第十一章 制冷循环

1、第十一章第十一章 制冷循环制冷循环11-111-1 概况概况11-2 11-2 压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环11-3 11-3 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环11-4 11-4 制冷剂的性质制冷剂的性质11-6 11-6 热泵循环热泵循环W0=Q1-Q2环境教学目标：教学目标：了解工程实际中制冷过程，掌握各种制冷循了解工程实际中制冷过程，掌握各种制冷循环的环的热力计算热力计算。知识点：知识点：空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；蒸气蒸气喷射制冷循环；吸收式制冷循环喷射制冷循环；吸收式制冷循环；热泵。；热泵。重重 点：点：空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制

2、冷系空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。数的计算及提高制冷系数的方法和途径。难难 点：点：结合工程对空气和蒸汽压缩制冷循环的描结合工程对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，建立数学模型，进行热力计算。述，建立数学模型，进行热力计算。制冷制冷是获得并保持低于环境温度的操作。制是获得并保持低于环境温度的操作。制冷和热泵一样，都是逆向循环的一种。热力冷和热泵一样，都是逆向循环的一种。热力学第二定律指出，热不能自发地由低温物体学第二定律指出，热不能自发地由低温物体传向高温物体。要使非自发过程成为可能，传向高温物体。要使非自发过程成为可能，必须消耗能量。必须消耗能量。制冷制

3、冷循环中所用的在低温下循环中所用的在低温下吸热和高温下排热的工作物质吸热和高温下排热的工作物质( (简称工质简称工质) )称称为为制冷剂制冷剂。制冷循环和热泵都是消耗外功或。制冷循环和热泵都是消耗外功或热能而实现热由低温传向高温的逆向循环。热能而实现热由低温传向高温的逆向循环。制冷循环的目的是获得低温，热泵的目的是制冷循环的目的是获得低温，热泵的目的是获得高温。获得高温。高温热源高温热源制冷制冷装置装置/热泵热泵低温热源低温热源放热放热q q1 1做功做功netnet吸热吸热q q2 2工作过程工作过程消耗功，获得热。消耗功，获得热。 复习！逆向循环复习！逆向循环w w0 0w w0 0q1q

4、2w 逆向循环是指循环中压缩过逆向循环是指循环中压缩过程所消耗的功大于膨胀过程程所消耗的功大于膨胀过程所作的功，循环的总效果不所作的功，循环的总效果不是产生功而是消耗外界功。是产生功而是消耗外界功。 消耗的功用于将热量由低温消耗的功用于将热量由低温物体传向高温物体。物体传向高温物体。1423T1T2TsT0制冷循环制冷循环热泵循环热泵循环制冷量制冷量q2耗净功耗净功w0耗净功耗净功w0吸热量吸热量q2供热量供热量q13.3.制冷循环与热泵循环的比较制冷循环与热泵循环的比较3241sT11-1 11-1 概况概况在在T T0 0T TC C之间的制冷循环中，之间的制冷循环中，逆向卡诺循环逆向卡诺

5、循环的制冷系数最大。的制冷系数最大。工程上把制冷系数称为制冷装置的工作性能系数，用工程上把制冷系数称为制冷装置的工作性能系数，用COPCOP表示。表示。ccccCTTTqqq00ccqqqCOP0一、制冷循环的经济性评价一、制冷循环的经济性评价1.1.环境温度一定时，冷库温度越低，环境温度一定时，冷库温度越低，制冷系数就越小制冷系数就越小没有必要把冷库温没有必要把冷库温度定得超乎需要的低，以节约能源。度定得超乎需要的低，以节约能源。2.2.同时保持环境温度不要太高，注意同时保持环境温度不要太高，注意散热和通风。散热和通风。制冷循环类型制冷循环类型压缩式制冷循环压缩式制冷循环压缩气体制冷压缩气体

6、制冷 压缩蒸气制冷压缩蒸气制冷吸收式制冷循环吸收式制冷循环吸附式制冷循环吸附式制冷循环蒸气喷射制冷循环蒸气喷射制冷循环半导体制冷半导体制冷常见制冷剂：常见制冷剂：氨（氨（NHNH3 3）氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）：氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）：CFC12(R12)CFC12(R12)、CFC11(R11) CFC11(R11) HCFC22(R22)HCFC22(R22)1.1.含氢氟代烃物质：（含氢氟代烃物质：（HCFC134aHCFC134a）热声制冷热声制冷11-2 11-2 压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环一、压缩空气制冷循环一、压缩空气制冷循环压气机压气机qcq01234冷库冷库冷

7、却器冷却器膨胀机膨胀机 右图是简单的压缩空气制冷右图是简单的压缩空气制冷循环装置流程图。循环装置流程图。四个主要部件：四个主要部件：膨胀机膨胀机是类似燃是类似燃气轮机等的动力机；气轮机等的动力机；压气机压气机已学已学过；过；冷却器冷却器和和冷库冷库类似于换热器。类似于换热器。图图11-1 压缩空气制冷循压缩空气制冷循环装置流程图环装置流程图水水 冷冷风风 冷冷大大型型冷冷凝凝器器*循环中几种未介绍过的设备节流阀节流阀 冷库中用到的几种蒸发器冷库中用到的几种蒸发器压气机压气机膨胀机膨胀机冷却器冷却器冷藏室冷藏室COLD medium at TLq1q2winwout4123由于空气的定温加热和定

