建筑冷熱源素材樣本

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3、, 以便今后進(jìn)一步完善。未經(jīng)出版者預(yù)先書面許可, 不得轉(zhuǎn)載或用于其它任何以營利為目的的活動陸亞俊第1章 緒 論1.1 建筑與冷熱源 保持建筑室內(nèi)一定溫、 濕度的方法在一定溫濕度條件下維持室內(nèi)熱量、 濕量平衡, 即可維持室內(nèi)一定溫度和濕度。當(dāng)室內(nèi)有多余熱量和濕量時, 需把它移到室外; 當(dāng)室內(nèi)有熱量損失時, 需補(bǔ)充熱量。建筑物熱量和濕量傳遞過程建筑物夏季與冬季熱量和濕量傳遞過程建筑有多余的熱量和濕量, 如何移到室外呢? 利用低溫介質(zhì)經(jīng)過換熱器對空氣冷卻和去濕, 從而經(jīng)過低溫介質(zhì)將熱量濕量移到室外。、 低溫介質(zhì)、 建筑物夏季與冬季熱量和濕量傳遞過程建筑有熱量損失, 如何向建筑補(bǔ)充熱量呢? 利用溫度較

4、高的介質(zhì)經(jīng)過換熱器對室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱。高溫介質(zhì) 制冷量、 冷量、 供熱量、 制熱量、 熱量的概念熱量是有溫差的兩個物體間傳遞的能量。工程中根據(jù)能量傳遞的方向不同分別用不同的名稱。 制冷裝置( 制冷機(jī)) 熱泵一套由各種設(shè)備組成的, 消耗一定量的高位能量將熱量由低位熱源傳遞到高位熱源的裝置稱為制冷裝置或制冷機(jī); 若它的目標(biāo)為供熱用, 則稱為熱泵制冷的物理方法 建筑熱源在建筑中的其它用途熱水供應(yīng); 工藝過程用熱; 其它用熱, 如游泳池池水加熱、 洗衣房用熱。1.2 冷源與熱源的種類 人工冷源種類蒸氣壓縮式制冷機(jī)( 消耗機(jī)械功的冷源) 吸收式制冷機(jī)( 消耗熱能的冷源) 建筑熱源種類消耗燃料的熱源太陽能

5、熱源利用太陽能生產(chǎn)熱能的熱源熱泵電能直接轉(zhuǎn)換為熱能的熱源余熱煙氣、 熱廢氣或排氣、 廢熱水、 廢蒸汽、 熱的固體或液體等。 冷熱源按集中程度分類集中式冷源、 熱源集中制備冷量或熱量, 利用冷媒或熱媒提供給用戶應(yīng)用。分散式冷源、 熱源設(shè)備制取的冷量或熱量直接提供給房間應(yīng)用1.3 建筑冷熱源系統(tǒng)基本組成 建筑冷熱源系統(tǒng)由制冷機(jī)、 鍋爐等冷熱源設(shè)備與相配套的各子系統(tǒng)組成的綜合系統(tǒng)。 冷源系統(tǒng)電動制冷機(jī)冷源系統(tǒng)典型制冷機(jī)組成的冷源系統(tǒng)蒸汽或熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)冷源系統(tǒng)典型制冷機(jī)組成的冷源系統(tǒng)直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組的冷熱源系統(tǒng)典型制冷機(jī)組成的冷源系統(tǒng) 熱源系統(tǒng)燃煤鍋爐熱源系統(tǒng)典型熱源組成的熱源

