第0-1章绪论及制冷的基本知识

冷热源工程第0-1章目录0.绪论0.1.冷热源工程与建筑环境0.2.冷热源工程与生态系统1.制冷基本知识1.1.理想制冷循环——逆卡诺循环1.2.蒸气压缩式制冷的理论循环1.3.蒸气压缩式制冷的实际循环1.4.分析在制冷循环中的应用2.制冷剂及载冷剂2.1.制冷剂2.2.CFCs的使用与替代3.制冷压缩机3.1.活塞式制冷压缩机3.2.螺杆式制冷压缩机3.3.离心式制冷压缩机3.4.其他类型的制冷压缩机4.制冷系统设备与机组4.1.冷凝器与蒸发器4.2.节流机构4.3.辅助设备4.4.制冷机组5.供热锅炉5.1.锅炉的基本知识5.2.燃料5.3.锅炉的热平衡5.4.水管锅炉水循环及汽水分离5.5.锅炉的燃烧方式与设备5.6.锅炉的受热面的布置形式6.其他热源6.1.电热式热源6.2.常压热水机组6.3.太阳能热源6.4.其他可再生热源7.热泵7.1.热泵的分类及其热源7.2.热泵的能源利用系数7.3.热泵在空调供热系统中的应用8.吸收式制冷及设备8.1.吸收式制冷的工作原理8.2.直燃型溴化锂吸收式冷热水机组9.蓄冷技术9.1.蓄冷技术综述9.2.冰蓄冷技术9.3.水蓄冷(热)技术9.4.共晶盐蓄冷技术10.冷热源系统设计10.1.燃烧计算与烟气分析10.2.燃气供应系统设计10.3.燃油供应系统设计10.4.锅炉通风系统设计10.5.冷热源水处理系统11.冷热源机房设计11.1.冷热源机组的选择11.2.冷源水系统11.3.热源机房的热力系统及设备11.4.冷热源机房设计0绪论0.1能源与冷热源工程

冷热源工程主要涉及冷热设备的设计、工作原理、运行管理。设备是能源消耗与转化设备。实际工程中，根据具体情况需要供应一定的冷量或热量以满足不同的需要。冷量或热量的供应一般是通过中间载体实现的。称其为‘冷媒’或‘热媒’。生产冷量的设备称为冷源设备（制冷设备），生产热量的设备称为热源设备。

空气调节的任务(ACTasks)特定空间指房间、厂房等空气调节系统组成

能源与冷热源工程的关系能源是发展工农业生产、提高人民生活水平的重要的物质基础。现代文明发展是建立在对物质和能源大量消耗的基础上的。1）能源的形式按能源的形态可分为太阳能、电能、化学能、核能、水力能、海洋能生物能等。分为一次能源：以原始状态存在于自然界中的能源，如煤炭、石油、天然气、水力等

二次能源：把一次能源经各种方式加工转换后得到的能源，如电能、蒸汽、热水、太阳能是地球上能源的主要来源2）能源的重要性能源是现代社会生活和生产的物质基础，能源消耗量与国民生产总值同步增长。生活能源消费包括两部分：直接能耗、间接能耗3）现有能源的有限性按现在消费增长率持续下去，今后30-40年内矿物燃料即将枯竭。世界人口的急剧增长，也加剧了能源的消耗和枯竭。

4）重视能源的可持续性为保证能源供应的可持续性，必须大力开发新能源，大力提倡节约能源，提高能源的利用率0.2冷热源与生态环境冷热源设备是大量消耗能源的能量转化设备，主要消耗电能及矿物质燃料。大量使用冷热源设备将导致众多与生态环境有关的问题1）臭氧层的破坏人类大量使用冷冻剂、消毒剂、灭火剂等化学制品，向大气排放氟氯烃气体，紫外线分解其产生氯原子，其再把臭氧中的一个氧原

