制冷原理与技术(热泵理论教程)课件

单级蒸气压缩式制冷的基本原理制冷技术一、热力学基本定律热力学第一定律：能量守恒和转换定律热力学第二定律：能量贬值原理不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。

二、完成制冷循环的设备组成及其工作蒸发器：介质气化，吸收外界热量，实现对外制冷的换热设备。冷凝器:介质由气态冷凝为液态，使介质可以再次气化制冷的换热设备。压缩机:为使介质在自然环境下冷凝，而改变介质状态的动力设备。（实现了热量从低温物体向高温环境转移）节流机构:维持系统高低压共存的设备。2.循环结果

从被冷却介质吸热q0（单位制冷量）；向冷却介质放热qk；循环净耗功w0＝qk－q0

3.制冷系数

大小只取决于两个热源的温度；T0↗或Tk↘ε↗a-b等熵压缩b-c变温放热(可逆多变压缩)c-d等熵膨胀d-a变温吸热(可逆多变膨胀)劳仑兹循环两个变温热源两个变温过程两个等熵过程变温热源理想循环劳仑兹循环劳仑兹循环的制冷系数等于一个以放热平均温度和吸热平均温度为高、低温热源温度的等效逆卡诺循环的制冷系数，仅取决于被冷却物和冷却剂的温度状况，而与制冷剂性质无关。五、有传热温差的制冷循环

Tk’—冷却介质的温度T0’—被冷却介质的温度逆卡诺循环：1’-2’-3’-4’-1’Tk

—冷凝器中制冷剂的温度T0

—蒸发器中制冷剂的温度有传热温差的循环：1-2-3-4-1耗功量增加：阴影面积制冷量减少：1-1’-4’-4-1制冷技术

单级蒸气压缩式制冷的理论循环干压缩代替了湿压缩：压缩机吸气状态为干饱和蒸气

节流阀代替了膨胀机：简化了设备，但会造成节流损失热交换过程为等压过程，而非等温过程

二、理论制冷循环的特点（对比理想制冷循环）三、压焓图（一点两线三区五状态）等压线—水平线等焓线—垂直线等干度线—湿蒸气区域内曲线等熵线—向右上方大斜率曲线等容线—向右上方小斜率曲线等温线—垂直线（液相区）→水平线（两相区）→向右下方弯曲（过热蒸气区）四、理论制冷循环的压焓图压焓图的作用：确定状态参数表示热力过程分析能量变化五、状态点的确定1点：Po等压线与x=1蒸气干饱和线交点3点：Pk等压线与x=0液态饱和线交点2点:Pk等压线与s1等熵线交点4点：Po等压线与h3等焓线交点单位冷凝负荷qk：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量。qk＝h2－h3

单位理论压缩功w0：压缩机每压缩输送1kg制冷剂所消耗的压缩功。w0＝h2－h1

制冷系数ε0：

热力完善度η：

一、液体过冷什么是液体过冷？

制冷剂在冷凝器中液化后、进入节流机构之前，将液态制冷剂再降温成为过冷液体的做法。为什么制冷系统带液体过冷？带有液体过冷的制冷系统的制冷量会增加。1、几个基本概念过冷温度：制冷剂节流前被降温到低于饱和温度的过冷液体的温度。过冷度：液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度之差。过冷循环：具有液体过冷的循环称为液体过冷循环。3.实现方法冷凝器后装过冷器；设计，选型时，适当增大冷凝器面积；制冷系统中设置回热器，采用回热循环。4.热力分析单位制冷制冷量：q0＝h1－h4’单位理论压缩功：w0＝h2－h1

单位质量制冷量提高耗功量不变制冷系数增大二、蒸气过热什么是蒸气过热？

制冷剂在蒸发器中气化后、继续吸热升温，使压缩机吸气温度高于其饱和温度的做法。为什么制冷系统带蒸气过热？保证压缩机吸气是干蒸气。2.过热循环1’-2（压缩机）：等熵压缩；2-3（冷凝器）：等压放热；3-4（节流阀）：等焓节流;4-1（蒸发器）:等压吸热

；1-1’（过热）：等压传热3.实现方法蒸发器面积大于设计所需面积（有效）；蒸发器与压缩机间的连接管道吸取外界环境热量而过热（有害）；系统中设置回热器（有害过热，但有过冷过程伴随）。

