暖通空調(diào)新技術(shù)

1、暖通空調(diào)新技術(shù)第1頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四制冷劑熱電制冷磁制冷氣體絕熱膨脹制冷氣體渦流制冷co2壓縮式氣體制冷熱聲制冷第2頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四一、制冷劑研究的進(jìn)展蒸氣壓縮制冷在19世紀(jì)末期開始實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)使用 CO2 、SO2 、氨20世紀(jì)三十年代開始使用CFCs氟里昂 根據(jù)穩(wěn)定性和低毒性第3頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四 現(xiàn)在常用的制冷劑HCFC-22 HFC-134aHCFC-123R407CR410A 第4頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四制冷劑的演化第一代19世紀(jì)30年代

2、-20世紀(jì)30年代當(dāng)時(shí)可用工質(zhì)乙醚，CO2，NH3 SO2，HCS，H2O CCI4，CHCS，第二代20世紀(jì)30年代-20世紀(jì)90年代安全性和耐久性CFCS，HCFCS，HFCS，NH3H2O第三代20世紀(jì)90年代-環(huán)境保護(hù)HCFCS，HFCS，NH3 H2OHCS，CO2，?第5頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四常用制冷劑安全等級(jí): 制冷劑 (PPM)測(cè)試:HCFC123 HCFC22 HFC134aAEL30 1,000 1,000允許暴露等級(jí)LC50 32,000 308,000 600,000(空氣中的致命濃度，一半的測(cè)試對(duì)象4小時(shí)后死亡)心臟承受濃度20,00

3、0 50,000 75,000(心悸產(chǎn)生的濃度)NOEL300 10,000 60,000(無法觀察項(xiàng)的影響等級(jí))毒性降低第6頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四ASHRAE 34-92 : “安全類別”高可燃性低可燃性不燃A3丙烷丁烷B3A2R-142b, 152aB2氨A1R-11, 12, 22, 114, 500, 134aB1R-123, SO2低毒性高毒性毒性降低第7頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四蒙特利爾協(xié)議1974年， 羅蘭和莫利納的理論指出臭氧在大氣層中正在減少1985年在南極證實(shí)了臭氧正在減少1987年蒙特利爾協(xié)議簽定包括在發(fā)達(dá)國(guó)

4、家終止一些特殊化學(xué)制品第8頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四1987年前后的制冷劑一般暖通制冷用的制冷劑包括 CFC-11、 CFC-12 (ODP=1.0)、HCFC-22 (ODP=0.05)機(jī)組效率為 0.70-0.80 kw/ton低壓機(jī)組每年約損失充注制冷劑的25%第9頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四改進(jìn)措施HFC-134a (ODP=0) 替代 CFC-12HCFC-123 (ODP=0.02) 替代 CFC-11機(jī)組密封 (高效抽氣裝置、制冷劑再生等)安大略會(huì)議推薦在離心機(jī)組中使用HFC-134a(1993)第10頁(yè)，共82頁(yè)，202

5、2年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四禁止CFCs (11,12) 在1996年禁止HCFC-123 具有毒性最初的 AEL 是 10 ppm (后來按 CSA-B52 99升至 50 ppm ) HCFC-123 被定為 B1 級(jí)制冷劑第11頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四逐漸停止HCFC 時(shí)間表; 1996年生產(chǎn)能力 (1989年HCFC生產(chǎn)量加1989年CFC生產(chǎn)量的2.8%) 2004年 65% 2010年 35% 2015年 10% 2020年 0.5% 不增加新的設(shè)備 2030年 0%第12頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四HCFC逐漸禁

6、止USA 在1996年7月生產(chǎn)能力減少 82%。 USA 在1998年生產(chǎn)能力減少92%。EPA 組織已經(jīng)給出了相應(yīng)的措施和計(jì)劃來防止生產(chǎn)量的增加。第13頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四同溫層臭氧破壞1994年ODS集中在較低的大氣層中?，F(xiàn)在ODS集中在同溫層中。CFC替代物在大氣層中滯留量增加。在2050年ODS將回到標(biāo)準(zhǔn)。第14頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四2050年. 在北半球 50%臭氧層破壞，在南半球70%溴氧層破壞赤道部分紫外線-B的輻射量是北半球兩倍，南半球的四倍。第15頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四全球

7、溫室效應(yīng)CO2 濃度將超過現(xiàn)在工業(yè)指標(biāo) 30% (275ppm)CH4 增長(zhǎng)一倍全球平均溫度將升高0.5-2攝氏度。海平面高度平均升高 0.5-3m。第16頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四1997年京都最高級(jí)會(huì)議在2008-2012年發(fā)達(dá)國(guó)家一致同意控制溫室氣體輻射加拿大在1990水平上減少6%美國(guó)在1990年水平上減少 7% 注意：企業(yè)發(fā)展將增加輻射量是1990年水平的 20%到 30%第17頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四京都協(xié)議細(xì)節(jié)各成員國(guó)負(fù)責(zé)其內(nèi)部政策總目標(biāo)必須實(shí)現(xiàn)6種氣體包含 (CO2, HFCs, CH4, PFCs, SF6, N2

