热能与动力机械基础第2版 -王中铮 主编 制冷与空调

第六章制冷与空调6.1概述

6.3制冷压缩机6.2蒸气压缩式制冷原理6.4冷水机组6.5吸收式制冷6.7空调系统6.6热泵技术及其应用6.1概述6.1.1制冷的定义与分类制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，保持并利用这个温度。按制冷的温度范围分，有：120K以上，普冷；〔120~0.3〕K，深冷〔又称低温〕；0.3K以下，极低温。按制冷方法分，有：适用于普通制冷——蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式制冷；适用于深度制冷〔20~160K〕——气体膨胀制冷、半导体制冷、磁制冷等。6.1.2制冷技术的应用〔1〕商业及人民生活〔2〕工业生产及农牧业〔3〕科学研究〔4〕医疗卫生〔5〕空间技术〔6〕低温物理研究6.2蒸气压缩式制冷原理

6.2.1制冷循环1.恒温热源的理想制冷循环——逆卡诺循环〔1〕逆卡诺循环图6-1a、b分别为制冷循环〔或制冷机〕的热力学原理图和以气体为工质的逆卡诺循环的T—s图。高温热源T2低温热源T1Qk

Qo

T2

T1

制冷机〔热泵〕输入功W

T0〔即T1〕Tk〔即T2〕3

4

1

2

s(kJ/kg.k)

T(k)

(a)T2>T1

〔b〕图6-1制冷循环

热力学原理图和逆卡诺循环的T—s图通常以制冷系数或称性能系数作为制冷系统性能的评价指标——或COP。其定义为消耗单位功所获得制冷量，即

热力学第二定律中已经证明，由可逆过程组成的逆卡诺循环最经济，其制冷系数也最大。因此，它就是工作在两个恒定的热源温度之间的理想循环。这时，高温热源〔即环境介质〕的温度T2、低温热源〔即被冷却对象〕的温度T1，分别等于可逆制冷机中制冷剂放热时的温度即冷凝温度Tk和吸热时的温度即蒸发温度T0。由图6—1，逆卡诺循环的制冷系数为低温热源的温度T1〔或蒸发温度T0〕对制冷系数的影响比高温热源温度T2〔或冷凝温度Tk〕更显著。〔2〕对温度的限制及热力完善度工作于相同热源温度间的实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数之比，称为这个制冷循环的热力完善度，用表示，即s(kJ/kg.k)

T(k)

TkT03

4

2

1

303．15K(大气温度)

253．15K(冷室温度)

图6-2对制冷循环温度的限制

实际制冷循环的制冷系数，其值可以大于1或小于1。但热力完善度的数值恒小于1，故也称循环效率或卡诺效率。只是从热力学第一定律〔能量转换〕的数量角度反映循环的经济性，而是同时考虑了能量转换的数量关系和实际循环中不可逆的影响程度。例6-1设有热源温度T2=298K，冷源温度〔或称低温热源温度〕T1=263K，求：1〕在这两个温度间运转的可逆制冷机的制冷系数；2〕当制冷剂与冷、热源的传热温差为10K时的制冷系数；3〕具有10K传热温差的实际制冷机的热力完善度。解1〕对于可逆制冷机，无传热温差，故2〕当传热温差为10K时，制冷剂的最高温度即冷凝温度Tk＝308K，最低温度即蒸发温度T0＝253K，因而可见，传热温差导致制冷系数的明显下降。3〕当实际制冷机的传热温差为10K时，其热力完善度为假设传热温差增加到20K，可以算出制冷系数为3.24，热力完善度为0.43。可以看出，随着传热温差的增加，循环的不可逆程度增加，热力完善度明显下降。2.变温热源的理想制冷循环——劳伦兹循环为了减少在制冷机的冷凝器和蒸发器中不可逆传热所引起的可用能损失，制冷剂和传热介质之间应保持尽可能小的传热温差。就制冷机的一般工作条件来说，冷却介质及被冷却物体的热容量都不是无穷大，在传热过程中要发生温度变化，不能看作为恒温热源。此时，制冷剂的冷凝温度应略高于〔在极限情况下等于〕冷却介质的出口温度〔图6-3中的〕，但与冷却介质的进口温度〔〕间存在较大的温差。同样，制冷剂的蒸发温度同被冷却介质的进口温度〔〕之间也存在较大的温差，如图6-3所示，对于变温热源来说，含有恒温热源的逆卡诺循环已不复存在，因此需要找到一种变温热源〔而不是恒温热源〕的理想循环，以改善制冷系数。变温热源间的可逆循环，可依据冷源和热源的性质而以不同的方式来实现。只要满足工质与变温冷源、热源之间热交换时的温差各处均为无限小，以及工质与对其作用的物体之间保持机械平衡的条件，那么工质进行的循环即为理想制冷循环，劳伦兹循环就是这种变温热源时可逆的逆循环的形式。