子夺去，使臭氧变成氧，使其丧失吸收紫外线的能力。2）全球气候变暖与海平面上升二氧化碳的大量排放形成温室气体使地球产生‘温室效应’。为控制气候变暖，需采取下列措施：i:减少矿物燃料的使用，提高燃料的热效率ii：开发新能源，改变能源结构iii：提倡生物资源的可持续性利用，减少温室气体的排放。3）酸雨蔓延酸雨是严重的污染物质，含多种无机酸和有机酸，以硫酸、硝酸为主。由燃料排放的二氧化硫、汽车尾气的氮氧化物等进入大气后，经云内成雨过程转化为较大的酸雨雨滴。我国能源以煤炭为主，酸雨现象较为普遍。酸雨对生态系统破坏严重，需采取措施减少二氧化硫、氮氧化物的排放，减少酸雨的危害。4）烟尘、废渣及噪音污染矿物燃料的燃烧排放大量的二氧化碳，硫化物、烟尘等造成大气污染，影响人类健康0.3能源的品位与利用1）能源的品位能量的大小由其做功本领来描述，能量利用的过程实质就是能量的转化、传递过程。能量由一个状态状转化为另一个状态时，因能源状态的不同，其转换效果也不同，因此，能源因其所处的状态不同，其价值也不同。i：评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量，按质量可划分为高位能和低位能，理论上可完全转化为功的能量称高位能。不能

全部而只能部分转化为功德能量称为低位能。热源也分为高位热源和低位热源。ii：合理使用高位能iii：按热力学定律，能量既不能产生也不能消灭，只是从一种形式转换为另一种，在节约能量问题上，要注重能量的贬值问题。2）热电冷联供系统锅炉产生蒸汽通过汽轮机做功发电，排气除满足各种热负荷，用于溴化锂吸收式制冷系统，可减少电力的使用。

冷热联供系统主要由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设备组成（见图0.3），其能源利用率和热经济性需从燃料消耗量、镛效率和经济镛效率3个评价指标加以分析。此外还有投资回报率、环保、社会效益、系统可靠性等第1篇冷源及冷源设备

第1章制冷的基本知识

1.1概述1.1.1制冷发展简史人们很早就懂得冷的利用。在我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可·波罗在他的著作《马可·波罗游记》中，对中国制冷和造冰窖的方法有详细的记述。1755年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了

融化和气化现象，提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。在普冷方面，1834年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。1875年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制冷机开始占有统治地位。在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。

1844年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉·西门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，申请了原理专利。1910年左右，马利斯·莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。

20世纪，制冷技术有了更大发展。全封闭制冷压缩机的研制成功；米里杰发现氟里昂制冷剂并用于蒸气压缩式制冷循环，以及混合制冷剂的应用；伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了制冷技术的发展。在低温方面，1877年卡里捷液化了氧气；1895年林德液化了空气，建立了空气分离设备；1898年杜瓦用液态空气预冷氢气，然后用绝热节流使氢气成为液体，温度降至20.4K；

1908年卡末林·昂纳斯用液态空气和液态氢预冷氦气，再用绝热节流将氦液化，获得4.2K的低温。杜瓦于1892年发明的杜瓦瓶，用于贮存低温液体，为低温领域的研究提供了重要条件。1934年，卡皮查发明了先用膨胀机将氦气降温，再用绝热节流使其液化的氦液化器；1947年柯林斯采用双膨胀机于氦的预冷。

大部分的氦液化器现已采用膨胀机，在制冷技术的开发和实际使用中获得广泛的应用。德拜和焦克分别在1926年和1927年提出了用顺磁盐绝热退磁的方法获取低温，应用此方法获得的低温现已达到(1×10-3__5×10-3)

K；由库提和西蒙等提出的核子绝热去磁的方法可将温度降至更低，库提用此法于1956年获得了20×10-3

K。1951年伦敦提出并于1965年研制出的3He-4He混合液稀释制冷法，

可达到4×10-3

K；1950年泡墨朗切克提出的方法，利用压缩液态3He的绝热固化，达到1×10-3K。1.1.2制冷的方法及分类1）相变制冷i:融化制冷Ii：气化制冷Iii：升华制冷2）气体绝热膨胀制冷3）温差电制冷

此外还有绝热放气制冷、涡流管制冷、绝热退磁制冷、氦稀释制冷等方法。按照所获得的温度，通常将制冷的温度范围划分为以下几个领域：-100

℃以上为普冷；-100

℃～-200

℃为深冷，-200

℃～-268.95℃为低温；4.2

K以下为极低温。1.1.3制冷技术的应用1）空气调节工程舒适性空调为人们创造适宜的生活和工作环境。如家庭、办公室用的局部空调装置或房间空调器；其冷源来自制冷技术。2）食品的冷加工、冷藏和冷藏运输食品冷冻冷藏和舒适性空气调节是制冷技术应用最为量大面广的领域。商业制冷主要用于各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。现代的食品工业，从生产、贮运到销售，有一条完整的“冷链”。所使用的制冷装置有：

