第八章 制冷裝置的設(shè)計及計算

1、第八章第八章 制冷裝置的設(shè)計計算制冷裝置的設(shè)計計算學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、掌握制冷裝置設(shè)計的一般步驟及靜態(tài)冷負(fù)荷計算法；、掌握制冷裝置設(shè)計的一般步驟及靜態(tài)冷負(fù)荷計算法；2、掌握制冷裝置的特性分析。、掌握制冷裝置的特性分析。 第一節(jié)制冷裝置的設(shè)計原則第一節(jié)制冷裝置的設(shè)計原則 一、制冷裝置設(shè)計基本原則一、制冷裝置設(shè)計基本原則 1. 1. 按使用要求與使用條件進(jìn)行設(shè)計按使用要求與使用條件進(jìn)行設(shè)計 2.2.保證在一定工況范圍內(nèi)的穩(wěn)定性保證在一定工況范圍內(nèi)的穩(wěn)定性 3. 3. 尋求性能與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化尋求性能與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化 二、制冷裝置設(shè)計的一般步驟二、制冷裝置設(shè)計的一般步驟 制冷裝置設(shè)計時主要包括如下四個步

2、驟：制冷裝置設(shè)計時主要包括如下四個步驟： 1. 1. 確定裝置類型結(jié)構(gòu)確定裝置類型結(jié)構(gòu) 首先要選擇制冷裝置的類型，然后確定基本結(jié)構(gòu)形式。首先要選擇制冷裝置的類型，然后確定基本結(jié)構(gòu)形式。 2.2.按設(shè)計工況確定負(fù)荷按設(shè)計工況確定負(fù)荷 3.3.制冷設(shè)備設(shè)計制冷設(shè)備設(shè)計 按設(shè)計工況下的負(fù)荷要求進(jìn)一步進(jìn)行制冷設(shè)備的設(shè)計，確定各部件的形按設(shè)計工況下的負(fù)荷要求進(jìn)一步進(jìn)行制冷設(shè)備的設(shè)計，確定各部件的形式與大小。式與大小。 4. 4. 非設(shè)計工況進(jìn)行校核非設(shè)計工況進(jìn)行校核 制冷裝置不僅應(yīng)在設(shè)計工況下滿足使用要求，在其他工況下也應(yīng)滿足使制冷裝置不僅應(yīng)在設(shè)計工況下滿足使用要求，在其他工況下也應(yīng)滿足使用要求。通常在

3、使用的工況范圍內(nèi)取幾個有代表性的工況作為校核工況，如果校用要求。通常在使用的工況范圍內(nèi)取幾個有代表性的工況作為校核工況，如果校核工況的計算表明，所設(shè)計裝置不能在所有工況下達(dá)到要求，則必須修正原有設(shè)核工況的計算表明，所設(shè)計裝置不能在所有工況下達(dá)到要求，則必須修正原有設(shè)計。計。 三、制冷裝置的仿真技術(shù)簡介三、制冷裝置的仿真技術(shù)簡介 1. 1. 仿真技術(shù)簡介仿真技術(shù)簡介 用模型代替真實(shí)系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)的方法稱為仿真。在計算機(jī)仿真中，用模型代替真實(shí)系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)的方法稱為仿真。在計算機(jī)仿真中，實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律是用數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來，它們通常是一組微分實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律是用數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來，它們通常是一組微分方程

4、或差分方程，然后用計算機(jī)來解這些方程。方程或差分方程，然后用計算機(jī)來解這些方程。 計算機(jī)仿真的步驟：計算機(jī)仿真的步驟： (1) (1) 寫出實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對于不同的要求可以采用不同寫出實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對于不同的要求可以采用不同的模型，對于熱力系統(tǒng)的動態(tài)仿真，較多采用偏微分方程。的模型，對于熱力系統(tǒng)的動態(tài)仿真，較多采用偏微分方程。 (2) (2) 將它轉(zhuǎn)變成能在計算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)學(xué)模型。比如要在將它轉(zhuǎn)變成能在計算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)學(xué)模型。比如要在數(shù)字計算機(jī)上進(jìn)行仿真，應(yīng)當(dāng)將描述實(shí)際連續(xù)過程的方程，變成一數(shù)字計算機(jī)上進(jìn)行仿真，應(yīng)當(dāng)將描述實(shí)際連續(xù)過程的方程，變成一組離散方程。組離散方程。

