制冷基础知识介绍

制冷基础理论第一页，共62页。热力学三大定律

热力学第一定律：热能作为一种能量形式，可以和其他形式的能量相互转换，转换中能量的总和不变。实质就是能量转换及守恒定律。热力学第二定律：一切自发过程都是不可逆的。自然界中，热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体。热力学第三定律：任何系统都不能通过有限的步骤使自身温度降低到0K(绝对零度),称为0K不能达到原理。第二页，共62页。制冷的基本思路人在游完泳时，会有冷的感觉，在手臂上涂抹酒精也有凉爽的感觉，这都是因为液体的蒸发带走了热量。

空调能够制冷就是因为由液体在室内蒸发带走热量的缘故。动画第三页，共62页。制冷系统的基本组成单独制冷的空调系统第四页，共62页。制冷的基本原理制冷：从低于环境的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。

由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。

制冷机的基本原理：利用某种工质的状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量Q0，通过一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热源放出热量Qk,。在这一过程中，由能量守恒得

Qk=Q0+W。

第五页，共62页。相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量。普通空调器都是这种制冷方法，而且是采用蒸气压缩循环来实现制冷。

气体膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀后可达到较低的温度，令低压气体复热即可制冷。气体涡流制冷：高压气体经过涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可制冷。热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。制冷的基本方法第六页，共62页。蒸气压缩循环原理图第七页，共62页。蒸气压缩制冷系统主要部件及作用压缩机：将低温低压气体压缩成高温高压气体四通阀：制冷、制热时换向冷凝器：制冷时，向环境散热，制热时，从环境吸热蒸发器：制冷时，从室内吸热制热时，向室内散热毛细管：节流元件气液分离器：保护压缩机第八页，共62页。制冷循环的四个过程循环过程名称蒸发压缩冷凝节流所用元件蒸发器压缩机冷凝器毛细管作用利用制冷剂蒸发吸热，产生冷作用提高制冷剂气体压力，造成液体条件将制冷剂冷凝，放出热量进行液化降低制冷剂液体压力和温度制冷剂状态液态→气态气态气态→液态液态压力低压增加高压降低温度低温→高温低温→高温高温→常温常温→低温第九页，共62页。A、压缩过程——做功过程从蒸发器回到压缩机是低温（8—12℃）、低压的气体（0.4—0.6Mpa），经过压缩机后为高压（1.5—1.7Mpa）、高温（70—90℃）的气体第十页，共62页。B、冷凝过程——放出热量从压缩机出来的高温高压气体放出热量进行冷凝，随着流体的流动，热量不断放出，气体不断冷凝，含气量逐渐降低，形成高压中温液体，此液体有一定的过冷度第十一页，共62页。C、在节流装置中制冷剂的变化节流前后压力变化冷凝器蒸发器管径变小，阻力增加，液态冷媒压力下降，份冷媒出现蒸发现象，因此节流后温度有下降现象第十二页，共62页。室内热空气交换后热空气气体

液体D、蒸发过程—吸收热量进入蒸发器内的是低压低温气液混合物，随着流体的流动，不断吸收热量，液体不断蒸发，含气量逐渐上升，成为气体回到压缩机。第十三页，共62页。具备冷暖功能的空调系统制冷系统的基本组成第十四页，共62页。二、主要制冷元器件第十五页，共62页。压缩机是制冷装置中最重要的组成部分，人们形象地称之为制冷装置的心脏。它在电动机的带动下，输送和压缩制冷蒸气，使制冷剂在系统中进行制冷循环。活塞式压缩机1、压缩机第十六页，共62页。压缩机滚动滚动转子式滑片式单螺杆式双螺杆式涡旋式离心式往复式回转式容积型速度型制冷压缩机第十七页，共62页。压缩机的选型根据企划要求选择压缩机的额定电压、频率、相数(1Ph、3Ph)以及额定能力值。单冷机：空调器能力=压缩机额定能力×90~95%。冷暖机：空调器能力=压缩机额定能力×85%在三匹及三匹以下的压缩机尽量选择转子式压缩机（如美芝、海立、松下等），更有成本优势；三匹以上尽量选用涡旋式压缩机（如三洋、大金、谷轮压缩机等），更有能效比优势。高能效可选用Bristol的TS活塞压缩机。第十八页，共62页。压缩机的接线单相压缩机：R、S、C三个端子，需要运行电容

R——运行端，接零线（黑线）

S——启动端，接运行电容（白线）

C——公共端，接接触器或火线（红线）三相压缩机：U(R/T1)、V(S/T2)、W(C/T3)三个端子，不需要运行电容。相序要正确，以免损坏压缩机；如果相序反了，任意调换两个接线端子的接线就可以。