T

s

c

b

d

a

图6-3变温热源与逆卡诺循环

如图6-4所示，劳伦兹循环由两个等熵过程a—b、c—d和两个变温的多变过程b—c、d—a组成。在实际中，要实现劳伦兹循环，冷凝器和蒸发器都必须是完全逆流式的；而且应用非共沸混合制冷剂作为工质，利用其在等压下蒸发或冷凝时温度不断变化这个特点，在传热温差无限小的极限情况下就可以实现完全可逆的劳伦兹循环，所以，劳伦兹循环是外部热源为变温热源时的理想制冷循环。

T

s

c

b

d

a

图6-4劳伦兹循环的T－s图

Tkm

Tom

对于变温条件下的可逆循环，可利用平均当量温度的概念，那么有式中，、分别为两个变温热源的平均温度〔K〕；为制冷系数。3.理想热泵循环用来制冷的逆向循环称为制冷循环，而用来供热的逆向循环称为热泵循环。热泵循环的性能用供热系数或COPh表示，它表示单位耗功量所获得的供热量，即热泵循环的供热系数永远大于1，对节能有重要意义。6.2.2蒸气压缩式制冷系统蒸气压缩式制冷系统，在普通制冷温度范围内具有较高的性能系数，它广泛用于工农业生产及人民生活的各个领域。1.蒸气压缩式制冷系统的理论循环〔1〕制冷系统的组成与制冷剂1〕制冷系统的组成如图6-5所示。1－压缩机；2－冷凝器；3－节流阀；4－蒸发器图6-5蒸气压缩式制冷系统组成示意图

2〕制冷剂也称为制冷工质。制冷剂可分为四类：①无机化合物，如氨、二氧化碳、水等；②碳氢化合物，如甲烷、丙烯等；③卤代烃〔氟利昂〕，如R12、R22、R134a等；④混合工质，包括共沸混合工质〔如R502〕与非共沸混合工质。制冷剂不仅应具有优良的热力学、物理化学性能，还应该经济、平安，对人体无害，对环境无污染。一般用ODP和GWP分别表示消耗臭氧潜能值及温室效应潜能值，两者数值越小，那么制冷剂的环境特性越好。目前总的趋势是：HCFC〔即含氢的氟利昂〕类物质已被列入受控对象；限制并进而禁止使用CFCs〔即不含氢的氟利昂〕；即使对于HFC〔即不含氯的氟利昂〕，如R134a也不能作为永久的替代物。3〕载冷剂作为载冷剂的条件有：在使用温度范围内不凝固，不汽化；无毒等。常用的载冷剂有空气、水、盐水、有机化合物及其水溶液等。〔2〕蒸气压缩式制冷系统的理论循环—逆卡诺循环的修改按逆卡诺循环图6-6工作的蒸气制冷系统在实际运行中无法实现。图6-7为修改后的蒸气压缩式制冷的理论循环。s(kJ/kg.k)

T(k)

3

4

2

1

图6-6在湿蒸气区域内蒸气压缩式制冷的逆卡诺循环

s(kJ/kg.k)

T(k)

