制冷技術(shù)與空調(diào)原理教材

制冷技術(shù)與空調(diào)原理第一節(jié)基本概念1、制冷：就是把某一物體或空間（包括空間內(nèi)的物體）的溫度降低到低于環(huán)境介質(zhì)的溫度，并保持這一低溫狀態(tài)的過(guò)程。2、冷卻：冷卻是可以自發(fā)地進(jìn)行，但高溫物體的溫度不可能降低到低于環(huán)境介質(zhì)的溫度。3、制冷機(jī)：為了達(dá)到和保持某一物體或空間（包括空間內(nèi)的物體）的溫度的目的，不斷地將該物體或空間的熱量以及由外界傳入的熱量轉(zhuǎn)移到外界環(huán)境中去，這一非自發(fā)的過(guò)程，需要消耗外界能量來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程所需要的設(shè)備稱為制冷機(jī)。4、制冷劑：就是制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)。制冷劑在制冷機(jī)循環(huán)流動(dòng)。5、空氣調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱空調(diào)）：就是通過(guò)對(duì)室內(nèi)空間的空氣參數(shù)——溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等的調(diào)節(jié)，將室內(nèi)空氣參數(shù)控制在一定技術(shù)要求范圍內(nèi)，以滿足生產(chǎn)工藝或人們對(duì)舒適環(huán)境的需求。6、制冷與空調(diào)的關(guān)系：制冷與空調(diào)是兩個(gè)密切相關(guān)的學(xué)科?？照{(diào)是制冷技術(shù)的重要應(yīng)用之一。7、制冷方法：分為天然冷源和人工制冷兩大類。8、天然冷源：如深井水、冬天貯冰，但它受到季節(jié)、地域、貯存條件等限制。9、人工制冷的方法：相變制冷、氣體膨脹制冷、熱電制冷等。10、相變制冷：利用物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅庀鄷r(shí)的吸熱效應(yīng)來(lái)獲取冷量的方法。此方法在實(shí)際應(yīng)用中占絕大多數(shù)，具體應(yīng)用的有蒸汽壓縮式、吸收式、蒸汽噴射式、吸附式等四種制冷方式。11、氣體膨脹制冷：將高壓氣體作絕熱膨脹，使其壓力、溫度下降，利用降溫后氣體來(lái)吸取被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制冷目的。12、熱電制冷：又稱為溫差電制冷或半導(dǎo)體制冷。它是建立在珀?duì)柼?yīng)的原理上的一種新型的制冷應(yīng)用?；灸Ｐ褪牵簩煞N不同的材料的一端彼此連接起來(lái)，另一端接上電源。，則在一端將會(huì)產(chǎn)生吸熱（制冷）效應(yīng)，，另一端產(chǎn)生放熱效應(yīng)。第二節(jié)制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍1、食品的冷加工、冷藏及冷藏運(yùn)輸；2、空氣調(diào)節(jié)；3、工業(yè)生產(chǎn)；4、產(chǎn)品性能試驗(yàn)；5、醫(yī)療、制藥、生物工程；6、建筑工業(yè)等。