制冷基础及常用资料

目录1,制冷循环2,冷水机组的分类3,制冷剂的分类4,空调负荷的估算办法5,空调水系统6,冷水机组的启动方式7,常用资料1JohnsonControls循环分析--影响制冷循环的几个重要因素环境气温过冷过热吸气过热、蒸发压力及冷凝压力对循环的影响2JohnsonControls冷水机组工作过程-压焓图压焓图：lgp-h图，制冷剂的压力坐标取成对数lgp，以缩小纵坐标的尺寸，横坐标为比焓。压焓图的意义：广泛应用于制冷工程中，可方便得进行工质循环效率的量的分析。饱和液体线：左侧过冷液区和气液混合区的临界线饱和气体线：右侧过热蒸气区与气液混合区的临界线等温线：在过冷液区，制冷剂液体的比焓只与温度有关，因而在液体区的等温线为一垂直线；而在两相区，由于等温线就是定压线，因而等温线是一条水平线；在过热蒸气区，等温线呈一条下弯的曲线，在低压区等温线又接近于垂直线。等比容线：即等比体积线，比体积大的在下面，比体积小的线在上面。3JohnsonControls标准制冷循环压力P冷凝蒸发制冷量输入功率压缩膨胀过热过冷4JohnsonControls单级压缩&多级压缩单级离心压缩机优点：体积小、重量轻、单机容量大、部件少、效率高、运行维护方便等，适合空调范围使用

多级离心压缩机优点：无增速齿轮、转速低、可实现更低的蒸发温度、适合除空调范围的工艺冷却范围使用

5JohnsonControls过冷&过热过冷的优点：

提高制冷量（加大蒸发器焓差）

减少在节流元件处产生闪发气体

过热的缺点（防止压缩机液击之无效过热）：单位制冷剂制冷量不变，功耗增加冷凝器单位热负荷增加吸气比容增大，制冷剂流量减小，制冷量下降

6JohnsonControls压力焓吸气比容不变，制冷剂流量不变制冷量减小消耗的功率增大制冷系数降低蒸发温度不变，冷凝温度增加7JohnsonControls压力焓吸气比容增大，制冷剂流量减小制冷量减小单位压缩功增大，压缩机功率与压比有关制冷系数降低冷凝温度不变，蒸发温度降低8JohnsonControls试在压焓图上（R-22）描绘某制冷系统在下表所示工况下的制冷循环过程并计算制冷效果、压缩比功及制冷系数（COP）。蒸发温度：4℃，冷凝温度：40℃压缩机吸气过热度（假设过热发生在蒸发器内）：5℃冷凝器出口过冷度：5℃

压力

焓1232°37°40℃4℃35℃9℃ABCD查R22对应的压焓图得到以下数据：A：温度4℃，比焓38Btu/lb，B:温度9℃，比焓110Btu/lb，C:温度66℃，比焓121Btu/lb，计算得到：制冷效果＝hB-hA=110-38＝72Btu/lb压缩功＝hC-hB=121-110＝11Btu/lb制冷系数＝72/11＝6.54练习9JohnsonControls冷水机组的分类蒸气压缩式制冷机容积型速度型往复式回转式活塞式滚动转子式单螺杆式双螺杆式涡旋式离心式10JohnsonControls四大部件的形式11JohnsonControls制冷剂应具备的一般性质化学性质：无毒性、刺激性、对人体健康无损害；具有化学稳定性，不燃烧，在使用温度范围内不分解不复合成高沸点物质热力学性质：蒸发压力相近或稍高于大气压力（101KPa），减少空气渗漏，降低制冷能力；冷凝压力不要过高，以提高冷凝器的安全性、密封性冷凝压力和蒸发压力差值小，以减少压缩比和结构尺寸；

