空气调节工程第二章课件

第二章：制冷方法制冷方法-目录物质相变制冷气体膨胀制冷其他形式制冷其他新型制冷方式制冷方法的选择循环的热力学分析物质相变制冷相变制冷的原理及特点相变是指物质集聚态的变化。物质在发生相变时，由于分子重新排列和分子热运动速度改变，必然伴随着吸收或放出一定的热量，这种热量称为相变潜热。相变制冷就是利用物质由质密态到质稀态的相变（融化、蒸发、升华）时的吸热效应，达到制冷的目的。相变制冷的分类固体融化固体升华

液体汽化固体融化制冷天然冰制冷冰盐最早使用的降温方法。现代制冷技术中大量应用的纯水冰都是制冷机制备的。工业上应用最广的是冰块与工业食盐NaCl的混合物。冰盐冷却过程包括冰融化吸热和盐溶解吸热。0℃以下制冷固体融化制冷资料近年来，固体相变蓄冷技术在制冷空调中的研究和应用日益广泛，其目的在于缓解能量供求双方在时间、强度和地点上的不匹配，合理利用能源和减少环境污染。例如，采用传统的冰蓄冷，在冷量富足时通过制冰将冷量储存到固态冰中，到冷量需求很大的时刻再以冰融化的方式将冷量释放出来，从而解决制冷设备定常制冷量与用冷负荷起伏的不平衡矛盾。采用动态制冰技术制取冰水混合物（Iceslurry），便于输送，在食品冷藏方面更是具有得天独厚的优势。固体融化制冷资料在蓄冷空调系统的应用中，由于冷源温度的需求不是很低，若采用冰蓄冷，系统中还需要增加中间换热装置，而且制冰过程中制冷机的效率要比正常空调工况下的低。因此，目前很多研究者都致力于研究开发融点在4～10℃的相变材料作为空调蓄能用。这类材料通常叫做“高温相变材料”，简称PCM。固体融化制冷资料目前这类材料的研究集中在两方面：一是共晶盐或复合盐水合物，代表性的成果是由美国TRANSPHASE公司与哈佛大学生化研究所在1981年开发成功的T-47型(融点为8.3℃)和1988年调配成功的T-41(融点为5℃)型两种产品；另一是氟利昂气体水合物，其融点可通过调节气体压力达到，目前仍处于实验室研究阶段，美国橡树岭国家实验研究室和我国中科院广州能源研究所都在这方面开展了研究固体升华常用制冷剂氩氖氮二氧化碳固体升华制冷食品工业冷藏运输医疗人工降雨机械零件固体升华制冷资料近代科学研究中，为冷却红外探测器，γ射线探测器，机载红外设备等，采用固体制冷剂向高真空空间升华的制冷系统。它具有升华潜热高、贮存密度大、固体制冷剂具有较低温度，可提高红外探测器的灵敏度的优点。液体汽化制冷利用液体汽化过程的吸热效应来制冷的方法叫做液体汽化制冷。与固体相变制冷不同的是，液体汽化制冷采用流体（液态和气态物质）作为制冷剂，通过一定的设备构成制冷循环，可以实现连续制冷，因此它的应用更加广泛。液体汽化制冷是目前最主要的制冷方法之一。液体汽化制冷蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷在普通制冷温度范围内，蒸气压缩式制冷是占主导地位的制冷方式。

属于液体汽化制冷，依靠消耗一定的电能或机械能，实现从低温热源吸热，向高温热源放热。系统组成膨胀阀冷凝器蒸发器压缩机工作过程1324制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并汽化产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩后以高压排出压缩机排出的高压气态制冷剂进入冷凝器，放出热量传给冷却介质（一般是常温的水或空气），凝结成高压液体高压液体流经膨胀阀（或其他节流元件）节流，变成低压低温的气、液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸气再次被压缩机吸入利用制冷剂液体蒸发吸收潜热而制冷以热能为驱动能，利用适当的溶液吸收低压蒸气，使其转变为液体，通过溶液泵升压后，再以加热的方式将低沸点组分从溶液中析出，变为高温、高压的蒸气，从而实现制冷循环。

