制冷技術(shù) 課件 第1-3章 緒論；制冷劑、載冷劑和潤滑油；蒸汽壓縮制冷循環(huán)

制冷技術(shù)

第1章緒論>1.1制冷概述制冷就是用人工技術(shù)方法使某空間或物體的溫度低于環(huán)境溫度，并保持該溫度。制冷的實質(zhì)是拿走熱量，制冷技術(shù)實際上就是拿走熱量的技術(shù)，是把熱量從溫度較低處拿到溫度較高處的技術(shù)，制冷量就是負熱量，供冷即吸熱。理解了制冷是拿走熱量，那么，利用制冷系統(tǒng)獲得的熱量來應(yīng)用，就是熱泵。制冷的同時產(chǎn)生熱量，制熱的同時產(chǎn)生冷量，當需要用的是冷量時即為制冷，當需要用的是熱量時就是熱泵。若冷量、熱量同時被應(yīng)用，則這樣的制冷（制熱）系統(tǒng)最有利于節(jié)能。1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法按工作原理分，常用的制冷技術(shù)方法有三種

A.蒸氣制冷

B.空氣膨脹制冷

C.熱電制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法蒸氣制冷----液體氣化制冷1.2.1蒸氣壓縮制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法蒸氣制冷----液體氣化制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法A.蒸氣制冷----液體氣化制冷蒸氣壓縮式制冷-----最廣泛用

蒸氣吸收式制冷-----用熱能，三聯(lián)供蒸氣噴射式制冷-----用高壓蒸氣制冷劑----制冷工質(zhì)制冷機----實現(xiàn)制冷過程的技術(shù)設(shè)備1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法蒸氣制冷----液體氣化制冷1.2.2蒸氣吸收式制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法B.空氣制冷----氣體膨脹制冷1.2.3空氣膨脹制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法C.熱電制冷----半導(dǎo)體制冷1821年德國Seebeck

發(fā)現(xiàn)了溫差電效應(yīng)，后稱Seebeck效應(yīng)，用于熱電偶測溫度1.2.4熱電制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法C.熱電制冷----半導(dǎo)體制冷1834年法國Peltter發(fā)現(xiàn)了Peltter效應(yīng)

制冷效應(yīng)

直到半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用才使

溫差電制冷成為現(xiàn)實熱電堆使熱電制冷達到實用化1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法C.熱電制冷----半導(dǎo)體制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法磁制冷電化學制冷熱聲制冷脈沖管制冷（吸附制冷）（太陽能噴射式制冷）1.2.4正在研發(fā)的制冷技術(shù)1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法磁制冷1.2實現(xiàn)制冷的技術(shù)方法磁熱效應(yīng)MagnetoCaloricEffect1918年Weiss發(fā)現(xiàn)了磁熱效應(yīng),1926debye1933年Giauque用等溫磁化和絕熱退磁方法獲得了1K以下的低溫。磁化放熱，去磁吸熱。1.3制冷技術(shù)發(fā)展簡史1834年英國Perkins（美國人）造出了世界上第一臺制冷機（乙醚，活塞，手動）1844年法國克雷姆、杰熱爾提出設(shè)想美國Gorrie空氣膨脹制冷機1859年法國Carre

吸收式制冷機1875年德國Linde氨壓縮式制冷機1910年法國Lehlanc

蒸氣噴射式制冷機1918年美國考布蘭第一臺電冰箱1922年美國Carrier離心式制冷機1.3.1世界制冷技術(shù)發(fā)展簡史1.3制冷技術(shù)發(fā)展簡史1928年以前：乙醚，CO2，SO2，氨，水1929年美國Midgley發(fā)現(xiàn)了Freon1974年美國Molina和Rowland發(fā)現(xiàn)部分Freon消耗臭氧1987年UNEP蒙特利爾議定書20101993年HCFC限用----禁用20301.3制冷技術(shù)發(fā)展簡史1954造出第一臺制冷壓縮機（活塞式，氨）1966溴化鋰吸收式制冷機1966離心式制冷機（丙烯）1967蒸氣噴射式制冷機1971螺桿式制冷機1976全封閉式制冷壓縮機1980’s滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機1993渦旋式制冷壓縮機1.3.2我國制冷技術(shù)發(fā)展簡史1.3制冷技術(shù)發(fā)展簡史2011年12月格力造出中國第一臺直流變速離心式冷水機組:全球首臺雙級高效變頻離心式冷水機組

