油空气调节用制冷技术2

空气调节用制冷技术主讲人：张姝建筑环境与设备工程教研室第一章蒸气压缩式制冷的热力学原理一、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。

一、液体气化制冷原理及实现1、气化及气化潜热气化：液体转变为气体的物态变化称为气化，有蒸发和沸腾两种形式。液体气化时需吸收气化潜热。气化潜热：1kg液体气化时所吸收的热量。液体的压力不同，其饱和温度（即沸点）也不同（压力越低，沸点越低，如氨在1标准大气压下，其沸点为－33.4℃，1kg氨气化时需要吸收1369.59kJ热量）。因此，只要创造一定的低压条件，利用液体的气化即可获取所需要的低温。2、液体气化制冷的制冷原理（工作过程）3、蒸气压缩式制冷系统的构成四大基本部件及对应的热力过程压缩机：蒸气压缩冷凝器：放热冷凝节流阀：节流降压蒸发器：吸热蒸发3、蒸气压缩式制冷系统的构成压缩机：从蒸发器中抽吸制冷剂蒸气并进行压缩的设备。其功能为：从蒸发器中抽取气化的蒸气，从而维持蒸发器内一定的蒸发温度和压力；对吸入的蒸气进行压缩，以维持冷凝器内的高压；输送制冷剂，是系统中的循环动力。3、蒸气压缩式制冷系统的构成冷凝器：制冷剂与冷却介质进行热交换的设备，对外输出热量。制冷剂蒸气在其中冷却、冷凝，释放的热量由空气或水等介质带走。冷却介质：用于冷却制冷剂蒸气的介质称为冷却介质（冷却剂）；冷凝压力：冷凝器中制冷剂蒸气的压力称为冷凝压力；冷凝温度：冷凝压力对应的蒸气饱和温度称为冷凝温度。3、蒸气压缩式制冷系统的构成膨胀阀：一种节流机构。其功能为：经冷凝器冷凝后的高压液态制冷剂转变为低压的液体，为制冷剂在低温低压下气化创造条件；调节蒸发器的供液量（用于控制压缩机入口处制冷剂蒸气的过热度）。3、蒸气压缩式制冷系统的构成蒸发器：制冷剂与被冷却介质(冷冻水)进行热交换的设备，对外输出冷量。制冷剂从冷冻水中吸热，在蒸发器中产生气化，从而实现蒸发制冷。蒸发压力：蒸发器内的制冷剂蒸气压力称为蒸发压力。蒸发温度：蒸发压力对应的制冷剂饱和温度为蒸发温度。第一节理想制冷循环一、逆卡诺循环（ReverseCarnotCycle）逆卡诺循环：在两个恒温热源之间进行的理想热力循环。逆卡诺循环制冷系统一、逆卡诺循环1-2：等熵压缩

T’0→T’k，耗功wc2-3：等温压缩放热qk=T’k(sa-sb)3-4：等熵膨胀

T’k→T’0，做功we4-1：等温膨胀吸热q0=T’0(sa-sb)逆卡诺循环（CarnotCycle）T－S图一、逆卡诺循环逆卡诺循环结果每一制冷循环，1kg制冷剂：从被冷却介质吸收的热量为：q0=T’0(sa-sb)；向冷却介质放出的热量为：qk＝T’k(sa-sb)；循环净耗功量为：w＝wc－we＝qk－q0=T’k(sa-sb)－T’0(sa-sb)=(T’k-T’0)(sa-sb)一、逆卡诺循环制冷循环的性能指标：制冷系数制冷系数的定义：单位耗功量所获取的冷量，即

由此可见，逆卡诺循环的制冷系数与制冷剂的性质无关仅取决于被冷却物和冷却器的温度。T’0↗或T’k↘ε’↗

一、逆卡诺循环制冷循环亦可用于供热，此时系统的性能指标为供热系数μ。供热系数μ的定义：单位耗功量所获取的热量，即可见，用于供热，供热量永远大于所消耗的功量。二、劳仑兹循环（LorenzCycle）在实际的制冷系统中，制冷过程中冷热源的温度通常是变化的。劳仑兹循环（LorenzCycle）是在两个变温热源之间进行的理想循环。a→b：等熵压缩b→c：变温压缩c→d：等熵膨胀d→a：变温膨胀劳仑兹循环（LorenzCycle）的T－S图二、劳仑兹循环（LorenzCycle)劳仑兹循环结果每一制冷循环，1kg制冷剂：从被冷却介质吸收的热量为：向热源放出的热量为：劳仑兹循环（LorenzCycle）的T－S图二、劳仑兹循环（LorenzCycle)

制冷系数为：

可见：劳仑兹循环的制冷系数等于一个以放热平均温度Tkm和吸热平均温度T0m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。第二节蒸气压缩式制冷的理论循环逆卡诺循环的实现：湿蒸汽区域内进行——

湿压缩逆卡诺循环的T－s图设备：蒸发器无传热温差冷凝器无传热温差压缩机无摩擦运动膨胀机不经济，难加工一、蒸气压缩式制冷的理论循环1、逆卡诺循环的局限（1）在制冷剂湿蒸汽区域内进行压缩(湿压缩)