第三節(jié)制冷技術(shù)發(fā)展史一、制冷技術(shù)發(fā)展史1、1834年英國(guó)人----波爾金斯試制成功第一臺(tái)乙醚閉式循環(huán)蒸汽壓縮式制冷機(jī)；2、1875年德國(guó)人林杰提出氨蒸汽壓縮式制冷機(jī)，成為公認(rèn)的制冷機(jī)始祖；3、1901年被美國(guó)人稱為“空調(diào)之父”的開利爾創(chuàng)建了第一個(gè)暖通空調(diào)實(shí)驗(yàn)室，1911年12月他得出了空氣干球溫度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度的關(guān)系，空氣顯熱、潛熱和焓值計(jì)算公式，會(huì)出了空氣的焓濕圖，成為了空調(diào)理論的奠基人；5、1930年密其來(lái)首次發(fā)現(xiàn)氟利昂，給制冷技術(shù)帶來(lái)新的變革，使氟利昂制冷機(jī)得到飛躍發(fā)展；6、氟利昂制冷機(jī)帶來(lái)問(wèn)題：A、大氣臭氧層空洞；B、全球變暖；C、原因所在：部分氟利昂工質(zhì)（CFCs）7、解決辦法：A、禁止使用氟利昂工質(zhì)CFCs；B、開發(fā)無(wú)污染工質(zhì)；C、利用太陽(yáng)能；第一章熱力學(xué)原理第一節(jié)熱力學(xué)基本定律一、熱力學(xué)第一定律及穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式1、熱力學(xué)第一定律（簡(jiǎn)稱能量守恒定律）：是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在具有熱現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。它指出：自然界一切物質(zhì)都具有能量，物質(zhì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程中能量的數(shù)量不變(即在任何發(fā)生能量換熱的熱力過(guò)程中，轉(zhuǎn)換前后能量的總量維持恒定）。2、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式Q+N=G（h2-h1）Q——單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量（kW）N——單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的功（kW）G——流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的質(zhì)量流量（m3/h）h1——流體流入系統(tǒng)時(shí)的比焓（kJ/kg）h2——流體流出系統(tǒng)時(shí)的比焓（kJ/kg）二、熱力學(xué)第二定律（簡(jiǎn)稱開爾文定律）1、熱力學(xué)第二定律：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不需要附加條件（如制冷機(jī)）；不可能從單一熱源取熱使之變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生影響；不可能造出一種機(jī)器在循環(huán)動(dòng)作中把一重物提升而同時(shí)使一熱庫(kù)冷卻。2、熱力學(xué)第二定律闡述了熱功轉(zhuǎn)換的方向性、條件及限制。3、制冷裝置是根據(jù)熱力學(xué)第二定律，用消耗一定的壓縮功或熱能（或電能）作為補(bǔ)償條件，把熱量從低溫庫(kù)傳遞到外界的高溫環(huán)境中，從而達(dá)到連續(xù)制冷的目的。第二節(jié)卡諾循環(huán)與逆卡諾循環(huán)一、熱力循環(huán)即一個(gè)封閉的熱力過(guò)程稱為熱力循環(huán)。在熱力循環(huán)中，熱力系統(tǒng)從某一初始狀態(tài)出發(fā)，工質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)變化后又回到初始狀態(tài)，其目的是通過(guò)工質(zhì)的狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換。在熱力工程中，最常見的兩類熱力循環(huán)為熱機(jī)循環(huán)和制冷（或熱泵）循環(huán)，熱力循環(huán)中的工作物質(zhì)稱工質(zhì)，制冷循環(huán)中的工質(zhì)通常稱為制冷劑。