各种食品冷加工装置、大型冷库、冷藏汽车、冷藏船、冷藏列车、分配性冷库，供食品零售商店、食堂、餐厅使用的小型装配式冷库、冷藏柜、各类冷饮设备、食品冷藏冷冻展示柜，直至家庭用的电冰箱。3）机械、电子工业许多生产场所需要生产用空调系统，例如高温生产车间、纺织厂、造纸厂、印刷厂、胶片厂、精密仪器车间、精密加工车间、精密计量室、计算机房等的空调系统，

为各生产环境提供恒温恒湿条件，以保证产品质量或机床、仪表的精度。机械制造中，对钢进行低温处理，可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏体，提高钢的硬度和强度。在机器的装配过程中，利用低温进行零件的过盈配合。化学工业中，借助于制冷，使气体液化、混合气分离，带走化学反应中的反应热。盐类结晶、润滑油脱脂、石油裂解、合成橡胶、生产化肥均需要制冷4）医疗卫生事业

在医疗卫生方面，冷冻医疗是可靠、安全、有效、易行和经济的治疗方法，特别是用于治疗恶性肿瘤。用局部冷冻配合手术有很好的治疗效果，如：肿瘤、扁桃腺切除、心脏、皮肤、眼球移值，心脏大血管瓣膜冻存和移植，手术时采用的低温麻醉。细胞组织、疫苗、药品的冷保存，用真空冷冻干燥法制作血干、皮干、等等。可以说，现代医学已离不开制冷技术。5）土木工程在挖掘矿井、隧道、建造江河堤坝时，或者在泥沼、沙水中掘进时，采用冻土法保持工作面，避免坍塌和保证施工安全。拌合混凝土时，以冰代替水，借冰的熔化热补偿水泥的固化反应热，这在制作大型混凝土构件时十分必要，可以有效地避免大型构件因散热不充分而产生内应力和裂缝等缺陷。6）体育事业如滑冰场地的建设等。体育、游乐场所除采用制冷提供空气调节外，还用于建造人工冰场。我国人工冰场原集中在东北、华北。现在南方城市也相继建造了新型人工冰场，如广州溜冰俱乐部，冰场面积1000

m2，年上冰人次已达20万；上海杰美体育中心的室内冰场，面积达1200

m2。7）日常生活方面家用冰箱已成必备品1.1.4空气调节用制冷技术的发展方向1）新型制冷工质的研究由于臭氧耗损和温室效应引起了严峻的环境保护问题，导致了80年代末开始全球禁止CFCs物质，进而波及到HCFC类物质，这既是一次历史性的冲击，同时又提供了新的发展机遇。近年来替代工质开发及其热物理性质研究方面取得较大成就，继氟里昂和共沸混合工质之后，由于1970年石油危机，节能意识提到重要地位，在开发新工质上引人注目

地研究出一系列非共沸工质，收到了节能的效果和满足一些特定需要。2）蓄冷技术和集中供冷3）制冷机的种类和形式为满足各种用冷的需要，新产品不断推出，商品化程度不断提高。压缩机以高效、可靠、低振动、低噪声、结构简单、成本低为追求目标，由往复式向回转式发展。如新型螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、摆线式压缩机，都具有优良特性和竞争力。

在压缩机的驱动装置上，将变频器用于空调、热泵及集中式制冷系统的变速驱动，带来了节能效果。4）计算机在制冷技术上的应用计算机和微处理器对制冷技术的最大影响在于高级自动控制系统的开发。这是一项综合性技术，涉及到先进的控制方法、可靠的集成块芯片及专门的控制模块、精良的传感器。当前制冷系统采用电脑

控制已极为普遍，控制模式正在发生变化，由简单的机械式控制发展到综合控制，为提高产品性能作出贡献。1.2理想制冷循环——逆卡诺循环

制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统，通过能量补偿，使制冷剂在循环中不断地从温度较低的被冷却对象中吸取热量，并向温度较高的冷却介质排放热量。1.2.1无温差传热的逆卡诺循环逆向卡诺循环由两个等温过程和两个等熵过程组成，如图1.4所示。工质在循环中以T0温度从低温热源等温吸热(过程4－1)，再等熵压缩到温度升至Tk(过程1－2)，又在Tk下向高温热汇等温放热(过程2－3)，然后等熵膨胀到温度降至T0(过程3－4)，回到循环开始状态。循环中的一些参数按以下公式确定：

