况、空调工况、最大压差工况、最大轴功 率工况； 名义工况、考核工况； 不同工况制冷量、轴功率换算。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 名义工况(旧) 高温工况 中温工况 低温工况 最大压差工况：用来考核压缩机零件强度 、 排气温度、油温、电机绕组温度。 最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、 振动，并依此选配电动机。 (新) 空调工况 标准工况 工况 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 我国常用制冷机工况（通常适用于开启式） 1515 10（5

52、 ） 吸气温度tsh151510吸气温度tsh 405040过冷温度tsc353535过冷温度tsc 510 5（0 ） 蒸发温度t0555蒸发温度t0 405040冷凝温度tk 最大功率工 况 404040冷凝温度tk 空调工况 15 0（15 ） 15 吸气温度tsh1515 10 吸气温度tsh 405040过冷温度tsc252525过冷温度tsc 30 30（ 8） 20 蒸发温度t0 151515 蒸发温度t0 405040冷凝温度tk 最大压差工 况 303030冷凝温度tk 标准工况 R22R12R717R22R12R717 制 冷 剂 工作温度 / 工况种类 制 冷 剂 工作温

53、度 / 工况种类 注：括号内的数字相当于最大压差980kPa或最高蒸发温度为0的压缩机工况。 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 容积式制冷压缩机及机组的名义工况 （半 封闭 ） （开 启式 ） （18.3 ） （8B） （全 封闭 ） 所 有 型 式 30（40.6） （4.4） 1 0 35（40.6）40 （8A） 8低温 38543237 所有型式 44（48.9）5（4.4）49（48.9）6（6A） 全封闭32（32.2）32（32.2）55（54.4） 23（23.3） 5（5A） 低温 所有型式38184374 （半 封闭 ） （开 启式 ） （18.3 ） （3B） （全 封闭 ） 所 有 型 式 44（48.9） （4.4） 1849（48.9）7（6.