冷热源工程综述2011级建环2班

1、 冷热源工程 学院： 土木建筑工程学院 专业： 建筑环境与能源应用专业 学号： 姓名： 祝 波 指导老师： 罗 老 师 冷热源工程综述 本课程介绍了制冷基本知识，制冷剂和载冷剂，制冷压缩机，制冷系统设备与机组，吸收式制冷及设备，蓄冷技术，热泵七大方面的内容。通过学习这些内容了解制冷原理以及特点，然后根据研究结果来达到安全舒适高效节能的目标。下面分别就各块内容分解： 一 、制冷基本知识 （1）制冷方法主要有物理方法和化学方法，但大多数采用物理方法，目前广泛应用的物理制冷方法主要有： 融化制冷 相变制冷 汽化制冷 升华制冷 气体绝热膨胀制冷温差电制冷 无温差传热 逆卡诺循环 有温差传热 制冷循环

2、劳伦兹循环：具有变温热源的理想制冷循环 理论 蒸汽压缩式制冷循环 实际（2）逆卡诺循环制冷系数，实际逆向循环具有外部和内部的不可你损失，其不可逆程度用热力完善度来衡量。工作在相同温度区间的不可逆循环的实际制冷系数与可逆循环制冷系数的比值，称为不可逆循环的热力完善度,它越接近于1，。不可逆循环损失越小，经济性越好。 蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算： 图1.2 根据图1.2计算，单位质量的制冷量 单位容积制冷量 （吸气状态下制冷剂蒸汽比容） 制冷剂质量流量 (制冷装置的制冷量）单位功压缩机消耗的理论功率制冷系数冷凝器单位热负荷冷凝器热负荷 （3）运行工况对运行性能的影响：【1】蒸发温度对循环性能

3、的影响，当冷凝温度为定值，随着蒸汽温度的下降制冷机的制冷量减小，功率变化则与压缩比有关，当压缩比约等于3时，功率消耗最大（如图1.3）；【2】当蒸发温度为定值，随着冷凝温度的升高制冷机的制冷量减少，单位功增大，（如图1.4） 图1.3 图1.4 二、制冷剂和载冷剂 （1）制冷剂又称制冷工质，它在制冷装置中循环流动，依靠自身热力状态变化与外界发生热量交换，从而实现热量的迁移，达到制冷目的。 （2）载冷剂的物理化学性质尽量满足以下要求：在使用温度范围内，不凝固，不气化；无毒化学稳定性好，对金属不腐蚀；比热大，输送一定冷量所需流量小；密度小，粘度小；导热系数大，可减少换热设备的传热面积；来源充裕，价

4、格低廉。常用制冷剂有盐水溶液，乙二醇。 三 、制冷压缩机 （1）制冷压缩机是蒸汽压缩制冷系统中的主要设备 （2）活塞式制冷压缩机：开启式，半封闭式，全封闭式。理想工作过程做假设-压缩机没有余隙容积；吸气排气过程无能量损失；没有制冷剂的泄漏。 （3）活塞式制冷压缩机的性能： 压缩机的输气系数，由于各种因素，压缩机的实际输气量小于理论输气量，输气系数，其受余隙容积的影响，吸气排气的影响，吸入蒸汽过热的影响，泄露的影响。 活塞式制冷压缩机的功率与效率：压缩机的轴功率=摩擦功率+指示功率，指示效率 ， ， 指示功率 ，一般的压缩机的指示效率为0.60.8 摩擦效率，一般的取值为0.80.9制冷压缩机轴

5、功率，效率。在实际工程中，制冷系数定义为单位轴功率的制冷量用COP 表示，（4） 螺杆式制冷压缩机的螺杆齿形和主要参数。螺杆制冷压缩机的特点：1具有较高转速，可以与原动机直联 2没有吸气排气阀和活塞环等易损件，结构简单，运行可靠，寿命长3排气温度低 4不存在不平衡质量惯性力和力矩，对基础要求低，可提高转速 5具有强制输气的特点，输气量几乎不受排气压力的影响6对湿压缩不敏感，便于操作管理7 没有余隙容积，也不存在吸气阀片及弹簧等阻力，容积效率较高 8输气量调节范围宽，且经济性好。（5）离心式制冷压缩机基本工作原理： 1叶轮的作用原理 2离心式制冷压缩机的特性：在一定的进口压力下，输气量，功率，效

6、 率与排出压力之间的关系 3影响离心式压缩机制冷量的因素：蒸发温度，冷凝温度，转速离心式压缩机的调节：一，制冷量的调节改变压缩机的转速，压缩机吸入管道上节流 ，转动吸气口导流叶片调节， 改变冷凝器冷却水量 ；二，反喘振调节， 离心式制冷压缩机发生喘振的原因主要是冷凝压力过高或蒸汽压力过低，维持正常的冷凝压力和蒸汽压力可以防止喘振。 四、制冷系统设备与机组 （1）冷凝器的作用是将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸气，通过其向环境介质放出热量而被冷却，冷凝成为饱和液，甚至过冷液体。 （2） 节流机构将冷凝器或贮液器中冷凝压力下的饱和液体节流降至蒸发压力和蒸发温度；同时根据负荷的变化，调节进入蒸发器制冷剂

7、的流量。 （3）制冷机组就是将制冷系统中的部分设备或全部设备组装在一起，成为一整体。 优点：结构紧凑，使用灵活，管理方便，占地面积少，安装方便蒸汽压缩制冷系统：氨制冷系统：包括氨管道系统和油润滑系统氟利昂制冷系统：由于节流损失较大，常采用回热式制冷循环压缩-冷凝机组：将压缩机，冷凝器等组成一个整体，可与节流机构及各种类型的蒸发器组成制冷系统。 五 、吸收式制冷及设备 （1） 吸收式制冷是靠消耗热能来完成这种非自发过程，吸收式制冷的工质则是由两种沸点不同的物质组成的二元混合物。如氨-水工质，氨作为制冷剂，适用于低温如化工企业的生产工艺制冷中；溴化锂-水工质对，水作为制冷剂，主要用于空调制冷中。简