8、O)沒有特別的氣體禁止承認(rèn)“sinks”允許限額貿(mào)易第18頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四京都協(xié)議論點(diǎn)不包括發(fā)展中國(guó)家當(dāng)前 USA是最大的排放源 (4,881,000公噸CO2當(dāng)量)中國(guó)第二 (2,667,000公噸CO2當(dāng)量)加拿大第九 (409,862公噸CO2當(dāng)量)15年后發(fā)展中國(guó)家將超過發(fā)達(dá)國(guó)家第19頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四能源效率京都 協(xié)議將推動(dòng)高效能建筑1/3民用建筑能源1/3工業(yè)能源1/3 運(yùn)輸能源第20頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四當(dāng)前結(jié)果京都協(xié)議批準(zhǔn)蒙特利爾和京都協(xié)議中關(guān)于制冷劑的爭(zhēng)執(zhí)新的ASH

9、RAE 90.1新的標(biāo)準(zhǔn)將給實(shí)際運(yùn)用和能源方面分別節(jié)省 16%和 20% 第21頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四蒙特利爾和京都協(xié)議間的爭(zhēng)論蒙特利爾協(xié)議在進(jìn)一步推進(jìn) HFCs (134a)同時(shí)限制使用HCFC-123，HCFC-22京都協(xié)議試圖減少 HFCs使用 京都協(xié)議僅確認(rèn) HFCs類工質(zhì)，沒有淘汰日期，沒有給出具體氣體的名稱第22頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四蒙特利爾和京都協(xié)議間的爭(zhēng)論最好的預(yù)測(cè)，總當(dāng)量熱效應(yīng)的觀點(diǎn)被接受，并且HFCs 將有一個(gè)很長(zhǎng)的使用期淘汰 HCFC-123此類危害氣體工質(zhì)將會(huì)有很多工作要做蒙特利爾協(xié)議第23頁(yè)，共82頁(yè)

10、，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四其它制冷劑R-718水R-717 氨R-744 CO2R-290,600,600a (丙烷, 丁烷, 異丁烷) R-407cR-410a第24頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四水和氨水能用于吸收式制冷方面 效率是當(dāng)前問題 (COP=1)氨的效率高，但有毒性對(duì)大型機(jī)械工廠，工業(yè)及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行限制第25頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四二氧化碳蒸氣壓縮機(jī)制冷劑是最初中的一種蒸發(fā)器 3.1MPa冷凝器 8.54MPaASHRAE深入研究二氧化碳技術(shù)第26頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四易燃

11、制冷劑丙烷和丁烷涉及到安全問題聯(lián)合國(guó) TOC研究35%的市場(chǎng)在北歐8%的世界市場(chǎng)實(shí)際用量很少在北美不受歡迎第27頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四混合物共沸混合物 R-400系列 單混合物易于分解共沸混合物R-500系列 特性類似于純混合物第28頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四混合物R-407C (HFC-32/HFC-125/HFC-134a) 非常接近 HCFC-22溫度滑移問題 - 不適用于滿液式系統(tǒng)用作R-22代替物可用在壓縮機(jī)技術(shù)第29頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四混合物R-410a (HFC-32/HFC-12

12、5)較高運(yùn)行壓力 (2.4MPa)有少量溫度滑移-但適用于滿液式系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)設(shè)備代替目前使用的 R-22設(shè)備第30頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四全世界HCFC產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)定現(xiàn)狀1990199520002005201020152020202520302.8% Cap35 % - 201010 % - 20150.5% - 202065 % - 200465%40%產(chǎn)量保持為1995年產(chǎn)量20%5%歐盟逐漸淘汰目前蒙特利爾協(xié)定德國(guó)歐洲，高于150kW的設(shè)備80%第31頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四19901995200020052010201520

13、20202520302.8% 總量35 % - 201010 % - 20150.5% - 202065 % - 200465%40%產(chǎn)量保持為1995年產(chǎn)量20%5%歐盟逐漸淘汰目前蒙特利爾協(xié)定德國(guó)瑞典丹麥澳大利亞 意大利加拿大歐洲，高于150kW的設(shè)備80%全世界HCFC產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)定現(xiàn)狀第32頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四國(guó)際HCFC在加速淘汰：瑞典 (新設(shè)備為2000年，服務(wù)到2002年)加拿大(新設(shè)備為2010年，服務(wù)到2020年） 產(chǎn)量以1995年產(chǎn)量為準(zhǔn) - 在2015后不予服務(wù)德國(guó)挪威英國(guó)意大利9個(gè)其他E.C.U.國(guó)家和 2個(gè)非洲國(guó)家 1993年11月1

14、5日協(xié)議會(huì)議，曼谷，泰國(guó)第33頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四HCFC 替代HCFC-123被代替為：?HCFC-22被代替為：HFC-407C/HFC-410A 非共沸/近共沸工質(zhì) 第34頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四 全球淘汰日程1985 維也納協(xié)定 - 提出淘汰CFC1987 蒙特利爾協(xié)定 - 逐步淘汰CFC物質(zhì)，整個(gè)淘汰進(jìn)程在5年內(nèi)完成1990 倫敦修正方案 - 逐步淘汰，整個(gè)淘汰進(jìn)程在2000年之前完成1992 哥本哈根修正方案 - 到1996年完全淘汰CFC物質(zhì)。逐步淘汰HCFC物質(zhì)，至2030年完全停用。1995 維也納修正方案