第十九页，共62页。转子压缩机第二十页，共62页。涡旋压缩机冷媒吸入冷媒排出冷媒吸入冷媒排出低压腔高压腔第二十一页，共62页。螺杆压缩机双螺杆单螺杆第二十二页，共62页。

离心压缩机第二十三页，共62页。冷凝器、蒸发器蒸发器的换热：对流为主，从环境吸收热量冷凝器的换热：对流为主，向环境释放热量空气流动进气第二十四页，共62页。热量传递的三种基本方式导热：物体个部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。对流：流体个部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的流动换热强制对流指由于水泵、风机或其他压差作用造成的流动换热热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和方式第二十五页，共62页。发生在管内的冷凝过程随着流体的流动，热量不断放出，气体不断冷凝，含气量逐渐降低。流动状态依次为：纯气体流动环状流弹状流塞状流泡状流纯液体流动第二十六页，共62页。发生在冷凝器中的主要传热过程在制冷状态下，冷凝器向环境散热制冷剂——>铜管内壁：对流换热铜管内壁——>铜管外壁及翅片：导热铜管外壁及翅片——>大气：对流换热高温制冷剂以过热蒸气状态进入冷凝器，在管内发生降温及冷凝过程，从冷凝器入口到第一个液滴产生前，是一个温度不断降低的过程；从第一个液滴产生到最后一个气泡消失，是一个温度不变的过程（假定冷凝过程中压力不变），在此过程中，制冷剂中含液量不断上升，含气量不断下降；从最后一个气泡消失到冷凝器出口，是一个降温过程。第二十七页，共62页。发生在管内的蒸发过程随着流体的流动，不断吸收热量，液体不断蒸发，含气量逐渐上升，流动状态依次出现：纯液体流动塞状流环状流雾状流纯气体流动第二十八页，共62页。发生在蒸发器中的主要传热过程制冷状态下，蒸发器从环境吸热大气——>铜管外壁及翅片：对流换热铜管外壁及翅片——>铜管内壁：导热铜管内壁——>制冷剂：对流换热低温制冷剂以气液混合状态进入蒸发器，在管内发生蒸发及升温过程，从蒸发器入口到最后一个液滴消失前，是一个温度不变的过程（假定蒸发过程中压力不变），在此过程中，制冷剂中含液量不断下降，含气量不断上升；从最后一个液滴消失到蒸发器出口，是一个升温过程。第二十九页，共62页。冷凝器、蒸发器的强化换热方法两器强化换热主要与铜管、翅片、分流等因素有关系。1）采用扩展表面以增大换热面积——翅片2）增大冷热物体间的温差——分流3）采用高导热系数的材料4）提高流体流速以减低层流底层5）增加流体的扰动或使流体旋转以破坏层流底层——高效传热管6）采用机械震动，声波或超声波产生气流脉动及施加电磁场等7）减小接触热阻——制造工艺第三十页，共62页。两器——铜管两器铜管直径：Φ7mm、Φ7.94mm、Φ9.52mm两器铜管种类：光管、普通内螺纹管、高效内螺纹管从管内换热效果来看：内螺纹管是光管的1.3倍左右。高效内螺纹铜管：交叉齿、瘦高齿、M型齿等第三十一页，共62页。两器——翅片(铝箔)翅片按材料分为亲水与非亲水铝箔两种，亲水铝薄的优势在于有冷凝水时可使水尽快沿翅片流走，不堵塞风道，不影响换热效果。原则上，蒸发器选用亲水铝薄，冷暖机冷凝器选用亲水铝薄，单冷机冷凝器必须选用非亲水铝薄。翅片的片距一般在之间

翅片的片形分为光片、弧形冲缝片、方形冲缝片。弧形冲缝片的换热效果最好,据实验表明,弧形冲缝片换热效果较方形冲缝片好2%-8%左右，第三十二页，共62页。两器分流——流路走向设计冷媒总体流向应为蒸发过程下进上出，冷凝过程上进下出；（分体蒸发器落差较小可不受此限）冷媒总体流向与空气流向成逆流：一般蒸发过程温度变化较小，可以不考虑逆流；而冷凝过程温度变化较大，必须按逆流设计流路；各路迎风面管数和背风面管数尽量一致，以使换热均匀；同时有单冷和冷暖机的仅用于单冷机的蒸发器（比如窗机），蒸发过程可以按逆流设计，有利于提高制冷量；单冷冷暖共用的蒸发器必须按制热时为逆流设计。第三十三页，共62页。两器分流——流路数设计分路数多少以EER最佳为原则。路数多流动阻力损失小，功率下降，但由于冷媒流速下降，换热系数也下降，同时也很难分配均匀；反之，路数少流动阻力损失大，功率较高，但由于冷媒流速增大，换热系数会提高，因此只有设计合理的分路数才能使系统达到最佳蒸发器中压力较低，对流动阻力比较敏感，单程管长应少一些；冷凝器中压力较高单程管长可以长一些。第三十四页，共62页。换热器是制冷设备的重要组成，使制冷剂在其中吸收热量或放出热量与周围介质（空气或水）进行热交换，亦称为热交换器。分类说明冷凝器风冷式风冷式冷凝器是利用常温的空气来冷却的。

