制冷原理--讲义课件

1、制冷技术手册第一章 制冷原理HVAC&R热工基础知识蒸汽压缩式制冷单级蒸汽压缩式制冷理论循环冷水机组工作原理简介单级蒸汽压缩式制冷实际循环第一章 制冷原理- 目录摄氏温标tc（oC）华氏温标tF（oF）绝对温标T（K）tc=5(tF-32)/9T= tc +273.15热工基础知识 - 温度温度是表示物体冷热程度的量度。压力P（Pa）=F（N）/S（m2）绝对压力Pa相对压力Pg =绝对压力-大气压力 (相对)真空度=大气压力-绝对压力(真空度) 1标准大气压（atm）=1.01x105 （Pa ） 1工程大气压（kgf/cm2）=0.981x105 （Pa ）Pa= Pg +B（当地大气压）

2、常用压力单位： M Pa , k Pa , mmH2O , mmHg , bar , psi热工基础知识 - 压 力工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力。密度kg/m3, lb/ft3比容质量流量体积流量CMH, CFM热工基础知识 - 其它常用基本参数热能-物质分子运动的动能热量-热能转移的度量 焦耳（J），千焦耳（kJ） Btu 英制热量单位 1Btu=1.055kJ=0.252kcal1kWh=3600kJ质量比热一kg物体温度升高1K所吸收的热量 水在常温时的Cp=4.1868kJ/kg. 干空气的定压比热Cp=1.005kJ/kg.热流，功率 kW , Btu/h热工基础知识

3、- 热 量内能u=动能+势能焓i=气体内能+推动功 i=u+P（比焓-kJ/kg） 焓是用来表示物质系统能量状态的一个参数。熵是表征工质状态变化时，与外界换热程度的一个导出的热力状态参数。 S2 - S1 =q / T（比熵-kJ/kg.K） S2 S1 吸热 S2 S1 放热热工基础知识 - 焓和熵热力学第一定律能量既不能创造，也不能消亡，而只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转变成另一种形式。 在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定。热能和机械能是可以相互转换的。 热工基础知识 - 基本物理定律 热力学第二定律热量自发地从高强度体流向低强度体。热量自发地从高温流

4、向低温。 不可能把热量从低温物体传至高温物体而不需要附加条件。热工基础知识 - 基本物理定律 查理定律压力一定时，气体的体积与温度成正比；体积一定时，气体的压力与温度成正比。热工基础知识 - 基本物理定律热工基础知识 - 物质的三态及变化固体液体气体熔解凝固液化汽化升华固化热工基础知识 - 传热和隔热热量传递的三种基本形式：导热：同一物体的不同部分之间和相互接触的不同物体之间。对流：流体与固体表面之间或流体内部，流体运动。辐射：热辐射，电磁波。传热：一种流体通过一定厚度的固体将热量传给另一种流体。导热系数（W/m.oC），Q= /.F.t放热系数（W/m2.oC），Q= .F.t传热系数K（W

5、/m2.oC），Q= K.F.tK=1/(1/ 1+ / + 1/ 2)热工基础知识 - 导热材料和隔热材料导热材料 铜 铝 钢 玻璃 水 空气导热系数（W/(m.K)） 385 204 56 0.79 0.59 0.022隔热材料 泡沫橡塑 玻璃棉 聚乙烯 硬质聚氨脂导热系数（W/(m.K)） 0.034 0.042 0.038 030oC蒸汽压缩式制冷 7oC7oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽Q=0Q=030oC蒸汽压缩式制冷 Q020oCQ0Q=Q7oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽30oC蒸汽压缩式制冷 Q=030oC30oC R22饱和液体1

