空調(diào)技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)第一章制冷原理

1、1Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理一、一、 基本定律和概念基本定律和概念熱力學(xué)第一定律：即能量守恒定律熱力學(xué)第一定律：即能量守恒定律 Q = U + W其中：其中：Q 從外界吸入的熱量從外界吸入的熱量 U 內(nèi)能的增量內(nèi)能的增量 W 外界所作的功外界所作的功 熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律： 熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。基本定律基本定律2Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理基本概念基本概念1. 溫度：標志物體冷熱的程度溫度：標志物體冷熱的程度 t (

2、)= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t + 322. 壓力：單位面積上所受到的垂直作用力（即壓強）壓力：單位面積上所受到的垂直作用力（即壓強） Pa，MPa，bar, kgf/cm2 ，psia(g) 表壓表壓=絕對壓力絕對壓力 - 大氣壓力大氣壓力 真空度真空度=大氣壓力大氣壓力 - 絕對壓力絕對壓力3. 焓：焓：H=U+pV 工質(zhì)內(nèi)能與推動功的和工質(zhì)內(nèi)能與推動功的和 J 1kg工質(zhì)的焓稱為比焓工質(zhì)的焓稱為比焓 J/kg 4. 比容：單位質(zhì)量物質(zhì)所占的容積比容：單位質(zhì)量物質(zhì)所占的容積 kg/m35. 比熱比熱: 單位質(zhì)量物質(zhì)升高單位質(zhì)量物質(zhì)升高1 吸收的熱量吸收的熱量 J/

3、kg，Btu/lb. F 6. 干度：兩相區(qū)中的工質(zhì)氣體的比份干度：兩相區(qū)中的工質(zhì)氣體的比份 無量綱無量綱3Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理單位轉(zhuǎn)換單位轉(zhuǎn)換4Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理制冷機制冷機高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?Tc（環(huán)境）（環(huán)境）低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?To（被冷卻對象）（被冷卻對象）QcQoW =QoW(COP)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：根據(jù)熱力學(xué)第一定律： Qo + W = Qk=QoToQkTk根據(jù)熱力學(xué)第二定律：根據(jù)熱力學(xué)第二定律：二、二、 制冷機熱力學(xué)基本原理制冷機熱力學(xué)基本原理= 1 +WQoTkTo所以

4、所以1Tk / To - 1c =即即（理論工質(zhì)、可逆循環(huán)）（理論工質(zhì)、可逆循環(huán)）實際制冷機的實際制冷機的 (COP) 達不到達不到c存在效率因素存在效率因素 = / c5Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理壓焓圖：壓焓圖：1. 等壓線等壓線2. 等焓線等焓線3. 等溫線等溫線4. 等熵線等熵線5. 等容線等容線6. 等干度線等干度線123456三、壓焓圖三、壓焓圖 溫熵圖溫熵圖6Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理溫熵圖：溫熵圖：1. 等壓線等壓線2. 等焓線等焓線3. 等溫線等溫線4. 等熵線等熵線5. 等容線等容線6

5、. 等干度線等干度線3412567Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理四、四、 單級蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)單級蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)理論循環(huán)組成：理論循環(huán)組成：1. 壓縮機壓縮機 2. 冷凝器冷凝器 3. 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 4. 蒸發(fā)器蒸發(fā)器 12348Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理123423421h4h1h2phq0w0pkp0對于最簡單的理論循環(huán)（或稱簡單的飽和循環(huán)）：對于最簡單的理論循環(huán)（或稱簡單的飽和循環(huán)）：a. 離開蒸發(fā)器和進入壓縮機的制冷劑蒸氣離開蒸發(fā)器和進入壓縮機的制冷劑蒸氣 (1) 是處于蒸氣壓

6、力下的飽和蒸氣；是處于蒸氣壓力下的飽和蒸氣；b. 離開冷凝器和進入膨脹閥的制冷劑液體離開冷凝器和進入膨脹閥的制冷劑液體 (3) 是處于冷凝壓力下的飽和液體；是處于冷凝壓力下的飽和液體；c. 壓縮機的壓縮過程壓縮機的壓縮過程 (1-2) 為等熵壓縮；為等熵壓縮；qk9Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理d. 制冷劑通過膨脹閥節(jié)流制冷劑通過膨脹閥節(jié)流 (3-4) 時，其前、后焓值相等；時，其前、后焓值相等；e. 制冷劑在蒸發(fā)制冷劑在蒸發(fā) (4-1) 和冷凝和冷凝 (2-3) 過程中沒有壓力損失；過程中沒有壓力損失；f. 在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；

7、在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；g. 制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。123423421h4h1h2phq0w0pkp0qk10Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理圖圖1-4中各狀態(tài)點及各個過程敘述：中各狀態(tài)點及各個過程敘述：點點 1 表示制冷劑進入壓縮機的狀態(tài)。表示制冷劑進入壓縮機的狀態(tài)。它是對應(yīng)于蒸發(fā)溫度它是對應(yīng)于蒸發(fā)溫度t0的飽和蒸氣。的飽和蒸氣。根據(jù)壓力與飽各溫度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)壓力與飽各溫度的對應(yīng)關(guān)系，該點位于該點位于 p0 的等壓線與飽和蒸氣

8、線（的等壓線與飽和蒸氣線（=1）的交點）的交點上。上。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk11Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理點點 2 表示制冷劑排出壓縮機的狀態(tài)，表示制冷劑排出壓縮機的狀態(tài)，也就是進冷凝器時的狀態(tài)。也就是進冷凝器時的狀態(tài)。過程線過程線 1-2 表示制冷劑蒸氣在壓縮機中的等熵壓縮表示制冷劑蒸氣在壓縮機中的等熵壓縮過程（過程（s1=s2），壓力由蒸發(fā)壓力），壓力由蒸發(fā)壓力 p0 升高到冷凝壓力升高到冷凝壓力 pk 。因此該點可通過因此該點可通過 1 點的等熵線和壓力為點的等熵線和壓力為 pk 的等壓線的等壓線的交點來確定。的交點來