按空气在冷凝器盘管外侧的流动原因，可分为空气自然对流和强迫对流两种形式水冷式水冷式冷凝器是利用低于大气环境温度的水来冷却的。

按结构形式不同，可分为套管式和壳管式两类。蒸发器冷却空气式蒸发器用于直接冷却空气。制冷剂在管内流动气化，空气在管外流动被冷却。

按空气流动原因，可分为自然对流式和强迫对流式两种冷却液体式蒸发器用于直接冷却液体。

按供液方式，可分为满液式和非满液式（又称干式）两种换热器的总类第三十五页，共62页。换热器的主要结构形式

第三十六页，共62页。两器——分配器冷媒分配器应优先选用具有收缩混合室的结构形式以便气液两相制冷剂能均匀地进入各路分液管，选用带垫片的分配器；分配器的位置：冷凝器中分配器的位置尽量往下布置。分配器的布置：垂直布置。为分流均匀，分流毛细管内径尽量小为好；为降低冷媒噪声，分流毛细管内径尽量大些为好。第三十七页，共62页。节流部件节流部件有：热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管等毛细管是制冷系统中的节流部件，主要起节流和降压作用。毛细管越细越长：阻力越大，蒸发温度越低，制冷达到的温度就越低；通过的冷媒量就越少，总制冷量就越低。热力膨胀阀毛细管电子膨胀阀第三十八页，共62页。制冷阀件过滤器过滤器装在冷凝器出口与毛细管之间，用来过滤制冷系统中润滑油中的固体杂质，确保管路系统通畅，防止系统堵塞，影响制冷效果。第三十九页，共62页。制冷剂只能向一方向自由流动，主要用于热泵型空调器上，与辅助毛细管并联在系统中。单向阀第四十页，共62页。用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制,调节流体的方向、流量、速度等电磁阀第四十一页，共62页。截止阀截止阀主要是用来连接室内外机用，用于切断或开通气、液管路，是为安装和检修方便而设置的，进出孔与管路上的进出管相连，另一个孔称工艺口，供安装、维修时使用,如抽真空、充注制冷剂、接压力表。不用时应将此孔关闭，并拧紧螺帽。第四十二页，共62页。四通阀制冷时处于OFF状态，制热时处于ON状态。具体流向原理图如下：部位1：由压缩机排气管来，D；部位2：去压缩机回气管，S部位3：由蒸发器的接管来，E；部位4：去凝器的接管，C部位5：左后导毛细管部位6：右前导毛细管断电状态：制冷循环通电状态：制热循环四通阀第四十三页，共62页。四通阀的选择选择四通阀时主要考虑到以下两点：1、压力损失：压力损失尽可能小；2、最小动作压差：从切换开始到切换结束确保必要的压差；在容量控制压缩机匹配时要注意切换时压缩机容量设定及设定时机。四通阀制冷时处于OFF状态，制热时处于ON状态。第四十四页，共62页。气液分离器安装在蒸发器和压缩机之间，起到防止液态制冷剂进入压缩机的作用。

气液分离器第四十五页，共62页。其它附件单向阀干燥过滤器消音器高低压压力开关

R22系统

低压开关：≤0.05Mpa+0.03时，断开；≥0.15+0.05Mpa时，闭合；

高压开关：压力值≥3.20MPa±0.15时，断开；压力值≤2.6±0.2Mpa时，闭合

R410A系统

低压开关：≤0.15Mpa+0.03时，断开；≥0.30+0.05Mpa时，闭合；

高压开关：≥4.2Mpa±0.15时，断开；≤3.0±0.2Mpa时，闭合；

高压开关（T3工况）：≥4.5Mpa±0.15时，断开；≤3.5±0.2Mpa时，闭合；

温度开关：排气温度保护，断开温度为120±5℃，恢复温度为80±15℃；

第四十六页，共62页。常用制冷剂的一般要求选作制冷剂的物质一般应满足下列要求：1具有优良的热力学特性；2具有优良的热物理性能（较低的粘度，高的导热系数，大的气化潜热）；3具有良好的化学稳定性；4与润滑油有良好的兼容性；5无毒性，不可燃、不可爆，无腐蚀性；6有良好的电器绝缘性；7经济性制冷剂第四十七页，共62页。制冷剂的种类与命名非共沸混合工质：R4XXXR407C:R32/R125/R134a23/25/52wt%7.1KR410A:R32/R12550/50wt%0.04KR417A:R125/R134a/R60046.5/50/3.5wt%第四十八页，共62页。制冷剂的种类与命名共沸混合工质：R5XXR500:R12/R152a73.8/26.2wt%R502:R22/R11548.8/51.2wt%R503:R23/R1340.1/59.9wt%无机化合物制冷剂：R7XXXR717：NH3