循环的吸热量循环的排热量循环的净输入功

制冷系数

热泵供热系数

制冷系数ε给出卡诺制冷循环性能的表达式，它是相同的低温热源、高温热汇温度条件下制冷循环制冷系数在理论上的最高值。表明：（1）卡诺制冷循环的制冷系数ε只与热源和热汇的温度有关，而与制冷剂的性质无关。（2）制冷系数ε的大小随Tk/T0改变，Tk/T0越大则ε越小。Tk一定时，T0越低则ε越小。

以上结论对于评价制冷机经济性意义在于：(1)制冷机的制冷系数与热源和热汇的温度条件有关。(2)用制冷系数ε值来评价或比较制冷机的循环经济性时，只有指明Tk、T0评价才有意义；只有在同样的Tk、T0条件下，才可以用制冷系数值来比较两台或几台制冷机的循环经济性。(3)循环效率的定义本身已包含了相同热源和热汇条件下的比较，所以根据其值的大小可以直接评价和比较各种制冷循环的经济性。逆卡诺循环还可用于供热，如热泵供热量与耗功量的大小关系供热量永远大于所消耗的功量，是能源综合利用很有价值的装置.热泵的工作原理与制冷机实际上是相同的。两者的不同之处在于使用目的：制冷机吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；而热泵则利用排放热量向对象供热。1.2.2有温差传热的逆卡诺循环一、特点：关于热交换过程的传热温差Tk’—冷却介质的温度（如冷却水）T0’—被冷却介质的温度（冷冻水）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）有传热温差的制冷循环的制冷系数小于逆卡诺循环的制冷系数热力完善度：工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值。

η的大小反映了实际制冷循环接近逆卡诺循环的程度。

1.2.3具有变温热源的理想制冷

循环-劳伦茨循环劳仑兹循环是在两个变温热源之间进行的理想制冷循环。劳仑兹循环热源的热容量是有限的，在与制冷工质进行热量交换过程中，热源的温度也将发生变化，即被冷却物体（冷源）的温度将逐渐下降，环境介质（热源）的温度将逐渐上升。1.特点：为了达到变温条件下耗功最小的目的，应使制冷工质在吸、排热过程中其温度也发生变化，而且变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一样，使制冷工质与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限小，没有不可逆换热损失另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程

1-2-3-4-1即为一个变温条件下的可逆逆向循环--劳仑兹循环。显然，实现这一循环所消耗的功为最小，制冷系数ε达到在给定条件下的最大值。制冷系数

T0m—工质的平均吸热温度TKm—工质的平均放热温度

即相当于工作在T0m，TKm之间的逆卡诺循环的制冷系数。其热力完善度为例题1.1设热源温度tk=30℃,冷源温度t0=-10℃。求①可逆制冷机的制冷系数；②当制冷剂与冷、热源的传热温差均为10℃时的制冷系数及热力完善度

解：①可逆制冷机（无温差传热）的制冷系数为：

②具有传热温差的制冷系数为：

热力完善度为

例题1.2已知1台制冷机的热源温度为303k，冷源温度为248k，制冷系数；另一台制冷机的热源温度为308k，冷源温度为233k，制冷系数。试证明哪一台制冷机的经济性好解：第一台制冷机的逆卡诺循环制冷系数和热力完善度分别为第二台制冷机的逆卡诺循环制冷系数和热力完善度分别为由计算结果可见，虽然，但两者工作温度区间不同，，说明第二台制冷机的不可逆损失程度小，循环经济性较好，所以拿不同工作温度区间的制冷系数加以比较是没有意义的1.3蒸气压缩式制冷的理论循环

1.3.1蒸气压缩式制冷的理论循环逆卡诺循环难以实现：湿蒸气区域内进行—湿压缩（不允许）设备：蒸发器—无传热温差（不可能）冷凝器—无传热温差（不可能）压缩机—无摩擦运动（不可能）膨胀机—不经济，且难以加工(不经济)

因此膨胀阀代替膨胀机干压缩代替湿压缩两传热过程为有温差的等压传热过程1-2：等熵压缩；2-3：等压放热；3-4：绝热节流；4-1：等压吸热。1.3.2蒸汽压缩式制冷循环在压焓图和温熵图上的表示1）压焓图理论制冷循环的压焓图1-2等熵压缩2-3等压放热3-4绝热节流4-1等压吸热2）单级蒸汽压缩式制冷循环在压焓图和温熵图1.3.3蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算