8、温排热不易实现，故工程上用由于空气的定温加热和定温排热不易实现，故工程上用定压定压加热和加热和定定压压排热代替，可视为排热代替，可视为布雷顿循环的逆循环布雷顿循环的逆循环，其，其p - v和和T-s图如下图。图如下图。图图11-2 压缩空气制冷循环状态参数图压缩空气制冷循环状态参数图3vo142p44s1o3T21定压放热定压放热定压加热定压加热绝热膨胀绝热膨胀绝热压缩绝热压缩T0Tc空空气气压压缩缩制制冷冷循循环环过过程程12：绝热压缩绝热压缩 p,T2T0，压气机耗功压气机耗功WC23：等压冷却等压冷却 T3=T0，向环境放热向环境放热q034：绝热膨胀：绝热膨胀 T 4Tc ，膨胀机作功

9、，膨胀机作功WT41：等压吸热：等压吸热 T1=Tc，自冷库吸热自冷库吸热qC3vo142pnetw44s1o3T20T1cT布雷顿循环的逆循环布雷顿循环的逆循环)()(413241hhhhhhwqnetc1111112143443kkTTTTTTTT制冷系数制冷系数:其中其中称为循环增压比。显然，称为循环增压比。显然， ，但比较循环，但比较循环1-7-8-9-11-7-8-9-1和和1-2-3-4-11-2-3-4-1可知，可知，也会导致循环制冷量减少。也会导致循环制冷量减少。制冷系数和制冷量制冷系数和制冷量是一对矛盾是一对矛盾。把空气理想化成定比热容的理想气体把空气理想化成定比热容的理想气

10、体, 则有：则有：944s1o3T20T71cT9658netq空气压缩制冷循环特点空气压缩制冷循环特点 优点：工质为空气，无毒，无味，不怕泄漏。优点：工质为空气，无毒，无味，不怕泄漏。 缺点：缺点： 1. 无法实现定温加热和放热，制冷系数小于逆向卡诺循无法实现定温加热和放热，制冷系数小于逆向卡诺循环制冷系数环制冷系数 C2. q2=cp(T1-T4)，空气，空气cp很小，很小， (T1-T4)不能太大，不能太大， 制冷量制冷量q2 很小。很小。 若若(T1-T4)3. 活塞式流量活塞式流量m小，制冷量小，制冷量Q2=mq2小。小。 大流量叶轮式压气机和膨胀机大流量叶轮式压气机和膨胀机+ +回

11、热！回热！ 实际上很少应实际上很少应用，除了飞机用，除了飞机机舱的开式压机舱的开式压缩空气制冷。缩空气制冷。二、回热式空气制冷循环二、回热式空气制冷循环 膨胀机膨胀机冷却水冷却水冷却器冷却器回热器回热器压气机压气机冷库冷库456231低温工程大温差制冷，需提高低温工程大温差制冷，需提高增压比增压比，但使压气机和膨胀机的，但使压气机和膨胀机的负荷加重。为此可采用回热器，负荷加重。为此可采用回热器，用空气在回热器中的用空气在回热器中的预热过程代预热过程代替一部分绝热压缩过程，从而降替一部分绝热压缩过程，从而降低增压比低增压比。回热器就是一个换热器回热器就是一个换热器, , 空气在空气在其中的放热量

12、其中的放热量( (过程过程4-5)4-5)等于被预等于被预热空气在其中的吸热量热空气在其中的吸热量( (过程过程1-2)1-2)。图图11-3 回热式压缩空气制冷装置流回热式压缩空气制冷装置流程图程图从冷库出来的空气（从冷库出来的空气（T1TC）先进入）先进入回热回热器器升温到高温热源温度升温到高温热源温度T2（通常等于环境（通常等于环境温度温度T0），接着进入叶轮式压缩机进行压），接着进入叶轮式压缩机进行压缩，升温、升压到缩，升温、升压到T3、p3。再进入冷却器，。再进入冷却器，实现定压放热，温度降至实现定压放热，温度降至T4（理论上可以（理论上可以达到高温热源温度达到高温热源温度T2），随

13、后进入回热器），随后进入回热器进一步降温至进一步降温至T5（等于冷库温度（等于冷库温度TC），接），接着进入叶轮式膨胀机实现定熵绝热膨胀，降着进入叶轮式膨胀机实现定熵绝热膨胀，降压压、降温至降温至T6、p6，最后进入冷库实现定最后进入冷库实现定压吸热过程，升温到压吸热过程，升温到T1，完成理想回热循完成理想回热循环环1-2-3-4-5-6-1。gk m065534312nsTT0TcTmax图图11-4 回热式压缩空气制冷循回热式压缩空气制冷循环环T-s图图在理想情况下，在理想情况下，4-5过程中空气在回热器中过程中空气在回热器中的放热量（图中面积的放热量（图中面积45gk4表示）恰等于被预表

