完整版建筑冷热源素材

1、未经出版者预先书面许可,不得转载或用于其他任何以营利为目 的的活动建筑冷热源素材电子版建筑冷热源素材电子版 以下简称电子版 摘录了教材?建筑冷热源?以下简称教材 中主要内容的梗概,以方便教师在制作讲课的课件时摘取教材中的素材.电子版涵盖了教材第1章第13章的主要内容,不包括第 14章内容.第14章供学生做课程设计或毕业设计 时参考,教师在指导学生设计时可结合设计题择要讲授.为便于查找内容,电子版保存了教材的章、节名称,但取消了节下小节编排. 电子版每节的内容均分假设干段,在每段的标题前用“ 标志,标题名称及分段的方法并不完全与教材的小节一致,但每节内容的次序仍保持与教材一致.电子版中的公式、插

2、图、表均无编号.教材制作课件时,可根据所选内容及增补内容,重新编章、节、小节的序号和公式、插图、 表的序号.为便于识别图中各组成部件,电子版中插图原标注的1、2、3均用文字取代,但图中的英文标注仍保存. 图中的英文字母均为该部件英文名称的第一个或前两个字母.例如图2-1中C为Condenser的第一个字母；CO为Compressor的前两个字母.教师在讲课时解释 一个即可,学过英语的学生很易记住.因此,电子版中未给予注释.限于作者的水平,电子版可能存在不尽人意的地方,敬请使用者提出珍贵意见,以便今未经出版者预先书面许可,不得转载或用于其他任何以营利为目的的活动陆亚俊第1章绪 论1.1建筑与冷热

3、源 保持建筑室内一定温、湿度的方法在一定温湿度条件下维持室内热量、湿量平衡,即可维持室内一定温度和湿度.当室内有多余热量和湿量时,需把它移到室外；当室内有热量损失时,需补充热量. 建筑物热量和湿量传递过程豆丁建筑物夏季与冬季热量和湿量传递过程建筑有多余的热量和湿量,如何移到室外呢利用低温介质通过换热器对空气冷却和去湿,从而通过低温介质将热量湿量移到室外.低温介质一地下水、天然冰一一天然冷源人工制取低温介质一一人工冷源建筑物夏季与冬季热量和湿量传递过程建筑有热量损失,如何向建筑补充热量呢利用温度较高的介质通过换热器对室内空气进行加热.地热水天然热源高温介质一人工制取高温介质一一人工热源 工厂余热

4、废热 制冷量、冷量、供热量、制热量、热量的概念热量是有温差的两个物体间传递的能量.工程中根据能量传递的方向不同分别用不同的名称. 制冷装置制冷机热泵一套由各种设备组成的,消耗一定量的高位能量将热量由低位热源传递到高位热源的装 置称为制冷装置或制冷机；假设它的目标为供热用,那么称为热泵液体相变制冷制冷的物理方法-气体绝热膨胀制冷温差电制冷 建筑热源在建筑中的其他用途热水供应；工艺过程用热；其他用热,如游泳池池水加热、洗衣房用热.1.2冷源与热源的种类人工冷源种类蒸气压缩式制冷机消耗机械功的冷源一由电动机提供机械功由发动机提供机械功吸收式制冷机消耗热能的冷源一蒸汽型澳化锂吸收式制冷机 热水型澳化锂

5、吸收式制冷机 直燃型澳化锂吸收式冷热水机组 烟气型澳化锂吸收式冷热水机组建筑热源种类燃煤型热源消耗燃料的热源一燃油型热源燃煤锅炉燃煤热风炉生产工艺用热燃油锅炉燃油暖风机燃油直燃型澳化锂吸收式冷热水机组燃气锅炉燃气型热源-燃气暖风机-燃气热水器燃气直燃型澳化锂吸收式冷热水机组太阳能热源一一利用太阳能生产热能的热源热泵一电动热泵燃气热泵和柴油机热泵电热水蒸汽锅炉电能直接转换为热能的热源一-电热水器电热风器,电暖气余热一一烟气、热废气或排气、废热水、废蒸汽、热的固体或液体等.冷热源按集中程度分类集中式冷源、热源一一集中制备冷量或热量,利用冷媒或热媒提供应用户应用.分散式冷源、热源一一设备制取的冷量或