用循环特性指标反映单位质量(1kg)制冷剂和单位体积(以压缩机吸入状态计1m3)制冷剂完成一个循环时，各个过程中的功与热量的转换与变化。循环特性还包括循环中的一些重要特征参数。理论循环的特性指标如下：(1)单位质量制冷量q0(简称单位制冷量)表示1kg制冷剂完成循环时从低温热源所吸收的热量。取蒸发器为隔离体，它等于制冷剂在蒸发器出口处与入口处的比焓之差，即2)单位容积制冷量qv

表示以压缩机吸入状态计，单位体积(1m3)制冷剂完成一个循环时，从低温热源所吸收的热量，即

kJ/m3

(1.6)3）制冷剂的循环质量流量和体积流量

kg/s(1.7)

m3/s(1.8)4)单位功

kJ/kg(1.9)5)单位冷凝热负荷qk

表示1kg制冷剂完成循环时向高温热汇所排放的热量。它等于制冷剂在冷凝器出口处与入口处的比焓之差，即

kJ/kg(1.10)冷凝器负荷（KW）(1.11)6)制冷系数ε表示制冷循环的单位制冷量与单位功之比(1.12)7）热力完善度该循环由于存在节流过程，仍为不可逆循环，不可逆程度可用热力完善度来表示(1.13)例题1.3某一氨制冷理论循环，蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=30℃，制冷量Q0=55kw。试对该循环进行热力计算。解：该循环在压焓图上的表示如图1.10所示。查出各状态点参数值：h1=1477.201kJ/kg;p0=291.06kPa;v1=0.416m3/kg;h2=1630kJ/kg;h3=h4=343.026kJ/kg;pk=1169kPa.(1)单位质量制冷量（2）单位容积制冷量（3）制冷剂质量流量（4）单位功（5）压缩机消耗的理论功率（6）压缩机吸入的容积流量（7）制冷系数（8）冷凝器单位热负荷（9）冷凝器热负荷1.4蒸气压缩式制冷的实际循环

理论循环与实际循环相比，存在制冷剂液体过冷和蒸汽过热影响，压缩机的压缩过程并非等熵过程，冷凝和蒸发过程存在传热温差等。1.4.1液体过冷

制冷剂液体的温度若低于它所处压力下的饱和温度，则称为过冷液体。过冷液体温度与其饱和温度之间的差值称过冷度。过冷循环示意图

以理论循环作为比较基准，若节流前的高压液体处于过冷状态，过冷对循环的影响可以由上图分析得出。图中1－2－3－4－1是理论循环，1－2－3'－4'－1是高压液体有过冷的循环。节流前过冷的高压液体状态点为3‘，其过冷度为

（1.14）

过冷液体的比焓比饱和液体的比焓有所降低，降低值为式中C'为液体比热容。循环的状态点1和2未变。循环特性比较如表所示。循环特性比较表循环特性指标理论循环有过冷的循环过冷的影响q0增大qV增大w0不变制冷系数ε增大(1－15)可见，液体过冷使循环的主要特性指标q0、qv和制冷系数ε增大，且由于单位容积制冷量增大，还使压缩机制冷能力提高；由于吸气比体积和比功不变，故压缩机的功率不变。所以过冷对循环总是有利的。过冷度越大，得益越多。相同过冷度下，过冷使制冷量和系数ε提高的百分数取决于制冷剂的液体比热容和蒸发温度下的汽化潜热。液体比热容越大和汽化潜热越小的制冷剂，过冷的相对收益越大。如氨和丙烷在某一相同工况下每过冷1℃，

氨的单位制冷量提高约0.4%；而丙烷则提高约0.9%。此外，由于低蒸发温度时节流损失大(节流过程的闪蒸气多)，节流后两相状态干度变大，所以蒸发温度越低，过冷使性能的相对提高越大。在设计低蒸发温度的制冷机时应充分考虑。计算有过冷的循环时，要用到过冷液体的比焓值，即图中状态3'的比焓h3'。虽然可按式计算过冷液体