14、示）恰等于被预热空气在过程热空气在过程1-2中的吸热量（可用图中面积中的吸热量（可用图中面积12nm1表示）表示）。与不采用回热的循环与不采用回热的循环1-3-5-6-1相比，循环相比，循环中工质的中工质的吸热量没有变化吸热量没有变化，都是过程，都是过程6-1吸收吸收的热量；由于面积的热量；由于面积34kn3等于面积等于面积35gm3，故故循环放热量也没有变化循环放热量也没有变化，所以循环的制冷系，所以循环的制冷系数也没有变化。但是循环的数也没有变化。但是循环的增压比却从增压比却从p3/p1下降到下降到p3/p1。这为采用压比不能很高的叶轮。这为采用压比不能很高的叶轮式压气机和膨胀机提供了可能

15、。而叶轮式压气式压气机和膨胀机提供了可能。而叶轮式压气机及膨胀机可提供大流量的空气，这样循环既机及膨胀机可提供大流量的空气，这样循环既有较高的制冷系数，又有较大的制冷量。有较高的制冷系数，又有较大的制冷量。 gk m065534312nsTT0TcTmax图图11-4 回热式压缩空气制冷循回热式压缩空气制冷循环环T-s图图注意，同温限的吸热量和放热量相等。注意，同温限的吸热量和放热量相等。此外，由于不应用回热时，在压气机中此外，由于不应用回热时，在压气机中至少要把工质从至少要把工质从TC压缩到压缩到T0以上才有可能以上才有可能制冷制冷（因工质要放热给大气环境）。而在（因工质要放热给大气环境）。

16、而在气体液化等低温工程中，气体液化等低温工程中， TC和和T0之间的温之间的温差很大差很大，这就要求压气机有很高的，这就要求压气机有很高的，叶轮，叶轮式压气机很难满足这种要求。应用回热则式压气机很难满足这种要求。应用回热则解决这一困难。解决这一困难。由于由于减少，压缩过程和膨胀过程的不可减少，压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响也可减小逆损失的影响也可减小。gk m065534312nsTT0TcTmax图图11-4 回热式压缩空气制冷循回热式压缩空气制冷循环环T-s图图 1)回热式空气制冷循环使回热式空气制冷循环使； 2)可用叶轮式压气机使生产量可用叶轮式压气机使生产量； 3)可使压缩和膨胀

17、过程中的不可逆损失可使压缩和膨胀过程中的不可逆损失。回热式空气制冷循环的优点在于：回热式空气制冷循环的优点在于：例例A46127711-3 11-3 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环图图11-5 压缩蒸气制冷装置流压缩蒸气制冷装置流程图程图 冷库（蒸发器）冷库（蒸发器）q2压气机压气机q1w冷凝器冷凝器节流阀节流阀 1234压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环2 2个缺点：个缺点：偏离逆向卡诺循环的等温过程；偏离逆向卡诺循环的等温过程；1.1. 空气的定压比热容小空气的定压比热容小q q2 2也小。也小。压缩蒸汽制冷循环，压缩蒸汽制冷循环， 2 2个特点：个特点：湿蒸汽区的定压即等温；湿蒸汽区的定

18、压即等温；1.1. 蒸汽定压比热容比空气大。蒸汽定压比热容比空气大。水能用否？水能用否？- 0- 0C C以下凝固不能流动。一般用低沸点以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨工质，如氟利昂、氨一、压缩蒸汽制冷循环原理压缩机压缩机膨胀阀膨胀阀1234冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器q2q1汽汽-水分离器水分离器11-3 11-3 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环图图11-5 压缩蒸气制冷装置流程图压缩蒸气制冷装置流程图 蒸发器蒸发器q2压缩机压缩机q1w冷凝器冷凝器节流阀节流阀 12341-2: 1-2: 制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程2-3: 2-3: 制冷剂

19、在冷凝器中的定压放热过程制冷剂在冷凝器中的定压放热过程3-4: 3-4: 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程4-1: 4-1: 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程理论上可以实现理论上可以实现最为经济最为经济的逆向卡诺制冷的逆向卡诺制冷循环循环7-3-4-6-7。但是由于。但是由于7是是湿蒸汽状态湿蒸汽状态，湿蒸汽的压缩容易造成液滴的猛烈冲击，湿蒸汽的压缩容易造成液滴的猛烈冲击，以致损伤压缩机。同时，在以致损伤压缩机。同时，在4-6的膨胀过的膨胀过程中，因为程中，因为工质的干度很小，所以能得到工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小的膨