15、- 減少HCFC物質(zhì)的消費(fèi)總量，至2030年淘汰至5%。第35頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四全球HCFC加速淘汰:瑞典 （新設(shè)備至2000年 - 維修服務(wù)至2002年）加拿大（新設(shè)備至2010年 - 維修服務(wù)至2020年） 1995年開始限制產(chǎn)量 - 2015后不再提供維修服務(wù)德國(guó)挪威英國(guó)意大利9個(gè)其他E.C.U.和2個(gè)非洲國(guó)家 1993年11月15日協(xié)議會(huì)議，曼谷，泰國(guó)第36頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四產(chǎn)量限制總量 = 1989年CFC消費(fèi)量X2.8% +1989HCFC消費(fèi)量X 100%.消費(fèi)量=產(chǎn)量+進(jìn)口量-出口量 （受控物質(zhì)）對(duì)于H

16、CFC物質(zhì): 1996年1月1日起凍結(jié)生產(chǎn)量，臭氧消耗潛能為CFCs的2.8%，HCFCs應(yīng)用于1989年的消費(fèi)領(lǐng)域。2004年1月1日產(chǎn)量減少 35%2010年1月1日產(chǎn)量減少 65%2015年1月1日產(chǎn)量減少 90%2020年1月1日產(chǎn)量減少 99.5%2030年1月1日產(chǎn)量減少 100%開始實(shí)施 199665% - 200435% - 201010% - 20150. 5% - 2030第37頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四商用制冷劑的選擇趨勢(shì)：過去: 過渡期: 將來:CFC-11CFC-12/500 HCFC-22, 123 HFC-134aHCFC22第38頁(yè)

17、，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四無氯元素的混合工質(zhì): 商品 混合 公司代號(hào)工質(zhì) 聯(lián)信AZ20 HFC32, 125 AZ50 HFC125, 143a 杜邦HP62 HFC125, 143a, 134a AC9000 HFC32, 125, 134a ICI66 HFC32, 125, 134a第39頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四熱電制冷 熱電制冷的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng)。在沒有外磁場(chǎng)的情況下，有五個(gè)：導(dǎo)熱、焦耳熱損失、西伯克（Seebeck）效應(yīng)、帕爾帖（Peltier）效應(yīng)、湯姆遜（Thomson）效應(yīng)。（1）西伯克效應(yīng) 由兩種不同導(dǎo)體組成

18、的開路中，如果導(dǎo)體的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)存在溫度差，則開路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E。（2）帕爾帖效應(yīng) 電流流經(jīng)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí)，將從外接吸收熱量或向外界放出熱量。（3）湯姆遜效應(yīng) 電流通過具有溫度梯度的均勻?qū)w時(shí)，導(dǎo)體將吸收或放出熱量。第40頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四第41頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四熱電制冷的制冷量計(jì)算冷端產(chǎn)生的吸熱量（帕爾帖熱）Q Q=I =(PN)Tc熱電制冷回路的制冷量Q0 Q0= QQj/2Q QjI2R R=L(1/S1+2/S2)第42頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四熱電制冷的制冷量計(jì)算 Q= K(

19、ThTc) K=(1/S1+2/S2)/L Q0= (PN)Tc I I2R /2 K(ThTc)第43頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四熱電制冷的特點(diǎn)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小啟動(dòng)快，控制靈活操作具有可逆性效率低、耗電多（缺點(diǎn)）特點(diǎn)：第44頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四電子器件上的應(yīng)用工業(yè)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用其它方面的應(yīng)用熱電制冷的應(yīng)用第45頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四磁熱效應(yīng)-磁制冷磁熱效應(yīng)： 利用磁致冷材料的磁熱效應(yīng)(基本原理是磁性材料的磁化放熱和退磁吸熱)。 基于材料的磁熱效應(yīng)和一定的熱力流程可以構(gòu)成磁制冷循環(huán)。第4

20、6頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四順磁體絕熱去磁過程中，其溫度會(huì)降低。從機(jī)理上說，固體磁性物質(zhì)（磁性離子構(gòu)成的系統(tǒng)）在受磁場(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)（磁熵減?。?，對(duì)外放出熱量；再將其去磁，則磁有序度下降（磁熵增大），又要從外界吸收熱量。這種磁性離子系統(tǒng)在磁場(chǎng)施加與除去過程中所出現(xiàn)的熱現(xiàn)象稱為磁熱效應(yīng)。1927年德貝（Debye）和杰克（Giauque）預(yù)言了可以利用此效應(yīng)制冷。1933年杰克實(shí)現(xiàn)了絕熱去磁制冷。從此，在極低溫領(lǐng)域（mK級(jí)至16K范圍）磁制冷發(fā)揮了很大作用?，F(xiàn)在低溫磁制冷技術(shù)比較成熟。美國(guó)、日本、法國(guó)均研制出多種低溫磁制冷冰箱，為各種科學(xué)研究創(chuàng)造極低