COP=6.73IPLV=11.2

擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)！國際領(lǐng)先水平！2018年發(fā)布中國首臺全直流磁懸浮冷水機組！1.3制冷技術(shù)發(fā)展簡史技術(shù)地位與發(fā)展1999年全世界最著名科學家評出：

20世紀對人類社會產(chǎn)生重大影響的20項科學技術(shù)，“制冷空調(diào)技術(shù)”排在第10位。2000年以來：中國是制冷技術(shù)大國，正在向制冷技術(shù)強國闊步前進.制冷設(shè)備制造規(guī)模日益擴大，制冷技術(shù)水平已是國際水平，有些方面已達國際先進水平.1.4制冷量的單位及換算第2章制冷劑、載冷劑和潤滑油>2.1制冷劑按標準沸點分類

1、高溫（低壓）制冷劑，tB>0°C，Pc≤0.3MPa，R11，R113，R1142、中溫（中壓）制冷劑，tB=0~-60°C，

Pc=0.3~2MPa，R12，R22，R717，R2903、低溫（高壓）制冷劑，tB<-60°C，Pc=2~4MPa，R13，R14，R1702.1.1制冷劑的種類及其編號方法2.1制冷劑無機化合物、烴類、鹵代烴以及混合工質(zhì)1、無機化合物：R7（整數(shù)分子量）NH3－R717CO2－R744H2O－R7182.1制冷劑制冷劑的種類和表示方法2、氟利昂飽和碳氫化合物的氟、氯、溴衍生物的總稱多為甲烷和乙烷的衍生物H少，可燃性降低F多，對人體越無害，對金屬腐蝕性小Cl多，大氣壓下ts升高，消耗臭氧含水，冰塞，鍍銅2.1制冷劑2、氟利昂CmHnFxClyBrz

n+x+y+z=2m+2

代號：R（m－1）（n＋1）（x）B（z）二氟二氯甲烷：CF2Cl2m=1,n=0,x=2R12二氟一氯甲烷：CHF2Cl

m=1,n=1,x=2R22三氟一溴甲烷：CF3Br

m=1,n=0,x=3,z=1R13B1四氟乙烷：C2H2F4m=2,n=2,x=4R1342.1制冷劑3、烴類（碳氫化合物）烷烴：飽和碳氫化合物，代號同氟利昂甲烷CH4R50乙烷C2H6R170丙烷C3H8R290丁烷C4H10R600異丁烷

R600a乙烯C2H4R1150乙醚R610丙烯C3H6R1270CmHnFxClyBrz

R（m－1）（n＋1）（x）B（z）

2.1制冷劑4、混合工質(zhì)兩種或兩種以上制冷劑按一定比例相互溶解而成共沸混合物：與單純制冷劑性質(zhì)相同相變過程，氣液相成分相同代號R5xx按使用先后順序R500～R507R502：48.8%R22和51.2%R1152.1制冷劑4、混合工質(zhì)（非共沸）非共沸混合工質(zhì)：R4xxR410AR32/125(50/50)R407CR32/125/134a(23/25/52)2.1制冷劑作用：制冷系統(tǒng)的工作流體，“血液”循環(huán)流動－自身熱力狀態(tài)循環(huán)變化－與外界發(fā)生能量交換