6、091.9kPa(表压)饱和蒸汽Q=030oC蒸汽压缩式制冷 Q020oCQ0Q=Q=Q”Q”07oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽30oC蒸汽压缩式制冷 Q020oC7oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽Q0Q”0Q=Q=Q”30oC蒸汽压缩式制冷 Q020oCQ0Q”07oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽30oCQ=Q=Q”蒸汽压缩式制冷 Q20oC7oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽Q520.22kPa(表压)过热蒸汽Q”Q=Q=Q”30oC30oC蒸汽压缩式制冷 Q20oC7oC R22饱和液体520.22k

7、Pa(表压)饱和蒸汽Q520.22kPa(表压) 7oC饱和液体Q”Q=Q=Q”=Q1-5oCQ130oC蒸汽压缩式制冷 Q20oC7oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽QToC饱和液体30oCQ1PT饱和蒸汽30oC蒸汽压缩式制冷 Q20oC7oC R22饱和液体520.22kPa(表压)饱和蒸汽Q40oC饱和液体Q”Q+W=Q130oCQ11432.5kPa饱和蒸汽W30oC蒸汽压缩式制冷 Q20oC520.22kPa , 7oC R22饱和液体520.22kPa(表压) 7oC饱和蒸汽Q1432.5kPa,40oC饱和液体（Q=Q）+W=Q130oCQ11432.5kP

8、a,55oC过热蒸汽W30oC蒸汽压缩式制冷 - 制冷剂 在工作温度范围内能够汽化和凝结并有适当的压力和压力比。单位质量制冷量和单位容积制冷量比较大。无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。化学稳定性和热稳定性好，对材料的腐蚀性小，与润滑油相容。导电性小。导热系数大。粘度、比重尽量小。压缩终了温度不太高。单位容积压缩功小。无机化合物：NH3(R717)、H2O(R718)、 CO2(R718)。氟里昂：CFCl3(R11)、CF2Cl2(R12)、 CHF2Cl(R22) 。环境可接受性好：ODP与GWP值必须为0或尽可能小。价格便宜、来源广。详见: ASHRAE Handbook-Chapter 1

9、9蒸汽压缩式制冷 - 制冷剂 压 力kPa 焓热容量kJ / kg(Btu / lb.)单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图此图针对单位质量制冷剂 压 力焓汽液混合饱和液体线饱和汽体线临界点100% 液体100% 汽体20% 液体, 80% 汽体单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图 压 力焓t等温线等容线s等熵线p等压线x等干度线h等焓线单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图详见: ASHRAE Handbook-Chapter 20单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图单级蒸汽压缩式制冷理论循环 压 力kPa焓kJ/kg

10、进入蒸发器R22汽液两相621.22t1=7oC1h1=249.686x1=0.2 压 力kPa焓kJ/kg蒸发器621.22x1=0.2制冷剂从负荷吸收热量，温度和压力不变，变成饱和蒸汽x2=1单级蒸汽压缩式制冷理论循环12h1=249.686t1-2=7oC 压 力kPa焓kJ/kg蒸发器621.22制冷剂焓差为单位质量制冷量qo= h2- h1h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.03798m3/kgx1=0.2x2=112t1-2=7oCs2= 1.74kJ/kg.K单位容积制冷量qv= qo / 2 压 力kPa焓kJ/kg压缩机621.22h2

11、= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.03798m3/kgx1=0.2x2=11231533.5压缩理论比功wo= h3- h2t1-2=7oCs2= 1.74kJ/kg.Kh3=430.374kJ/kgt3=55oCs3= s2=1.74kJ/kg.K 压 力kPa焓kJ/kg冷凝器621.22h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.03798m3/kgx1=0.2x2=1123s3= s2=1.74kJ/kg.K1533.5制冷剂把热量传给外界,变成饱和液体t1-2=7oC45t4-5=40oCs2= 1.74kJ/kg