21、溫條件。例如用于衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的參數(shù)檢測(cè)和數(shù)處理系統(tǒng)中，磁制冷還用在氦液化制冷機(jī)上。而高溫區(qū)磁制冷尚處于研究階段。但由于磁制冷不要壓縮機(jī)、噪聲小，小型、量輕等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)大其高溫制冷應(yīng)用很有誘惑力，目前十分重視高溫磁制冷的開發(fā)。第47頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四問題 高溫磁制冷實(shí)用的研究包括以下主要方面：尋找合適的磁材料（工質(zhì)）。它應(yīng)具有的特點(diǎn)是：離子磁矩大、居里點(diǎn)接近室溫、以較小磁場(chǎng)（例如1T）作用與除去作用時(shí)能夠引起足夠大的磁熵變（即磁熱效應(yīng)顯著）。現(xiàn)已研制出一系列稀土化合物作磁制冷材料，如R-Al,R-Ni,R-Si等系列的物質(zhì)（其中R代表稀元素），

22、還有復(fù)合型磁制冷物質(zhì)（由居里點(diǎn)不同的幾種材料組成）。外磁場(chǎng)。需采用高磁通密度的永磁體。研究最合適的磁循環(huán)并解決實(shí)現(xiàn)循環(huán)所涉及到的熱交換問題。 第48頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四氣體絕熱膨脹制冷（布雷頓制冷循環(huán)）第49頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四氣體膨脹制冷是利用高壓氣體的絕熱膨脹來達(dá)到低溫，并利用膨脹后的氣體在低壓下的復(fù)熱過程來制冷的，由于氣體絕熱膨脹的設(shè)備不同，一般有兩種方式:一種是將高壓氣體經(jīng)膨脹機(jī)膨脹，有外功輸出，因而氣體的溫降大，復(fù)熱時(shí)制冷量也大，但膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，另一種方式是令氣體經(jīng)節(jié)流閥膨脹，無外功輸出，氣體的溫降小，制冷

23、量也小，但節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行氣體流量的調(diào)節(jié)。常見循環(huán)：氣體絕熱節(jié)流循環(huán)、布雷頓制冷循環(huán)、克勞特制冷循環(huán)、斯特林制冷循環(huán)和維米勒爾制冷循環(huán)的基本原理及其研究狀況，并對(duì)其應(yīng)用現(xiàn)狀作了簡(jiǎn)要的敘述。第50頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四克勞特制冷循環(huán)克勞特制冷循環(huán)綜合利用了節(jié)流和等熵膨脹兩種制冷方法，以取得比布雷頓循環(huán)更低的制冷溫度。 第51頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四斯特林制冷循環(huán) 兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容回?zé)徇^程組成的閉式熱力學(xué)循環(huán)，稱為斯特林循環(huán)，也稱為定容回?zé)嵫h(huán)。 第52頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四渦流

24、管制冷技術(shù) 第53頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四渦流管制冷技術(shù) 渦流管（Vortex Tube）原理： 壓縮空氣噴射進(jìn)渦流管的渦流室后，氣流以高達(dá)每分鐘一百萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)著流向渦流管的熱氣端出口，一部分氣流通過控制閥流出，剩余的氣體被阻擋后，在原氣流內(nèi)圈以同樣的轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)，并流向渦流管的冷氣端。在此過程中，兩股氣流發(fā)生熱交換，內(nèi)環(huán)氣流變得很冷，從渦流管的冷氣端流出，外環(huán)氣流則變得很熱，從渦流管的熱氣端流出。 渦流管可以高效的產(chǎn)生出低溫氣體，用作冷卻降溫用途，冷氣流的溫度及流量大小可通過調(diào)節(jié)渦流管熱氣端的閥門控制。渦流管熱氣端的出氣比例越高，則渦流管冷氣端氣流的溫度就

25、越低，流量也相應(yīng)減少。NexFlow渦流管最高可使原始?jí)嚎s空氣溫降70。 第54頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四渦流管制冷技術(shù)特點(diǎn)：1、渦流管靠壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，非電氣設(shè)備，純機(jī)械結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無化學(xué)物、無污染可能。2、運(yùn)行可靠，免維護(hù)，使用成本很低，渦流管內(nèi)部無任何活動(dòng)件、無磨損可能，壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上。3、渦流管材質(zhì)為不銹鋼，耐腐蝕、體積小，重量?jī)H約0.5公斤。渦流管應(yīng)用：1、制造業(yè)：塑料或金屬加工、木材加工、焊接件、熱封件、模具加工等冷卻。 2、實(shí)驗(yàn)室里用于產(chǎn)生特定低溫的氣體。3、電子元器件、儀表、開關(guān)和溫度調(diào)節(jié)裝置等的冷卻。4、其它制冷應(yīng)用， 如輔助人工造雪等。 第55