冷凝－放熱

制冷劑要相變－基本要求

蒸發(fā)－吸熱2.1.2對制冷劑的要求2.1制冷劑1.熱工性能(1)壓力適中在使用溫度下冷凝壓力Pc

Pc

≤12～15bar蒸發(fā)壓力Pe

適中Pe

B（大氣壓力）Pc/Pe

適中，活塞式：Pc/Pe

≤8~102.1制冷劑(2)單位制冷量適中制冷裝置Q0＝mq0=vqv大型裝置，q0和qv大，m及v小，壓縮機尺寸小小型裝置，qv適當小一些1.熱工性能2.1制冷劑2.1制冷劑1.熱工性能(3)單位理論壓縮功和單位容積壓縮功要小，循環(huán)性能要高。(4)等熵壓縮終了溫度t2不太高，以免潤滑條件惡化（潤滑油粘性降低，結(jié)焦）或制冷劑自身在高溫下分解。2.1制冷劑2.物理化學性質(zhì)(1)與潤滑油的溶解性溶解性與制冷劑狀態(tài)、制冷劑和潤滑油各自成分及種類有關(guān)。1）難溶油或微溶油與潤滑油共存時，有明顯分層，油易分離出來，如氨，CO2，R13，R14，R115等2.1制冷劑(1)與潤滑油的溶解性2）有限溶油高溫時無限溶油低溫時分層：貧油層（富含制冷劑）富油層（富含油）如R22、R114、R152和R5023）完全溶油：與油溶解成均勻溶液，無分層現(xiàn)象。如R11、R12、R21、R113、R500等2.1制冷劑(1)與潤滑油的溶解性溶油性與溫度有關(guān)。溫度變化時，完全溶油與有限溶油可以相互轉(zhuǎn)化。制冷劑與潤滑油的溶解性對制冷裝置有利也有弊。2.1制冷劑⊙溶油性利弊分析溶油性好運動表面形成良好的潤滑條件不影響傳熱改變制冷劑ts=f(ps)性質(zhì)，ts

升高，制冷效果下降。降低潤滑油粘度。沸騰時泡沫多，蒸發(fā)器液面不穩(wěn)定。2.1制冷劑2.物理化學性質(zhì)(2)溶水性溶水性差的缺點：“冰堵”（“冰塞”）溶水性強的問題：“水解腐蝕”所以，制冷劑含水量應(yīng)嚴格控制(3)導(dǎo)熱系數(shù)、換熱系數(shù)大：減少傳熱面積(4)粘度、密度?。汉墓π?，管道直徑小(5)對金屬及其他材料無腐蝕及浸蝕作用(6)有化學穩(wěn)定性，不燃、不爆，不分解。2.1制冷劑制冷劑的安全性分類

2.1制冷劑制冷劑的毒性危害程度分類2.1制冷劑制冷劑的燃燒性危害程度分類2.1制冷劑3.環(huán)境友好性能(1)對人體健康無害，無毒，無臭，無刺激氣味毒性級別：豚鼠在制冷劑蒸氣中發(fā)生生理變化而定1-6。NH3：2級，R22：5級(2)不破壞大氣環(huán)境，或?qū)Υ髿馕：π?3)容易獲得，價廉2.1制冷劑環(huán)境友好性能參數(shù)消耗臭氧層潛值（OzoneDepletionPotential,ODP）全球變暖潛值（GlobalWarmingPotential,GWP）大氣壽命（排放到大氣層的制冷劑被分解一半時所需要的時間，AtmosphericLife）等。2.1制冷劑變暖影響總當量TEWI變暖影響總當量TEWI（TotalEquivalentWarmingImpact）綜合考慮了制冷劑對全球變暖的直接效應(yīng)DE和制冷機消耗能源而排放的CO2對全球變暖的間接效應(yīng)IE。2.1制冷劑國際認可的條件

LCGWP+LCODP×105≤100 其中：LCGWP=[GWP·(Lr×N+α)·Rc]/N

LCODP=[ODP·(Lr×N+α)·Rc]/N

2.1制冷劑1834乙醚，低溫Pe<B，漏入空氣易爆1866，Windhausen，CO2，使用溫度下壓力高（Pc＝80MPa）1870，CarlLinde，NH3，氣味，安全性大型制冷機用1874，RaulPicte，SO2，毒性大，腐蝕2.1.3CFCs及HCFCs的淘汰與替代2.1制冷劑1929－1930，ThomesMidgley，R12最早使用1974年，發(fā)現(xiàn)大氣O3層破壞的化學機理80年代，科學確定CFC（氯氟烴）是引起O3破壞和溫室效應(yīng)的危害物質(zhì)。1987年蒙特利爾議定書90年代HCFCHFC2.1制冷劑2.1制冷劑2.1.4常用制冷劑的性能R717沸點