4.热力分析（1）有害过热分析：单位压缩功增加单位制冷量不变单位冷凝负荷增大进入压缩机的制冷剂比容增大压缩机的排气温度升高（2）有效过热分析：单位压缩功增加单位制冷量增加单位冷凝负荷增大进入压缩机的制冷剂比容增大压缩机的排气温度升高氨过热度5℃氟利昂一般取可采取较大的过热度,过热温度不超过15℃5.实际运行中过热度选择三、回热循环1.回热循环冷凝后的制冷剂液体与蒸发后的制冷剂蒸气进行热交换，实现液体过冷、蒸气过热的制冷循环。2.实现方法：系统中设回热器吸气管与供液管绑扎

3.循环过程1’-2（压缩机）：等熵压缩；2-3（冷凝器）：等压放热冷凝；3-3’（回热器）：等压放热过冷；3’-4（节流阀）：等焓节流；4-1（蒸发器）：等压吸热制冷；1-1’（回热器）：等压吸热过热。4.热力分析单位压缩功增加；单位制冷量增加；回热循环不一定能提高制冷系数；氨不采用回热循环；回热适合在氟制冷系统中使用。单级蒸气压缩式制冷实际循环制冷技术一、实际循环的特点

压缩非等熵、可逆过程----压缩过程伴有吸热和放热；存在传热温差，过程不可逆；改善循环：吸气过热和过冷节流、回热循环；系统存在节流损失

；系统存在流动损失；系统存在不凝性气体。

二、实际循环的热力计算

1.确定工作参数蒸发温度t0：

(直冷式蒸发器)空气：t0＝t空气2－（8～10℃）(间冷式蒸发器)水或盐水：t0＝t水2－（4～6℃）冷凝温度tk：(风冷式冷凝器)空气：tk＝t空气1＋15℃

(水冷式冷凝器)水：tk＝t平均水温＋（5～7℃）(蒸发式冷凝器)湿空气:tk＝夏季室外计算湿球温度＋(8～15℃)

过冷温度tgl：tgl＝tk－（3～5℃）

压缩机吸气温度tgr：氨：tgr=t0＋（5～8℃）

氟利昂：tgr≤15℃

2.在压焓图上确定各状态点，并绘制制冷循环3.进行热力计算单位质量制冷量：q0＝h1－h4

单位体积制冷量

：qv＝q0/v1’制冷剂质量流量：MR=Qo/q0制冷剂体积流量:VR=MR*v1’单位理论压缩功：w0＝h2－h1’单位轴功：we=wo/η=h2’－h1’——得出h2’值冷凝负荷：Qk＝MR(h2’－h3)过冷负荷：Qgl=MR(h3－h3’)过热负荷：Qgr=MR(h1’－h1)制冷系数ε：热力完善度η：三、实际制冷过程描述1-1’吸气管过热1’-a吸气阀节流a-b制冷剂进入气缸吸热b-c先吸热压缩，后放热压缩c-d制冷剂在排气腔放热d-e排气阀节流e-2排气管放热冷却2-3冷凝放热3-3’液体过冷3’-4节流过程中，制冷剂降温降压对外吸热增焓4-1蒸发制冷四、实际制冷系统的耗能评价指标性能系数COP:消耗单位压缩机轴功产生的制冷量能效比EER：单位电动机输入功所产生的制冷量实际制冷循环热力计算举例

1.冷凝温度的影响当提高冷凝温度：压缩比增加，导致压缩机效率降低单位制冷量减少；单位压缩功增大；制冷系统性能系数降低，运行经济指标变劣。五、制冷系统性能影响因素

五、制冷系统性能影响因素

2.蒸发温度的影响当降低蒸发温度：压缩比增加，导致压缩机效率降低吸气比容增加，单位容积制冷量减少；单位压缩功增大；制冷系统性能系数降低，运行经济指标变劣。六、制冷系统运行工况标准工况和空调工况：用于比较制冷压缩机制冷能力，标准工况制冷温度较低；空调工况制冷温度较高，主要针对空调用压缩机。工况蒸发温度吸气温度冷凝温度再冷温度标准工况R717-15-10+30+25R22-15+15+30+25空调工况R717+5+10+40+35R22