TkT03

4

2

1

图6-7蒸气压缩式制冷的理论循环

它的修改是：1〕用干压缩代替湿压缩干压缩是蒸气压缩制冷机正常工作的一个重要标志。采用干压缩，经济性有所损失，但对于制冷机的平安运行却是必要的。2〕用节流阀代替膨胀机虽然会损失膨胀机的膨胀功，但装置简单。此外，在图6-7冷凝器中发生的是过程。〔3〕理论循环的性能指标1〕单位质量制冷量和制冷剂的质量流量 制冷剂的汽化潜热越大或节流所形成的蒸气越少，那么循环的单位制冷量就越大。制冷系统的制冷量常为，因此，制冷系统中制冷剂的质量流量可由下式得到2〕单位体积制冷量和制冷剂的体积流量 制冷系统中制冷剂的体积流量是指压缩机每秒吸入制冷剂蒸气的容积，即由上面两式又可以得到蒸发器中制冷量的另一个计算公式制冷剂的质量流量或体积流量，与压缩机的尺寸和转速有关；单位质量制冷量或单位容积制冷量，与制冷剂的种类和工作条件有关，与装置的大小无关。3〕单位冷凝热量和冷凝器的热负荷1kg制冷剂蒸气在冷却〔显热阶段〕和冷凝〔潜热阶段〕两过程中放出的热量，称为单位冷凝热量所以冷凝器的热负荷〔输出热量〕为4〕单位理论压缩功和压缩机消耗的理论功率对于单级压缩蒸气制冷机的理论循环来说，单位理论压缩功可表示为压缩机消耗的理论功率单级蒸气压缩式制冷机的单位理论功也是随制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。5〕制冷系数对于单级蒸气压缩式制冷机，其理论循环的制冷系数2.蒸气压缩式制冷系统的实际循环及其性能指标〔1〕蒸气压缩式制冷系统的实际循环把实际循环叠加在理论循环的压—焓图上，如图6-8所示，可以看出它们的差异：1〕实际压缩过程不是等熵过程。2〕冷凝和蒸发过程中都存在传热温差，所以过程也是不可逆的；3〕制冷剂通过管道、吸排气阀、冷凝器、蒸发器时存在压力损失；4〕实际循环中存在液体过冷、蒸气过热。图6-8蒸气压缩实际循环与理论循环的比较图6-9简化后的实际循环

h

3

p

1

0

4

5

2a

2〔2〕实际循环的性能指标工程设计中常进行简化，那么实际循环可表示为图6-9中的0—1—2—3—4—5—0—1，其中1—2是实际的压缩过程。1〕单位质量制冷量、单位体积制冷量、单位理论功、制冷剂循环流量和理论功率为制冷量通常由设计任务给出，得到制冷剂的循环流量后，可以求得压缩机实际输气量〔为压缩机在单位时间内，按进气条件所排出气体的实际容积，即体积流量〕以及压缩机的理论输气量，即体积流量式中，为实际输气量与理论输气量的比值，称为输气系数。根据即可选配适宜的制冷压缩机。2〕压缩机的指示功率、轴功率及实际制冷系数为指示效率。为机械效率，在0.8~0.95之间。从而可求得实际制冷系数3〕单位冷凝热量式中点2状态的比焓值使用下式计算从而可求出冷凝器的热负荷4〕热力完善度〔卡诺效率〕3.蒸气压缩式制冷系统的主要影响因素与工况〔1〕主要影响因素的分析1〕液体过冷、蒸气过热对循环性能的影响2〕蒸发温度、冷凝温度对循环性能的影响见图6-10a、b。φ0，P0

φ0，P0

Tk

T0

φ0φ0P0

P0

a〕T0不变Tk变化b〕Tk不变T0变化图6-10蒸发温度和冷凝温度对制冷装置性能的影响

〔2〕蒸发压缩式制冷系统的工况所谓工况，是指确定制冷装置运行情况的温度条件，一般应包括蒸发温度、冷凝温度、过冷温度和压缩机吸气温度等。我国规定了以下几种工况：1〕标准工况通常所说的制冷机的制冷量和功率，是指标准工况下的制冷量和功率。2〕空调工况它规定了制冷机在作空调使用时的温度条件。制冷工况制冷剂蒸发温度/℃吸气温度/℃冷凝温度/℃过冷温度/℃标准工况R12-15153025R22R717-10空调工况R125154035R22R71710表6-1标准工况和空调工况