-33.3℃R22-40.8℃R12327.9℃R134a-26.2℃R125-48.6℃R32-51.8℃R407C泡點-43.8，露點-36.7℃（非共）R410A泡點-51.6，露點-51.5℃（近共）2.1制冷劑2.1.4常用制冷劑的性能R717沸點

-33.3℃R22-40.8℃R12327.9℃R134a-26.2℃R125-48.6℃R32-51.8℃R407C泡點-43.8，露點-36.7℃（非共）R410A泡點-51.6，露點-51.5℃（近共）2.1制冷劑常用制冷劑-R222.1制冷劑市場供應(yīng)2.1制冷劑R134a化學名稱：四氟乙烷分子式：C2H2F4分子量：102.03沸點：-26.26℃凝固點：-96.6℃臨界溫度：101.1℃臨界壓力：4067KPaODP:0GWP:0.29安全性：A12.1制冷劑R134a2.1制冷劑R1232.1制冷劑R717歷史悠久，應(yīng)用廣泛，中溫制冷劑氨的分子式：NH3標準沸點：-33.3℃凝固點：-160℃臨界溫度：132.4℃臨界壓力：11.35MPaODP:0GWP:0蒸發(fā)潛熱：5276KJ/Kg6倍R222.1制冷劑R404A2.1制冷劑R407CR32/R125/R134a,23﹪/25﹪/52﹪三元非共沸混合制冷劑標準沸點-43.77℃(-51.8/-48.6/-26.2℃)替代R22，房間空調(diào)器，小型制冷機組2.1制冷劑R410AR32/R125,50﹪/50﹪,-51.8/-48.6℃二元近共沸混合制冷劑標準沸點-51.56℃替代R22，多聯(lián)機、房間空調(diào)器2.2載冷劑高于0℃：水（空調(diào)冷凍水）低于0℃：鹽水溶液；有機化合物水溶液鹽水溶液：氯化鈉水溶液氯化鈣水溶液有機化合物水溶液：乙烯乙二醇水溶液；丙三醇水溶液；甲醇2.2載冷劑2.3潤滑油2.3.1潤滑油的作用作用：減少摩擦，降低能耗；帶走摩擦熱，保護運動件；密封間隙，防止?jié)B漏；油壓推動，調(diào)節(jié)負荷。2.3潤滑油種類：礦物油

MO，4種；合成油，常用4種。2.3.2潤滑油的種類2.3潤滑油2.3潤滑油聚稀烴乙二醇油

PAG烷基苯油

AB聚酯類油

POE聚醚類油

PVE2.3潤滑油應(yīng)用：粘度等級；制冷劑的溶油性粘度等級分為5級：

N15，N22，N32，N46，N68制冷劑的溶油性：f（t）2.3.3潤滑油的選用2.3潤滑油第3章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)>3.1理想制冷循環(huán)3.1理想制冷循環(huán)理想制冷循環(huán)就是逆卡諾循環(huán)：兩個等溫過程+兩個等熵過程等溫蒸發(fā)等熵壓縮等溫冷凝等熵膨脹3.1理想制冷循環(huán)膨脹機壓縮機蒸發(fā)器冷凝器3214吸熱放熱消耗功獲得功3.1理想制冷循環(huán)

逆卡諾循環(huán)循環(huán)過程

每一制冷循環(huán)，1kg制冷劑從低溫熱源傳給高溫熱源的總熱量為：制冷系數(shù)為：3.1理想制冷循環(huán)