5、(3) (3) 編出仿真程序。編出仿真程序。 (4) (4) 對仿真模型進(jìn)行修改、校驗(yàn)。對仿真模型進(jìn)行修改、校驗(yàn)。 2. 2. 仿真與常規(guī)設(shè)計的比較仿真與常規(guī)設(shè)計的比較 仿真是選定結(jié)構(gòu)參數(shù)后檢測性能的過程。通過仿真，可以知道仿真是選定結(jié)構(gòu)參數(shù)后檢測性能的過程。通過仿真，可以知道多項(xiàng)性能，從而對所確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否合理作出較好的評價。為多項(xiàng)性能，從而對所確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否合理作出較好的評價。為了尋求一組合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，需要作不斷的調(diào)整，不斷的仿真，這了尋求一組合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，需要作不斷的調(diào)整，不斷的仿真，這是優(yōu)化過程，可以通過配置優(yōu)化程序完成。是優(yōu)化過程，可以通過配置優(yōu)化程序完成。 第二節(jié)冷負(fù)荷

6、的計算第二節(jié)冷負(fù)荷的計算 冷負(fù)荷的組成：冷負(fù)荷的組成：（1 1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入熱）圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入熱 ：此量指因冷間內(nèi)外溫差（包括太陽輻：此量指因冷間內(nèi)外溫差（包括太陽輻射引起的過余溫度）通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳遞的熱量。射引起的過余溫度）通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳遞的熱量。（2 2）貨物熱）貨物熱 ：指貨物（食品）在冷卻或凍結(jié)過程中放出的熱：指貨物（食品）在冷卻或凍結(jié)過程中放出的熱量，或者貨物在冷加工過程中放出的熱量。量，或者貨物在冷加工過程中放出的熱量。（3 3）換氣熱）換氣熱 ：指由于通風(fēng)或開門，外界空氣進(jìn)入冷間而帶進(jìn)：指由于通風(fēng)或開門，外界空氣進(jìn)入冷間而帶進(jìn)的熱量。的熱量。（4 4）操作熱）操作熱 ：指由于冷

7、間內(nèi)人員操作、各種設(shè)備發(fā)熱工作而：指由于冷間內(nèi)人員操作、各種設(shè)備發(fā)熱工作而產(chǎn)生的熱量。產(chǎn)生的熱量。 一、靜態(tài)負(fù)荷計算方法一、靜態(tài)負(fù)荷計算方法 1. 1. 滲入熱的計算滲入熱的計算式中，式中， 為通過墻壁的滲入熱為通過墻壁的滲入熱; ; 為通過地坪的滲入熱為通過地坪的滲入熱; ; 為通過屋頂?shù)臐B入熱為通過屋頂?shù)臐B入熱; ; 為因太陽輻射所產(chǎn)生的滲入熱。為因太陽輻射所產(chǎn)生的滲入熱。1Q2Q3Q4QWQgQcQRQ (1)(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)：式中，式中， 為外墻表面的對流傳熱系數(shù)，單位為外墻表面的對流傳熱系數(shù)，單位 為為 ; ; 為各層材料的厚度，單位為為各層材料的厚度，單

8、位為m;m; 為各層材料的熱導(dǎo)率，單位為為各層材料的熱導(dǎo)率，單位為w/mk;w/mk; 為內(nèi)墻表面的對流傳熱系數(shù)，單位為為內(nèi)墻表面的對流傳熱系數(shù)，單位為 。 （2 2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積：）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積：滲入熱計算時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同面的傳滲入熱計算時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同面的傳熱面積計算略有不同。熱面積計算略有不同。 （3 3）外界環(huán)境溫度：）外界環(huán)境溫度：可按如下經(jīng)驗(yàn)公式選取：可按如下經(jīng)驗(yàn)公式選取：式中，式中， 為該地區(qū)十年中最熱月份的月平均溫度；為該地區(qū)十年中最熱月份的月平均溫度； 為該地區(qū)極端最高溫度。為該地區(qū)極端最高溫度。 （4 4）冷間與鄰間傳熱溫差；）冷間與鄰間傳熱溫差； （5 5）冷