6、热量直接提供应房间应用1.3建筑冷热源系统根本组成建筑冷热源系统由制冷机、锅炉等冷热源设备与相配套的各子系统组成的综合系统.冷源系统电动制冷机冷源系统eH缶;:I 0电动制冷机冷减系施典型制冷机组成的冷源系统蒸汽或热水型澳化锂吸收式制冷机冷源系统0蒸汽哎场长型漠化锂吨收式制冷机港黑系婉典型制冷机组成的冷源系统直燃型澳化锂吸收式冷热水机组的冷热源系统典型制冷机组成的冷源系统热源系统燃煤锅炉热源系统典型热源组成的热源系统电动热泵热源系统典型热源组成的热源系统第2章 蒸气压缩式制冷与热泵的热力学原理2.1蒸气压缩式制冷与热泵的工作原理 蒸气压缩式制冷机的工作过程J J工1七汽MT最简单的蒸气压缩式制

7、冷机原理图制冷机中充注易挥发的工质,例如四氟乙烷(CH2FCF3,代号R134a).制冷机中的工质称制冷剂.工质在制冷机中4个状态变化过程：(1)工质在蒸发器中的等压汽化过程(蒸发过程)汽化吸热,产生制冷效应.汽化时的压力称蒸发压力,对应的饱和温度称蒸发温度.(2)工质在压缩机中的压缩过程压缩过程消耗机械功.压缩后工质压力升高.(3)工质在冷凝器中等压冷却和凝结过程(冷凝过程)冷凝过程放出热量,产生制热效应.冷凝过程中的压力称冷凝压力,对应的饱和温度称冷凝温度.(4)工质经节流阀节流节流后工质压力降低.工质经历了蒸发一压缩一冷凝一节流4个状态循环变化过程,实现了热量从低温到高温的转移.其代价是

8、消耗了功.当制冷机用于供热(利用转移到高温处的热量)时,称为热泵. 制冷量和制热量制冷量一一单位时间内蒸发器从被冷却介质中提取的热量.用感表示e蒸发器evaporator的第个字母制热量一一单位时间内热泵的冷凝器供出的热量,在制冷机中称为冷凝热量,用感表 示c一冷凝器condenser的第一个字母.制冷量、制热量法定单位：W, kWo工程制单位：千卡/小时kcal/h,英热单位/小时Btu/h.换算关系：1W=0.86kcal/h 1kW=860kcal/h1kcal/h=1.163W1W=3.412Btu/h制冷量另一单位冷吨 TR-Ton of Refrigeration.1RT是指1吨0

9、c的水24h凝固 成0c冰所需提出的热量.英、美国家 1吨=2000磅,因此有1USRT=3517W=3024kcal/h=12000Btu/h 压缩机消耗的功率湾表不,单制冷机或热泵中压缩机在单位时间内消耗的功称为压缩机消耗的功率,用 位为W,kW.制冷机热泵COPCOPh感 W 施 W 制冷机或热泵的性能系数注意：逐可以指压缩机理论消耗功率、轴功率、电机输入功率或制冷机热泵的总 输入功率含风机、泵的电机功率2.2制冷剂及其热力性质图表 卤代煌卤代煌是饱和碳氢化合物CmH2m+2的氟、氯、澳的衍生物,是建筑中应用的制冷机 热泵中常用的一类制冷剂.卤代煌化学通式CmH nCl pFqBr r卤

