制冷技术与空调原理教材

制冷技术与空调原理第一节基本概念1、制冷：就是把某一物体或空间（包括空间内的物体）的温度降低到低于环境介质的温度，并保持这一低温状态的过程。2、冷却：冷却是可以自发地进行，但高温物体的温度不可能降低到低于环境介质的温度。3、制冷机：为了达到和保持某一物体或空间（包括空间内的物体）的温度的目的，不断地将该物体或空间的热量以及由外界传入的热量转移到外界环境中去，这一非自发的过程，需要消耗外界能量来进行补偿，实现这一过程所需要的设备称为制冷机。4、制冷剂：就是制冷机中使用的工作介质。制冷剂在制冷机循环流动。5、空气调节（简称空调）：就是通过对室内空间的空气参数——温度、湿度、气流速度、洁净度等的调节，将室内空气参数控制在一定技术要求范围内，以满足生产工艺或人们对舒适环境的需求。6、制冷与空调的关系：制冷与空调是两个密切相关的学科。空调是制冷技术的重要应用之一。7、制冷方法：分为天然冷源和人工制冷两大类。8、天然冷源：如深井水、冬天贮冰，但它受到季节、地域、贮存条件等限制。9、人工制冷的方法：相变制冷、气体膨胀制冷、热电制冷等。10、相变制冷：利用物质由液态变为气相时的吸热效应来获取冷量的方法。此方法在实际应用中占绝大多数，具体应用的有蒸汽压缩式、吸收式、蒸汽喷射式、吸附式等四种制冷方式。11、气体膨胀制冷：将高压气体作绝热膨胀，使其压力、温度下降，利用降温后气体来吸取被冷却物体的热量，从而达到制冷目的。12、热电制冷：又称为温差电制冷或半导体制冷。它是建立在珀尔帖效应的原理上的一种新型的制冷应用。基本模型是：将两种不同的材料的一端彼此连接起来，另一端接上电源。，则在一端将会产生吸热（制冷）效应，，另一端产生放热效应。第二节制冷技术的应用范围1、食品的冷加工、冷藏及冷藏运输；2、空气调节；3、工业生产；4、产品性能试验；5、医疗、制药、生物工程；6、建筑工业等。第三节制冷技术发展史一、制冷技术发展史1、1834年英国人----波尔金斯试制成功第一台乙醚闭式循环蒸汽压缩式制冷机；2、1875年德国人林杰提出氨蒸汽压缩式制冷机，成为公认的制冷机始祖；3、1901年被美国人称为“空调之父”的开利尔创建了第一个暖通空调实验室，1911年12月他得出了空气干球温度、湿球温度和露点温度的关系，空气显热、潜热和焓值计算公式，会出了空气的焓湿图，成为了空调理论的奠基人；5、1930年密其来首次发现氟利昂，给制冷技术带来新的变革，使氟利昂制冷机得到飞跃发展；6、氟利昂制冷机带来问题：A、大气臭氧层空洞；B、全球变暖；C、原因所在：部分氟利昂工质（CFCs）7、解决办法：A、禁止使用氟利昂工质CFCs；B、开发无污染工质；C、利用太阳能；第一章热力学原理第一节热力学基本定律一、热力学第一定律及稳定流动能量方程式1、热力学第一定律（简称能量守恒定律）：是能量守恒和转换定律在具有热现象的能量转换中的应用。它指出：自然界一切物质都具有能量，物质从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转换和传递过程中能量的数量不变(即在任何发生能量换热的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定）。2、稳定流动能量方程式Q+N=G（h2-h1）Q——单位时间内加给系统的热量（kW）N——单位时间内加给系统的功（kW）G——流进或流出该系统的质量流量（m3/h）h1——流体流入系统时的比焓（kJ/kg）h2——流体流出系统时的比焓（kJ/kg）二、热力学第二定律（简称开尔文定律）1、热力学第二定律：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不需要附加条件（如制冷机）；不可能从单一热源取热使之变为有用功而不产生影响；不可能造出一种机器在循环动作中把一重物提升而同时使一热库冷却。2、热力学第二定律阐述了热功转换的方向性、条件及限制。3、制冷装置是根据热力学第二定律，用消耗一定的压缩功或热能（或电能）作为补偿条件，把热量从低温库传递到外界的高温环境中，从而达到连续制冷的目的。第二节卡诺循环与逆卡诺循环一、热力循环即一个封闭的热力过程称为热力循环。在热力循环中，热力系统从某一初始状态出发，工质经过一系列状态变化后又回到初始状态，其目的是通过工质的状态变化来实现预期的能量转换。在热力工程中，最常见的两类热力循环为热机循环和制冷（或热泵）循环，热力循环中的工作物质称工质，制冷循环中的工质通常称为制冷剂。