的比焓值，但计算中要用到液体的比热容c'。工程计算中h3'可以近似用相同温度下饱和液体的比焓值，即

(1－16)获得过冷的几种方法如下：

(1)利用冷凝器直接得到过冷

就是说，使压缩机排出的制冷剂蒸气在冷凝器中经历冷却－凝结－过冷这样三个阶段的换热过程。为此，冷凝器结构设计中应满足此要求。逆流套管式水冷凝器最易获得过冷，如图所示。翅片管式风冷凝器，通过管程的合理布置也可以获得过冷。一般的壳管式水冷凝器，由于制冷剂在壳侧只能得到饱和态的凝液，无法在冷凝器中获得过冷。

若壳管式水冷凝器壳体下部兼作高压贮液器使用，并布置有冷却水管，那么，使冷却水自下而上流过，也可以在冷凝器中得到过冷液体，如图所示。直接从冷凝器中虽可获得过冷，但受冷凝器总传热温差的制约，过冷程度有限，一般仅能得到1-5℃的过冷度。

逆流套管式水冷凝器中获得过冷壳管式水冷凝器(2)利用过冷器获得过冷在冷凝器与膨胀阀之间增设一台热交换器—过冷器，使来自冷凝器的制冷剂液体在过冷器中进一步被冷却。例如，冷凝器用常温水冷却，过冷器则用温度更低的深井水冷却。或者，用常温冷却水，使它先流过过冷器，再流过冷凝器。用过冷器能够获得的过冷度一般也不会很大，而取决于冷凝器与过冷器所用冷却水之间的温度差异程度。1.4.2蒸汽过热及回热循环有吸气过热的循环压缩机吸气过热的影响压缩机吸气过热使排气温度升高，还对其他循环特性指标造成影响，具体影响情况要看吸气过热所造成的制冷剂比焓增是否产生有用的制冷作用。不产生制冷作用的过热称无用过热；产生制冷作用的过热称有用过热。有吸气过热的循环与理论循环的比较如图所示。图中，1－2－3－4－1为理论循环；1'－2'－3－4－1'为有吸气过热的循环。吸气过热度定义为(1－18)

当过热为无用过热时，低压制冷剂蒸气从被冷却对象的吸热(制冷)过程为4-1。而过程1-1‘则是低压气在被压缩之前经吸气管道和压缩机因受到加热而产生的过热过程。当过热为有用过热时，低压制冷剂的吸热(制冷)过程为4-1‘。(1)无用过热

利用循环图，无用过热情况下主要循环特性与理论循环的比较如表所示。

无用过热循环与理论循环的比较

循环特性指标理论循环无用过热循环无用过热的影响q0不变减小增大制冷系数ε减小

可见，无用吸气过热情况下，循环的单位制冷量未变，但比功增大了，因而性能系数下降。它对循环是不利的，故又将无用过热称为有害过热。实际中应尽量减少有害过热。制冷机的吸气管道总要外敷隔热层，防止环境对吸气管的加热作用，其目的就是为了减少有害过热。(2)有用过热

利用循环图，有用过热情况下主要循环特性与理论循环的比较如表所示。

有用过热循环与理论循环的比较循环特性指标理论循环有用过热循环有用过热的影响q0增大qv不一定w0增大制冷系数ε不一定

可以看出，有用过热使循环的单位质量制冷量q0有所提高，压缩比功增大。由于吸气比体积v1‘比理论循环的吸气比体积v1增大，所以从循环特性指标的表达式上不能直接判断出有用过热对单位容积制冷量qv的影响，也不能直接判断出它对制冷系数ε的影响，而需要针对具体制冷剂通过计算得出结论。计算表明，有用过热对qv和制冷系数产生正面影响还是负面影响，取决于制冷剂的性质，有些制冷剂有用过热产生正影响；

有些制冷剂有用过热产生负影响。而正面影响或负面影响的大小还与有用过热度的大小有关。对同一种制冷剂，有用过热对单位容积制冷量的影响与对制冷系数ε的影响具有相同的趋势。也就是说，有用过热若使某制冷剂的单位容积制冷量提高(或降低)，那么也必然使其制冷系数ε提高(或降低)。

若制冷剂在蒸发器出口处达到过热状态，则它在蒸发器内的过热是因吸收了被冷却对象的热量而具有的，即产生了制冷作用，为有用过热。比如，热力膨胀阀供液控制蒸发器出口有5℃的过热度，这5℃的过热度便是有用过热。多数情况下，由于受蒸发器传热温差的制约，在蒸发器内能够得到的有用过热很有限，压缩机吸气过热的大部分是无用过热。避免大量无用过热的方法是采用气－液热交换器。