6、系統(tǒng)電動熱泵熱源系統(tǒng)典型熱源組成的熱源系統(tǒng)第2章 蒸氣壓縮式制冷與熱泵的熱力學(xué)原理2.1 蒸氣壓縮式制冷與熱泵的工作原理 蒸氣壓縮式制冷機(jī)的工作過程最簡單的蒸氣壓縮式制冷機(jī)原理圖制冷機(jī)中充注易揮發(fā)的工質(zhì), 例如四氟乙烷( CH2FCF3, 代號R134a) 。制冷機(jī)中的工質(zhì)稱制冷劑。工質(zhì)在制冷機(jī)中4個狀態(tài)變化過程: ( 1) 工質(zhì)在蒸發(fā)器中的等壓汽化過程( 蒸發(fā)過程) 汽化吸熱, 產(chǎn)生制冷效應(yīng)。汽化時的壓力稱蒸發(fā)壓力, 對應(yīng)的飽和溫度稱蒸發(fā)溫度。( 2) 工質(zhì)在壓縮機(jī)中的壓縮過程壓縮過程消耗機(jī)械功。壓縮后工質(zhì)壓力升高。( 3) 工質(zhì)在冷凝器中等壓冷卻和凝結(jié)過程( 冷凝過程) 冷凝過程放出熱量,

7、 產(chǎn)生制熱效應(yīng)。冷凝過程中的壓力稱冷凝壓力, 對應(yīng)的飽和溫度稱冷凝溫度。( 4) 工質(zhì)經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流節(jié)流后工質(zhì)壓力降低。工質(zhì)經(jīng)歷了蒸發(fā)壓縮冷凝節(jié)流4個狀態(tài)循環(huán)變化過程, 實(shí)現(xiàn)了熱量從低溫到高溫的轉(zhuǎn)移。其代價是消耗了功。當(dāng)制冷機(jī)用于供熱( 利用轉(zhuǎn)移到高溫處的熱量) 時, 稱為熱泵。 制冷量和制熱量制冷量單位時間內(nèi)蒸發(fā)器從被冷卻介質(zhì)中提取的熱量。用表示( e蒸發(fā)器evaporator的第一個字母) 。制熱量單位時間內(nèi)熱泵的冷凝器供出的熱量, 在制冷機(jī)中稱為冷凝熱量, 用表示( c冷凝器condenser的第一個字母) 。制冷量、 制熱量法定單位: W, kW。工程制單位: 千卡/小時( kcal/h

8、) , 英熱單位/小時( Btu/h) 。換算關(guān)系: 1W=0.86kcal/h 1kW=860kcal/h 1kcal/h=1.163W 1W=3.412Btu/h制冷量另一單位冷噸( TR-Ton of Refrigeration) 。1RT是指1噸0的水24h凝固成0冰所需提出的熱量。英、 美國家1噸=1USRT=3517W=3024kcal/h=1 Btu/h 壓縮機(jī)消耗的功率 制冷機(jī)或熱泵中壓縮機(jī)在單位時間內(nèi)消耗的功稱為壓縮機(jī)消耗的功率, 用表示, 單位為W,kW。 制冷機(jī)或熱泵的性能系數(shù)制冷機(jī) 熱 泵注意: 能夠指壓縮機(jī)理論消耗功率、 軸功率、 電機(jī)輸入功率或制冷機(jī)( 熱泵) 的總

9、輸入功率( 含風(fēng)機(jī)、 泵的電機(jī)功率) 。2.2 制冷劑及其熱力性質(zhì)圖表 鹵代烴鹵代烴是飽和碳?xì)浠衔? CmH2m+2) 的氟、 氯、 溴的衍生物, 是建筑中應(yīng)用的制冷機(jī)( 熱泵) 中常見的一類制冷劑。鹵代烴化學(xué)通式 CmHnClpFqBrr鹵代烴的編號 RabcBd其中a=m1, 當(dāng)a=0時, 編號中省略b=n+1c=qd=r, 當(dāng)r=0時, 編號中Bd均省略編號中氯原子數(shù)不表示, 可按下式推算: n+p+q+r=2m例: R22CHClF2( 二氯一氟甲烷) CCl2F2乙烷( C2H6) 衍生物有同分異構(gòu)體鹵代烴有以下幾類: 氟烴( FC) , 如CF4( R14) , 或?qū)懗蒄C14氯

