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文档简介
项目六城轨交通车辆空调系统任务二空气调节原理任务二人为处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度以达到满足乘客舒适度要求的系统,称为空气调节系统,简称空调系统。广义上讲,通过空调系统可使某些场所获得具有一定温度、湿度和空气质量的空气,以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生与室内气候条件。根据空气调节的目的不同,空调系统可分为舒适性空调系统和工业性空调系统两大类,城轨车辆空调系统为舒适性空调系统,其主要由制冷系统、供热系统、除湿系统、除尘系统等组成。任务二一、空调系统的分类1.按空气处理设备的集中程度划分集中空调系统的特点是所有的空气处理设备(风机、加热器、冷却器、加湿器、减湿器和制冷机组等)都集中在空调机房内,对空气处理后,由风管送到各空调房里,热源和冷源也是集中的。优点是处理空气量大,运行可靠,便于管理和维修,缺点是机房占地面积大。(1)集中空调系统。任务二一、空调系统的分类1.按空气处理设备的集中程度划分半集中空调系统的特点是空调机房的空气处理设备只处理一部分空气,分散在各空调房间内的其他空气处理设备对室内空气进行就地处理,或对来自集中处理设备的空气进行补充再处理。诱导系统、风机盘管加新风系统就是这种半集中空调系统的典型例子。(2)半集中空调系统。任务二一、空调系统的分类1.按空气处理设备的集中程度划分局部式空调系统是将空气处理设备全部分散在空调房间内,又称为分散式空调系统。通常使用的各种空调器就属于此类。空调器将室内空气处理设备、室内风机等与冷热源与制冷剂输出系统分别集中在一个箱体内。分散式空调只向室内输送冷热载体,而风在房间内的风机盘管里进行处理。(3)局部式空调系统。任务二2.按负担冷热负荷的介质划分010203一、空调系统的分类全空气系统。全空气系统的空调房间的冷热负荷全部由经过处理的空气来承担,比如集中式空调系统就是全空气系统。空气水系统。空气水系统的空调房间的冷热负荷既靠空气,又靠水来承担,比如风机盘管加新风系统就是这种系统。制冷剂式系统。制冷剂式系统空调房间的冷热负荷直接由制冷系统的制冷剂来承担,比如局部式空调系统就属此类。任务二3.按冷却介质种类划分0102一、空调系统的分类直接蒸发式系统。直接蒸发式系统的制冷剂直接在冷却盘管内蒸发,吸取盘管外空气热量。它适用于空调负荷不大、空调房间比较集中的场合。间接冷却式系统。间接冷却式系统的制冷剂在专用的蒸发器内蒸发吸热,冷却冷冻水(又称制冷剂水),冷冻水由水泵输送到专用的水冷式表面冷却器冷却空气。它适用于空调负荷较大、房间分散或者自动控制要求较高的场合。任务二一、空调系统的分类4.按采用的新风量划分直流式系统又称全新风空调系统。空调器处理的空气为全新风,送到各房间进行热湿交换后全部排放到室外,没有回风管。这种系统卫生条件好,能耗大,经济性差,用于有害气体产生的车间,如实验室等。(1)直流式系统任务二一、空调系统的分类4.按采用的新风量划分闭式系统中空调系统处理的空气全部再循环,不补充新风。闭式系统能耗小、卫生条件差,需要对空气中的氧气再生并备有二氧化碳吸收装置,如用于地下建筑及潜艇的空调等。(2)闭式系统。任务二一、空调系统的分类4.按采用的新风量划分混合式系统中空调器处理的空气由回风和新风混合而成。它兼有直流式系统和闭式系统的优点,应用比较普遍,如宾馆、剧场等场所的空调系统。(3)混合式系统。任务二二、制冷与空调的概念制冷与空调是相互关联而又各自独立的两个领域。为了使某一物质或某一区域的温度低于环境温度,并维持所需的低温,就需要不断地从其中吸收热量,并转移到周围介质中去,这个过程即制冷过程。空气调节简称空调,是将外界空气(湿空气)经过一定的处理并用一定的方式送入室内,使室内空气的温度、相对湿度、气流速度和洁净度等控制在一定范围内。根据制冷产生的环境温度的不同,制冷技术大致可分为普通制冷(环境温度到-153.16℃)、深度制冷(-153.16℃到-253.16℃)、低温和超低温制冷(-253.16℃到接近绝对零度,即-273.16℃)三种。城轨车辆空调中的制冷属于普通制冷。制冷的方法很多,所获得的低温温度范围也不同。普通制冷常用的制冷方法有相变、节流、膨胀等。任务二二、制冷与空调的概念1.