压缩机吸入湿蒸气，低温湿蒸气与热的气缸壁面发生强烈热交换，与气缸壁面接触的液珠迅速气化，使得压缩机的吸气量减少，导致制冷功率下降。过多液珠进入压缩机后，难以立即气化。既破坏压缩机的润滑，又容易对压缩机的叶片和气缸壁造成液击，影响压缩机的性能和寿命。

因此，蒸气压缩湿制冷装置运行时，严禁发生湿压缩。要求进入压缩机的制冷为饱和或过热蒸气，即进行干压缩。一、蒸气压缩式制冷的理论循环1、逆卡诺循环的局限（2）膨胀机的经济性液态制冷剂的比容变化很小，因而可以利用的膨胀功十分有限。膨胀机的尺寸小，因而摩擦损失相对较大。（3）无温差传热无温差传热，理论上要求蒸发器或冷凝器传热面积无限大，实际中不可能。一、蒸气压缩式制冷的理论循环2、蒸气压缩式制冷的理论循环特点干压缩代替了湿压缩膨胀阀代替了膨胀机两传热过程为等压过程，并具有传热温差一、蒸气压缩式制冷的理论循环压缩制冷理论循环组成：压缩机：等熵压缩；冷凝器：等压放热；膨胀阀：绝热节流；蒸发器：等压吸热。一、蒸气压缩式制冷的理论循环3、蒸气压缩制冷理论循环与逆卡诺循环的对比分析（1）节流阀代替膨胀机

1kg的制冷剂损失的膨胀功

节流过程的不可逆损失蒸气压缩式制冷的理论循环的T－s图

可见：采用节流阀代替了膨胀机，一方面损失了膨胀功，另一方面产生了无益气化，降低了制冷能力，导致制冷系数有所下降。其降低的程度，称为节流损失。一、蒸气压缩式制冷的理论循环3、蒸气压缩制冷理论循环与逆卡诺循环的对比分析（2）干压缩代替湿压缩1kg的制冷剂增加的制冷量压缩功增加蒸气压缩式制冷的理论循环的T－s图

可见：采用干压缩代替了湿压缩，一方面增加了制冷量，但另一方面压缩机功耗也增加，导致制冷系数亦有所下降。其降低的程度，称为过热损失。一、蒸气压缩式制冷的理论循环3、蒸气压缩制冷理论循环与逆卡诺循环的对比分析（2）干压缩代替湿压缩避免湿压缩的方法在蒸发器出口增设气液分离器；调节膨胀阀的开度，控制压缩机入口制冷剂蒸气的过热度。（3）有温差的等压传热实际中冷凝温度高于冷却剂温度，蒸发温度低于被冷却物温度。制冷系数随着传热温差增大而降低。应进行技术经济分析，选择合理的传热温差，使初投资和运行费的综合值最经济。二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算1、压焓图(莫里尔图)的应用1.1压焓图的构成一点、2线、3区、6等值线等压线—

水平线等焓线—

垂直线等干度线—

湿蒸气区域内等熵线—

向右上方倾斜等容线—

向右上方倾斜等温线—

垂直线（过冷区）→水平线（湿蒸汽区）→向右下方弯曲（过热蒸气区）二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算1、压焓图(莫里尔图)的应用1.2压焓图作用

确定状态参数表示热力过程分析能量变化R717的压焓图R134a的压焓图二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算1.3蒸气压缩式制冷理论循环压焓图上的表示单位质量制冷剂的的制冷量q0单位质量制冷剂的的冷凝负荷qk节流前后制冷剂的焓不变压缩机的功耗Wc蒸汽压缩制冷理论循环p-h图二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算2、蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算根据确定的蒸发温度、冷凝温度、压缩机的吸气温度及液态制冷剂的再冷度等已知条件，计算以下各参数：（1）制冷剂单位质量制冷量q0：1kg制冷剂在蒸发器中蒸发从被冷却介质吸收的热量。蒸汽压缩制冷理论循环p-h图二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（2）单位容积制冷量qv：压缩机每吸收1m的制冷剂蒸气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量。

v1为制冷剂的比容。（3）制冷剂的质量流量Mr和体积流量Vr：3为制冷系统的制冷量。二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（4）冷凝器的冷凝负荷：制冷剂在冷凝器中放出的热量。（5）压缩机的理论耗功率Pth：蒸汽压缩制冷理论循环p-h图二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（6）理论制冷系数：（7）制冷效率(热力完善度)：理论制冷循环制冷系数与理想制冷循环制冷系数之比。二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算3、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算举例例1、某空气调节系统需制冷量20kW，采用氨压缩式制冷，蒸发温度t0＝4ºC，冷凝温度tk＝40ºC，无再冷，并且压缩机入口为饱和蒸气，试进行理论循环的的热力计算。解：(1)绘出理论循环的压焓图；(2)根据已知工作条件，从氨压焓图上可查出处于饱和线上的状态点参数值；(3)计算状态点4的参数值；或根据压焓图确定状态点4的参数值；(4)进行热力计算。状态点4的参数值计算：二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算单位质量制冷能力：单位容积制冷