理想制冷循環(huán)所消耗的功量：制冷量：制冷系數(shù)：

被冷卻物溫度的變化比冷卻劑溫度的變化對制冷系數(shù)的影響要大：3.1理想制冷循環(huán)

逆卡諾循環(huán)制冷機有下列特點：（1）所有過程都是在可逆條件下進行的。即兩個熱源（高溫熱源Tk、低溫熱源T0）與制冷劑之間的傳熱都是在無溫差條件下進行的；所有的壓縮、膨脹及制冷劑的流動等過程無摩擦，內(nèi)部無渦流或擾動。（2）逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)只與T0和Tk有關(guān)，而與制冷劑無關(guān)。（3）在T0和Tk之間的制冷循環(huán)中，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)最大。（4）逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)隨著T0的升高或Tk的降低而增加，并可證明，T0對制冷系數(shù)的影響比Tk大。3.1理想制冷循環(huán)

利用制冷循環(huán)獲得供熱效果的裝置稱為熱泵，熱泵的經(jīng)濟性用供熱系數(shù)μ表示。制冷：制熱：3.1理想制冷循環(huán)

勞侖茲循環(huán)

從冷源吸收的熱量：向熱源放出的熱量：制冷系數(shù)：傳熱有溫差的理想制冷循環(huán)---勞侖茲循環(huán)3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算理論制冷循環(huán)3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算四大部件的作用壓縮機:從蒸發(fā)器中抽氣，以維持蒸發(fā)器中一定的溫度；壓縮制冷劑蒸氣；在制冷系統(tǒng)中輸送制冷劑。冷凝器:制冷劑在其中凝結(jié)，并放熱，凝結(jié)熱由介質(zhì)帶走。節(jié)流機構(gòu):使高壓制冷劑液體變成低壓制冷劑液體；調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的供液量。蒸發(fā)器:制冷劑氣化吸熱，完成制冷過程。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算理論制冷循環(huán)過程的組成及特點等壓蒸發(fā)+等熵壓縮+等壓冷凝+等焓節(jié)流

蒸發(fā)器壓縮機冷凝器節(jié)流閥

有溫差干壓縮有溫差絕熱3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算理論制冷循環(huán)不同于理想制冷循環(huán)的三個特點：（1）用膨脹閥代替膨脹機；