20、胀功也极小。而增加一台膨胀机，既。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因，压缩蒸气制冷循环均可靠性等实际原因，压缩蒸气制冷循环均不采用卡诺逆循环，而采用右图所示循环不采用卡诺逆循环，而采用右图所示循环1-2-3-4-5-1。0880 657 1s1TcT052T4367图图11-6 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环T-s图图 其工作过程为：从其工作过程为：从冷库（蒸发器）冷库（蒸发器）出来的出来的工质状态为工质状态为1，压力，压力p1，干度接近，干度接近

21、1，进入，进入压缩机压缩机进行进行绝热压缩绝热压缩过程过程1-2，变成，变成p2，T2的过热蒸汽，再进入的过热蒸汽，再进入冷凝器冷凝器，进行，进行定压定压放热放热2-3-4至饱和液态至饱和液态4，再经，再经节流阀节流阀作作绝绝热节流，降温、降压热节流，降温、降压至饱和湿蒸汽状态至饱和湿蒸汽状态5，最后进入冷库中的最后进入冷库中的蒸发器蒸发器，实现，实现定压蒸发定压蒸发吸热吸热过程过程5-1，回到状态，回到状态1完成循环。完成循环。注意，注意，4-5的节流过程的节流过程不可逆不可逆，只能用，只能用虚虚线线表示。并且循环的净功和净热量都表示。并且循环的净功和净热量都不能不能用闭合曲线的面积用闭合曲

22、线的面积来表示。来表示。0880 657 1s1TcT052T4367图图11-6 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环T-s图图 即使存在不可逆损失，但是即使存在不可逆损失，但是节流阀简单、可靠节流阀简单、可靠，且可以控制蒸发器中的压力且可以控制蒸发器中的压力单位质量制冷剂在冷凝器中单位质量制冷剂在冷凝器中定压放热定压放热量：量：q q0 0h h2 2-h-h4 4= =面积面积234623461 12 2单位质量制冷剂在蒸发器中单位质量制冷剂在蒸发器中定压吸热定压吸热量：量：q qc ch h1 1-h-h5 5 h h1 1-h-h4 4= =面积面积1551551 11 1压缩机压缩机绝

23、热压缩绝热压缩的比轴功就是循环比净功：的比轴功就是循环比净功：12hhwwCnet其制冷系数：其制冷系数：1241hhhhwqnetc0880 657 1s1TcT052T4367图图11-6 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环T-s图图 制冷循环过程量（功和热）的制冷循环过程量（功和热）的计算与过程前后的比焓差有关，因计算与过程前后的比焓差有关，因此常用此常用压焓（压焓（lgp-h) )图图来分析计算来分析计算压缩蒸汽制冷循环。在此图上也有：压缩蒸汽制冷循环。在此图上也有：等压线、等焓线、等温线、等容线、等压线、等焓线、等温线、等容线、等熵线和等干度线等熵线和等干度线。根据过程的关。根据过程的

24、关系（系（1-2过程定熵，过程定熵，2-3-4过程定过程定压，压，4-5过程定焓，过程定焓，5-1过程定过程定压压），可以将压缩蒸气制冷循环在），可以将压缩蒸气制冷循环在图上表示出来。图上表示出来。lg p12345p2p1hsC. P.0TcT0T2压缩蒸气制冷循环的压缩蒸气制冷循环的lg p- -h图图图图11-7 lg p-h图图 29TcT0s1T052T432s slg p12s345p2p1hsC. P.0TcT0T22实际上的不可逆因素：实际上的不可逆因素：传热温差传热温差与与摩阻摩阻；压缩过程为压缩过程为不可逆的绝热压缩不可逆的绝热压缩。实际压缩蒸气制冷循环实际压缩蒸气制冷循环

25、实际压缩蒸汽制冷循环下图中的实际压缩蒸汽制冷循环下图中的1-2-3-4-5-1所示。其中，制冷剂的压缩过所示。其中，制冷剂的压缩过程程1-2是不可逆绝热过程，且其经过冷库的蒸发温度低于冷库温度是不可逆绝热过程，且其经过冷库的蒸发温度低于冷库温度TC，其，其经过冷凝器的冷凝温度高于环境温度经过冷凝器的冷凝温度高于环境温度T0。T1 实际循环还采用实际循环还采用过冷过冷方法方法:即在冷凝器中将处于状态即在冷凝器中将处于状态4的饱和液体的饱和液体继续冷却到未饱和状态继续冷却到未饱和状态4，然后让其经绝热节流膨胀到状态，然后让其经绝热节流膨胀到状态5。这。这样，蒸发器中单位工质的样，蒸发器中单位工质的

26、吸热量增加吸热量增加了了(h5-h5)，而，而压缩机耗功未变，压缩机耗功未变，所以制冷系数有所提高所以制冷系数有所提高。4lg p12s345p2p1hsC. P.0TcT0T225TcT0s1T052T432s s45过冷方法过冷方法只利用环境介质只利用环境介质将工质冷却到将工质冷却到T T4 4（T T4 4 T T0 0）, ,否则需要介质向否则需要介质向人为的低温放热，得不偿失人为的低温放热，得不偿失。T1 用用R134aR134a作工质的理想制冷循环如图作工质的理想制冷循环如图1 11 1 7 7中循中循环环 1 2 3 4 5 11 2 3 4 5 1 所 示 。 若 蒸 发 器