采用气－液热交换器的单级蒸气压缩制冷系统如图所示。人们将其循环称为有回热的循环。该系统中，在冷凝器B与膨胀阀C之间增加了气－液热交换器D，其中高压液体与蒸发器E回气发生热交换，结果高压液体被冷却变成过冷状态3'；而低压回气则因回收了高压液体的热量而变成过热状态1'。有回热的循环及其与理论循环的比较见图。有回热的循环有回热的循环分析如下由气－液热交换器的能量平衡关系(1－29)单位质量制冷量

(1－30)

由上式可见，回热循环就相当于有用过热循环。尽管系统图过程1－1'的比焓增并未直接用于制冷，但它使液体过冷，过冷部分的比焓差与过热部分的比焓差相等，并产生了制冷作用。

所以，就分析循环特性并与理论循环相比较而言，回热循环等价于没有过冷的有用过热循环。前面关于有用过热对循环影响的分析结果都适用于回热循环，即回热对循环的影响情况因制冷剂的种类而异。具体说，采用回热不利的制冷剂中氨是典型，此外还有R2l、R40。采用回热有利的制冷剂有丙烷R290、CO2等。R22采用回热对循环的影响不明显。

所以，氨不宜采用回热循环。主要原因不仅是因为回热使循环经济性下降，还由于氨的绝热指数大，排气温度高，吸气过热会造成氨的排气温度过高，危害压缩机的安全性和可靠性。氨的吸气过热度被控制在5℃以内。蒸发温度较高的制冷机，由于高压液体与蒸发器回气之间的温度差异不太大，回气温度与环境温度之间的温差也不太大，吸气管隔热层处理得好就能控制有害过热，所以一般不用回热器。

蒸发温度低的制冷机用回热器有重要意义。由于压缩机不允许吸气温度过低(否则压缩机外壁结霜、润滑油变粘甚至絮浊)，较大的吸气过热度是必须的。所以，一定要用回热器才能使足够大的过热度成为有用过热，而且高压液体因回热而得到过冷。过冷又是防止膨胀阀或毛细管节流件前的制冷剂液体中出现闪蒸气，保证节流件稳定工作的有效措施。还有一些制冷剂如RC318等，它们的热力性质特征使得饱和蒸气等熵压缩进入两相区，就是说在这类制冷剂的T－s图上，

气相饱和线呈向左下方倾斜的形状。对于具有这种性质的制冷剂就必须采用回热循环，让吸气过热到足以保证压缩的全过程都在气相区内完成。1.4.3热交换及压力损失对循环性能的影响制冷剂在系统中循环流动，经过设备的连接管道(包括管件、阀门等)、热交换器管道时均存在流动阻力，造成压力损失，并且通过管道与外界存在热交换。实际循环与理论循环的比较

另外，压缩机的实际压缩过程也存在不可逆损失。考虑以上各种实际因素，实际循环与理论循环的比较如图所示。由于相变传热部分存在传热温差，所以制冷剂的蒸发过程线位于理论循环的蒸发过程线下方；制冷剂的冷凝过程线位于理论循环的冷凝过程线上方。4－0－1a表示制冷剂在蒸发器中的蒸发过程，因在蒸发器中的流动阻力损失，蒸发过程温度和压力均有所下降。另外，制冷剂出蒸发器时蒸气稍有过热(状态点1a)。

1a－1b－1表示制冷剂气体出蒸发器后经吸气管、压缩机吸气腔、吸气阀和气缸时的压降和温升，在图上将该过程分解为等压过热(1a－1b)和等比焓降压(1b－1)两部分。点1表示制冷剂气体开始压缩的状态。压缩过程初期，气体温度较低，被气缸壁加热，为吸热的压缩过程，比熵增加；随着压缩过程的进行，气体温度逐渐升高到高于气缸壁温度，

气体又向气缸壁散热，这阶段为放热的压缩过程，比熵减小。所以，整个压缩过程中先是比熵增加，后是比熵减小，用1－2表示。点2代表压缩终了状态。高压气体经排气阀、排气腔到排气管的流动过程存在压降，用2－2a表示。2a－3表示高压气体在排气管和冷凝器中的冷却－凝结过程。该过程伴随有流动阻力引起的压力降，且过程终了高压液体有一定的过冷(状态点3)。