12、.Kh3=430.374kJ/kgt3=55oCq= h3- h5 压 力kPa焓kJ/kg621.22h2= 407.831h1=249.686单级蒸汽压缩式制冷理论循环2=0.03798m3/kgx1=0.2x2=1123s3= s2=1.74kJ/kg.Kh3=430.374kJ/kgt3=55oC1533.5绝热节流t1-2=7oC45t4-5=40oCs5=1.167kJ/kg.Ks2= 1.74kJ/kg.K h5= h1 压 力焓冷凝器压缩机节流装置蒸发器制冷剂从负荷吸收热量qo=158.145kJ/kg制冷剂把热量传给外界q=180.688kJ/kg压缩机输入理论比功wo=22

13、.543kJ/kgq=qo+woo= qo / wo =7.01单级蒸汽压缩式制冷理论循环 压 力焓单级蒸汽压缩式制冷理论循环1243123h1h2h2h3h3蒸发温度对循环性能的影响tete蒸发温度下降单位质量制冷量下降单位容积制冷量迅速下降压缩理论比功增加压缩比约等于3时，比容积功最大制冷系数下降 压 力焓单级蒸汽压缩式制冷理论循环1243413h1h1h2h3h3冷凝温度对循环性能的影响tctc冷凝温度升高单位质量制冷量下降单位容积制冷量下降压缩理论比功增加比容积功增加制冷系数下降冷水机组工作原理简介- 水冷冷水机组蒸发器低压低温液态制冷剂冷冻水回路低压低温气态制冷剂压缩机冷凝器冷凝水回

14、路膨胀阀高压常温液态制冷剂冷却塔高压高温气态制冷剂 马达 压 力 焓7oC表冷器 冷却塔7oC12oC30oC35oC冷水机组工作原理简介- 水冷冷水机组空调系统冷冻水在表冷器中与空气进行热交换,热量从空气传递给水。蒸发器制冷剂在蒸发器中与冷冻水进行热交换,热量从水传递给制冷剂。制冷剂在冷凝器中与冷却水进行热交换,热量从制冷剂传递给水。冷凝器冷却水在冷却塔中与空气进行热交换,热量从水传递给空气。冷水机组工作原理简介- 水冷式螺杆冷水机组冷水机组工作原理简介-水冷式螺杆冷水机组孔板过冷器冷凝器均气板满液式蒸发器挡液板转子滑阀油分离器隔离阀隔离阀冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组冷水机组工作

15、原理简介-水冷式离心冷水机组蒸发器（满液式）冷凝器马达齿轮叶轮（压缩机）导流叶片（冷量控制）冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组导流叶片 (冷量控制)挡液板(防止液态制冷剂进入吸气管)满液式蒸发器冷冻水在管内，制冷剂在管外冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组吸气管转向导叶吸气管 蒸发器 导流叶片蜗壳入口冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组导流叶片排气管吸气管马达控制面板冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组导流叶片 (冷量控制)挡液板(防止液态制冷剂进入吸气管)满液式蒸发器冷冻水在管内，制冷剂在管外叶轮冷水机组工作原理简介-水冷式离心冷水机组压缩机 扩压系统 冷水机组工作原理简介

16、-水冷式离心冷水机组孔板过冷器冷凝器均气板叶轮导流叶片 (冷量控制)挡液板(防止液态制冷剂进入吸气管)满液式蒸发器冷冻水在管内，制冷剂在管外冷水机组工作原理简介-风冷式活塞冷水机组冷水机组工作原理简介-风冷式活塞冷水机组DX（直接膨胀式）蒸发器热力膨胀阀冷凝风机冷凝盘管冷凝盘管往复式压缩机截止阀单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器蒸发器各种形式的蒸发器均是为了提高制冷剂与其它介质之间的传热系数和增大传热面积。Q= K.F.t在蒸发器中，液体制冷剂全部蒸发成汽态制冷剂。蒸发器单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器满液式 蒸发器制冷剂在管外沸腾蒸发DX (直接膨胀式) 蒸发盘管膨胀阀DX (直接膨胀式)