相变制冷物质在状态变化过程中,如熔化、汽化和升华等,都要吸收热量,因此都有制冷作用。利用相变制冷,系统所能达到的温度取决于物质相变的温度,而系统所获得的制冷量取决于该物质的相变潜热。为了连续获得一定的制冷量,使系统保持所要求的低温,就必须不断补充相变物质。而相变物质的补充方式有单向和循环两种,固体熔化和升华属单向制冷,液体汽化可实现循环制冷,因为汽化后的相位物质可采用一定方法使之重新液化,供循环使用。由于汽化、液化的潜热很大,因而制冷能力很强。目前,广泛采用的相变循环制冷方式有以下两种:任务二(1)蒸汽压缩制冷循环。蒸汽压缩制冷循环将蒸发器出来的蒸汽冷却加压后,重新冷凝为液体,然后再蒸发,如此不断循环。城轨车辆空调制冷装置就采用这种制冷方式。蒸汽压缩制冷循环原理如图6-3所示。将制冷用的工质充灌在一个密封的系统内,液态工质经节流装置节流降压后,在蒸发器中等压汽化吸热,变为低温、低压蒸汽,然后经过压缩机绝热压缩成高温高压蒸汽,最后在冷凝器中液化放热,并再进入节流装置,从而完成一个制冷循环。二、制冷与空调的概念任务二二、制冷与空调的概念如图
6-3任务二(2)吸收式制冷循环。(2)吸收式制冷循环。吸收式制冷循环利用热源所提供的热能,使工质产生循环,它用吸收器和发生器等部件代替压缩机,并采用两种工质:低沸点工质和高沸点工质,低沸点工质称制冷剂,高沸点工质称吸收剂,而其他部件的作用和原理与蒸汽压缩制冷循环基本相同。二、制冷与空调的概念任务二(2)吸收式制冷循环。吸收式制冷循环存在两个循环回路,它的工作过程为:液态制冷剂经节流装置节流降压后,在蒸发器中等压蒸发吸热,变为低压、低温的制冷剂蒸汽后进入吸收器,被吸收剂强烈吸收,形成高浓度的制冷剂溶液,并放出熔解热。制冷剂溶液由泵送入发生器中,被热源加热升温,产生高压制冷剂蒸汽,送到冷凝器中冷凝成液态制冷剂,而发生器中剩下的稀溶液经减压后又回到吸收器中。二、制冷与空调的概念任务二2.节流制冷一定压力的流体在管内流动的过程中,若管子的某一部分的横截面积突然缩小,则流体会由于局部的作用而降压,这种现象称为节流,节流后流体温度会降低。因此,节流后的低温气体可以作为制冷源,而且节流降温还可以使气体液化。二、制冷与空调的概念任务二3.膨胀制冷高压气体绝缘膨胀一方面可以降低温度,产生制冷作用;另一方面膨胀过程还会对外做功,回收能量,提高制冷装置的效率。气体在节流与膨胀过程中都有降温制冷的作用,但气体绝热节流制冷的初温必须低于转换温度,而气体绝热膨胀后,温度总是降低的。因此,实际应用中常根据需要来选择适当的制冷方式。例如,在高温高压或高温中压时,通常选用绝缘膨胀制冷;而在温度较低时,采用节流制冷效果更好;至于气体液化,往往将两种方法结合起来,组成气体液化系统。二、制冷与空调的概念任务二1.制冷循环过程城轨交通车辆空调制冷装置一般使用R134a作为制冷剂,并广泛采用蒸汽压缩制冷方式。制冷循环包括蒸发、压缩、冷凝和节流四个过程,而蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀是蒸汽压缩制冷循环系统的四个必不可少的基本部件。三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理任务二三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理蒸发过程是在蒸发器中进行的。液态制冷剂在蒸发器中蒸发时吸收热量,使其周围的介质温度降低或保持一定的低温状态,从而达到制冷的目的。蒸发器制冷量大小主要取决于液态制冷剂在蒸发器内蒸发量的多少。气态制冷剂流经蒸发器时不发生相变,不产生制冷效应,因而应限制毛细管的节流汽化效应,使流入蒸发器的制冷剂必须是液态制冷剂。另外,蒸发温度降低,相应的制冷量也略为降低,并会使压缩机的功耗增加,循环的制冷系数下降。(1)蒸发过程任务二三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理压缩过程在压缩机中进行,这是一个升压升温的过程。压缩机将从蒸发器流出的低压制冷剂蒸汽压缩,使蒸汽的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力,从而保证制冷剂蒸汽能在常温下被冷凝液化。而制冷剂经压缩机压缩后,温度也就升高了。(2)压缩过程。任务二三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理冷凝过程在冷凝器中进行,它是一个恒压放热过程。