9、間地坪的滲入熱；）冷間地坪的滲入熱； （6 6）太陽輻射熱的計算。）太陽輻射熱的計算。121 、21 、2AtBt 第四節(jié)第四節(jié) 制冷裝置的特性的圖解分析制冷裝置的特性的圖解分析 一、壓縮式制冷機(jī)組的性能分析一、壓縮式制冷機(jī)組的性能分析 1. 壓縮冷凝機(jī)組的性能分析壓縮冷凝機(jī)組的性能分析（1）壓縮機(jī)的工況圖壓縮機(jī)的工況圖 對于理論輸氣量為定值的對于理論輸氣量為定值的制冷壓縮機(jī)，其制冷量和軸制冷壓縮機(jī)，其制冷量和軸功率是隨冷凝溫度功率是隨冷凝溫度 和蒸和蒸發(fā)溫度發(fā)溫度 而變，并可用壓而變，并可用壓縮機(jī)的性能曲線來表示?？s機(jī)的性能曲線來表示。 kt0t（2）冷凝熱負(fù)荷的確定）冷凝熱負(fù)荷的確定 冷凝

10、器的熱負(fù)荷可表示冷凝器的熱負(fù)荷可表示為壓縮機(jī)的制冷量和指示為壓縮機(jī)的制冷量和指示功率之和。因此，只要確功率之和。因此，只要確定了壓縮機(jī)的指示效率，定了壓縮機(jī)的指示效率，就可根據(jù)性能曲線確定不就可根據(jù)性能曲線確定不同工況時的冷凝熱負(fù)荷，同工況時的冷凝熱負(fù)荷，如圖所示。如圖所示。 （3）冷凝器的工況圖）冷凝器的工況圖 由以上的分析可知，制冷壓縮機(jī)的確定方法是以蒸發(fā)由以上的分析可知，制冷壓縮機(jī)的確定方法是以蒸發(fā)溫度和冷凝溫度為自變參數(shù)以標(biāo)明壓縮機(jī)的制冷量和軸功溫度和冷凝溫度為自變參數(shù)以標(biāo)明壓縮機(jī)的制冷量和軸功率；而壓縮一冷凝機(jī)組則是以蒸發(fā)溫度和冷卻介質(zhì)流量不率；而壓縮一冷凝機(jī)組則是以蒸發(fā)溫度和冷卻介

11、質(zhì)流量不變時的進(jìn)口溫度為自變參數(shù)以標(biāo)明機(jī)組的冷凝溫度、制冷變時的進(jìn)口溫度為自變參數(shù)以標(biāo)明機(jī)組的冷凝溫度、制冷量和軸功率。量和軸功率。 2.單元制冷機(jī)組的特性分析單元制冷機(jī)組的特性分析這里所說的單元機(jī)組是由一臺壓縮機(jī)、一只冷凝器、一只蒸發(fā)器和這里所說的單元機(jī)組是由一臺壓縮機(jī)、一只冷凝器、一只蒸發(fā)器和一只節(jié)流機(jī)構(gòu)組成的制冷機(jī)組，包括冷風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組及熱泵機(jī)組一只節(jié)流機(jī)構(gòu)組成的制冷機(jī)組，包括冷風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組及熱泵機(jī)組等。等。(1) 蒸發(fā)器的工況圖。蒸發(fā)器的工況圖。 分析蒸發(fā)器的熱平衡方程和傳熱方程也可得出：分析蒸發(fā)器的熱平衡方程和傳熱方程也可得出：其中，其中， 和和 分別是被冷卻分別是被冷卻介質(zhì)（水