27、制 冷 温所 示 。 若 蒸 发 器 制 冷 温度度 , ,冷凝器中的冷凝温度冷凝器中的冷凝温度 ，制 冷 剂 的 质 量 流 量制 冷 剂 的 质 量 流 量 ， 环 境 温， 环 境 温度度 , ,求：求：（1 1）循环的制冷系数；）循环的制冷系数；（2 2）制冷量；）制冷量；（3 3）电动机功率；）电动机功率；（4 4）节流过程的作功能力损失；）节流过程的作功能力损失；（5 5）装置火用效率。）装置火用效率。例 11-2Cttc201skgqm/005. 0C 30t0Ctt4034P355P355lg p12s345p2p1hsC. P.0TcT0T22 （1）制冷系数制冷系数 状态状

28、态 1 是是 的的饱和干蒸气饱和干蒸气，由从，由从HFC134a的饱和性质表（附表的饱和性质表（附表 11 ）中查得：）中查得： 同理，由同理，由 及及 查得：查得： 由由p2 值和值和 ，从，从HFC134a 的过热蒸气表（附的过热蒸气表（附表表 14 ）经插值求得）经插值求得 ， 故压气机耗功故压气机耗功Ct 201)./(7387. 1/89.3852 .133111KkgkJskgkJhkPapCt 404 x04kgkJhMPappp/44.2560463. 14234K) kJ /(kg . s61901412ss kg kJ. h/654272 kJ/kg. h hwC67411

29、2解：每千克工质的制冷量每千克工质的制冷量10. 3ccnetcwqwqkgkJhhhhqc/45.1294151 “冷吨冷吨”是工程上常用的制冷量单位，它表示是工程上常用的制冷量单位，它表示1吨吨 0的饱和水在的饱和水在 24 小时内冷冻为小时内冷冻为 0的冰所需要的的冰所需要的 制冷量，相当于制冷量，相当于 3.86 kJ/s（美美3.51kJ/s）。）。 冷吨168. 0647. 0kWqqqcmQ（2）总制冷量）总制冷量制冷系数为制冷系数为（3 3）电动机功率）电动机功率 （4 4）节流过程的作功能力损失）节流过程的作功能力损失由由 及及 ，在，在lglg p ph h 图上图上查得查

30、得: : 。 因节流过程因节流过程4545为绝热稳定流动过程，所以熵产为绝热稳定流动过程，所以熵产及作功能力损失分别为及作功能力损失分别为: : kWwqwqPcmnetm647. 0kPa 0.1332 p p1554h h K) kJ/(kg. s 24815K) kJ /(kg. - s s sg0514045 kJ/kg. s TI g58150（5 5）火用效率）火用效率由题意，由题意， ，循环制冷量，循环制冷量 q qc c 中的冷量火用中的冷量火用为为kgkJqTTecQx57.25) 1(10,%32.61,netQxewexK 303.15 T0所以循环火用效率为所以循环火用

31、效率为11-4 11-4 制冷剂的性质制冷剂的性质（1）对于装置的工作温度，要有适中的压力；）对于装置的工作温度，要有适中的压力；（2）在工作温度下汽化潜热要大；）在工作温度下汽化潜热要大；（3）临界温度应高于环境温度；）临界温度应高于环境温度；（4）制冷剂在）制冷剂在T-s图的上下界限要陡峭；图的上下界限要陡峭；（5）工质三相点温度要低于制冷循环的下限温度；）工质三相点温度要低于制冷循环的下限温度；（6）蒸气的比体积要小，工质的传热性要好。）蒸气的比体积要小，工质的传热性要好。常用的制冷剂有氨和氟里昂。常用的制冷剂有氨和氟里昂。对制冷剂热力性质的要求：对制冷剂热力性质的要求：0880 6 5

32、71s1TcT052T4367其它性能要求其它性能要求氟里昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物之总称。最早使用的是氟里昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物之总称。最早使用的是R12R12，以后使用范围迅，以后使用范围迅速扩大。速扩大。许多氟里昂物质，许多氟里昂物质， 尤其是氯氟烃（碳氢化合物的氟、氯完全衍生物）在物理、化学性质上尤其是氯氟烃（碳氢化合物的氟、氯完全衍生物）在物理、化学性质上又有许多共同的优点（如无毒、又有许多共同的优点（如无毒、 无燃爆危险、不腐蚀金属、热稳定性与化学稳定性好等），便于无燃爆危险、不腐蚀金属、热稳定性与化学稳定性好等），便于实用。已经成熟使用的氟里昂制冷剂以氯氟