制冷剂蒸发温度饱和蒸发压力冷凝温度饱和冷凝压力压差

CKpaCKpaKpaR12354140154113R134a5350401016666R2255314015341003

制冷剂的性能12JohnsonControls1987年9月由在联合国环境属(UNEP)组织的“保护臭氧层公约关于含氯氟烃议定书全权代表大会”在加拿大蒙特利尔召开。来自36个国家、10个国际组织的140名代表和观察员出席了会议。中国政府也派出了代表参加。在大会上通过了«关于消耗议定书臭氧层物质的蒙特利尔议定书»确定主要的臭氧破坏物质为：CFC-11,12,113,114,115,以及含有以上任何物质的混合工质例如：R-500,502制定了限制生产量时间表到1993年底已有112个国家加入了该协定第一个国际性的为了防止环境的进一步恶化而制定的环境公约。蒙特利尔协定13JohnsonControls蒙特利尔协定CFC-11=1.0CFC-12=1.0R-500=0.74HCFC-22=0.055HCFC-123=0.02HFC-134a=0.0R-717=0.0R-718=0.0已禁用的工质过渡工质，禁用时间为2030年以后发展中国家滞后10年无限期使用的工质14JohnsonControls冷负荷计算方法1.冷负荷系数法：是建立在传递函数法的基础上，以便于在工程上进行手算的一种简化计算方法。2.冷负荷估算指标：

Q=q·FQ-建筑物空气调节系统总冷负荷Wq-建筑面积的冷负荷指标W/mF-空调面积m2空调冷负荷的估算办法15JohnsonControls热负荷计算方法1.窗墙比公式法：当已知外墙面积、窗墙比及建筑面积时，采暖供热指标可按下式估算：

q=1.163(6a+1.5)W(tn-tw)/FW式中q-建筑物采暖负荷热指标，W/m2；

a-外窗面积与外墙（包括窗）面积之比；

F-总建筑面积，m2;W-外墙总面积（包括窗），m2

tn-室内采暖设计温度，℃；

tw-室外采暖设计温度，℃2.单位面积热指标法：只知道建筑物面积

Q=q·FQ-建筑物空气调节系统总热负荷Wq-建筑面积的热负荷指标W/mF-空调面积m2空调热负荷的估算办法16JohnsonControls冷水机组基本知识定义热平衡蒸发吸热量＝冷冻水流量(l/s)*4.18*ΔT+压缩机功耗＝1.732*U*RLA*COSφ--------------------=冷凝放热量=冷却水流量(l/s)*4.18*ΔT

蒸发吸热量COP=---------------------

压缩机功耗17JohnsonControls冷水机组基本知识基本概念kW=机组功耗或制冷量。冷吨（Tons）是指蒸发吸热量。蒸发冷吨=GPMx温差(F)/2412,000Btuh24小时内1吨零度的水变为零度的冰所需的冷量1冷吨＝3.516kW=3024大卡1kW＝860大卡制冷量kW=水流量（L/S）*温差（0C）*4.18418JohnsonControlsARI与机组效率NPLV为非标准部分负荷效率。IPLV则为ARI标准工况下的部分负荷效率。

IPLV(NPLV)=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D）

A=在100%负荷时的kW/ton B=在75%负荷时的kW/ton C=在50%负荷时的kW/ton D=在25%负荷时的kW/ton19JohnsonControls单位转换20JohnsonControls空调水系统－吸入式和压入式空调水系统中，水泵的安装方式通常有压出式和吸入式两种。见图6和图7，吸入式水系统是高层建筑常用的空调水系统方式，其特点是能减小制冷机蒸发器及冷凝器承受的压力，因而被广泛采用。但吸入式系统并不适用于所有情况，如某工程建筑高度为20m，冷热水机组布置在一楼，冷却塔及膨胀水箱布置在屋顶，采用图6所示的吸入式系统，因冷冻水、冷却水系统静压仅20m，而冷凝器、蒸发器的阻力损失为14~18m，加上管道系统的阻力，导致循环水泵吸入口处出现负压，从而产生气蚀和水击现象，系统不能正常运行。将吸入式系统改为压出式系统后，水系统恢复正常。普通的制冷机的蒸发器和冷凝器工作压力一般为1MPa，笔者认为，静压小于50米的空调水系统采用压出式系统方式较合理，不会造成蒸发器和冷凝器承压过大，也不会产生气蚀，当空调水系统静压大于50米时，则采用吸入式水系统以降低系统工作压力。