为了让制冷剂蒸汽能被反复使用,需将蒸发器流出的制冷剂蒸汽冷凝还原为液态,向环境介质放热。冷凝器按工作过程可分为冷却区段和冷凝区段。冷凝器的入口附近为冷却区段,高温的制冷剂放热,蒸汽通过制冷剂的金属盘管和散热片,将热量传给周围的空气,并降温冷却,变成饱和蒸汽。冷凝器的出口附近为冷凝区段,制冷剂由饱和蒸汽冷凝为饱和液体放出汽化热,并传给周围空气。(3)冷凝过程。任务二三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理电冰箱的节流阀是又细又长的毛细管。由于制冷器冷凝得到的液态制冷剂的冷凝温度和冷凝压力要高于蒸发温度和蒸发压力,在进入蒸发器前需让它降压、降温。液态制冷剂通过毛细管时由于流动阻力而降压,并伴随着一定程度的散热和少许的汽化,因此节流过程是一个降压、降温的过程。节流汽化的制冷剂量越大,蒸发器中的制冷量就越少,因而必须减少节流汽化。(4)节流过程。任务二2.制冷剂液体过冷和吸气过热对制冷循环的影响(1)制冷剂液体过冷的影响。制冷剂在冷凝器中被冷凝成液体后,如果液体制冷剂继续向外放热,换句话说液体制冷剂继续被冷凝,就会使制冷剂液体温度低于饱和温度(这里指对应于冷凝压力的冷凝温度)而成为过冷液体。饱和温度与过冷液体的温度的差值称为过冷度。过冷度越大,节流损失就越小。因此,制冷液过冷的循环将提高制冷系数。(2)吸气过热的影响。在理论循环中,假定由蒸发器流出和被压缩机吸入的制冷剂都是饱和蒸汽,从蒸发器出口至压缩机吸入口之间的管路不存在热交换。实际上,制冷剂饱和蒸汽的温度总是低于被制冷的室内温度,还有吸热制冷的能力。另外,当制冷剂蒸汽从被制冷的室内流出时其温度也总是低于环境温度,还将从外界吸收部分热量继续过热。三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理任务二三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理若吸入蒸汽的过热热量全部来自被制冷室外的热量,则会增加冷凝器的热负荷。这种过热度越大,制冷系数和单位容积制冷量降低越多,所以称为有害过热。为了减少管路的有害过热,吸气管路都必须用隔热材料包扎起来。若吸入蒸汽的过热热量全部来自被制冷的室内,则制冷剂的单位质量制冷量就应该由蒸汽制冷部分和过热阶段所吸收的热量两部分组成。这时制冷剂制冷循环的制冷系数比理论循环提高了,所以这种过热对制冷循环是有益的。任务二三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理(3)回热制冷循环。为了限制节流汽化,从冷凝器出来的液态制冷剂应进一步降温,使其过冷。为了防止“液击”,气态制冷剂进入压缩机前就吸热升温,使其成为过热蒸汽。为此,在循环管路上加设热交换器,使从冷凝器流出来温度较高的液态制冷剂,同蒸发器流出来温度较低的气态制冷剂进行交换。如图64所示,制冷剂进行热交换,从而使液态制冷剂过冷,气态制冷剂过热,该过程称为回热制冷循环。采用回热制冷循环不但可以提高系统的性能,使制冷循环能正常进行,而且还能回收冷凝器的部分热量,提高系统的效率。任务二如图
6-4三、城轨交通车辆空调制冷装置的基本工作原理任务二空调采用蒸汽压缩制冷循环方式,它包括压缩、冷凝、节流和蒸发四个热力过程。制冷剂经节流降压后,在室内侧的蒸发器中等压蒸发,吸收汽化热,变成低温低压的蒸汽,然后经过压缩机压缩,变成高温高压的蒸汽,最后在室外侧的冷凝器中冷凝成液体,放出液化热。如此周而复始,不断循环。城轨车辆制冷节流装置为膨胀阀。(1)制冷循环。1.制冷工况四、城轨交通车辆空调装置的工况任务二空气循环是利用机内电风扇强迫车厢内外空气按一定路线对流,以提高换热器的热交换效率。空调的空气循环包括室内空气循环、室外空气循环和新风系统。室外空气循环和室内空气循环是彼此独立的两个循环系统,这两个循环系统用隔板隔开。室外空气从空调左右两侧的进风口进入,经风扇吹向室外侧的冷凝器,热交换后的热空气从出风口排到室外。为了使车厢内与室外交换新鲜空气,设有排气门和新风门,通过操作可吸入新鲜空气,或将室内浑浊空气排出室外。(2)空气循环。1.制冷工况四、城轨交通车辆空调装置的工况任务二空调制热方式有两种:一种是电热,即电流通过电热丝发热;另一种是热泵制热,即
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