26、頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四二氧化碳制冷 二氧化碳作為一種自然制冷劑,可以根本上解決制冷系統(tǒng)的CFCs工質(zhì)替代問題.二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備-制冷壓縮機(jī)、氣體冷卻器、蒸發(fā)器、膨脹機(jī) 傳統(tǒng)天然工質(zhì)CO2制冷劑可能應(yīng)用的領(lǐng)域有以下三個(gè)方面。一、是CO2超臨界循環(huán)（汽車空調(diào)）。由于其壓比低，使壓縮機(jī)效率高，高效換熱器(如沖壓唯槽管)的采用也對(duì)提高其能效做出貢獻(xiàn)。由于高壓側(cè)CO2大的溫度變化，使進(jìn)口空氣溫度與CO2的排氣溫度可以非常接近(僅相差幾度)，這樣，可以減少高壓側(cè)不可逆?zhèn)鳠嵋鸬膿p失。為了減輕重量和縮小尺寸，換熱器頭部的優(yōu)化設(shè)計(jì)也已開發(fā)。此外，CO2系統(tǒng)在

27、熱泵方面的特殊優(yōu)越性，可以解決現(xiàn)代汽車冬天不能向車廂提供足夠熱量的缺陷。目前德國(guó)已有商用的CO2空調(diào)系統(tǒng)的公共汽車投入公交運(yùn)輸，空調(diào)器尺寸與HFC-134a相當(dāng)。第56頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四二氧化碳制冷二、CO2熱泵熱水加熱器，由于CO2在高壓側(cè)具有較大溫度變化(約80-100)的放熱過程，適合用于熱水的加熱。1998年和1999年有報(bào)道，試驗(yàn)結(jié)果比采用電能或天然氣燃燒加熱，可節(jié)能75%，水溫可從8升高60。三、在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中，CO2用作低壓級(jí)制冷劑，高壓級(jí)用NH3或HFC-134a作制冷劑。第57頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四近

28、臨界或跨臨界循環(huán) 第58頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四熱聲制冷技術(shù)一、熱聲研究的目的和意義 八十年代以來，脈管制冷機(jī)的研究獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。兩級(jí)脈管制冷機(jī)達(dá)到了1.7K。但目前脈管制冷機(jī)離實(shí)用化、工程化還有一定的距離，其主要原因之一就是缺少與脈管制冷機(jī)相匹配的壓縮機(jī)。目前廣泛采用的機(jī)械壓縮機(jī)中仍然存在著運(yùn)動(dòng)部件，壓縮機(jī)的性能將對(duì)脈管制冷機(jī)的性能產(chǎn)生直接的影響。在這種情況下，采用熱壓縮機(jī)代替常規(guī)的機(jī)械壓縮機(jī)來驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)是一種理想的方案。這種熱聲驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：其一是制冷系統(tǒng)除流動(dòng)工質(zhì)外沒有運(yùn)動(dòng)部件，從根本上消除了常規(guī)機(jī)械制冷機(jī)存在的磨損與振動(dòng)；

29、其二是采用熱能驅(qū)動(dòng)，可用太陽(yáng)能、燃?xì)獾茸鳛闊嵩?。采用低品位的熱能不僅有利于提高系統(tǒng)的熱力學(xué)效率，而且對(duì)于那些缺乏電能的場(chǎng)合則更具有實(shí)際意義。此外，熱聲制冷機(jī)一般采用N2或He作工質(zhì)，屬于綠色工質(zhì)，對(duì)大氣臭氧層沒有破壞?？梢?，熱聲壓縮機(jī)是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛪毫Σòl(fā)生器，在空間及輸電困難但能提供熱能的地方(如遠(yuǎn)?；蚧哪虚_采石油和天然氣)有著廣泛的應(yīng)用前景。 第59頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四 熱聲制冷機(jī)也可用揚(yáng)聲器來驅(qū)動(dòng)，雖然這種制冷機(jī)也存在著運(yùn)動(dòng)部件（揚(yáng)聲器振動(dòng)膜），但由于其不需要?jiǎng)用芊?，故無維修使用壽命比常規(guī)的制冷機(jī)要長(zhǎng)，且與壓縮機(jī)的活塞相比振動(dòng)膜的振動(dòng)要小得

30、多。若采用氣體工質(zhì)，則在那些需要較大溫差、較小能流密度的場(chǎng)合有很大的應(yīng)用前景；若采用近臨界液相工質(zhì)（如乙烯），則單位體積制冷量可與目前的常規(guī)蒸汽壓縮制冷機(jī)相當(dāng)，其清潔、可靠和低成本的特點(diǎn)使其在家用和工業(yè)制冷場(chǎng)合具有極大的競(jìng)爭(zhēng)力。 同時(shí)，研究熱聲壓縮機(jī)還可以進(jìn)一步開拓視野，豐富和完善熱聲理論，推動(dòng)和發(fā)展回?zé)崾綗釞C(jī)，還能讓我們以一個(gè)全新角度去認(rèn)識(shí)其它類型的熱機(jī)，從而推動(dòng)它們的發(fā)展。以往的回?zé)崾綗釞C(jī)循環(huán)理論基于理想的熱力學(xué)可逆過程，從能量守恒和動(dòng)量守恒方程出發(fā)，忽略了流體工質(zhì)的流動(dòng)特性對(duì)流體與固相工質(zhì)間熱交換的影響，與實(shí)際的工況相差甚遠(yuǎn)，定量化程度不高，更不能為我們提供對(duì)其工作機(jī)理的了解。同時(shí)，數(shù)值