33、烃类物质为主（如实用。已经成熟使用的氟里昂制冷剂以氯氟烃类物质为主（如R11R11，R12R12， R114R114，R115R115等），还有等），还有某些不完全卤代烃（如某些不完全卤代烃（如R22R22）以及氟里昂制冷剂的混合物（如）以及氟里昂制冷剂的混合物（如R500R500，R502R502，R503R503等）。等）。 19741974年发现大气臭氧层破坏的化学机制。到年发现大气臭氧层破坏的化学机制。到8080年代，科学确认了氯氟烃是引起臭氧层破坏年代，科学确认了氯氟烃是引起臭氧层破坏和温室效应的和温室效应的 危害物质。危害物质。19871987年在加拿大蒙特利尔（年在加拿大蒙特利尔

34、（MontrealMontreal）联合国环境保护计划会议签署了）联合国环境保护计划会议签署了 关于臭氧层衰减物质的关于臭氧层衰减物质的 蒙特利尔协定蒙特利尔协定 。该协定规定了限制和禁止生产对臭氧层破坏作用大的物。该协定规定了限制和禁止生产对臭氧层破坏作用大的物质，质，R11R11，R12R12，R113R113，R114R114，R115R115， R12B1R12B1，R13B1R13B1和和R114B2R114B2是首批受禁物质，到是首批受禁物质，到2121世纪完全停止世纪完全停止生产。生产。R22R22的环境破坏相对小一些，但最终也将的环境破坏相对小一些，但最终也将 被禁止。被禁止。

35、目前新制冷剂的目前新制冷剂的 开发、研究和应用正在进行中，较明朗化的趋势是：开发、研究和应用正在进行中，较明朗化的趋势是：高温制冷剂用高温制冷剂用R123R123，中温制冷剂用中温制冷剂用R134aR134a和和R152aR152a，低温制冷剂用低温制冷剂用R23R23。环境友善、安全无毒、溶油性好、化学环境友善、安全无毒、溶油性好、化学/ /热力性质稳定、价格便宜、热力性质稳定、价格便宜、与密封材料有较好的相容性。与密封材料有较好的相容性。* *蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书1974年两位美国科学家发现年两位美国科学家发现CFC和和HCFC物质进入大气后对大气同温层中物质进入大气后对大气同温层

36、中的臭氧层产生严重的破坏作用的臭氧层产生严重的破坏作用,使臭氧的浓度减小，大大削弱了对紫外线使臭氧的浓度减小，大大削弱了对紫外线B的的吸收能力，使大量紫外线吸收能力，使大量紫外线B直接照射到地球表面，导致人体免疫功能下降，农、直接照射到地球表面，导致人体免疫功能下降，农、畜、水产品减产，破坏生态平衡，并且还会加剧温室效应。畜、水产品减产，破坏生态平衡，并且还会加剧温室效应。 全球几十个国家共同制订了保护臭氧层的全球几十个国家共同制订了保护臭氧层的蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书。我国政府于。我国政府于1991年年6月提出参加并于月提出参加并于1992年年8月起正式成为该协议书的缔约国。按协月起正式

37、成为该协议书的缔约国。按协议书的规定，我国将在议书的规定，我国将在2010年前禁止使用与生产年前禁止使用与生产CFC物质。物质。研究表明研究表明HCFC134a很有希望成为很有希望成为CFC12替代物。由于不含氯原子，因而替代物。由于不含氯原子，因而不会破坏臭氧层，对温室效应的影响也仅为不会破坏臭氧层，对温室效应的影响也仅为CFC12的的30%左右。它的正常左右。它的正常沸点和蒸汽压曲线与沸点和蒸汽压曲线与CFC12的十分接近，热工性能也接近的十分接近，热工性能也接近CFE12。 膨胀阀膨胀阀阀门阀门泵泵加热加热 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器Q2吸收器吸收器Q1QQ1“压缩机压缩机”

38、制冷剂制冷剂( (氨氨) ) 吸收剂（水）吸收剂（水）HcpHcQQWQQcop膨胀阀膨胀阀阀门阀门泵泵加热加热 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器Q2吸收器吸收器Q1QQ1“压缩机压缩机”利用利用溶液溶液性质性质压缩制冷循环压缩制冷循环以消耗以消耗机械功机械功为代价为代价吸收式制冷吸收式制冷以消耗以消耗热量热量为代价为代价溶液溶液 = 溶剂溶剂 + 溶质溶质溶液溶液T溶液溶液T溶剂溶剂吸收吸收溶质溶质的能力的能力溶剂溶剂吸收吸收溶质溶质的能力的能力溶液溶液浓度浓度溶液溶液浓度浓度氨（溶质）氨（溶质） + 水（溶剂）水（溶剂）溶液溶液 溴化锂（溶剂）溴化锂（溶剂） + 水（溶质）水（溶质）