9、確定。由于壓縮過程中外界對制冷劑作功，制冷劑溫度升由于壓縮過程中外界對制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點高，因此點 2 表示過熱蒸氣狀態(tài)。表示過熱蒸氣狀態(tài)。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk12Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理點點 3 表示制冷劑出冷凝器時的狀態(tài)。表示制冷劑出冷凝器時的狀態(tài)。它是與冷凝度它是與冷凝度 tk 所對應(yīng)的飽和液體。所對應(yīng)的飽和液體。過程線過程線 2-2-3 表示制冷劑在冷凝器的冷卻（表示制冷劑在冷凝器的冷卻（2-2）和冷凝（和冷凝（2-3）過程。）過程。由于這個過程是在冷凝壓力由于這個過程是在冷凝壓力 pk 不變的情

10、況下進行的，不變的情況下進行的，進入冷凝器的過熱蒸氣首先將部分熱量放給外界冷進入冷凝器的過熱蒸氣首先將部分熱量放給外界冷卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點 2），然后），然后再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量，直至最后冷凝成再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量，直至最后冷凝成飽和液體（點飽和液體（點 3）。）。因此，壓力因此，壓力 pk 的等壓線和的等壓線和 =0 的飽和液體線的交點的飽和液體線的交點即為點即為點 3 的狀態(tài)。的狀態(tài)。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk13Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理點點 4 表示制冷劑

11、出節(jié)流閥時的狀態(tài)，也就是進入蒸表示制冷劑出節(jié)流閥時的狀態(tài)，也就是進入蒸發(fā)器時的狀態(tài)。發(fā)器時的狀態(tài)。過程線過程線 3-4 表示制冷劑在通過節(jié)流閥時的節(jié)流過程。表示制冷劑在通過節(jié)流閥時的節(jié)流過程。在這一過程中，制冷劑的壓力由在這一過程中，制冷劑的壓力由 pk 降到降到 po，溫度由，溫度由tk 降到降到 to 并進入兩相區(qū)。并進入兩相區(qū)。由于節(jié)流過程是一個不可逆過程，所以用一虛線表由于節(jié)流過程是一個不可逆過程，所以用一虛線表示示 3-4 過程。過程。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk14Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理過程線過程線 4-1 表示制

12、冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過程。表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過程。由于這一過程是在等溫、等壓下進行的，液體制冷由于這一過程是在等溫、等壓下進行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿等壓線制冷劑的狀態(tài)沿等壓線 po 向干度增大的方向變化，向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹?。直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹?。這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進入壓縮機前的狀這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進入壓縮機前的狀態(tài)點態(tài)點 1，從而完成一個完整的理論制冷循環(huán)。，從而完成一個完整的理論制冷循環(huán)。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk15Sh

13、enzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)溫熵圖表示單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)溫熵圖表示123423421s3 s4s1TsTdTkTo16Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動能的變化，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動能的變化，穩(wěn)定流動的能量方程可表示為穩(wěn)定流動的能量方程可表示為 Q + P = qm (h2 - h1) Q 和和 P 是單位時間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功是單位時間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功qm是流進或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量是流進或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量h是比焓是比焓

14、下標下標 1 和和 2 分別表示流體流進和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點分別表示流體流進和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點23421h4h1h2phq0w0pkp0qk五、單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算五、單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算17Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理1. 節(jié)流閥節(jié)流閥制冷劑液體通過節(jié)流孔口時絕熱膨脹，對外不作功，制冷劑液體通過節(jié)流孔口時絕熱膨脹，對外不作功， Q = 0， P = 0，故故 P = 0 = qm (h4 h3) h4 = h323421h4h1h2phq0w0pkp0qk18Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷

15、原理制冷原理2. 壓縮機壓縮機如果忽略壓縮機與外界環(huán)境所交換的熱量如果忽略壓縮機與外界環(huán)境所交換的熱量 Q = 0， 故故P0= qm (h2 - h1) 式中式中 (h2 - h1)表示壓縮機每壓縮并輸送表示壓縮機每壓縮并輸送1kg制冷劑所制冷劑所消耗的功，稱為理論比功，用消耗的功，稱為理論比功，用 w0 表示。表示。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk19Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理3. 蒸發(fā)器蒸發(fā)器被冷卻物體通過蒸發(fā)器向制冷劑傳遞熱量被冷卻物體通過蒸發(fā)器向制冷劑傳遞熱量Q0，因為，因為蒸發(fā)器不作功，蒸發(fā)器不作功，P = 0 ，故故Q0

16、 = qm (h1 h4) = qm (h1 h3)式中式中 (h1 h4) 稱為蒸發(fā)器單位熱負荷，用稱為蒸發(fā)器單位熱負荷，用 q0 表示。表示。它表示它表示1kg制冷劑蒸氣在蒸發(fā)器中吸收的熱量。制冷劑蒸氣在蒸發(fā)器中吸收的熱量。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk20Shenzhen McQuayR&D 系列培訓(xùn)系列培訓(xùn)-制冷原理制冷原理4. 冷凝器冷凝器假設(shè)制冷劑在冷凝器中外界放出熱量為假設(shè)制冷劑在冷凝器中外界放出熱量為Qk，因為冷，因為冷凝器不作功，凝器不作功，P = 0故故Qk = qm (h2 h3) 式中式中 (h2 h3) 稱為冷凝器單位熱負荷，用稱為冷凝器單位熱負荷，用 qk 表示。表示。它表示它表示1kg制冷劑蒸氣