10、氟烴( CFC) , 如CCl2F2氫氯氟烴( HCFC) , 如CHClF2( R22) , 或?qū)懗蒆CFC22氫氟烴( HFC) , 如CH2FCF3( R134a) , 或?qū)懗蒆FC134a氫氯烴( HCC) , 如CH3Cl( R40) , 或?qū)懗蒆CC40全氯代烴, 如CCl4符號中第一個C代表氯, 第二個C代表碳。 飽和碳?xì)浠衔锛淄? CH4) R50, 乙烷( C2H6) R170丁烷及以后的烷類按序號600依次編號 環(huán)狀有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)呈環(huán)狀的有機(jī)化合物, 如C4F8 共沸混合制冷劑由兩種或多種制冷劑按一定比例混合在一起的制冷劑, 在一定壓力下平衡的液相和氣相的組分相同,

11、且保持恒定的沸點(diǎn), 這樣的混合物稱為共沸混合制冷劑。例如R125/134a( 50/50) , 編號為R507A編號法則: 已商品化的共沸混合制冷劑給予編號, 序號從500開始。 非共沸混合制冷劑由兩種或多種制冷劑按一定比例混合在一起的制冷劑, 在一定壓力下平衡的液相和氣相組分不同( 低沸點(diǎn)的組分在氣相中的成分高于液相中的成分) , 且沸點(diǎn)并不恒定。例如R32/125/134a( 23/25/52) , 編號R407C編號法則: 已商品化的非共沸制冷劑給予編號, 序號從400號開始。 無機(jī)化合物編號法則: 700加分子量氨( NH3) R717二氧化碳( CO2) R744水( H2O) R7

12、18 制冷劑熱力參數(shù)表 制冷劑飽和狀態(tài)下熱力性質(zhì)表R134a飽和狀態(tài)下熱力性質(zhì)表溫度t()絕對壓力p( kPa) 比 容比 焓汽化潛熱hfg( kJ/kg) 比 熵液體f( L/kg) 蒸氣g( m3/kg) 液體hf( kJ/kg) 蒸氣hg( kJ/kg) 液體sf( kJ/( kgK) ) 蒸氣sg( kJ/( kgK) ) 6016.3170.678731.05020127.283360.230232.9480.701391.79427 5917.3860.679990.98961128.380360.862232.4820.706521.792125818.5130.681260.9

13、3311129.481361.494232.0130.711651.790025719.7000.682530.88038130.586362.127231.5400.716771.787975620.9490.683820.83114131.695362.759231.0640.721881.78596制冷劑過熱蒸氣熱力性質(zhì)表R134a過熱蒸氣熱力性質(zhì)表溫度t( ) 比容( m3/kg) 比焓h( kJ/kg) 比熵s( kJ/( kgK) ) 溫度t( ) 比容( m3/kg) 比焓h( kJ/kg) 比熵s( kJ/( kgK) ) p292.82kPap1016.4kPa00.0688

14、91397.2161.72200400.019857418.2261.7071350.070716401.8031.73865450.020583424.0771.72567100.072500406.3911.75499500.021272429.8121.74355150.074250410.9831.77107550.021931435.4581.76089200.075969415.5861.78691600.022565441.0361.77776 制冷劑的lgp-h圖和T-s圖 lgp-h圖R134a的lgp-h圖( 簡圖) T-s圖T-s示意圖2.3 蒸氣壓縮式制冷( 熱泵) 理

15、想循環(huán)和飽和循環(huán) 理想循環(huán)( 逆卡諾循環(huán)) 逆卡諾循環(huán)在T-s圖上的表示1-2等熵壓縮過程2-3等溫壓縮過程3-4等熵膨脹過程4-1等溫膨脹過程設(shè)M( kg) 工質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)一周, 則從低溫?zé)嵩刺幬崃縌2=T2( sbsa) M向高溫?zé)嵩磁懦鰺崃縒=Q2Q( T2T1) ( sbsa) M循環(huán)消耗的凈功制冷性能系數(shù)制熱性能系數(shù) 在濕蒸氣區(qū)中的逆卡諾循環(huán)在濕蒸氣區(qū)中的逆卡諾循環(huán)在T-s圖上的表示實(shí)際上這個循環(huán)無法實(shí)現(xiàn), 其原因是: ( 1) 無溫差傳熱實(shí)際上是行不通的。( 2) 壓縮過程在濕蒸氣區(qū)進(jìn)行危害性大。( 3) 膨脹機(jī)的尺寸很小, 制造不易。( 4) 狀態(tài)點(diǎn)1很難檢測和控制。 飽和