（2）蒸氣的壓縮在過熱區(qū)進行，而不是在濕蒸氣區(qū)內(nèi)進行；

（3）兩個傳熱過程均為等壓過程，并且具有傳熱溫差。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算理論制冷循環(huán)有兩部分損失：（1）節(jié)流損失。節(jié)流過程3--4是不可逆過程，制冷劑吸收摩擦熱，產(chǎn)生無益氣化，降低有效制冷能力。每1kg制冷劑蒸發(fā)所能吸收的熱量減少量可用面積44'b'b4表示；（2）損失了膨脹功we。在制冷循環(huán)中每一千克消耗的功量就是壓縮機的耗功量，比理想制冷循環(huán)多消耗功量we?？捎妹娣e034‘0表示。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算飽和液體線飽和蒸氣線反之，飽和液體線的斜率愈大（即愈陡），節(jié)流損失愈小。有一些制冷劑，飽和蒸氣線的斜率為正值，這時飽和循環(huán)的壓縮過程在濕蒸氣區(qū)，則無過熱損失。飽和液體線斜率愈?。从骄彛瑒tA2（A3）愈大，即這種制冷劑的節(jié)流損失（絕對值）大；飽和蒸氣線斜率一般是負值，當斜率的絕對值愈?。从骄彛瑒t壓縮終點狀態(tài)離飽和線愈遠，A1愈大，排汽溫度愈高，即過熱損失（絕對值）愈大。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算注意過熱損失、節(jié)流損失絕對值的大小對循環(huán)的制冷系數(shù)的影響并不很重要；更重要的是過熱損失、節(jié)能損失占單位質(zhì)量消耗功和單位質(zhì)量制冷量的比重有多大。單位質(zhì)量制冷量與消耗功與氣化潛熱的大小有關(guān)。過熱損失、節(jié)流損失的相對值大小與汽化潛熱有著關(guān)系3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算（1）壓縮機吸入濕蒸氣時，低溫濕蒸氣與熱的汽缸壁之間發(fā)生強烈熱交換，特別是與汽缸壁接觸的液珠更會迅速蒸發(fā)，占據(jù)汽缸的有效空間，致使壓縮機吸入的制冷劑質(zhì)量大為減少，制冷量顯著降低。（2）過多液珠進入壓縮機汽缸后，很難立即氣化，這樣，既破壞壓縮機的潤滑，又會造成液擊，使壓縮機遭到破壞。濕壓縮過程的兩個缺點3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算實現(xiàn)干壓縮過程的兩種措施（1）采用可調(diào)節(jié)制冷劑流量的節(jié)流裝置，使蒸發(fā)器出口的制冷劑為飽和蒸氣或過熱蒸氣；（2）在蒸發(fā)器出口增設(shè)氣液分離裝置，氣體制冷劑進入其中，速度降低，氣流運動方向改變，使氣流中混有較重的液滴分離并沉于分離器底部，再返回蒸發(fā)器，分離器上部的飽和蒸氣則被吸入壓縮機。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算hPT等溫線P等壓線S等熵線v等容線x=0x=0.1x=1h等焓線KP-h圖的構(gòu)成3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算壓焓圖上的六種線等壓線PressurePLgP等焓線Enthalpyh等溫線Temperature等熵線Entropy等容線Volume等干度線Quality飽和液體線SaturatedLiquid飽和蒸氣線SaturatedVapor3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算R134aLgP-h圖3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算R134aLgP-h圖3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算R410ALgP-h圖3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算R404A壓焓圖3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算應(yīng)用工程熱力學的P-H圖→計算3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算（一）壓焓圖的應(yīng)用蒸發(fā)器中等壓吸熱過程，單位質(zhì)量制冷劑的制冷能力為：冷凝器中等壓放熱過程，單位質(zhì)量制冷劑的冷凝負荷為：單位質(zhì)量制冷劑被絕熱壓縮時，壓縮機的耗功量為：節(jié)流前后，制冷劑的焓值不變，即：從壓焓圖上可以明顯看出：3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算（二）蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算（1）制冷劑單位質(zhì)量制冷能力q0和單位容積制冷能力qv式中ν1--壓縮機入口氣態(tài)制冷劑的比容，m3/kg。（2）制冷劑的質(zhì)量流量Mr及體積流量Vr式中φ0--制冷系統(tǒng)的制冷量，kJ/s或kW。（3）冷凝器的熱負荷φk3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算（4）壓縮機的理論耗功率Pth（5）理論制冷系數(shù)εth（6）制冷效率ηR對于熱泵系統(tǒng)，熱泵的理論供熱系數(shù)μth可簡化為：供熱效率3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

【例題1-1】某空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)需冷量20kW，采用R22為制冷劑的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)。已知：蒸發(fā)溫度t0=4℃，冷凝溫度tk=40℃，無再冷，而且壓縮機入口為飽和蒸氣，試進行制冷理論循環(huán)的熱力計算。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

【解】根據(jù)已知工作條件，從R22壓焓圖上可查出各狀態(tài)點的狀態(tài)參數(shù)如下：狀態(tài)點溫度（℃）絕對壓力（MPa）比焓（kJ/kg）比熵[kJ/(kg.K)]比容（m3/kg）14.00.5661406.51.74500.04159256.31.5336431.01.7450--340.01.5336249.71.1665--4‘4.00.5661204.71.0170.000788844.00.5661249.7--0.00988

計算狀態(tài)點4的狀態(tài)參數(shù)，需應(yīng)用該壓力下飽和液態(tài)點4’的狀態(tài)參數(shù)，見上表。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算單位質(zhì)量制冷能力單位容積制冷能力制冷劑質(zhì)量流量3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算制冷效率制冷劑體積流量冷凝負荷壓縮機理論耗功率理論制冷系數(shù)3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