3〕最大压差工况这一工况是在设计压缩机时需要使用的。制冷压缩机在运转中所承受的压差不得大于这一规定值。4〕最大功率工况对于没有起动卸在装置的压缩机，要根据这一工况来确定驱动压缩机的原动机的功率。此外，在设计压缩机时，某些零件的摩擦也要按这一工况条件下的数据进行计算。4.蒸气压缩式制冷系统的典型流程以如下氟利昂制冷系统流程图6-11为例，其特点是：1〕设置枯燥器；2〕油别离器与曲轴箱之间没有自动回油管路；3〕氟利昂制冷系统一般采用非满液式蒸发器；4〕氟利昂制冷系统一般采用回热循环，故设有换热器。1—压缩机2—压力继电器3—油别离器4—冷凝器5—水量调节阀6—枯燥过滤器7—热力膨胀阀8—温度继电器9—蒸发器图6-11氟利昂制冷系统流程图

6.3制冷压缩机

6.3.1制冷压缩机的种类及形式制冷压缩机按工作原理分，有容积式〔如，活塞式〕和速度式〔透平式〕两类。按压缩机的级数分，有单级、双级和多级压缩机。按压缩机的密封方式分，有开启式、半封闭式和全封闭式压缩机。6.3.2活塞式压缩机的工作原理1.活塞式压缩机的结构与组成见图6-12。

1—气缸体2—曲轴3—曲轴箱4—连杆5—活塞6—排气管7—排气腔8—排气阀9—吸气阀10—吸气腔11—吸气管图6-12活塞式压缩机结构示意图

插图6-1全封闭活塞式压缩机组

2.活塞式压缩机的理想工作过程与理论输气量见图6-13。压缩机的理论输气量〔m3/s〕可按下式计算活塞式制冷压缩机的理论输气量也称为压缩机的活塞排量。由可以算出理论质量流量〔也称质量输气量〕为图6-13活塞式制冷压缩机理想工作过程

3.活塞式压缩机的实际工作过程与输气系数图6-14为工作过程在图上的表示〔虚线01230为理想工作过程〕，也称为实际示功图。压缩机的输气系数〔亦称容积效率〕，用表示，即输气系数是一个小于1的数，它表示气缸工作容积实际利用的程度。影响的因素对于确定的某一台压缩机而言，主要是运行过程中的压缩比。图6-14活塞式制冷压缩机实际工作过程

6.3.3活塞式压缩机的性能1.活塞式压缩机的制冷量可用下式计算工况改变时，压缩机的输气系数和制冷剂的单位容积制冷量都随之而变。机器铭牌上标出的制冷量一般是标准工况下的制冷量。如果是专门为空调配用的压缩机，那么铭牌上的制冷量为空调工况下的制冷量。2.活塞式压缩机的耗功率在蒸气压缩制冷理论循环的热力计算中，已计算过压缩机的理论耗功率，即制冷压缩机的轴功率计算式为为压缩机的总效率，。对于活塞式，约为0.65~0.75。压缩机在实际使用中配用的电动机的输入功率，还应考虑到传动效率及电动机效率，即6.4冷水机组

冷水机组是制造低温冷冻水的设备，广泛应用于中央空调的制冷系统。冷水机组可产生出5~12℃左右的冷冻水，再通过空气处理装置产生空调所需要的冷风。冷水机组有活塞式、螺杆式、离心式、模块式等形式。

6.4.1活塞式冷水机组它是以活塞式压缩机为主机。对制冷量要求不太大的中小型制冷系统，采用活塞式冷水机组尤为适宜。图6-15为国产FJZ-30冷水机组外形图。主机为6FWl2.5型压缩机，使用R22为制冷剂，空调工况制冷量为341.9kW。图6-16为FJZ-30冷水机组系统。1—冷凝器2—气液热交换器3—电动机4—压缩机5—蒸发器