17、蒸发器制冷剂在管内沸腾用于冷冻水用于冷却空气单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器冷却液体型壳管式干式蒸发器冷却液体型钎焊板式蒸发器冷却空气型翅片管干式蒸发器单级蒸汽压缩式制冷实际循环-过热 压力过热区蒸发冷凝 压缩节流元件气态制冷剂在高于饱和温度下进行加热就形成过热 （温度高于饱和温度） 焓单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽过热作用避免液态制冷剂进入压缩机 压力增加过热避免液态制冷剂进入压缩机 焓 焓 压力单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽过热 压 力焓12433h1h2h2h3h3吸汽过热对循环性能的影响te排气温度迅速上升压缩理论比功增加tcte+5oC2冷凝器散热量增大有效过热时，单位质量制冷

18、量增加，压缩机吸汽比容也有所增大，单位容积制冷量和制冷系数的变化与制冷剂特性有关单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器 压 力kPa焓kJ/kg1235理论循环12实际循环1-2表示制冷剂在蒸发器内的蒸发、压降和过热过程。单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器 压 力kPa焓kJ/kg12351蒸发器中的压降对循环性能的影响若保持制冷剂出蒸发器时的状态，提高进蒸发器时的压力和温度，单位质量制冷量和压缩机吸入状态不变，循环性能不变，只是因蒸发器中传热温差减少需增大传热面积单级蒸汽压缩式制冷实际循环-蒸发器 压 力kPa焓kJ/kg123512蒸发器中的压降对循环性能的影响3若保持蒸发器中平均传热温差不变

19、，出蒸发器时制冷剂的压力和温度将稍有降低，单位质量制冷量降低，压缩机吸汽比容有所增大，单位容积制冷量下降，压力比增大功耗增加，制冷系数下降。单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽管路蒸发器蒸发压力调节阀汽液分离器吸汽干燥过滤器压力传感器汽态制冷剂通过吸汽管路进入压缩机，将进一步过热并产生压力降。单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽管路 压 力kPa焓kJ/kg1235理论循环12实际循环2-2”表示制冷剂在吸汽管路中的温升和压降过程。2”单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽过热 压 力焓12433h1h2h2h3h3吸入管道过热对循环性能的影响te排气温度迅速上升压缩理论比功增加无效过热时，单位质量制冷量不

20、变，单位容积制冷量减少，制冷系数下降tcte+5oC2冷凝器散热量增大单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽过热 压 力焓1433h1h2h3吸入管道压降对循环性能的影响te吸汽比容增大，压缩机压力比增大，单位质量制冷量不变，单位容积制冷量减少，比压缩功增大，制冷系数下降tcte+5oC22吸入管道中的压降始终是有害的单级蒸汽压缩式制冷实际循环-吸汽管路汽液分离器用于分离压缩机回汽中的液体，防止液击。单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压缩机蒸发器蒸发压力调节阀汽液分离器吸汽干燥过滤器压力传感器压差控制器低压控制器高压控制器压缩机实际压缩过程是一个压缩指数在不断变化的多方过程。单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压

21、缩机 压 力kPa焓kJ/kg1235理论循环12实际循环2”-3表示制冷剂在压缩机中的多方压缩过程。2”3单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压缩机容积型压缩机定义：气体压力的提高是靠吸入气体的体积被强行缩小，使单位容积内气体分子数增加来达到。在压缩腔内通过减少气体制冷剂的容积进行压缩。活塞式，螺杆式，偏心转子式，涡旋式无压头限制单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压缩机速度型压缩机定义：气体压力的提高是靠气体的速度转化而来，即先使气体获得一定高速度，然后再由速度能变成气体位能。离心式，轴流式在一定工况下压缩机的压头固定单级蒸汽压缩式制冷实际循环-容积型压缩机类型涡旋式压缩机往复式压缩机螺杆式压缩机单级蒸汽