31、模擬方法對(duì)每個(gè)具體的情況都需作較大調(diào)整，缺乏普遍指導(dǎo)意義。熱聲理論將熱機(jī)的工作機(jī)理歸結(jié)為普遍的熱聲效應(yīng)，即可壓縮的工作流體的振蕩（即聲）與固體介質(zhì)熱相互作用產(chǎn)生的時(shí)均能量效應(yīng)。它能很好地解釋一些問題，如傳統(tǒng)的平衡觀點(diǎn)認(rèn)為，回?zé)崞魇且粋€(gè)換熱器，為提高效率，應(yīng)減少氣軸向溫度梯度，實(shí)際上根據(jù)熱聲理論，我們可以知道：回?zé)崞鞯呐R界溫度梯度是判斷熱功轉(zhuǎn)換方向的重要參數(shù)?；?zé)崞鞑粌H僅是一個(gè)換熱器，還是一個(gè)熱功轉(zhuǎn)換元件。 第60頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四脈管制冷機(jī)脈管制冷的基本原理是利用高低壓氣體對(duì)脈沖管腔的充放氣而獲得低溫的，它實(shí)質(zhì)上是西蒙膨脹制冷的一種形式。 基本型脈管制冷機(jī)

32、是1963年由Gifford和Longsworth提出并研制的，系統(tǒng)由壓縮機(jī)、切換閥、回?zé)崞?、冷端換熱器、導(dǎo)流器、脈沖管和脈沖管封閉瑞的水冷卻器所組成。壓縮機(jī)作為壓力波發(fā)生器(圖中末示出)，導(dǎo)流器起到防止氣體紊流混合的作用。其制冷工作過程如下: 第61頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四脈管制冷機(jī)第62頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四 高壓氣體通過被控制的切換閥流經(jīng)回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、導(dǎo)流器，以層流態(tài)進(jìn)入脈管，漸次推擠管內(nèi)氣體向封閉端移動(dòng)，同時(shí)使之受到擠壓，沿管長(zhǎng)壓力升高，溫度上升，在脈管封閉端達(dá)到最高溫度。 布置在封閉端的水冷換熱器將熱量帶走，使其

33、管內(nèi)氣體的溫度和壓力因放熱而稍有降低。 切換閥轉(zhuǎn)動(dòng)使系統(tǒng)內(nèi)氣體與氣源低壓側(cè)連通，脈管內(nèi)的氣體又以層流態(tài)漸次向氣源推移擴(kuò)張，氣體膨脹降壓而獲得低溫。 切換閥再次轉(zhuǎn)換使系統(tǒng)與氣源高壓側(cè)連通，從而完成一個(gè)循環(huán)。脈管制冷機(jī)采用的工質(zhì)通常為He。脈管制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，脈管氣體軸向存在溫度梯度，人口端溫度低，封閉端溫度高，這點(diǎn)與容器內(nèi)絕熱放氣后氣體溫度是均勻的不同。 第63頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四二、熱聲學(xué)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀 聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力及位移的波動(dòng)。聲波的傳播也會(huì)引起溫度的波動(dòng)。當(dāng)聲波所引起的壓力、位移及溫度的波動(dòng)與一固體邊界相作用時(shí)，就會(huì)發(fā)生明顯的聲波能量

34、與熱能的轉(zhuǎn)換，這就是熱聲效應(yīng)。 熱聲效應(yīng)，即聲場(chǎng)中的時(shí)均熱力學(xué)效應(yīng)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)可將熱聲效應(yīng)分為兩類：一是用熱來產(chǎn)生聲，即熱驅(qū)動(dòng)的聲振蕩；二是用聲來產(chǎn)生熱流，即聲驅(qū)動(dòng)的熱量傳輸。其相應(yīng)的機(jī)械裝置分別為熱聲壓縮機(jī)和熱聲制冷機(jī)。熱聲壓縮機(jī)和熱聲制冷機(jī)在原理上是一致的，只是由于某些參數(shù)不同而導(dǎo)致了運(yùn)行結(jié)果的迥異。 1986年，Hofler在他的博士論文中設(shè)計(jì)并制作了一實(shí)驗(yàn)熱聲制冷機(jī)。這是世界上第一臺(tái)有效的熱聲制冷機(jī)，它以揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)發(fā)聲，在3W的熱負(fù)荷下，其制冷系數(shù)達(dá)到卡諾系數(shù)的12%，制冷溫度可達(dá) -50。 1990年，G.W.Swift、R.Radebaugh和R.A.Martin建議用熱聲驅(qū)