图6-15FJZ-30冷水机组外形

1—压缩机组2—冷凝器3—冷却水塔4—干式蒸发器5—热力膨胀阀6—电磁阀7—气液热交换器8—枯燥过滤器图6-16FJZ-30冷水机组系统

插图6-2

活塞式冷水机组

6.4.2离心式冷水机组离心式制冷压缩机的原理与离心式水泵类似，目前使用的有单级、双级、三级三种。离心式冷水机组系统示意图如图6-17所示。

1—冷凝器2—抽气管3—放空气管4—制冷剂回收装置5—制冷剂回收管6—蒸发器7—电动机8—增速器9——压缩机10——进口导叶11—高压浮球阀12一挡液板图6-17离心式冷水机组系统

离心式冷水机组主要应用于大型的空调制冷系统。图6-18是国产FJZ-1000离心式冷水机组外形。该冷水机组以R11为制冷剂，当蒸发温度为4℃，冷凝温度为38℃时，制冷量为872kW。图6-19是FJZ-1000离心式冷水机组制冷系统示意图。为了防止空气渗入制冷系统，离心式压缩机做成半封闭式。在冷水机组的制冷系统中，配有一台2F4.8型的压缩机。1—压缩机2—冷凝器3—蒸发器4—油冷却器5—滤油器6—油箱7—电动机8—油泵9—增速箱

图6-18FJZ-1000离心式冷水机组外形

1—离心式压缩机2—蒸发器3—冷凝器4—高压浮球阀5—2F4.8型压缩机6—油别离器7—气液别离器8—放空气阀9—枯燥器10—油箱11—油过滤器12—油冷却器13—油泵图6-19FJZ-1000离心式冷水机组制冷系统

插图6-3

离心式冷水机组

插图6-4

离心式制冷压缩机模型

6.4.3螺杆式冷水机组螺杆式冷水机组具有传动平稳，制冷量可以在额定制冷量10％~100％的范围内无级调节，结构紧凑、质量轻等优点，广泛地应用于宾馆、饭店、医院等中等制冷量的空调系统中。图6-20是BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组的外形图。图6-21是BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组系统示意图。1—压缩机2—控制箱3—冷凝器4—蒸发器

图6-20BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组

图6-21BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组系统1—吸气过滤器2—半封闭式螺杆式压缩机3—贮油器4—集油管组5—油精滤器6—转子油泵7—油粗滤器8—油冷却期9—卧式冷凝器10—枯燥过滤器11—干式蒸发器插图6-5螺杆式制冷压缩机模型

插图6-6

螺杆式冷水机组

6.5吸收式制冷

蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功或电能，使热量从低温热源转移到高温热源；吸收式制冷那么是靠消耗热能来完成这种非自发过程的。6.5.1吸收式制冷系统的工作原理及工质根本的吸收式制冷系统如图6-22所示。1—发生器2—冷凝器3—节流阀4—蒸发器5—吸收器6—泵图6-22吸收式制冷系统组成示意图吸收式制冷机循环是由一个逆向循环和一个正向循环组成，循环的构成如图6-23所示。图中用图表示的是逆向循环，其中1—2表示制冷剂蒸气在热化学压缩器中的升压过程；用图表示的是正向循环，其中5—6和7—8分别表示溶液的升压过程和吸收液的节流过程，6—7和8—5分别表示发生过程和吸收过程。在后两个过程中产生的制冷剂蒸气及被吸收的制冷剂蒸气，分别用图上的点2和点1表示。

图6-23吸收式制冷机循环的图及图

吸收式制冷机通常是以所用工质的不同来分类的。目前吸收式制冷机中都采用二元溶液作为工质，其中的低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。表6-2列出了局部工质对，其中获得广泛应用的只有NH3—H2O和LiBr—H2O溶液，前者用于低温系统，后者用于空调系统。名称制冷剂吸收剂名称制冷剂吸收剂氨水溶液氨水氯化钙氨溶液氨氯化钙溴化锂溶液水溴化锂氟利昂溶液R12矿物质油溴化锂甲醇溶液甲醇溴化锂R22，R21二甲替甲酸铵硫氰酸纳氨溶液氨硫氰酸纳硫酸水溶液水硫酸表6-2制冷剂吸收剂工质对