12、或空氣）的流量、比熱容介質(zhì)（水或空氣）的流量、比熱容和進(jìn)入蒸發(fā)器時的溫度；和進(jìn)入蒸發(fā)器時的溫度； 和和 是蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)和是蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)和傳熱面積。根據(jù)上式可繪制蒸發(fā)器傳熱面積。根據(jù)上式可繪制蒸發(fā)器的工況圖。的工況圖。eeGC、eiteKeF (2)單元制冷機(jī)組的工況圖單元制冷機(jī)組的工況圖 將壓縮一冷凝機(jī)組的工況圖與蒸發(fā)器的工況圖結(jié)合起來就可得到單將壓縮一冷凝機(jī)組的工況圖與蒸發(fā)器的工況圖結(jié)合起來就可得到單元制冷機(jī)組的工況圖。元制冷機(jī)組的工況圖。 按圖可由冷卻介質(zhì)和按圖可由冷卻介質(zhì)和被冷卻介質(zhì)的進(jìn)口溫度被冷卻介質(zhì)的進(jìn)口溫度來確定單元制冷機(jī)組的來確定單元制冷機(jī)組的制冷量和蒸發(fā)溫度，制冷量和蒸

13、發(fā)溫度，進(jìn)而再按壓縮冷凝機(jī)組進(jìn)而再按壓縮冷凝機(jī)組的工況圖確定冷凝溫度，的工況圖確定冷凝溫度，按壓縮機(jī)的性能曲線確按壓縮機(jī)的性能曲線確定壓縮機(jī)的軸功率。定壓縮機(jī)的軸功率。 在繪制蒸發(fā)器及單元機(jī)組的工況圖時，若在繪制蒸發(fā)器及單元機(jī)組的工況圖時，若 、 和和 均在變均在變化，則必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。與前面壓縮冷凝機(jī)組一樣，要分析影響化，則必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。與前面壓縮冷凝機(jī)組一樣，要分析影響因素。此外，在繪制單元機(jī)組的工況圖時，對于冷卻空氣的蒸發(fā)器，因素。此外，在繪制單元機(jī)組的工況圖時，對于冷卻空氣的蒸發(fā)器，還需要考慮除濕量。若除濕量小時，還需要考慮除濕量。若除濕量小時， 和和 可用被冷卻空氣的可用被冷卻

14、空氣的干球溫度；但當(dāng)除濕量大時，則需用被冷卻空氣的濕球溫度。干球溫度；但當(dāng)除濕量大時，則需用被冷卻空氣的濕球溫度。 用外部參數(shù)表示的單元機(jī)組的工況圖用外部參數(shù)表示的單元機(jī)組的工況圖eKeFeGeiteot 二、熱泵特性分析二、熱泵特性分析 1.風(fēng)冷熱泵的特性分析風(fēng)冷熱泵的特性分析 圖圖8-17給出風(fēng)冷熱泵的特性圖。當(dāng)蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)濕球溫度給出風(fēng)冷熱泵的特性圖。當(dāng)蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)濕球溫度 ，冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度，冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度 時時,查圖可知，這時熱查圖可知，這時熱泵的吸熱量為泵的吸熱量為 ；若；若 ， 相同的相同的 下，下， 可提可提高到高到 82kw ，對應(yīng)的蒸發(fā)溫度為，對應(yīng)的蒸發(fā)溫度為 。 18s

15、tCta45kwQ670Cts24at0QC5 .12 2. 熱泵制冷量與膨脹閥容量的關(guān)系熱泵制冷量與膨脹閥容量的關(guān)系如圖所示，冷凝溫度線與吸如圖所示，冷凝溫度線與吸氣飽和溫度線的交點(diǎn)處所對氣飽和溫度線的交點(diǎn)處所對應(yīng)的閥的前后壓力差值要比應(yīng)的閥的前后壓力差值要比熱泵壓力差（熱泵壓力差（ ）的）的值低（圖中對值低（圖中對R22 系統(tǒng)，取系統(tǒng)，取其低其低0.24Mpa) 。從圖中可。從圖中可以看出，隨著冷凝溫度以看出，隨著冷凝溫度 的下降，盡管吸氣壓力也下的下降，盡管吸氣壓力也下降，而熱泵裝置的容量仍有降，而熱泵裝置的容量仍有所增加（如曲線所增加（如曲線1 所示所示), 一一直增加到膨脹閥容量的限