从高温热源吸取热量而实现对外做功的热力循环称为热机循环。将热量从低温热源中取出，并排放到高温热源中的热力循环称为制冷循环。二、卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成的可逆的热机循环，称为卡诺循环。在给定的高低温热源条件下，按卡诺循环工作，热机将有最高的效率。三、逆卡诺循环如果工质按卡诺循环的线路反方向进行循环，则称做逆卡诺循环（制冷机理想循环）。由于热量由低温移向高温，类似于将水从低处输送到高处，所以可将逆卡诺循环工作的热机称为热泵或制冷机。制冷机工作的必要条件是消耗外功，不消耗外功，自发地从低温物体把热量传给高温物体是不可能的。制冷系数：即评价逆卡诺循环的经济性。εk=q1/L=q1/q2-q1=T1/T2-T1由上式可得：（1）逆卡诺循环的制冷系数取决于冷源和热源的温度，而与所用制冷剂的性质无关；（2）冷热源的温差越大，制冷系数就越小，制冷机的经济性越差；（3）由热力学第二定律证明，在一定的温度条件下，逆卡诺循环的制冷系数最大，实际制冷循环的制冷系数都比它小。第二章蒸汽压缩式制冷循环第一节单级蒸汽压缩式制冷的工作原理一、压—焓图（p-h图）等压线——水平线等焓线——垂直线等温线——液态区垂直线两相区水平线过热区右下方弯曲线等熵线——向右上方倾斜实线等容线——向右上方倾斜点化线等干线——只存在于两相区其方向视干度大小定phKsνχχχ=1χ=0ppt二、单级蒸汽压缩式制冷理想循环122’34lgph压缩机冷凝器膨胀阀蒸发器三、单级蒸汽压缩式制冷实际循环33’22’11’4’4ph第三章制冷剂及载冷剂第一节对制冷剂的要求及制冷剂分类一、对制冷剂的要求制冷剂应具有较好的热力性质和物理、化学性质，具体要求如下：1、临界温度不太低，以便在常温下及普通低温下能够液化2、工作温度范围内具有适宜的饱和蒸汽压力3、单位制冷量大4、粘度和密度小，以减少流动阻力5、热导率高，以减少换热设备的传热面积6、不燃烧、不爆炸、无毒，对金属材料不腐蚀、与润滑油不发生化学作用、高温下不分解7、绝热指数小，可降低排气温度8、凝固温度低9、应具有良好的电绝缘性能10、价格低廉11、对人类生态环境无破坏作用12、单位容积压缩功率小二、制冷剂分类1、按物质种类划分：无机化合物：水、氨、二氧化碳等饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物（氟利昂），主要是甲烷和乙烷的衍生物，如：R11、R12、R22、R502、R134a、R407c、R410a等饱和碳氢化合物：乙烷、丙烷等不饱和碳氢化合物：乙烯、丙烯等2、按标准蒸发温度划分：高温（低压）制冷剂：蒸发温度ts＞0℃