蒸气吸收式制冷比较项目压缩式吸收式结构压缩机吸收器、液泵、发生器耗能类型机械能热能（蒸汽、燃油、燃气、废热、余热）工况特点冷凝压力高冷凝压力低制冷工质制冷剂（氨、氟里昂）工质对：吸收剂-制冷剂（溴化锂-水、水-氨）热力计算压缩式制冷热力计算溴化锂吸收式制冷热力计算吸收式优缺点1.工质环保2.以热能为动力，节电效果明显3.可以利用余热废热1.价格无优势2.耗能大，机组笨重3.利用热能加速全球变暖工作原理利用吸附剂在不同吸附温度下具有不同吸附能力这一特性，周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替产生吸附和脱附过程。脱附时，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。由热能驱动，利用二元或多元工质对实现制冷循环。——与蒸气吸收式制冷是相同的。吸收式制冷中采用液体吸收剂吸收和释放制冷剂蒸气。吸附式制冷是采用固体吸附剂对制冷剂气体进行吸附和解析。吸附式制冷①可以利用各种热能驱动。②可以大量节约用电③结构简单，运行部件少，安全可靠。④以水、氨、甲醇等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害。吸附和脱附过程比较缓慢，制冷循环周期较长；与蒸气压缩式和吸收式制冷机相比，制冷量相对较小；热力系数较低，为0.5～0.6。知识拓展第一台蒸气喷射式制冷装置出现在1901年，但直到20世纪20年代才开始用于工业。使用热能驱动，靠液体汽化来制冷。只用单一物质为工质，利用喷射器完成从蒸发器中抽取并压缩蒸气。理论上使用工质的范围较广（比如使用氟利昂获得较低的制冷温度），但目前只有以水为工质的蒸气喷射式制冷机得到实际应用。蒸汽喷射式制冷气体绝热节流膨胀制冷绝热节流过程实际气体的节流效应绝热节流制冷循环节流液化循环气体绝热节流膨胀制冷气体等熵膨胀制冷气体等温膨胀制冷涡流管制冷工作过程：经过压缩并冷却到常温的气体（空气、CO2、N2等进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射向涡流室，形成自由涡流，自由涡轮的旋转角速度离中心越近则越大，由于角速度不同，环形气流的层与层之间产生摩擦，外层气流的角速度逐渐升高，动能增加，又由于与管壁之间的摩擦，将部分动能变成了热能，故从控制阀流出的气体具有较高的温度；而中心层部分的角速度逐渐降低，失去能量，从孔板流出时温度较低，用于制冷。控制阀部分涡流管相当于气体喷射器出现冷热分流现象全关全开过程为不可逆节流过程；不存在冷热分流现象涡流管制冷3效率太低，气流噪声大结构简单、维护方便、启动快、使用灵活12对冷、热端温度值得定量地理论计算困难热电制冷热电效应是指在两种不同导体组成的闭合回路中通以直流电，当电流流过不同导体的界面时，就会使一个节点变冷，从外界吸收热量；一个节点变热，向外界放出热量，这种现象称为热电效应，即帕尔帖效应。热电制冷利用的是热电效应（帕尔帖效应Peltire）的原理达到制冷目的的。热电制冷材料空穴型（P型）电子型（N型）热电制冷按能量转换方向一二是用热能来产生声功，即由热能驱动的声振荡，对应的热声机械为热声发动机（也可称作热声驱动挥着热声压缩机）是用声能来产生热流，即由声能驱动的热量传输。氦稀释制冷目前，为了获得0.1-0.04K的低温，在个别情况下为了获得1mK的超低温，常利用氦稀释制冷方法。这种方法是利用3He-4He溶液在低温下的特性来制冷的，它的基本原理是党3He与4He的混合物在0.87K以下温度时会发生相分离，即分为两相：上相为3He的浓相，下相位4He的浓相。化学制冷以上讨论的制冷方法都是采用物理原理的方法，当然利用某些化学反应的吸热效应也可以进行制冷，这些都属于化学制冷方法。制冷方法的选择操作维护的方便性消耗能量的形式运行安全性和可靠性环境保护系统初投资运行管理的费用合适的制冷温度和制冷量范围制冷循环的热力学分析为考核制冷机的经济性，使用获得的制冷量与付出的能量补偿量的比值来衡量。对于机械能或电能驱动制冷机，引入制冷系数，即从被冷却对象中吸收的热量（制冷量）Q0与制冷机的输入功W的比值，来衡量其效率；对于热能驱动的制冷机，引入热力系数，即制冷量Q0与驱动热源向制冷机输入的热量QH的比值，来衡量其效率。国际上，制冷系数ε和热力系数ξ统称为制冷机的性能系数COP（CoefficientofPerformance）。能量转换关系示意图a)机械能或电能驱动制冷

b)热能驱动制冷热泵循环的热力学分析热泵循环的热力学分析生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热爱。7月-237月-23Thursday,July27,2023人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。12:07:2812:07:2812:077/27/202312:07:28PM做一枚螺丝钉，那里需要那里上。7月-2312:07:2812:07Jul-2327-Jul-23日复一日的努力只为成就美好的明天。12:07:2812:07:2812:07Thursday,July27,2023安全放在第一位，防微杜渐。7月-237月-2312:07:2812:07:28July27,2023加强自身建设，增强个人的休养。2023年7月27日12:07下午7月-237月-23精益求精，追求卓越，因为相信而伟大。27七月202312:07:28下午12:07:287月-23让自己更加强大，更加专业，这才能让自己更好。七月2312:07下午7月-2312:07July27,2023这些年的努力就为了得到相应的回报。2023/7/2712:07:2812:07:2827July2023科学，你是国力的灵魂；同时又是