22、压缩式制冷实际循环-往复型压缩机1-130 吨用于商业建筑或工业设施与汽车发动机工作原理类似技术成熟，应用广泛（自1890年用于制冷以来）单级蒸汽压缩式制冷实际循环-往复型压缩机吸气单级蒸汽压缩式制冷实际循环-往复型压缩机吸气口关闭单级蒸汽压缩式制冷实际循环-往复型压缩机压缩制冷剂气体单级蒸汽压缩式制冷实际循环-往复型压缩机排气单级蒸汽压缩式制冷实际循环-往复型压缩机曲轴，轴承活塞马达吸气滤网吸气截止阀电气接线盒马达绕组气缸盖排气截止阀油泵视液镜单级蒸汽压缩式制冷实际循环-螺杆式压缩机运动部件较少容积式制冷剂泵市场份额逐渐增大应用范围广单级蒸汽压缩式制冷实际循环-涡旋式压缩机运动部件较少1-3

23、0 吨用于单元机组，家用空调器单级蒸汽压缩式制冷实际循环-离心式压缩机球栓在绳子上单级蒸汽压缩式制冷实际循环-离心式压缩机叶轮单级蒸汽压缩式制冷实际循环-离心式压缩机导流叶片 (PRV)单级蒸汽压缩式制冷实际循环-离心式压缩机导流叶片 (PRV)气体入口单级蒸汽压缩式制冷实际循环-离心式压缩机排气涡壳单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压缩机活塞压缩机理论输汽量Vh = r2snzVh - 压缩机理论输汽量压缩机实际输汽量Vs = Vh - 压缩机输汽系数（容积效率）wo - 压缩机理论比功i - 压缩机指示效率压缩机指示比功wi = wo /im - 压缩机机械效率压缩机实际比功ws = wi /m

24、 = wo /(i m)压缩机轴效率s = i m压缩机实际制冷量Qo = Vs qv单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压缩机C.O.P - 实际制冷系数、性能系数、单位轴功率 制冷量Ke，通常用作考核开启式制冷压 缩机的能耗指标。理论循环的制冷系数o= qo / wo实际循环的制冷系数s= qo / ws压缩机电动机输入比功wel = ws /momo - 压缩机电动机效率E.E.R - 能效比，通常用作考核全封闭式或半封 闭式制冷压缩机的能耗指标。 E.E.R = qo / wel单级蒸汽压缩式制冷实际循环-压缩机工况 R22 蒸发温度 冷凝温度 吸汽温度 过冷温度 标准工况 -15oC 30o

25、C 15oC 25oC 空调工况 5oC 40/55oC 15oC 35/50oC 最大压差工况 -30oC 40oC 15oC 35oC最大轴功率工况 5oC 40oC 15oC 35oC单级蒸汽压缩式制冷实际循环-润滑油油和制冷剂混合的能力运行时要确保油返回压缩机停机时要把油和制冷剂分开往复式压缩机螺杆式压缩机单级蒸汽压缩式制冷实际循环-润滑油油和制冷剂温度相同油吸收大量制冷剂 加热器，油温比制冷剂温度高20oF油所吸收的制冷剂量减少近一半润滑油润滑油制冷剂制冷剂单级蒸汽压缩式制冷实际循环-排气管道/冷凝器制冷剂通过排气管道进入冷凝器，各种形式的冷凝器为了提高制冷剂与其它介质之间的传热系数和增大传热面积。Q= K.F.t在冷凝器中，汽态制冷剂全部冷凝成液体制冷剂。蒸发器蒸发压力调节阀汽液分离器吸汽干燥过滤器压力传感器压差控制器低压控制器高压控制器压缩机冷凝器排气消声器 压 力kPa焓kJ/kg1235理论循环12实际循环3-5表示制冷剂在排气管道和冷凝器中的冷凝和压降过程。2”3单级蒸汽压缩式制冷实际循环-排气管道/冷凝器 压 力kPa焓kJ/kg1235排气管道和冷凝器中的压降对循环性能的影响单级蒸汽压缩式制冷实际循环-排气管道/冷凝器4压缩机排气压力升高，压力比增大，压缩机耗功增大，制冷系数下降。单级蒸汽压缩式制冷实际循