16、制直增加到膨脹閥容量的限制值。此后，值。此后， 進(jìn)一步下降時，進(jìn)一步下降時，熱泵的容量和吸氣溫度的變化則受膨脹閥容量的限制而迅速下降，熱泵的容量和吸氣溫度的變化則受膨脹閥容量的限制而迅速下降，在圖中沿著機(jī)組容量曲線從右到左，對應(yīng)的冷凝溫度逐漸降低，使在圖中沿著機(jī)組容量曲線從右到左，對應(yīng)的冷凝溫度逐漸降低，使冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差下降，蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度下降，致冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差下降，蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度下降，致使蒸發(fā)盤管的表面溫度降到冰點(diǎn)以下，盤管表面結(jié)霜，由此而引起使蒸發(fā)盤管的表面溫度降到冰點(diǎn)以下，盤管表面結(jié)霜，由此而引起機(jī)組的容量降低，如圖中曲線機(jī)組的容量降低，如圖中曲線3所示。

17、所示。 0ppkkt 2. 風(fēng)冷熱泵容量的確定風(fēng)冷熱泵容量的確定圖中，一條為熱泵裝置的供熱圖中，一條為熱泵裝置的供熱能力線（不同容量熱泵曲線不能力線（不同容量熱泵曲線不同），另一條為建筑物的耗熱同），另一條為建筑物的耗熱量特性曲線。兩線呈相反的變量特性曲線。兩線呈相反的變化趨勢，交點(diǎn)化趨勢，交點(diǎn) 稱為熱泵裝置的稱為熱泵裝置的平衡點(diǎn)，相對應(yīng)的橫坐標(biāo)溫度平衡點(diǎn)，相對應(yīng)的橫坐標(biāo)溫度稱為平衡點(diǎn)溫度。當(dāng)環(huán)境溫度稱為平衡點(diǎn)溫度。當(dāng)環(huán)境溫度高于平衡點(diǎn)溫度時，熱泵供熱高于平衡點(diǎn)溫度時，熱泵供熱量有余；當(dāng)環(huán)境溫度低于平衡量有余；當(dāng)環(huán)境溫度低于平衡點(diǎn)溫度時，熱泵供熱量不足。不足部分則由輔助加熱設(shè)備供熱。點(diǎn)溫度時，

18、熱泵供熱量不足。不足部分則由輔助加熱設(shè)備供熱。 當(dāng)壓縮機(jī)的輸氣量可調(diào)時（如當(dāng)壓縮機(jī)的輸氣量可調(diào)時（如利用變頻器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速），利用變頻器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速），則供需關(guān)系就能得到滿足。此外，則供需關(guān)系就能得到滿足。此外，采用多臺熱泵并聯(lián)工作時，也能采用多臺熱泵并聯(lián)工作時，也能較好地滿足供需的平衡。圖示出較好地滿足供需的平衡。圖示出采用壓縮機(jī)變頻或多臺熱泵來滿采用壓縮機(jī)變頻或多臺熱泵來滿足供需平衡。足供需平衡。 熱泵設(shè)計原則：熱泵設(shè)計原則： 一般在熱泵設(shè)計時，一般在熱泵設(shè)計時， 應(yīng)選定該工程的經(jīng)濟(jì)合理的平衡應(yīng)選定該工程的經(jīng)濟(jì)合理的平衡點(diǎn)，以便配置熱泵主機(jī)的額定容量。點(diǎn)，以便配置熱泵主機(jī)的額定容量。通常將平衡點(diǎn)溫度取通常將平衡點(diǎn)溫度取得高于室外冬季采暖設(shè)計溫度，以保證壓縮機(jī)選配的容量得高于室外冬季采暖設(shè)計溫度，以保證壓縮機(jī)選配的容量不致過大，并在大部分時間能在較高的效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣不致過大，并在大部分時間能在較高的效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣不僅可以節(jié)省初投資，而且運(yùn)行費(fèi)用也降低。當(dāng)環(huán)境溫度不僅可以節(jié)省初投資，而且運(yùn)行費(fèi)用也降低。當(dāng)環(huán)境溫度較低時，可增設(shè)輔助加熱器或蓄熱器來補(bǔ)充熱泵的不足熱較低時，可增設(shè)輔助加熱器或蓄熱器來補(bǔ)充熱泵的不足熱量。量。 第八章第八章 思考題思考題