39、溶液溶液 泵泵冷凝器冷凝器蒸汽锅炉蒸汽锅炉1014267喷管喷管混合室混合室膨胀阀膨胀阀98蒸发器蒸发器扩压管扩压管Q2QQ1“压缩机压缩机”冷库冷库15342768Ts2QQ装置工作循环可分成两个循环装置工作循环可分成两个循环 制冷蒸汽循环制冷蒸汽循环673456 工作蒸汽循环工作蒸汽循环6812456总循环总循环每每kg制冷量制冷量q2=q7-3=h3-h7每每kg冷凝器放出热量冷凝器放出热量 q冷冷=q5-6=h6-h5 每每kg工作蒸汽吸热量工作蒸汽吸热量 q1=q8-1=h1-h8能量利用系数能量利用系数11-6 热泵循环评价其循环经济性能的指标为评价其循环经济性能的指标为供暖系数供

40、暖系数。 热泵循环和制冷循环的热力学原理相同，但它主热泵循环和制冷循环的热力学原理相同，但它主要目的在于要目的在于向高温物系提供热量向高温物系提供热量。 热泵经合理设计，可轮流用来制冷和供暖。夏季作制热泵经合理设计，可轮流用来制冷和供暖。夏季作制冷机用于空调。冬季作热泵用来供暖。（目前的冷机用于空调。冬季作热泵用来供暖。（目前的冷冷- -热风热风机按加热方式可分为机按加热方式可分为电热型电热型和和热泵型热泵型两种。两种。 ） 1netHwq（12-412-4）房屋房屋蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器膨胀阀膨胀阀压缩机压缩机Q2WinQ1房屋房屋蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器膨胀阀膨胀阀压缩机压缩机QWinQ

41、转换阀转换阀膨胀阀膨胀阀制冷系统制冷系统热泵系统热泵系统 压缩机压缩机 换热器换热器室外室外室内室内 换热器换热器主要供暖方式主要供暖方式热用户热用户燃煤、燃气燃煤、燃气锅炉锅炉集中供热集中供热直接电采暖直接电采暖（蓄热锅炉、（蓄热锅炉、地板辐射、地板辐射、电热膜）电热膜）热泵（空气热泵（空气源、水源）源、水源）能量利用系数能量利用系数直接电直接电 100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%房间房间33%锅炉锅炉100%锅炉锅炉效率效率70%房间房间70%损失损失30%热热泵泵热泵热泵100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%66%房间房间99%COP=3例例2 2某制冷机以氨为某制冷机以

42、氨为制冷剂制冷剂, ,冷凝温度为冷凝温度为38,38,蒸发温度为蒸发温度为-10,-10,冷冷负荷为负荷为10010010104 4KJ/hKJ/h。试计算制冷剂流量、压缩机所消耗功量和。试计算制冷剂流量、压缩机所消耗功量和制冷系数。制冷系数。解：查解：查lgP-hlgP-h图图 p p1 1=0.29MPa,p=0.29MPa,p2 2=1.5MPa; =1.5MPa; h h1 1=1450kJ/kg, h=1450kJ/kg, h2 2=1690kJ/kg, =1690kJ/kg, h h4 4=h=h5 5=370kJ/kg.=370kJ/kg.制冷剂流量制冷剂流量 q q2 2=h=

43、h1 1-h-h5 5=1450-370=1080kJ/kg=1450-370=1080kJ/kg m=Q m=Q2 2/q/q2 2=1000000/1080=925.93kg/h=1000000/1080=925.93kg/h压缩机功率压缩机功率 w w0 0=h=h2 2-h-h1 1=1690-1450=240kJ/kg=1690-1450=240kJ/kg P=mw P=mw0 0/3600=61.73kW/3600=61.73kW制冷系数制冷系数 1 1=q=q2 2/w/w0 0=1080/240=4.5=1080/240=4.5本章作业第十一章第十一章11-111-1、2 2、

44、3 3、6 6、1313、1515pp. 364pp. 36411-112-1 12-1 一制冷机在一制冷机在-20-20和和 3030的热源间工作，若其吸热为的热源间工作，若其吸热为 10kW10kW，循环制冷系数是同温度限间循环制冷系数是同温度限间逆向卡诺循环逆向卡诺循环的的 75%75%，试计算：（，试计算：（1 1）散热量；（散热量；（2 2）循环净耗功量；（）循环净耗功量；（3 3）循环制冷量折合多少）循环制冷量折合多少“冷冷吨吨”？解：解： 在在-20-20和和 3030间逆向卡诺循环制冷系数间逆向卡诺循环制冷系数253.155.0650LchLTTT实际循环制冷系数实际循环制冷系

45、数 0.750.75 5.063.8actcccactnetcP11(1)10 (1)12.633.80cactkW（1 1） 散热量散热量 （2 2） 净功净功 102.633.80cnetactkWPkW（3 3） 折合冷吨折合冷吨102.593.863.86ckW冷吨1.25 1.51.8750.486ccnetPkWkW冷吨（3 3）改作热泵循环）改作热泵循环（2 2）1151111.25hcLhLhTTTTT5 1.56ccnetPkWkW ccnetP，*11-2一逆向卡诺制冷循环，其性能系数为一逆向卡诺制冷循环，其性能系数为 4 4，问高温热源与低温热源，问高温热源与低温热源温度