10、代煌的编号RabcBd其中a=m 1,当a=0时,编号中省略b=n+1c=qd=r,当r=0时,编号中Bd均省略编号中氯原子数不表示,可按下式推算：n+p+q+r=2m+2例：R22一一CHClF2 二氯一氟甲烷CCl2F2R12CHF2CHF2 ch2fcf3分子量相同乙烷C2H6衍生物有同分异构体 碳原子团对称 R134碳原子团不对称R134a卤代煌有以下几类：氟煌FC,如CF4 R14,或写成FC14氯氟烧CFC,如 CCl2F2R12,或写成 CFC12氢氯氟烧HCFC,如 CHC1F 2 R22,或写成 HCFC22氢氟煌HFC,如 CH2FCF3 R134a,或写成 HFC134a

11、氢氯烧HCC,如 CH3CI R40,或写成 HCC40全氯代煌,如CC14符号中第一个C代表氯,第二个 C代表碳. 饱和碳氢化合物甲烷CH4 -R50,乙烷C2H6-R170丁烷及以后的烷类按序号600依次编号 环状有机化合物分子结构呈环状的有机化合物,如C4F8,编号为RC318. 共沸混合制冷剂由两种或多种制冷剂按一定比例混合在一起的制冷剂,在一定压力下平衡的液相和气相的组分相同,且保持恒定的沸点,这样的混合物称为共沸混合制冷剂.例如 R125/134a 50/50,编号为 R507A编号法那么：已商品化的共沸混合制冷剂给予编号,序号从 500开始. 非共沸混合制冷剂在一定压力下平衡的液

12、相和气相 ,且沸点并不恒定.400号开始.由两种或多种制冷剂按一定比例混合在一起的制冷剂, 组分不同低沸点的组分在气相中的成分高于液相中的成分例如 R32/125/134a 23/25/52,编号 R407C编号法那么：已商品化的非共沸制冷剂给予编号,序号从 无机化合物编号法那么：700加分子量氨NH3 R717二氧化碳CO2R744水H2O R718 制冷剂热力参数表制冷剂饱和状态下热力性质表R134a饱和状态下热力性质表温度t(C)绝对压力p kPa比容比靖汽化潜热hfg(kJ/kg)比嫡液体U f(L/kg)蒸气u g(m3/kg)液体hf (kJ/kg)蒸气Mg(kJ/kg)液体Sf(

13、kJ/ (kg K)蒸气Sg(kJ/ (kg K)6016.3170.678731.05020127.283360.230232.9480.701391.79427-5917,3860.679990.98961128.380360.862232.4820.706521.79212-5818,5130.681260.93311129.481361.494232.0130.711651.79002-5719,7000.682530.88038130.586362.127231.5400.716771.78797-5620,9490.683820.83114131.695362.759231.064

14、0.721881.78596制冷剂过热蒸气热力性质表R134a过热蒸气热力性质表温度t(C)比容u(m3/kg)比焰h(kJ/kg)比嫡s(kJ/ ( kg K)温度t(C)比容u(m3/kg)比焰h(kJ/kg)比嫡s(kJ/ (kg K)p= 292.82kPap=1016.4kPa00.068891397.2161.72200400.019857418.2261.7071350.070716401.8031.73865450.020583424.0771.72567100.072500406.3911.75499500.021272429.8121.74355150.074250410.

15、9831.77107550.021931435.4581.76089200.075969415.5861.78691600.022565441.0361.77776制冷剂的lgp-h图和T-s图lgp-h 图40.0200110015020025a MM) 350045 5OT 55cl 60d比妁出kJ IgiR134a的1g p-h图(简图)T-s图T-s示意图2.3蒸气压缩式制冷热泵理想循环和饱和循环理想循环逆卡诺循环逆卡诺循环在T-s图上的表示1-2等嫡压缩过程2-3等温压缩过程3-4等嫡膨胀过程4-1 等温膨胀过程设M kg工质在系统内循环一周,那么从低温热源处吸取热量Q2=T2 (