冷凝压力pk≤0.2~0.3MPa

常用有R11、R113中温（中压）制冷剂：蒸发温度0℃＞ts＞-60℃，冷凝压力0.3MPa＜pk＜2.0MPa

常用有R12、R22、R134a低温（高压）制冷剂：蒸发温度ts≤-60℃

常用有R13、R503三、CFCs的禁用、限制和替代1、问题的提出2、CFCs的限用与禁用3、替代制冷剂的研究动向第二节载冷剂一、对载冷剂的要求1、在使用温度范围内呈液态（凝固点低），挥发性小2、无毒，对人体无刺激性3、粘度小，相对密度小，传热性能好4、对金属腐蚀性小5、不易燃烧，无爆炸危险6、比热容较大7、化学稳定性好8、价格低廉，易于获得二、常用的载冷剂1、空气2、水3、盐水溶液4、有机物载冷剂三、润滑油的作用1、润滑作用2、散热作用3、密封作用4、消声作用5、动力作用第四章其他制冷方式第一节吸收式制冷机第二节蒸汽喷射式制冷机第三节吸附式制冷第四节热电制冷第五节气体制冷机第五章制冷压缩机一、按压缩机运动副和结构分类1、按压缩机运动副分类活塞式压缩机涡旋式压缩机螺杆式压缩机离心式压缩机（非容积式，为速度型）滚动转子压缩机斜盘式压缩机2、按压缩机结构分类全封闭半封闭开式二、按吸入压力饱和温度划分高温压缩机：吸入压力饱和温度10℃~-10℃中温压缩机：吸入压力饱和温度0℃~-20℃低温压缩机：吸入压力饱和温度＜-20℃第六章冷凝器和蒸发器第一节冷凝器冷凝器风冷冷凝器水冷冷凝器卧式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器套管式冷凝器钎焊板式冷凝器螺旋板式冷凝器自然对流冷却式冷凝器强迫对流冷却式冷凝器蒸发式冷凝器铜管铝翅换热器第二节蒸发器蒸发器冷却液体载冷剂蒸发器冷却空气蒸发器满液式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直立管式、螺旋管式、蛇管式蒸发器铜管铝翅换热器冷却排管第七章节流元件及辅助器件第一节节流元件1、手动节流阀2、浮球阀3、线性浮阀4、孔板节流装置5、毛细管6、热力膨胀阀7、电子膨胀阀第二节辅助器件1、贮液器2、气液分离器3、油分离器4、干燥过滤器5、安全阀6、视液镜7、压力控制器（高压、低压）8、压力开关9、换向阀10、能量调节阀11、电磁阀12、截止阀13、单向阀14、针阀15、压力表16、分液头17、压力调节阀18、过冷器19、过热器20、不凝性气体分离器等第二节辅助器件一、弱电元器件1、可编程控制器2、数字量/模拟量输入输出扩展模块3、触摸屏手操器4、温度传感器5、防冻开关6、温度开关7、水流开关二、低压电器元件1、空气开关2、交流接触器3、热过载保护器4、中间继电器5、时间继电器6、电源保护器（相序、缺相）7、急停开关第八章电制冷空调机组分类第一节冷水机组冷水机组水冷冷水机组风冷冷水机组活塞式水冷水机组：5KW~200KW螺杆式水冷冷水机组：100KW~1400KW离心式水冷冷水机组：350KW~35000KW水源热泵冷水机组涡旋式水冷冷水机组：5KW~80KW活塞式风冷冷（热）水机组：5KW~200KW涡旋式风冷冷（热）水机组：

5KW~80KW螺杆式风冷冷（热）水机组：100KW~800KW第二节空调机组空调机组家用空调商业及工业空调窗式空调机分体式空调机（壁挂、立柜等）户式中央空调冷（热）水机组户式中央空调冷（热）风空调机组户式水源热泵冷（热）水机组户式水源热泵冷（热）风空调机组风冷单元式空调机组水冷单元式空调机组屋顶式空调机组计算机房空调机组VRV空调机组按功能分：单冷型电加热冷热型热泵冷热型恒温恒湿型按结构分：立柜式风道式第三节常用冷量单位一、常用冷量单位

1kW（千瓦）=860kcal/h（大卡）

1kcal/h（大卡）=1.163W（瓦）

1RT（冷吨）=3516W（瓦）单位换算举例：100×104kcal/h（万大卡）=1163kW（千瓦）100RT（冷吨）=351.6kW（千瓦）100kW（千瓦）=28.44RT（冷吨）100kW（千瓦）=8.6×104kcal/h（万大卡）二、常用单位换算表类别(非法定单位)×(换算系数)=法定单位质量lbf0.4536kg吨（t）1000速度ft/s0.3048m/sft/min0.0051密度lb/in327679.9kg/m3lb/ft316.0185压强kgf/cm29.8067×104PammH2O9.8067mmHg(torr)133.322bar1×105atm101325能、功、热kW.h3.6×106Jkgf.m9.8067HP.h2.68×106Btu1055.06功率