【例題1-2】制冷量與工作條件如題1-1，如果制冷劑為R134a，試進行理論制冷循環(huán)的熱力計算。

【解】根據(jù)已知工作條件，從R134a壓焓圖上可查出各狀態(tài)點的狀態(tài)參數(shù)如下：狀態(tài)點溫度（℃）絕對壓力（MPa）比焓（kJ/kg）比熵[kJ/(kg.K)]比容（m3/kg）14.00.3377400.91.72500.06039244.11.0166423.81.7250--340.01.0166256.41.1905--4‘4.00.3377205.41.01950.000780444.00.3377256.4--0.016333.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

計算狀態(tài)點4的狀態(tài)參數(shù)，需應(yīng)用該壓力下飽和液態(tài)點4’的狀態(tài)參數(shù)，見上表。單位質(zhì)量制冷能力單位容積制冷能力3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算制冷劑質(zhì)量流量制冷劑體積流量冷凝負荷壓縮機理論耗功率理論制冷系數(shù)制冷效率3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算來自蒸發(fā)器進入壓縮機的制冷劑蒸氣是過熱蒸氣從冷凝器出來進入節(jié)流閥的制冷劑液體是過冷液體3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

【例題1-3】某空氣源熱泵機組的制熱量為12kW，采用R410A為制冷劑。已知：蒸發(fā)壓力為0.9MPa，冷凝壓力為2.7MPa，再冷度為3℃，過熱度為5℃，試進行熱泵理論制熱循環(huán)的熱力計算。3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算

【解】根據(jù)已知工作條件，由于R410A是近共沸制冷劑（溫度滑移很?。?，可近似地按單質(zhì)制冷劑進行計算，從R410A壓焓圖上可查出各狀態(tài)點參數(shù)如下：狀態(tài)點溫度（℃）絕對壓力（MPa）比焓（kJ/kg）比熵[kJ/(kg.K)]比容（m3/kg）1'3.90.9424.11.80870.0288118.90.9429.71.82900.029882'44.72.7426.51.72520.00846265.92.7460.51.82900.010693'44.72.7276.41.25290.001054341.72.7271.01.23600.0010334'3.80.9206.01.02200.000861843.80.9271.0--0.0091953.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算單位質(zhì)量制冷能力單位質(zhì)量冷凝負荷制冷劑質(zhì)量流量制冷劑體積流量3.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)及熱力計算供熱效率蒸發(fā)器的吸熱量壓縮機理論耗功率理論供熱系數(shù)3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善節(jié)流前過冷對制冷循環(huán)的影響把節(jié)流前的液體過冷是一種減少節(jié)流損失的方法。把飽和液體進一步冷卻稱過冷。過冷液體、過冷溫度、過冷度的概念減少節(jié)流損失可以提高制冷系數(shù)過冷的方法：適當增加冷凝器的傳熱面積、增設(shè)專門的過冷設(shè)備、采用回熱交換器3.3.1膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善過冷卻后，單位質(zhì)量制冷量增加了，增加量為△qe。單位質(zhì)量消耗功沒變循環(huán)的制冷系數(shù)增加液體過冷后，膨脹閥前液體不會汽化，有利于膨脹閥正常穩(wěn)定工作。優(yōu)點：缺點：增加設(shè)備費用一般只在大型系統(tǒng)中才增設(shè)過冷卻器在小型系統(tǒng)中，一般用冷凝器來實現(xiàn)少量的過冷。3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善qe、qv、ε每過冷1℃增加的百分率①制冷劑R134aR22R717qe、qv、ε每過冷1℃增加的百分數(shù)0.930.780.43注：te=-15℃，tc=30℃，tsc=25℃條件下。3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善吸氣過熱對制冷循環(huán)的影響于飽和循環(huán)：壓縮機吸入蒸氣（簡稱吸汽）是飽和蒸氣。過熱循環(huán)：吸汽是過熱蒸氣。原因：（1）蒸發(fā)器中汽化后的飽和蒸氣繼續(xù)吸熱而過熱；（2）吸汽管（蒸發(fā)器到壓縮機之間的管路）中吸熱而過熱（3）是利用吸汽來過冷卻節(jié)流前的液體而過熱。優(yōu)點：少量過熱保證壓縮機不會吸入液滴，保證了壓縮機的運行安全，并有利于