插图6-7

吸收式制冷机组

6.5.2理想吸收式循环分析吸收式制冷循环的经济性常用热力系数〔或COP表示〕作为评价指标，其定义为图6-24示出对理想吸收式制冷循环进行分析的方法，把吸收式制冷循环分解为动力循环和制冷循环的结合。图6-24动力循环和制冷循环相结合的热驱动制冷循环在两个温度之间由热力学可逆过程构成的理想循环是卡诺循环，在温—熵图上是一个长方形。对于图6-24左侧的动力循环，有对于图6-24右侧的制冷循环，有那么为从式中可以看出，热力系数在理论上是制冷系数与卡诺循环效率之积，而且随着Tg、T0增加以及Tk的减少，热力系数是增加的。例6-2一个理想的吸收式制冷循环的热源温度为100℃，制冷温度为5℃，环境温度为30℃。试求该循环的COP值，即。解：6.5.3溴化锂水—吸收式制冷系统溴化锂吸收式机组按结构不同可分为单筒型、双筒型、三筒型等形式。按热源种类分，有蒸气型、热水型和直燃型；按循环形式分，有单效型、双效型和两级吸收型。1．单效双筒式溴化锂吸收式制冷机工作原理见图6-25。单效溴化理吸收式制冷装置，一般采用0.1MPa〔表压〕的加热蒸汽为热源，也可利用85~150℃以上的热水或废热，其热力系数仅在0.65~0.75之间。图6-25单效双筒式溴化锂吸收式制冷机的工作原理图1—冷凝器2—发生器3—蒸发器4—冷剂泵5—吸收器6—溶液泵7—引射器8—换热器

2．双效溴化锂吸收式制冷装置它是在机组中设有高压与低压两个发生器，因此又称两级发生式溴化锂制冷机。采用压力较高的蒸汽〔0.4~0.8MPa表压〕或150℃以上的高温水、燃油、燃气等热源来加热，产生的冷剂水蒸气再作为低压发生器的热源。热力系数可达1.0以上。与蒸汽消耗量比单效型机组降低30％。主要缺点是设备结构复杂，高温下的防腐问题是一个值得注意的问题。3．两级溴化锂吸收式制冷机它具有两级发生和两级吸收过程。该类型装置降低了对热源温度的要求，能充分利用低温热源。但热力系数那么大为降低，仅0.3~0.4左右。4．直燃式溴化锂吸收式冷热水机组它不用蒸汽热源，而采用燃油、燃气燃烧直接加热溴化锂水溶液。它主要特点有：无需另建锅炉房或依赖城市热网；燃烧完全，污染少；具有生产卫生热水的功能等。6.5.4氨—水吸收式制冷系统以水作为吸收剂、氨作为制冷剂的系统，如图6-26所示。它与溴化锂吸收式相比，还需有精馏塔和分凝器。按工作流程，氨—水吸收式制冷机有单级和多级之分。双级氨—水吸收式比单级吸收式的热力系数可提高25％左右；双级发生和双级吸收式氨—水制冷机可降低对热源温度的要求，当然热力系数也相应降低。图6-26氨—水吸收式制冷系统

1—冷凝器2—节流阀3—蒸发器4—吸收器5—泵6—换热器7—发生器8—精馏塔9—分凝器氨—水与溴化锂—水系统比较热力系数相当；氨—水系统可以到达低于0℃的蒸发温度，而工业溴化锂—水装置能到达的温度不低于3℃左右；氨—水系统设备较多，但可以在高于大气压的情形下运行；在溴化锂系统中还必须参加特别的防蚀剂。6.5.5复合型吸收式制冷装置图6-27为一例。它将蒸气压缩和吸收式相结合，使蒸气压缩式与吸收式制冷系统各自特点，得到较好的发挥。这种组合是热电厂的一局部高压蒸气的能量用来产生动力，蒸气冷凝那么作为热源或供加工过程用。1—发生器2—蒸发器3—节流阀4—冷凝器5—压缩机6—蒸气透平图6-27吸收式与蒸发压缩式组合的复合型制冷系统6.6热泵技术及其应用