從高溫?zé)嵩次崃慷鴮?shí)現(xiàn)對(duì)外做功的熱力循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。將熱量從低溫?zé)嵩粗腥〕觯⑴欧诺礁邷責(zé)嵩粗械臒崃ρh(huán)稱為制冷循環(huán)。二、卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成的可逆的熱機(jī)循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)。在給定的高低溫?zé)嵩礂l件下，按卡諾循環(huán)工作，熱機(jī)將有最高的效率。三、逆卡諾循環(huán)如果工質(zhì)按卡諾循環(huán)的線路反方向進(jìn)行循環(huán)，則稱做逆卡諾循環(huán)（制冷機(jī)理想循環(huán)）。由于熱量由低溫移向高溫，類似于將水從低處輸送到高處，所以可將逆卡諾循環(huán)工作的熱機(jī)稱為熱泵或制冷機(jī)。制冷機(jī)工作的必要條件是消耗外功，不消耗外功，自發(fā)地從低溫物體把熱量傳給高溫物體是不可能的。制冷系數(shù)：即評(píng)價(jià)逆卡諾循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。εk=q1/L=q1/q2-q1=T1/T2-T1由上式可得：（1）逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)取決于冷源和熱源的溫度，而與所用制冷劑的性質(zhì)無(wú)關(guān)；（2）冷熱源的溫差越大，制冷系數(shù)就越小，制冷機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越差；（3）由熱力學(xué)第二定律證明，在一定的溫度條件下，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)最大，實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都比它小。第二章蒸汽壓縮式制冷循環(huán)第一節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷的工作原理一、壓—焓圖（p-h圖）等壓線——水平線等焓線——垂直線等溫線——液態(tài)區(qū)垂直線兩相區(qū)水平線過(guò)熱區(qū)右下方彎曲線等熵線——向右上方傾斜實(shí)線等容線——向右上方傾斜點(diǎn)化線等干線——只存在于兩相區(qū)其方向視干度大小定phKsνχχχ=1χ=0ppt二、單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理想循環(huán)122’34lgph壓縮機(jī)冷凝器膨脹閥蒸發(fā)器三、單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)33’22’11’4’4ph第三章制冷劑及載冷劑第一節(jié)對(duì)制冷劑的要求及制冷劑分類一、對(duì)制冷劑的要求制冷劑應(yīng)具有較好的熱力性質(zhì)和物理、化學(xué)性質(zhì)，具體要求如下：1、臨界溫度不太低，以便在常溫下及普通低溫下能夠液化2、工作溫度范圍內(nèi)具有適宜的飽和蒸汽壓力3、單位制冷量大4、粘度和密度小，以減少流動(dòng)阻力5、熱導(dǎo)率高，以減少換熱設(shè)備的傳熱面積6、不燃燒、不爆炸、無(wú)毒，對(duì)金屬材料不腐蝕、與潤(rùn)滑油不發(fā)生化學(xué)作用、高溫下不分解7、絕熱指數(shù)小，可降低排氣溫度8、凝固溫度低9、應(yīng)具有良好的電絕緣性能10、價(jià)格低廉11、對(duì)人類生態(tài)環(huán)境無(wú)破壞作用12、單位容積壓縮功率小二、制冷劑分類1、按物質(zhì)種類劃分：無(wú)機(jī)化合物：水、氨、二氧化碳等飽和碳?xì)浠衔锏姆?、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等飽和碳?xì)浠衔铮阂彝?、丙烷等不飽和碳?xì)浠衔铮阂蚁⒈┑?、按標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度劃分：高溫（低壓）制冷劑：蒸發(fā)溫度ts＞0℃