16、SbSa) M向高温热源排出热量W=Q2-Q1 = (T2-T1) (Sb-Sa) M循环消耗的净功COPCQiTiT2Ti制冷性能系数COPh,cQ2WT2T2Ti制热性能系数感 Mr (%h4)在湿蒸气区中的逆卡诺循环实际上这个循环无法实现,其原因是：(1)无温差传热实际上是行不通的.(2)压缩过程在湿蒸气区进行危害性大.(3)膨胀机的尺寸很小,制造不易.(4)状态点1很难检测和限制.饱和循环蒸气压缩式制冷饱和循环在T-s图上的表示饱和循环是对湿蒸气区中逆卡诺循环进行如下改造后的可实现的循环:(1)取消膨胀机,改用节流阀.(2)状态点1改为饱和蒸气状态.(3)使 TeT2.饱和循环在lgp

17、-h图上的表示*1 *4a IH? *Igp-h图上的饱和循环设系统内制冷剂质量流量为MK (kg/s),制冷剂在各设备中与外界的热量、功量交换如下：制冷量Q&qe -& hi h4冷凝热量或热泵制热量感qc M&h2 h3压缩机消耗功率Wwh2几Mr上式各式除以M,那么有单位质量制冷量密擀(h2 h3)单位质量冷凝热量(单位质量制热量)澹擀(h2 hi)单位质量压缩功根据热力学第一定律qc=qe+w制冷性能系数制热性能系数压缩机吸入口容积流量单位容积制冷量COP感qe济 whih4h2%qc h2 h3w h2 h1COPh=1 + COPQe 几 h4 qe qv 函 k iCOPCOPc

18、垄、qv均指压缩机吸汽口处注意：制冷机的容积流量各处不一定相等.如无特殊说明 的物理量. Te和Tc对饱和循环的影响蒸发温度变化的影响当 Tef,那么 qeT, qvf, wj, qcj , COPT, COPh T冷凝温度变化的影响当Tc4,那么qeT, qvf, wj, COPT, COPh T , qc与制冷剂性质有关,一般是增加的.2.4饱和循环和理想循环比较不考虑传热温差两个循环的比较饱和循环和逆卡诺循环在T-s上的比较饱和循环与理想循环的差异有：(1)采用干压缩后,压缩多耗了功Ai (称过热损失)；且排汽温度升高了.(2)用节流阀取代膨胀机,损失了膨胀功A2和单位制冷量减少了 A2

19、 (称节流损失)由于有过热损失和节流损失, 逆卡诺循环的程度.导致性能系数下降.用制冷循环效率来衡量饱和循环接近饱和循环与卡诺循环的比较逆卡诺循环饱和循环差 值单位质量制冷量qe面积 6-1-c-a-6面积 4-1-c-b-4A2单位冷凝热量qc面积 5-3-a-c-5面积 2-2 -3-a-c-2+A1单位压缩功W面积 1-5-3-6-1面积 1-2-2 -3-a-b-4-1A1+A2注：w的面积按w=qc qe确定.qe,cA qe,c 1(Az/qe,c)rar / z-帆 AA2 Wc1 (AiA?)/Wcqe hi h4 bl h44种制冷剂的节流损失、过热损失(te/tc=0C/4

20、0C )制冷剂节流损失过热损失t2 COPD R (%)A2(kJ/kg)A w(%)A qe,c(%)A1(kJ/kg )1A (%) wcR134a4.29220.162.950.1160.55445.48780.4R224.08417.452.560.5762.558.45.54681.2R71713.8038.721.2813.588.5795.75.74584.2R1231.7238.21.200406.23291.34种制冷剂热泵循环效率制冷剂R134aR22R717R123H , %82.883.786.292.42.5 饱和循环的改进举措节流前过冷高压制冷剂液体在节流以前进一步

21、冷却成过冷液体,以减少节流损失.节流前过冷在lgp-h图上的表示qe、qv、COP每过冷1C的增加百分数(te/tc=0C/40C )制冷剂R134aR22R717R123qe、qv、COP增加百分率()1.050.840.440.72回热循环回揶MU冷热促系解理想回热循环利用压缩机吸入前的低温蒸气对节流前的液体过冷却,以获较大的过冷度. 单位质量制冷量qv qe/M hi h4/vi单位容积制冷量w h2 h1单位压缩功qc h2 ha单位冷凝热量单位制热量COP=qe/w制冷性能系数COPh=qc/w制热性能系数qe=hi h6, 一 一 4种制冷剂米用回热循环后 COP、COPh、qv增