8、单吸收式制冷系统（如图5.0）图5.0 从发生器中出来的高压高温制冷剂蒸气到冷凝器，在冷凝器中向外界环境放出热量，制冷剂冷凝成高压常温的液体。高压常温液态制冷剂经膨胀阀节流成低压低温的汽-液混合物，进入蒸发器后，低压低温液态吸收被冷却物体的热量，汽化成低温低压的制冷剂蒸气，进入吸收器。 （3）吸收式制冷机的热力系数和热力完善度 热力系数，发生器中热媒对溶液系统的加热量为，制冷量最大热力系数，热力完善度（发生器中热媒的温度，蒸发器中被冷却物温度，环境温度） （4）溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施防腐蚀问题：确保机组的密封性、经常维护机内的高度真空、在机组长期不运 行时充氮气，在溶液中加入有效的缓

9、蚀剂。抽气设备防止结晶制冷量的调节：一般根据蒸发器的出口被冷却介质的温度进行调节。提高效率的措施：对传热管表面进行处理、在溶液中加入表面活性剂。 单击溴化锂装置制冷流程图 六、蓄冷技术 （1）基本概念：蓄冷技术就是指某些工程材料（工作介质）的蓄冷特性，储藏冷能并加以合理利用的一种实用蓄能技术。广义的蓄冷即是蓄热。 (2)最常用的蓄冷介质是水、冰和其它一些相变材料（如共晶盐）。一般的认为，蓄冷技术最适宜间歇使用、需冷量大且相对集中或峰谷负荷差异悬殊的用户，这主要包括大量公共建筑、部分商用建筑的空气调节以及一些工业生产过程。此外蓄冷系统可为某些特殊工程提供应急备用冷源。 (3)冰蓄冷技术：冰蓄冷是

10、指利用水或一些有机盐溶液作为蓄冷介质，在电力峰值期用以制成冰或冰晶，借助其凝固相变过程的放热作用将冷量蓄存起来。广泛应用于建筑物的空气调节。左图冰蓄冷系统 (4) 水蓄热技术：水蓄冷是使用水作为蓄冷介质，利用水温变化进行显热蓄冷的一种蓄能技术。制冷机尽量在用电低谷期间运转，制备出57摄氏度的冷冻水，将冷量蓄存起来。 水蓄冷空调系统除具有蓄冷技术应用的一般特点，与冰蓄冷空调系统相比较在以下方面存在着显著区别： 制冷设备：COP值高，运行能耗低 蓄冷装置：显热蓄冷所需蓄冷容器体积大，冷量损耗随之增加，亦难以适应 旧建筑改造。 介质输送系统：只使用水作载冷介质，输水增大。 初投资，一般初投资较小 技

11、术要求：设计与运行方面技术要求不高 兼顾蓄热左图水蓄冷系统原理图 (5)共晶盐蓄冷技术：共晶盐蓄冷是指利用共晶盐的相变潜热蓄存冷量，并用以满足用户用冷需求的一种实用蓄能技术。 七 、热 泵 (1)所谓热泵，在工程热力学原理就是制冷机，热泵就是一个系统。当需要供热时，它从热源获取热量并释放至需调节的空间去；当需要制冷或去湿时，它从该空间吸收热量并排放到冷却介质中一个系统。 (2)热泵的分类及其热源：分类：空气-空气热泵，空气-水热泵，水-水热泵，大地耦合式热泵，大地热源直接膨胀式热泵等。 (3)热泵的能源利用系数：反映制冷系数的高低，还考虑到热泵利用一次能源的效率，它包括发电效率和输电效率,（是

12、热泵制热系数） 风冷式热泵原理图（较适用于单区或多区的集中式空调） (4)空气-水热泵机组的特点：其制冷与制热所得冷量或热量课通过热媒-水传输到较远的用冷、用热设备。优点：冷热源兼用，一机两用；整体性较好，安装方便，可以露天安装机房，不占用有效建筑面积；采用风冷，省去了冷却塔和冷却水系统，安装简单方便；冬季运行时，利用的是大气的自然能。缺点：夏季采用风冷冷凝器，冷凝压力高，COP值较冷水机组低。最大短处在于其空气侧换热器要求的换热面积大，设备价格昂贵。 (5) 水-水热泵机组是以水作为低位冷热源，高位冷热源侧提供冷冻水或热水的热泵机组。运行性能稳定，COP值较高，且由于可充分利用江河，湖，海水

13、体的自然能源，冬季供暖所需能耗少，是中央集中式空调系统节能性能最好的冷热源设备。（如图7.0） (6)水-空气热泵机组优点： 减少辅助加热量，达到节能目的 从动力供应角度和空气看，这类机组更接近于分散型系统。所以其用电量便于分层 分室独立计量，使用灵活。 可省去冷冻水系统及其相应的保温工程，减少管道占用空间，避免了这 部分管道凝 露滴水弊端。 设计，施工简便，对原有建筑加装空调业较容易实施，改建、扩建也较方便。缺点：运行噪声大，寿命相对缩短，空气质量品质难以保障，价格昂贵， 电热式常压热水锅炉优点：自动化，高精度；高效环保；安全可靠运行费用低 使用便利 常压中央热水机组 ： 直接常压中央热水机组； 间接式常压中央热水机组 太阳能热源：太阳能集热器