16、循環(huán)蒸氣壓縮式制冷飽和循環(huán)在T-s圖上的表示飽和循環(huán)是對濕蒸氣區(qū)中逆卡諾循環(huán)進(jìn)行如下改造后的可實(shí)現(xiàn)的循環(huán): ( 1) 取消膨脹機(jī), 改用節(jié)流閥。( 2) 狀態(tài)點(diǎn)1改為飽和蒸氣狀態(tài)。( 3) 使TeT2。飽和循環(huán)在lgp-h圖上的表示lgp-h圖上的飽和循環(huán)設(shè)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑質(zhì)量流量為( kg/s) , 制冷劑在各設(shè)備中與外界的熱量、 功量交換如下: 制冷量冷凝熱量或熱泵制熱量壓縮機(jī)消耗功率上式各式除以, 則有單位質(zhì)量制冷量單位質(zhì)量冷凝熱量( 單位質(zhì)量制熱量) 單位質(zhì)量壓縮功根據(jù)熱力學(xué)第一定律qc=qe+w制冷性能系數(shù)制熱性能系數(shù)COPh=1+COP 壓縮機(jī)吸入口容積流量單位容積制冷量注意: 制冷機(jī)

17、的容積流量各處不一定相等。如無特殊說明、 qv均指壓縮機(jī)吸汽口處的物理量。 Te和Tc對飽和循環(huán)的影響蒸發(fā)溫度變化的影響當(dāng)Te, 則qe, qv, w, qc, COP, COPh冷凝溫度變化的影響當(dāng)Tc, 則qe, qv, w, COP, COPh, qc與制冷劑性質(zhì)有關(guān), 一般是增加的。2.4 飽和循環(huán)和理想循環(huán)比較 不考慮傳熱溫差兩個循環(huán)的比較飽和循環(huán)和逆卡諾循環(huán)在T-s上的比較飽和循環(huán)與理想循環(huán)的差別有: ( 1) 采用干壓縮后, 壓縮多耗了功A1( 稱過熱損失) ; 且排汽溫度升高了。( 2) 用節(jié)流閥取代膨脹機(jī), 損失了膨脹功A2和單位制冷量減少了A2( 稱節(jié)流損失) 。飽和循環(huán)與

18、卡諾循環(huán)的比較逆卡諾循環(huán)飽和循環(huán)差 值單位質(zhì)量制冷量qe面積6-1-c-a面積4-1-c-bA2單位冷凝熱量qc面積5-3-a-c-5面積2-2-3-a-c-2+A1單位壓縮功w面積1-5-3-6-1面積1-2-2-3-a-b-4-1A1+A2注: w的面積按w=qcqe確定。由于有過熱損失和節(jié)流損失, 導(dǎo)致性能系數(shù)下降。用制冷循環(huán)效率來衡量飽和循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。4種制冷劑的節(jié)流損失、 過熱損失( te/tc=0/40制冷劑節(jié)流損失過熱損失t2( ) COPR( %) A2( kJ/kg) ( %) ( %) A1( kJ/kg) ( %) R134a4.29220.162.950.1

19、160.55445.48780.4R224.08417.452.560.5762.558.45.54681.2R71713.8038.721.2813.588.5795.75.74584.2R1231.7238.21.200406.23291.34種制冷劑熱泵循環(huán)效率制冷劑R134aR22R717R123H, %82.883.786.292.42.5 飽和循環(huán)的改進(jìn)措施 節(jié)流前過冷高壓制冷劑液體在節(jié)流以前進(jìn)一步冷卻成過冷液體 , 以減少節(jié)流損失。節(jié)流前過冷在lgp-h圖上的表示qe、 qv、 COP每過冷1的增加百分?jǐn)?shù)( te/tc=0/制冷劑R134aR22R717R123qe、 qv、 C