，R718：H2O，R729：air，R744：CO2，R744a：N2O第四十九页，共62页。1对臭氧层的破坏；2温室效应(直接温室效应，间接温室效应)。R12的替代工质：R134a，R290，R600a，R22/R152aR22的替代工质：R407C,R410A,R417A,CO2制冷剂的罐装R22绿色R134a天蓝色R407C中棕色R410A玫瑰红制冷剂对环境的影响：第五十页，共62页。1、与R22相比，循环特性比较接近；2、单位容积制冷量、蒸发压力、冷凝压力、排气温度等综合的热力学性能与R22接近3、换热系数比R22低10%左右；4、压缩机润滑油需采用聚酯油（PolyolEsterOil）；5、冷媒充灌量适当减小，毛细管适当加长；6、换热器中管子排列如能使两种传热介质改为逆流，则能充分发挥非共沸工质在蒸发器或冷凝器中具有温度滑移的优势，可以降低传热温差提高系统的经济性；7、向系统充注时必须采用液相充注；8、系统中的工质少量泄漏及再补充后，系统中工质的成分略有变化，但对系统性能的影响较小。R407C特性：第五十一页，共62页。1、总体来讲，热物理性能比R22优越；2、冷凝压力比R22高约50%；3、单位容积制冷量比R22增加约50%；4、在相同的测试条件下，冷凝换热系数高于R22约2-6%，压力损失低约20-40%；5、蒸发换热系数比R22高约20-30%；6、使用R410A的系统比R22的系统更加紧凑。R410A特性：第五十二页，共62页。制冷循环在压焓图上的表示第五十三页，共62页。空调系统常见保护1.压缩机延时3分钟启动保护功能：是为了保证压缩机无负载启动，防止压缩机堵转，进而使压缩机烧坏。2.压缩机电流保护：压缩机因转子机械锁死或电压低而启动转矩小使压缩机堵转、高低压压力不平衡、或因室外环境温度过高、换热器脏及空气循环受阻等而使制冷系统高压侧压力超出压缩机使用范围等，均可引起压缩机电流异常升高，进而使压缩机烧坏。第五十四页，共62页。空调系统常见保护3.制热模式下蒸发器高温保护：为保护压缩机在室外环境温度较高而A/C制热时，为保护压缩机的高压压力超出压缩机使用范围，在蒸发器管温超出60℃时，室外风机及压缩机关；为尽可能减少压缩机频繁开启及A/C的连续运转，当在蒸发器管温超出53℃时，室外风机关，以减少制冷系统负荷，降低压缩机高压侧压力。第五十五页，共62页。1.制冷及除湿模式下室内蒸发器防冻结：在室内温度过低或使用不当而造成A/C循环空气受阻等情况下，蒸发器翅片表面温度低于0℃以下，最终导致蒸发器结霜，影响空气的正常循环进而使整机制冷效果变差，且蒸发器上的霜融化后可能会造成水从室内机中滴下，造成用户投诉，因此，根据蒸发器盘管温度来控制压缩机的断续运转。空调系统常见保护第五十六页，共62页。2.制热模式下防冷风：A/C刚启动制热或室外机结霜、室外温度低等情况下，A/C室内机蒸发器盘管温度较低，循环空气的送风温度自然也较低，影响使用的舒适性，因此设置防冷风功能，使A/C任何时间吹出来的风都具有一定的温度值。空调系统常见保护第五十七页，共62页。3.制热模式下自动化霜功能：A/C制热运行时，室外机换热器因蒸发温度低于0℃而结霜，使室外循环空气受阻且霜本身使换热器换热效果变差，A/C制热量随霜层的增厚不断减小，因此，为保证A/C连续的制热效果须进行化霜；根据GB/T7725要求，化霜时间不得大于A/C运行时间的20%，化霜要要干净。空调系统常见保护第五十八页，共62页。热力负荷值使用热力负荷经验值进行空调系统设计朝向（窗）估算值制冷室外：34℃室内：27℃制热室外：0℃室内：20℃制热室外：-4℃室内：20℃W/m2W/m2W/m2东南北180160190西230住宅类空调负荷估算值（公寓）地点：上海说明：以