冷凝壓力pk≤0.2~0.3MPa

常用有R11、R113中溫（中壓）制冷劑：蒸發(fā)溫度0℃＞ts＞-60℃，冷凝壓力0.3MPa＜pk＜2.0MPa

常用有R12、R22、R134a低溫（高壓）制冷劑：蒸發(fā)溫度ts≤-60℃

常用有R13、R503三、CFCs的禁用、限制和替代1、問(wèn)題的提出2、CFCs的限用與禁用3、替代制冷劑的研究動(dòng)向第二節(jié)載冷劑一、對(duì)載冷劑的要求1、在使用溫度范圍內(nèi)呈液態(tài)（凝固點(diǎn)低），揮發(fā)性小2、無(wú)毒，對(duì)人體無(wú)刺激性3、粘度小，相對(duì)密度小，傳熱性能好4、對(duì)金屬腐蝕性小5、不易燃燒，無(wú)爆炸危險(xiǎn)6、比熱容較大7、化學(xué)穩(wěn)定性好8、價(jià)格低廉，易于獲得二、常用的載冷劑1、空氣2、水3、鹽水溶液4、有機(jī)物載冷劑三、潤(rùn)滑油的作用1、潤(rùn)滑作用2、散熱作用3、密封作用4、消聲作用5、動(dòng)力作用第四章其他制冷方式第一節(jié)吸收式制冷機(jī)第二節(jié)蒸汽噴射式制冷機(jī)第三節(jié)吸附式制冷第四節(jié)熱電制冷第五節(jié)氣體制冷機(jī)第五章制冷壓縮機(jī)一、按壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)副和結(jié)構(gòu)分類1、按壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)副分類活塞式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)螺桿式壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)（非容積式，為速度型）滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)斜盤式壓縮機(jī)2、按壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分類全封閉半封閉開式二、按吸入壓力飽和溫度劃分高溫壓縮機(jī)：吸入壓力飽和溫度10℃~-10℃中溫壓縮機(jī)：吸入壓力飽和溫度0℃~-20℃低溫壓縮機(jī)：吸入壓力飽和溫度＜-20℃第六章冷凝器和蒸發(fā)器第一節(jié)冷凝器冷凝器風(fēng)冷冷凝器水冷冷凝器臥式殼管式冷凝器立式殼管式冷凝器套管式冷凝器釬焊板式冷凝器螺旋板式冷凝器自然對(duì)流冷卻式冷凝器強(qiáng)迫對(duì)流冷卻式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器銅管鋁翅換熱器第二節(jié)蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷卻液體載冷劑蒸發(fā)器冷卻空氣蒸發(fā)器滿液式殼管式蒸發(fā)器干式殼管式蒸發(fā)器直立管式、螺旋管式、蛇管式蒸發(fā)器銅管鋁翅換熱器冷卻排管第七章節(jié)流元件及輔助器件第一節(jié)節(jié)流元件1、手動(dòng)節(jié)流閥2、浮球閥3、線性浮閥4、孔板節(jié)流裝置5、毛細(xì)管6、熱力膨脹閥7、電子膨脹閥第二節(jié)輔助器件1、貯液器2、氣液分離器3、油分離器4、干燥過(guò)濾器5、安全閥6、視液鏡7、壓力控制器（高壓、低壓）8、壓力開關(guān)9、換向閥10、能量調(diào)節(jié)閥11、電磁閥12、截止閥13、單向閥14、針閥15、壓力表16、分液頭17、壓力調(diào)節(jié)閥18、過(guò)冷器19、過(guò)熱器20、不凝性氣體分離器等第二節(jié)輔助器件一、弱電元器件1、可編程控制器2、數(shù)字量/模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊3、觸摸屏手操器4、溫度傳感器5、防凍開關(guān)6、溫度開關(guān)7、水流開關(guān)二、低壓電器元件1、空氣開關(guān)2、交流接觸器3、熱過(guò)載保護(hù)器4、中間繼電器5、時(shí)間繼電器6、電源保護(hù)器（相序、缺相）7、急停開關(guān)第八章電制冷空調(diào)機(jī)組分類第一節(jié)冷水機(jī)組冷水機(jī)組水冷冷水機(jī)組風(fēng)冷冷水機(jī)組活塞式水冷水機(jī)組：5KW~200KW螺桿式水冷冷水機(jī)組：100KW~1400KW離心式水冷冷水機(jī)組：350KW~35000KW水源熱泵冷水機(jī)組渦旋式水冷冷水機(jī)組：5KW~80KW活塞式風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組：5KW~200KW渦旋式風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組：

5KW~80KW螺桿式風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組：100KW~800KW第二節(jié)空調(diào)機(jī)組空調(diào)機(jī)組家用空調(diào)商業(yè)及工業(yè)空調(diào)窗式空調(diào)機(jī)分體式空調(diào)機(jī)（壁掛、立柜等）戶式中央空調(diào)冷（熱）水機(jī)組戶式中央空調(diào)冷（熱）風(fēng)空調(diào)機(jī)組戶式水源熱泵冷（熱）水機(jī)組戶式水源熱泵冷（熱）風(fēng)空調(diào)機(jī)組風(fēng)冷單元式空調(diào)機(jī)組水冷單元式空調(diào)機(jī)組屋頂式空調(diào)機(jī)組計(jì)算機(jī)房空調(diào)機(jī)組VRV空調(diào)機(jī)組按功能分：?jiǎn)卫湫碗娂訜崂錈嵝蜔岜美錈嵝秃銣睾銤裥桶唇Y(jié)構(gòu)分：立柜式風(fēng)道式第三節(jié)常用冷量單位一、常用冷量單位

1kW（千瓦）=860kcal/h（大卡）

1kcal/h（大卡）=1.163W（瓦）

1RT（冷噸）=3516W（瓦）單位換算舉例：100×104kcal/h（萬(wàn)大卡）=1163kW（千瓦）100RT（冷噸）=351.6kW（千瓦）100kW（千瓦）=28.44RT（冷噸）100kW（千瓦）=8.6×104kcal/h（萬(wàn)大卡）二、常用單位換算表類別(非法定單位)×(換算系數(shù))=法定單位質(zhì)量lbf0.4536kg噸（t）1000速度f(wàn)t/s0.3048m/sft/min0.0051密度lb/in327679.9kg/m3lb/ft316.0185壓強(qiáng)kgf/cm29.8067×104PammH2O9.8067mmHg(torr)133.322bar1×105atm101325能、功、熱kW.h3.6×106Jkgf.m9.8067HP.h2.68×106Btu1055.06功率