20、OP增加百分率( %) 1.050.840.440.72 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)利用壓縮機(jī)吸入前的低溫蒸氣對節(jié)流前的液體過冷卻, 以獲較大的過冷度。單位質(zhì)量制冷量單位容積制冷量單位壓縮功單位冷凝熱量( 單位制熱量) COP=qe/w制冷性能系數(shù)COPh=qc/w制熱性能系數(shù)qe=h1h64種制冷劑采用回?zé)嵫h(huán)后COP、 COPh、 qv增減百分比及t2制冷劑R134aR22R717R123COP增減百分比( ) 13.91.144.213.2COPh增減百分比( ) 11.80.973.62.8qv增減百分比( ) 2.491.034.531.5排汽溫度t2( ) 62.877.912059.8 工

21、況為te=0, tc=40, 吸氣溫度t1=2.6 雙級壓縮制冷( 熱泵) 循環(huán) 壓力比增加對循環(huán)的影響R134a在以下兩種工況循環(huán)的比較te,tc, pe,kPapc,kPapc/pe070292.822116.27.23040292.821016.43.47不同壓力比的飽和循環(huán)在lgp-h圖上的比較te/tc=0/70制冷劑節(jié)流損失過熱損失t2( ) COPhH( ) A2/wc( ) A1/qec( ) A1/wc( ) R134a48.712.50.5571.13.7977.3R71716.14.111.5159.13.9380.2 兩級節(jié)流完全中間冷卻的雙級制冷( 熱泵) 循環(huán)兩級節(jié)

22、流完全中間冷卻的雙級壓縮制冷( 熱泵) 循環(huán) 兩級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級制冷( 熱泵) 循環(huán)兩級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級壓縮制冷( 熱泵) 循環(huán) 一級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級制冷( 熱泵) 循環(huán)一級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級壓縮制冷( 熱泵) 循環(huán) 準(zhǔn)雙級制冷( 熱泵) 循環(huán) 有兩級葉輪的離心式壓縮機(jī)可實(shí)現(xiàn)此循環(huán)。第一級葉輪相當(dāng)于低壓級壓縮機(jī), 第二級葉輪相當(dāng)于高壓級壓縮機(jī)。 雙級壓縮制冷( 熱泵) 循環(huán)的熱力計算單位質(zhì)量制冷量wL=h2h1低壓級壓縮機(jī)單位壓縮功wH=h4h3高壓級壓縮機(jī)單位壓縮功低壓級壓縮機(jī)質(zhì)量流量和容積流量高壓級壓縮機(jī)質(zhì)量流量和容積流量完全中間冷卻不完全中間冷卻低壓級壓縮

23、機(jī)消耗功率高壓級壓縮機(jī)消耗功率冷凝熱量或熱泵制熱量盤管式中間冷卻器負(fù)荷制冷性能系數(shù)2.7 實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的差異 在lgp-h圖上表示的差異在lgp-h圖上實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的差異( 1) 蒸發(fā)器中并非等壓過程。( 2) 壓縮機(jī)吸汽狀態(tài)偏離飽和狀態(tài)。( 3) 壓縮過程并非可逆的絕熱過程。( 4) 冷凝器入口狀態(tài)并非壓縮終點(diǎn)狀態(tài)。( 5) 冷凝器中并非等壓過程。( 6) 高壓液體管有阻力和傳熱。( 7) 節(jié)流閥及低壓液體管中并非絕熱節(jié)流 利用吸汽管壓降調(diào)節(jié)制冷機(jī)的制冷量用算例來說明, 設(shè)飽和循環(huán)te=40, tc=0; 制冷劑為R134a; 吸汽管上裝有調(diào)節(jié)閥, 使吸汽壓力節(jié)流到相當(dāng)于循環(huán)在lgp-h圖上的表示循環(huán)各狀態(tài)的熱力參數(shù): h1=397.216kJ/kg v1=0.068891m3h2=424.919kJ/kg v1=0.084367m3h2=428.975kJ