壓縮機效率的提高。對制冷循環(huán)的制冷系數(shù)和單位容積制冷量的影響隨制冷劑而異。

3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善吸汽過熱的表示循環(huán)在p-h圖上的表示循環(huán)在T-s圖上的表示吸汽過熱是等壓過程

如果吸汽過熱得到有用的制冷量吸汽過熱而使排汽溫度升高，升高多少與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。單位質(zhì)量制冷量增加量：單位壓縮功為：單位質(zhì)量制冷量為：吸汽過熱使吸汽比容增加，循環(huán)的單位容積制冷量qv（qe／v1）也會有變化增加還是減少也與制冷劑性質(zhì)有關(guān)。3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善表1-4吸汽過熱對ε、qv及排汽溫度的影響制冷劑R717R22R502R134aε增減百分率，%-6.15-1.953.022.29qv增減百分率，%-6.62-1.973.992.70排汽溫度t2/t1，℃140.3/101.884.7/53.566.5/37.365.1/36.2注：te=15℃、tc=30℃、吸汽溫度為t1=15℃對R134a、R502、R12，吸汽過熱可以使制冷系數(shù)、單位容積制冷量增加，排汽溫度雖有增加，但并不高，顯然吸汽過熱是有利的。對R717，吸汽過熱使制冷系數(shù)、單位容積制冷量下降，且排汽溫度很高。顯然，R717不宜使吸汽過熱。3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善ε、qv增減百分率的大小與過熱度（吸汽溫度和飽和溫度之差）有關(guān)，過熱度大，增減的百分率大，排汽溫度升高也多；反之，過熱度小，增減的百分率也小，排汽溫度升高也少。過熱所吸的熱量是有用的制冷量當過熱發(fā)生在吸汽管中吸收環(huán)境熱量，是無效的制冷量，會使ε、qv下降。不管使用哪種制冷劑，都應(yīng)對吸汽管路很好的保溫，以避免這種無效過熱。3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善回熱循環(huán)蒸發(fā)器中過熱有限?？梢杂霉?jié)流前液體對吸汽進行加熱，以獲得較大的過熱度。吸汽所吸入的熱量等于液體過冷所釋放出來的熱量：回熱器的換熱量應(yīng)為：單位質(zhì)量制冷量應(yīng)為：吸汽過熱不利的制冷劑，應(yīng)當避免吸汽過熱為了運行安全，一般吸氣有少量過熱度對于過熱有利，應(yīng)當盡量使吸氣過熱。在系統(tǒng)中增設(shè)回熱器，使吸汽與節(jié)流前的液體進行熱交換，吸汽過熱，節(jié)流前的液體被過冷卻?；責嵫h(huán)h4h1’h1h2h3’h33.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善3.3.2回收膨脹功3.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

制冷系統(tǒng)的冷凝溫度（或冷凝壓力）決定于冷卻劑的溫度，而蒸發(fā)溫度（或蒸發(fā)壓力）決定于制冷要求。因此，在許多實際應(yīng)用場合，（tc-te）或pc／pe很大。壓縮比pc／pe太大所帶來的問題有：（1）過熱損失與節(jié)流損失大，導(dǎo)致制冷系數(shù)減小。（2）單位容積制冷量減小，勢必要求有較大的壓縮機。（3）排汽溫度升高，導(dǎo)致壓縮機潤滑油粘度下降，潤滑效果下降，功率消耗增加。（4）導(dǎo)致壓縮機容積效率減小。當壓縮比達到20左右時，往復(fù)式壓縮機的容積效率接近于零，即壓縮機吸不進汽體。為減少上述大壓縮比條件下制冷所存在的問題的影響，可采用多級壓縮制冷循