21JohnsonControls水泵的布置位置对系统承压的影响

水泵布置在制冷机组的吸入侧，制冷机组水侧承压为系统最高。水泵布置在制冷机组的抽出侧，制冷机组的水侧承压，将减少相当于水泵扬程的值，而系统的最高承压点也会减少稍大于制冷机组蒸发器水侧阻力的值。空调末端和膨胀水箱的承压没有改变。因此在高层的水系统设计中，可以通过改变水泵的布置，来解决制冷设备高承压的问题。22JohnsonControls空调水系统形式从舒适性角度分为两管制和四管制两管制：冷热水共用同一套系统，节省初投资，舒适性稍差。四管制：舒适性好，但初投资高从阻力平衡角度分为同程式与异程式同程式：系统阻力平衡性好，易调试，初投资高异程式：系统阻力平衡性差，不易调试，初投资低23JohnsonControls四管制系统应用24JohnsonControls两管制系统应用25JohnsonControls同程管路布置26JohnsonControls异程管路布置27JohnsonControls冷水机组系统形式定流量一次系统末端采用三通阀或无水流量调节装置一次/二次系统机组水流量恒定，末端水流量变化一次变流量系统水流量变化范围有限28JohnsonControls一次定流量系统29JohnsonControls一次定流量系统30JohnsonControls一次定流量系统一般用于小冷量系统末端没有变流量措施或采用三通阀变流量运行机组能耗较高31JohnsonControls一次/二次系统32JohnsonControls一次/二次系统33JohnsonControls一次/二次系统34JohnsonControls一次/二次系统35JohnsonControls一次/二次系统应用广泛节能效果明显负荷控制负荷降低时，变频水泵减小二次侧水流量，部分水流量通过旁通管流回冷水机组，冷水机组水流量恒定。当二次侧水流量大于一台机组的水冷量时，关掉其中一台冷水机组及水泵，其它机组正常运转反之负荷增加时，通过旁通管的温度控制启动机组系统控制需要在旁通管上加流量计及温度传感器来控制机组起停，同时在末端远端需要压力传感器用于控制二次泵36JohnsonControls一次变流量系统37JohnsonControls一次变流量系统应用普遍控制逻辑冷水机组铜管内流量控制在0.9-3m/s之间。在中国的常规空调系统中，冷水机组为整个空调系统的耗电主体，冷冻水泵一般只占到空调系统耗能的10%左右，因此冷水机组的节能是空调系统节能的重点，而且对于采用单级压缩的离心机制造厂家来说，电机通过齿轮传动，压缩机叶轮转速较高，有很大的节能空间。水泵首先随负荷减少而降低流量，当流量降低到最低流速限制时，保持流量。当经过旁通管的流量大到一台机组流量时，关掉其中一台机组，流量继续随负荷变化，直到最小水流量。系统需要水流计感知旁通管流量，同时需要温度传感器，感知水温以用于负荷提升过程。38JohnsonControls一次泵变流量系统的控制逻辑39JohnsonControls冷水机组的启动方式传统启动器现代软启动器直接启动星三角自耦软启动变频启动电流5~8Ie1.8~2.6Ie1.7~4Ie0~5Ie0~1.5Ie启动转矩0.5~1.5Te0.5Te0.4~0.85Te0~1Te0~1.5Te启动方式恒压恒压分步恒压分步恒流，线性斜压变压变频启动特性冲击力矩大2次冲击转矩2次冲击转矩力矩均匀平滑恒转矩冲击电流很大，1次2次2次及以上1次1次启动级数122次及以上连续无级连续无级启动时间不可调可调可调可调可调执行元件开关开关自耦元件晶闸管变频器40JohnsonControls冷水机组

传统星三角起动方式接线示意图接油泵1.5KW

星三角启动柜6根动力线接电机接线盒8根2.5MM2铜线接外电接地线

41JohnsonControls离心式冷水机组

变频/固态软起驱动方式接线示意图

3根动力线接变频/固态启动柜

接地线

42JohnsonControls起动电流05102040满载电流100%