3－4表示高压液体的节流过程。由于制冷剂经膨胀阀时流速很快，来不及换热，仍视为绝热节流，故点3与点4的比焓相等。1.4.4运行工况对制冷性能的影响所谓制冷机的工况，是指它的工作循环状况。反映工况的参数是Tk、T0、Tn（吸气温度）和Tg

（过冷温度）。从前面的热力计算可以看到，一旦运行工况确定，对于给定了主机容量配备的制冷机来说，其性能(q0、N、ε等)便是确定的。制冷机实际运行过程中，

由于系统外部热源(汇)条件的改变和系统自身设备工作条件的变化，将导致系统内部制冷剂工况参数的变化，从而对循环特性乃至制冷机性能产生影响。四个工况参数中，对性能影响重要的是冷凝温度Tk和蒸发温度T0，相对而言，Tn和Tg的影响较小。通常讲制冷机工况变化，主要指冷凝温度和蒸发温度的变化。(1)冷凝温度变化的影响图示出冷凝温度变化的循环图。假定蒸发温度不变，原循环为1－2－3－4－1；若冷凝温度升高，循环变成1－2'－3'－4'－1。分析比较这两个循环特性，不难看出，由于冷凝温度升高，冷凝压力上升，冷凝温度变化的循环图

使压缩机的工作压力比增大，致使比功增大，压缩机排气温度升高。高冷凝压力下，饱和液体的比焓值有所减小，使单位质量制冷量减小，循环的制冷系数ε下降。再考察它引起制冷机整机性能的改变。由于给定压缩机的理论输气量Vh为定值(压缩机转速不变的条件下)，实际输气Vs=λVh，压力比升高使压缩机的容积效率λ下降，故实际输气量减少，制冷机中制冷剂的质量流量MR下降，制冷量q0受MR和Vs共同下降的影响，所以降低更多。如果不考虑容积效率随压力比变化的因素，

从表达式P=MRw0可以看出，随着冷凝温度上升，压缩机功率也将增大。实际压缩机功率的变化与理想压缩机有所不同：在高蒸发温度时，由于随冷凝温度提高，压力比的变化不明显，对容积效率影响不大，压缩机实际功率仍是增大的，不过比理想压缩机功率增大得少。低蒸发温度时，同样冷凝温度的变化(升高)量造成压力比的变化(增大)明显，压缩机容积效率降低明显，质量流量减少的影响将抵消掉比功增大的影响，所以压缩机功率有可能大致

不变，甚至有可能略有减小。然而不管是高蒸发温度还是低蒸发温度，固定蒸发温度下，随冷凝温度上升ε总是下降的。可见，冷凝温度升高使制冷机制冷能力下降，运行经济性变差。除此之外，冷凝温度升高使压缩机排气温度升高，对于高排气温度的制冷剂和工况，该不利影响不容忽视。实际运行中，尤其是在高环境温度下工作的制冷机，应特别注意尽可能保证冷凝器的散热条件，不要使冷凝温度过多升高2)蒸发温度变化的影响

图给出蒸发温度变化时的循环图。假定冷凝温度不变。图中1－2－3－4－1是原有循环；1'－2'－3－4'－1'是蒸发温度降低了的循环。比较两个循环特性不难看出，蒸发温度即蒸发压力降低时循环参数的变化是：吸气比体积增大(v1'＞v1)，压力比增大，排气温度升高(T2'＞T2)。由此引起循环特性指标的变化是：压缩比功增大(w0'＞w0)，单位质量制冷量减小(q0'＜q0)，单位容积制冷量q0'/v1'明显减小，循环的性能系数也明显下降。

下面再来分析对容积比功的影响。容积比功wv=w0/v1。当蒸发温度下降时，因为w0和v1同时增大，所以简单地从wv的表达式尚不能直接判断出wv的变化趋势。姑且把制冷剂蒸气当作理想气体，依理想气体等熵压缩过程来看待，则比功为

容积比功为

对上式求导，令导数为零，得到使wv取得极值的条件是极值点处的压力比数值π*只与制冷剂气体的绝热指数k有关。

对不同制冷剂按上式计算发现，它们的π*值比较接近，大致在3附近。由此可以得出结论：在固定的冷凝温度下，随蒸发温度下降，压力比增大。当压力比小于3时，容积比功随蒸发温度下降而增大；压力比在3附近，容积比功有最大