热泵实质上是一种热量提升装置，这个泵所搬运的介质是“热〞。热泵装置本身所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，是名符其实的节能技术。6.6.1热泵分类热泵的分类有多种方法，按照工作原理的不同，有蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射式等按热力循环运行的热泵；有利用帕尔帖效应工作的半导体热泵；有利用兰克—赫尔胥效应工作的涡流管热泵以及利用化学反响热工作的化学热泵等。在建筑供热上，通常是按热源种类〔放在首位〕和热媒种类〔放在第二位)来划分。例如，水—水热泵；土壤—空气热泵。在吸收式热泵装置中又分为两种类型：一种为低温型吸收式热泵，又称“第一类吸收式热泵〞，是指供热温度低于工作热源温度的“吸收式热泵〞，热力系数大于1；另一种为高温型吸收式热泵，又称“第二类吸收式热泵〞，是指供热温度高于工作热源温度的“吸收式热泵〞，其输出的热量〔供热量〕小于中等温度热源所提供的热量，热力系数一般不超过0.5。6.6.2空气源热泵系统空气源热泵，有空气—水热泵、空气—空气热泵，尤其在长江以南地区应用较广。1.空气源热泵的工作过程空气源热泵机组是以室外空气为工作热源，如图6-28。

图6-28压缩式空气源热泵工作过程2.冬季供暖运行结霜与除霜空气源热泵机组冬季供暖运行时，当蒸发器外表温度低于0℃时，就形成霜。中小型空气源热泵主要采用换向除霜、电热除霜、热水除霜等方法。除霜过程的能耗占总能耗的10%左右，而由于控制不当可高达27%。3.供暖季气温的区域性影响按我国划分的七个供热区域，针对某一热泵计算所得的供热季节性能系数HSPF如表6-3所示。空气源热泵的运行效果除受机组本身性能的影响外，与气候环境也有密切关系。供热季节性能系数HSPF，这一指标综合反映了热泵机组在整个采暖季运行的热力经济性，其定义式如下：HSPF＝表6-3各供暖区热泵的HSPF值6.6.3地源热泵系统地源热泵系统，强调的是利用地表浅层地热能。广义而言，它包括了土壤、地下水、地表水〔江、河、湖、海〕、污水以及工业废水等。其中所用的热泵装置，都是以水〔或防冻液〕作为热源介质的，因此，系统中一定会包括水源热泵机组。1.地源热泵系统分类〔1〕闭环系统闭环系统指的是通过水或防冻液在预埋地下的塑料管中进行循环流动来传递热量的地下换热系统。〔2〕开环系统开环系统通常指利用传统的地下水井传递地下水中或地下土壤中热量的地源热泵系统，还有池塘或湖水。〔3〕直接膨胀式系统该系统直接采用装有制冷剂的铜管埋入地下取热。地源热泵可分为家〔住宅〕用和商〔公共建筑〕用两大类；集中式、分散式系统；纯地源系统，混合式系统。在南方地区，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。而在北方地区，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样，混合式系统可以减少地源的容量和尺寸，节省投资。2.地源热泵的工作原理在冬季，如图6-29。在夏季，如图6-30。从图6-29、图6-30中可以看出，不管是冬季工况，还是夏季工况，除了供暖或制冷空调外，都可以产生生活热水，满足用户常年的需要。

图6-29地源热泵在冬季供热模式原理图6-30地源热泵在夏季供热模式原理

3.地源热泵系统应用的优势〔1〕较低的能量消耗。地源热泵比空气源热泵节省能源40％以上，比电采暖节省能源70％以上。〔2〕免费或低费用的提供生活热水。在夏季可以免费提供热水，在冬季获得热水的费用可节省一半。〔3〕改善了建筑外观。因为通常没有室外压缩机或冷却水塔。〔4〕较低的环境影响。比燃煤锅炉与电驱动地源热泵所排放的CO2量，可减少30％。〔5〕较低的维护费用。平均维护费用约为传统系统的三分之一。〔6〕运行灵活、经久耐用。地源热泵本身通常寿命在20年以上。〔7〕全年满足温、湿度要求。因机组可自主决定供热、制冷空调的时间。〔8〕分区供热和制冷。〔9〕设计特性明显。影响地源热泵系统有效使用的最大障碍是不适当的设计和安装。6.7空调系统