46、之比多少？若输入功率为温度之比多少？若输入功率为 1.5kW1.5kW。试问制冷量为多少。试问制冷量为多少“冷冷吨吨”？如果将此系统改作热泵循环，高、低温热源温度及输入功？如果将此系统改作热泵循环，高、低温热源温度及输入功率维持不变。试求循环的性能系数及能提供的热量。率维持不变。试求循环的性能系数及能提供的热量。解： （1） 11LchhLLTTTTT11111.254hLcTT 考点是对（逆向）循环性能系数的掌握，这是考点是对（逆向）循环性能系数的掌握，这是一个基本点。制冷和热泵系数定义有一定区别，一个基本点。制冷和热泵系数定义有一定区别，关键记住是收益关键记住是收益/ /成本。成本。11-

47、3压缩空气制冷循环运行温度TC=290K，T0=300K，如果循环增压比分别为3和6，分别计算它们的循环性能系数和每kg工质的制冷量。假定空气为理想气体，此热容取定值cp=1.005kJ/(kg K)、=1.4。(1)/(1.4 1)/1.4112.712131akk(1)/(1.4 1)/1.42111.496611kkb解：制冷量制冷量11.4 10.441.41.44,303111()()300( )219.183kkapTTTKp1.4 10.41.41.44,0211()300( )179.816bTTK,14,()1.005 (290219.18)71.2/c apaqc TTkJ

48、 kg,14,()1.005 (290 179.8)110.7/c bpbqc TTkJ kg制冷量制冷量4so3T2T01TC96578p2p1循环增压比循环增压比，制冷系数，制冷系数，制冷量，制冷量11-6某采用理想回热的压缩气体制冷装置，工质为某种理想气体，某采用理想回热的压缩气体制冷装置，工质为某种理想气体，循环增压比为循环增压比为=5=5，冷库温度，冷库温度T Tc c= =4040，环境温度为，环境温度为300K300K，若，若输入功率为输入功率为3kW3kW，试计算：（，试计算：（1 1）循环制冷量；（）循环制冷量；（2 2）循环制冷量）循环制冷量系数；（系数；（3 3）若循环制

49、冷系数及制冷量不变，但不用回热措施。）若循环制冷系数及制冷量不变，但不用回热措施。此时，循环的增压此应该是多少？该气体热可取定值，此时，循环的增压此应该是多少？该气体热可取定值，c cp p=0.85kJ/(kg=0.85kJ/(kg K)K)、=1.3=1.3。解：110.31.3320300 5434.93kkkkTTTKT T5 5=T=T1 1=T=TC C= =40=233.15K40=233.15K10.31.36511()233.15 ( )160.825kkTTK313311()kkpTTTp1.33311.3 111434.93()()14.9233.15kkpTpT 112

50、345610.313561.3111.1514.911kk,123456116()0.815 (233.15 160.82)58.95/cpqc TTkJ kg1234561cnetP12345611.15 33.45cnetPkW11-13某某热泵热泵装置用氨为工质，设蒸发器中氨的温度为装置用氨为工质，设蒸发器中氨的温度为-10-10，进入压缩机时蒸汽的，进入压缩机时蒸汽的干度为干度为x x1 1=0.95=0.95，冷凝器中饱和氨的温度为，冷凝器中饱和氨的温度为3535。求：（。求：（1 1）工质在蒸发器中）工质在蒸发器中吸收的热量吸收的热量q q2 2，在冷凝器中的散向室内大气的热量，在

51、冷凝器中的散向室内大气的热量q q1 1和循环供暖系数和循环供暖系数；(2)(2)设该装置每小时向室内大气供热量设该装置每小时向室内大气供热量Q Q1 1=8=810104 4kJkJ，求用以带动该该热泵的最小，求用以带动该该热泵的最小功率是多少？若改用电炉供热，则电炉功率应是多少？两者比较，可得出什功率是多少？若改用电炉供热，则电炉功率应是多少？两者比较，可得出什么样的结论？么样的结论？解：查解：查NHNH3 3热力性质表，热力性质表，t=t=1010时时, ,h h=134.41kJ/kg=134.41kJ/kg、h h=1430.8kJ/kg=1430.8kJ/kg；s s=0.5408

52、kJ/(kg=0.5408kJ/(kg K)K)、s s=5.4673kJ/(kg=5.4673kJ/(kg K)K)h h1 1=xh=xh+(1+(1x)hx)h=0.95=0.951430.8kJ/kg+(11430.8kJ/kg+(10.95)0.95)134.41kJ/kg=1366.0kJ/kg134.41kJ/kg=1366.0kJ/kgs s1 1=xs=xs+(1+(1x)sx)s=0.95=0.955.4673kJ/(kg5.4673kJ/(kg K)+(1K)+(10.95)0.95)0.5408kJ/(kg0.5408kJ/(kg K)=5.2219kJ/(kgK)=5.2219kJ/(kg K)K)0s152T43根据温度和湿度确定点根据温度和湿度确定点1 1查查NHNH3 3热