35、動(dòng)器(TAD)代替機(jī)械壓縮機(jī)來驅(qū)動(dòng)小孔型脈管制冷機(jī) 。當(dāng)TAD密集的間隔片的溫度梯度超過其臨界值時(shí)，氦工質(zhì)氣流將自發(fā)產(chǎn)生熱聲振蕩。因?yàn)樵跓崧暶}管中無運(yùn)動(dòng)部件，所以具有潛在的低成本和極高的可靠性。第64頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四研究現(xiàn)狀 在駐波熱聲機(jī)械獲得極大發(fā)展的同時(shí)，行波熱聲機(jī)械也取得了很大的進(jìn)展。美國(guó)George Mason大學(xué)Ceperley于1979年提出了一種共振型行波熱聲制冷機(jī)。行波熱聲制冷機(jī)的組成包括聲波發(fā)生器和以下部件：室溫放熱器，回?zé)崞?，低溫吸熱器以及行波聲?dǎo)管。這些部件形成一個(gè)行波的回路，而回路的長(zhǎng)度正好為一個(gè)聲波長(zhǎng)。Ceperley的行波熱聲

36、制冷機(jī)的工作原理為：聲波發(fā)生器提供動(dòng)力產(chǎn)生聲振蕩，在聲回路中產(chǎn)生近共振的行波聲場(chǎng)，吸熱器利用等溫?zé)崧曅?yīng)，從低溫?zé)嵩次諢崃?，這個(gè)熱量，由回?zé)崞飨穆暪牡蜏囟吮孟蚋邷囟耍ɑ責(zé)崞鞯牧鞯罊M向尺度小于流體的熱滲透深度，聲場(chǎng)中行波分量起決定作用，熱流由低溫端流向高溫端）；放熱器將由回?zé)崞鱽淼臒崃麽尫沤o環(huán)境。 日本學(xué)者富永昭以熱力學(xué)方法分析熱聲現(xiàn)象，目的就是要得到回?zé)崞髦懈鞣N不可逆因素對(duì)泵熱量的影響，然后克服之以提高回?zé)崞鞯男?。他的研究表明：回?zé)崞髦械闹饕獡p失并非是有溫差情況下的傳熱損失，而是頻率或填料結(jié)構(gòu)不合理，通過頻率匹配可以提高回?zé)崞鞯男?。在?duì)小波幅下的熱聲效應(yīng)有了較全面的了解后，眾多研究人

37、員逐漸轉(zhuǎn)向了對(duì)大波幅下熱聲效應(yīng)的研究。美國(guó)海軍研究生院的Atchley和Hofler等研究人員于1990年對(duì)實(shí)驗(yàn)與理論的吻合情況進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明：在小波幅情況下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論結(jié)果吻合很好；隨著波幅增大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論結(jié)果之間逐漸出現(xiàn)偏差。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)：在速度節(jié)點(diǎn)處實(shí)驗(yàn)與理論的偏差很小，并且與波幅無關(guān)。與此同時(shí)，Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Swift也對(duì)大波幅下的熱聲現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并對(duì)大波幅小實(shí)驗(yàn)與理論偏差的可能因素進(jìn)行了分析研究，提出了一些合理的解釋。日本的Akira Kawamoto等在實(shí)驗(yàn)中對(duì)板疊上的溫度分布進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與Swift的線性理論值有較大的出入。然后

38、他們對(duì)線性模型進(jìn)行了改進(jìn)，將渦流與聲流效應(yīng)加以考慮。改進(jìn)后的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的吻合程度大大提高了。另一方面，Akhavan, Kamm和Shapiro以及Merkli和Thomann對(duì)波動(dòng)流中流態(tài)從層流向紊流的轉(zhuǎn)化進(jìn)行了研究。這對(duì)研究熱聲效應(yīng)中的流動(dòng)以及與之相關(guān)的問題提供了很大的幫助。第65頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四 在諧振管上端有一熱聲堆，諧振管內(nèi)的縱向駐波引起了氣體粒子平行于熱聲堆片壁來回振蕩（如圖）。當(dāng)聲壓增加時(shí)，氣團(tuán)向上（諧振腔封閉端）振動(dòng)并且被壓縮，溫度增加，此時(shí)氣團(tuán)溫度就比其附近熱聲堆的溫度高，就要把熱量輸給熱聲堆。當(dāng)駐波繼續(xù)完成一周時(shí)，氣團(tuán)向下振動(dòng)，聲壓

39、降低，并且膨脹，溫度降低，但熱聲堆溫度降低較少，氣團(tuán)附近 堆溫度高于氣團(tuán)溫度，要向氣團(tuán)輸熱。所以氣團(tuán)每次振動(dòng)都是從下吸取熱量向上輸送熱量。 熱聲堆中有無數(shù)這樣的氣團(tuán)，運(yùn)動(dòng)情況相同，它們就像是接力賽一樣，從下端吸熱輸送到上端。在共振的條件下，氣團(tuán)快捷、有效的如此循環(huán)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生非常明顯的宏觀效果，從而完成聲熱泵作用。這就是熱聲效應(yīng)的基本原理。第66頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四第67頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)對(duì)熱聲理論的研究剛剛起步，中科院低溫中心的肖家華運(yùn)用簡(jiǎn)單的物理模型，從實(shí)際氣體和固體方程的基本方程出發(fā)，包括流體的連續(xù)性方