空调是维持室内的空气温度、相对湿度、气流速度和洁净度在一定范围内变化的技术。其中制冷降温是空气调节的一项关键技术。人们常把制冷降温作为空调系统的主要功能。6.7.1概述1.空调的分类〔1〕按使用目的分类1〕舒适性空调通常应具备以下条件：工作温度：20~26℃；空气的相对湿度：40％~60％；空气的平均流速：0.25m／s左右。2〕工业性空调〔也称生产性空调〕也兼顾人体的舒适。

〔2〕按空调精度分类1〕恒温空调恒温精度△t≥1℃时称为一般性空调；△t≤1℃时称为高精度空调。2〕恒湿空调按照恒湿精度的不同分为：≥10%、5%≤＜10%、2%≤＜5%、＜2%等几种等级范围。也可按洁净度大小，如按每升空气中直径的尘埃颗粒数的平均值不超过3粒、30粒、300粒等，而把空调系统分为3级、30级、300级洁净等类别。2.空气调节系统的一般组成空调系统一般由冷热源局部、空气处理局部和电气控制局部构成。3.空调系统的应用空调系统的应用相当广泛而多样。工业兴旺国家的空调所耗电能，包括供暖通风在内，已占全国耗电量的30％左右，我国的空调耗能也有日益增加的趋势。6.7.2湿空气的焓湿图空气的主要状态参数有温度t、相对湿度、含湿量d和比焓h。在工程实际中，通常利用湿空气的焓湿图〔简称为h-d图〕进行计算，图6-31为焓湿图的局部图线。利用h-d图可以很容易地确定空气状态及状态参数，如湿球温度、露点温度，而且还可用热湿比值在h-d图上显示空气状态的变化过程。图6-31焓湿图图6-32表示两股分别处于状态1和2、空气流量分别为和的空气流，在管内绝热混合。混合后的空气流状态用3表示，其干空气流量为。按照质量守恒原理、能量守恒原理，那么有：图6-32绝热混合如果已经知道混合前各股气流的状态和流量，按照上述三个方程式就可以解出混合后空气的流量以及含湿量和比焓。将上述三式整理，可得以下关联式这样，就可以在焓湿图上用图解法确定混合后空气的状态点3，从而确定其余的状态参数。6.7.3热湿负荷计算、送风量和新风量确实定1.热湿负荷计算空调热、湿负荷是确定空调系统风量、空气处理方法和空调装置容量的原始依据。通常由以下局部组成：通过围护结构传入室内的热量、通过玻璃窗传入室内的热量，人体散热量和散湿量，工艺设备散热量，照明散热量以及潮湿地面的散湿量等。室内热、湿负荷的计算以室外气象参数和室内要求的空气环境条件为依据。如我国的室内空气温度：夏季推荐26~28℃；冬季推荐18~22℃。相对湿度：夏季取40％~60％；冬季对一般建筑可不作规定，高级建筑高于35％即可。空气平均流速：夏季取0.2~0.5m/s；冬季取0.15~0.3m/s。工艺性空调可分为一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调等。

降温性空调对温、湿度的要求是夏季工人操作时手不出汗，不使产品受潮。因此，一般只规定温度或湿度的上限，不再注明空调精度。恒温恒湿空调室内空气的温、湿度基数和精度都有严格的要求。净化空调不仅对空气温、湿度提出一定要求，而且对空气中所含尘粒的大小和数量都有严格要求。2.送风量确实定〔1〕夏季送风状态及送风量图6-33表示一个空调房间送风示意图。室内余热量〔即室内冷负荷〕为Q〔W〕，余湿量W〔kg/s〕。图6-33空调房间送风根据热平衡可得根据湿平衡可得

显然将两式相除，即得送入空气由O点变为N点时的状态变化过程〔或方向〕的热湿比〔或角系数〕这样，在h—d图上就可利用热湿比的过程线〔方向线〕来表示送入空气状态变化过程的方向〔图6-34〕。图6-34送入空气状态变化过程线既然送入的空气同时吸收余热、余湿，那么送风量必定符合以下等式： 〔6-37〕Q和W都是的，室内状态点N在h—d图上的位置也已确定，因而只要经N点作出的过程线，即可在该过程线上确定O点，