22、减百分比及t2制冷剂R134aR22R717R123COP增减百分比13.91.144.213.2COPh增减百分比11.80.973.62.8qv增减百分比2.491.034.531.5排汽温度t2 C62.877.912059.8 工况为te=0C, tc=40C,吸气温度t1=20C2.6 双级压缩制冷热泵循环压力比增加对循环的影响R134a在以下两种工况循环的比较te,Ctc, CPe,kPapc,kPaPc/Pe070292.822116.27.23040292.821016.43.47不同压力比的饱和循环在lgp-h图上的比较te/tc=0 Z70 工况下两种制冷剂的比较制冷剂节流

23、损失过热损失t2, ( )COPhT H (%)A2/Wc (%)A1/qec (%)A“Wc(%)R134a48.712.50.5571.13.7977.3R71716.14.111.5159.13.9380.2两级节流完全中间冷却的双级制冷热泵循环两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷热泵循环两级节流不完全中间冷却的双级制冷热泵循环两级节流不完全中间冷却的双级压缩制冷热泵循环一级节流不完全中间冷却的双级制冷热泵循环系眸明网图悄耳也I剪-MH I：的表出一级节流不完全中间冷却的双级压缩制冷热泵循环准双级制冷热泵循环有两级叶轮的离心式压缩机可实现此循环.第一级叶轮相当于低压级压缩机,第二级叶轮相当

24、于高压级压缩机.双级压缩制冷热泵循环的热力计算单位质量制冷量WL = h2 hi低压级压缩机单位压缩功WH=h4 h3高压级压缩机单位压缩功M&L 感/qe 感/hi h6低压级压缩机质量流量和容积流量&确MM&h 瓶h2 h6/h3 hs高压级压缩机质量流量和容积流量完全中间冷却确确V3(h2 h6)/(h3 h5)M&HM&L(h8 h6)/(h8 h5)不完全中间冷却VhM&LV3(h8 h6)/(h3 %)V& M&l (h2 hi)低压级压缩机消耗功率WH擀H(h4 h3)高压级压缩机消耗功率感於0 h5)冷凝热量或热泵制热量QCc 瓶(h5 h6)盘管式中间冷却器负荷COP M&l

25、 (hi h6)/M&L(h2 hi) MhS h3)制冷性能系数3.28397.216 241.474COP(417.205 397.216) 1.576(433.302 415.843)2.7实际循环与理论循环的差异在lgp-h图上表示的差异在lgp-h图上实际循环与理论循环的差异(1)蒸发器中并非等压过程.(2)压缩机吸汽状态偏离饱和状态.(3)压缩过程并非可逆的绝热过程.(4)冷凝器入口状态并非压缩终点状态.(5)冷凝器中并非等压过程.(6)高压液体管有阻力和传热.(7)节流阀及低压液体管中并非绝热节流利用吸汽管压降调节制冷机的制冷量用算例来说明,设饱和循环 te=40 C , tc=

26、0 C；制冷剂为R134a；吸汽管上装有调节阀, 使吸汽压力节流到相当于一5C的饱和压力.循环在lgp-h图上的表示循环各状态的热力参数:h1=397.216kJ/kgh2=424.919kJ/kgh2 =428.975kJ/kgvi=0.068891m3/kgvi=0.084367m3/kg吸汽有节流的制冷量Qe与无节流的制冷量Qe之比C&eqe$/V1Qeqe&/V1V10.068891-0.817v10.084367吸汽有节流的消耗功率W与无节流的消耗功率避之比W (h2 hjV/MW (h2 %)V/m(h2几),(428.975 397.216) 0.0688910.936(h2 %)%(424.919 397.216) 0.084367.吸汽节流后制冷量减少了 法,其性能系数是下降的.18.3%,而消耗功率仅减少了6.4%.这种调节制冷量的