40、程、動(dòng)量方程、流體和固體的能量方程，狀態(tài)方程及普遍適用的熱力學(xué)關(guān)系式，經(jīng)過合理的簡(jiǎn)化，推導(dǎo)出使用與單純流體二維流道、平均化的多孔介質(zhì)一維流道的一般聲場(chǎng)的熱聲學(xué)理論，建立了熱聲學(xué)的縱向波動(dòng)方程和能量-溫度方程，并建立了回?zé)崾街评錂C(jī)的熱聲模型，較好地處理了回?zé)崾綗釞C(jī)的內(nèi)在不可逆性和了解了各種因素的影響。 華中理工大學(xué)的鄧曉輝和郭方中運(yùn)用理論和系統(tǒng)熱力學(xué)的方法對(duì)回?zé)崞鞯难芯孔髁诉M(jìn)一步的工作。首次從實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了Ceperley聲功率放大器提法的正確性。通過細(xì)致的熱力學(xué)分析，指出了熱聲轉(zhuǎn)換的本質(zhì)過程，并在郭方中的網(wǎng)絡(luò)理論指導(dǎo)下建立了工程實(shí)用的回?zé)崞饔性礋崧暰W(wǎng)絡(luò)。 上海同濟(jì)大學(xué)的韓鴻興和壽衛(wèi)東等人進(jìn)行了熱

41、聲制冷機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究，并在未穩(wěn)定的情況下獲得了10C的溫差。 浙江大學(xué)制冷與低溫研究所的白火亙、陳國(guó)邦等對(duì)熱聲壓縮機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在以氮?dú)夂秃鉃楣べ|(zhì)時(shí)獲得的最大壓比分別為1.12和1.068。他們還將熱聲壓縮機(jī)用于驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)并獲得了15的溫降，最近則獲得了100C左右的溫降。第68頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四第69頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四土壤源熱泵集中在地埋管換熱器換熱模型與模擬換熱強(qiáng)化第70頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四U型地埋管第71頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四 垂直埋管

42、換熱器根據(jù)埋管深度分為淺層100m)三類:根據(jù)埋管形式不同，分為套管式、U型管式等幾種形式。套管式換熱器的外管直徑一般為（100200mm），內(nèi)管管徑為（1525mm）。由于增大了埋管外壁與土壤的換熱面積，因此其單位埋管管長(zhǎng)的換熱量高，換熱效率優(yōu)于U型埋管。其缺點(diǎn)是套管直徑及鉆孔直徑較大，下管比較困難，初投資比U型埋管高。在套管端部與內(nèi)管進(jìn)、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度少于30m的垂直埋管。目前應(yīng)用較多的是U型埋管換熱器。U型埋管換熱器是在鉆孔的管井內(nèi)安裝U型管，一般鉆井孔直徑為（100150mm），井深（10200m）, U型管徑一般在50mm以下，這是因?yàn)楣軆?nèi)流量不宜過大。其

43、施工簡(jiǎn)單，換熱性能較好，承壓高，管路接頭少，不易泄漏。此外有些工程把U型埋管捆扎在樁基的鋼筋網(wǎng)架上，然后澆灌混凝土，不占用地面，這種埋管方式稱為樁基式埋管。 第72頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四水平地埋管水平埋管在整個(gè)土壤源熱泵應(yīng)用中，占有一定份額。相對(duì)而言，受外界氣候的影響較大，換熱能力較低，施工所占用的場(chǎng)地較大，適合場(chǎng)地比較充分且無堅(jiān)硬巖石易于挖掘的點(diǎn)。應(yīng)用范圍有限;當(dāng)埋管深度較淺(2m以內(nèi))，熱泵運(yùn)行后，地溫可在下一個(gè)運(yùn)行季節(jié)到來時(shí)通過與地面的傳熱而恢復(fù)，但若埋深較深時(shí)，地溫只能部分恢復(fù)。 第73頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四地埋管計(jì)算

44、。將典型氣象年數(shù)據(jù)應(yīng)用在確定最熱月、最冷月和地表面年平均溫度上。引入平衡溫度的概念,計(jì)算建筑物逐時(shí)負(fù)荷。進(jìn)而提出由建筑物逐時(shí)負(fù)荷和水源熱泵機(jī)組性能擬合曲線,計(jì)算地源熱泵系統(tǒng)制冷運(yùn)行系數(shù)和制熱運(yùn)行系數(shù)的方法。給出熱泵機(jī)組最高進(jìn)液溫度、最低進(jìn)液溫度、鉆孔熱阻和土壤熱阻等地埋管長(zhǎng)度計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)的選取、計(jì)算方法。最后提出垂直U形地埋管換熱器長(zhǎng)度計(jì)算步驟。第74頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)50分，星期四埋管形式耦合地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由土壤換熱器、熱泵主機(jī)和空調(diào)末端三部分組成，其中系統(tǒng)的關(guān)鍵是耦合土壤換熱器的設(shè)計(jì)與施工。在現(xiàn)有的工程實(shí)踐中，垂直地埋管方式居多。這是因?yàn)榇怪钡芈窆芤人降芈窆芙?jīng)濟(jì)一些。第75頁(yè)，共82頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)5