制冷裝置的設(shè)計及計算

關(guān)于制冷裝置的設(shè)計及計算

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

1.按使用要求與使用條件進(jìn)行設(shè)計

2.保證在一定工況范圍內(nèi)的穩(wěn)定性

3.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

制冷裝置設(shè)計時主要包括如下四個步驟：

1.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。

2.按設(shè)計工況確定負(fù)荷

3.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，確定各部件的形式與大小。

4.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)計。第2頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

三、制冷裝置的仿真技術(shù)簡介

1.仿真技術(shù)簡介用模型代替真實系統(tǒng)做實驗的方法稱為仿真。在計算機(jī)仿真中，實際系統(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：

(1)寫出實際系統(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。

(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。比如要在數(shù)字計算機(jī)上進(jìn)行仿真，應(yīng)當(dāng)將描述實際連續(xù)過程的方程，變成一組離散方程。

(3)編出仿真程序。

(4)對仿真模型進(jìn)行修改、校驗。

2.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，可以知道多項性能，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，這是優(yōu)化過程，可以通過配置優(yōu)化程序完成。第3頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

第二節(jié)冷負(fù)荷的計算

冷負(fù)荷的組成：（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入熱：此量指因冷間內(nèi)外溫差（包括太陽輻射引起的過余溫度）通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳遞的熱量。（2）貨物熱：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。（3）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)的熱量。（4）操作熱：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。

一、靜態(tài)負(fù)荷計算方法

1.滲入熱的計算式中，為通過墻壁的滲入熱;為通過地坪的滲入熱;

為通過屋頂?shù)臐B入熱;為因太陽輻射所產(chǎn)生的滲入熱。第4頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)：式中，為外墻表面的對流傳熱系數(shù)，單位為;

為各層材料的厚度，單位為m;

為各層材料的熱導(dǎo)率，單位為w/mk;

為內(nèi)墻表面的對流傳熱系數(shù)，單位為。

（2）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)不同面的傳熱面積計算略有不同。

（3）外界環(huán)境溫度：可按如下經(jīng)驗公式選?。菏街?，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。

（4）冷間與鄰間傳熱溫差；（5）冷間地坪的滲入熱；（6）太陽輻射熱的計算。第5頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

第四節(jié)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

1.壓縮冷凝機(jī)組的性能分析（1）壓縮機(jī)的工況圖對于理論輸氣量為定值的制冷壓縮機(jī)，其制冷量和軸功率是隨冷凝溫度和蒸發(fā)溫度而變，并可用壓縮機(jī)的性能曲線來表示。

第13頁,共26頁，2024年2月25日，星期天（2）冷凝熱負(fù)荷的確定

冷凝器的熱負(fù)荷可表示為壓縮機(jī)的制冷量和指示功率之和。因此，只要確定了壓縮機(jī)的指示效率，就可根據(jù)性能曲線確定不同工況時的冷凝熱負(fù)荷，如圖所示。

第14頁,共26頁，2024年2月25日，星期天（3）冷凝器的工況圖第15頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

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。第18頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

2.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。(1)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：其中，和分別是被冷卻介質(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)器的工況圖。第19頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

(2)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)合起來就可得到單元制冷機(jī)組的工況圖。按圖可由冷卻介質(zhì)和被冷卻介質(zhì)的進(jìn)口溫度來確定單元制冷機(jī)組的制冷量和蒸發(fā)溫度，進(jìn)而再按壓縮冷凝機(jī)組的工況圖確定冷凝溫度，按壓縮機(jī)的性能曲線確定壓縮機(jī)的軸功率。第20頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

在繪制蒸發(fā)器及單元機(jī)組的工況圖時，若、和均在變化，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，和可用被冷卻空氣的干球溫度；但當(dāng)除濕量大時，則需用被冷卻空氣的濕球溫度。

用外部參數(shù)表示的單元機(jī)組的工況圖第21頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

二、熱泵特性分析

1.風(fēng)冷熱泵的特性分析圖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℃，冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度時,查圖可知，這時熱泵的吸熱量為；若，相同的下，可提高到82kw，對應(yīng)的蒸發(fā)溫度為。

第22頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.熱泵制冷量與膨脹閥容量的關(guān)系如圖所示，冷凝溫度線與吸氣飽和溫度線的交點處所對應(yīng)的閥的前后壓力差值要比熱泵壓力差（）的值低（圖中對R22系統(tǒng)，取其低0.24Mpa)。從圖中可以看出，隨著冷凝溫度的下降，盡管吸氣壓力也下降，而熱泵裝置的容量仍有所增加（如曲線1所示),一直增加到膨脹閥容量的限制值。此后，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，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，致使蒸發(fā)盤管的表面溫度降到冰點以下，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3所示。

第23頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

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

第24頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

熱泵設(shè)計原則：