制冷空調(diào)原理與制冷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).ppt

1、第一章 制冷空調(diào)原理與制冷系統(tǒng) 的基本構(gòu)成,第一節(jié) 制冷與空調(diào)的基礎(chǔ)知識 第二節(jié) 蒸汽壓縮式制冷原理及典型系統(tǒng) 第三節(jié) 吸收式制冷原理及典型系統(tǒng) 第四節(jié) 空調(diào)系統(tǒng),第一節(jié) 制冷與空調(diào)的基礎(chǔ)知識,一、制冷基本概念 制冷：利用人工的方法，在一定時間和一定空間內(nèi)把某物體或流體的溫度降低到低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并使之維持一定時間。 實現(xiàn)制冷的兩種途徑：天然冷源和人工冷源,制冷在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用： 用于空氣調(diào)節(jié)的冷源 用于商業(yè)和食品工業(yè) 用于工業(yè)、產(chǎn)品性能實驗及科學(xué)研究 用于醫(yī)療衛(wèi)生方面 實現(xiàn)人工制冷常見的四種方法： 液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷和熱電制冷,二、空調(diào)基本概念,空調(diào)概念：空氣調(diào)

2、節(jié)（Air Congdition）簡稱空調(diào)，它是對室內(nèi)空氣環(huán)境的溫度、相對濕度、空氣流動速度、清潔度、空氣的新鮮度進行人工調(diào)節(jié)，以滿足人體舒適和工藝生產(chǎn)過程的要求。 空調(diào)基數(shù)：空調(diào)房間所要求的基準(zhǔn)溫度和基準(zhǔn)的相對濕度。 空調(diào)精度：在空調(diào)區(qū)內(nèi)，空氣的溫度和相對濕度的允許波動幅度 空調(diào)類：空氣調(diào)節(jié)應(yīng)用于工業(yè)及科學(xué)實驗過程一般稱為“工藝性空調(diào)”；而應(yīng)用于以人為主的空氣調(diào)節(jié)稱為“舒適性空調(diào),舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)： 人要感覺舒適，人體必須維持正常的散熱量和散濕量。非正常的散熱量和散濕量會使人感覺不舒適,表1-1 舒適空調(diào)設(shè)計參數(shù),三、基礎(chǔ)知識,一）物質(zhì)與物態(tài)的變化 物質(zhì)在常態(tài)下的狀態(tài)： 固態(tài)時，物質(zhì)有

3、一定的體積和形狀，并具有一定的機械強度。 液態(tài)時 ，液態(tài)物質(zhì)有固定體積，并有自由液面 ，具有流動性而無固定的形狀 。 氣態(tài)時，沒有一定的形狀和一定的體積，可以充滿任何的空間,固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化,圖1-1物態(tài)的變化,二）流體的狀態(tài)參數(shù) 1溫度 溫度是物質(zhì)冷、熱程度的標(biāo)志 (1)攝氏溫標(biāo) 測量單位記作。 (2)絕對溫標(biāo)（單位為開（爾文） (3)華氏溫標(biāo) 2壓力 單位面積上所受到垂直作用的力稱為壓力,絕對壓力、表壓力和真空度概念及關(guān)系： 絕對壓力：是指容器內(nèi)的氣體或液體對于容器內(nèi)壁的實際壓力。 表壓力：是指絕對壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?B)之差，其在工程上常用表壓力，但在計算時必須使用絕對壓力

4、。 真空度:當(dāng)密閉容器中氣體壓力（絕對壓力）低于大氣壓力時，大氣壓力與容器內(nèi)氣體壓力之差,絕對壓力、表壓力和真空度之間關(guān)系,圖1-5絕對壓力、表壓力和真空度的關(guān)系,3比容（容重）和比重 比容：物質(zhì)所占有的體積與其重量之比稱為該物質(zhì)的，比容符號為v，其單位m3kg。 比容和比重互為倒數(shù)。 4熱量和比熱 熱量：是表示物體吸熱或放熱多少的物理量。它是能量的一種表現(xiàn)形式，只有在熱能轉(zhuǎn)移過程才有意義。 比熱：是指單位質(zhì)量的物體溫度升高（或降低）1所吸收（或放出）的熱量,5.顯熱與潛熱 顯熱：物質(zhì)在加熱（或冷卻）過程中，溫度升高（或降低）所吸收（或放出）的熱量。在這個過程中其狀態(tài)不變。 潛熱：物質(zhì)在加熱（

5、或玲卻）過程中，只改變原有狀態(tài)，而溫度不變所消耗（或得到）的熱量,三）熱力學(xué)基本概念 1熱力學(xué)第一定律 它是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用。即能量可以從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，但在轉(zhuǎn)換中能量的數(shù)量保持不變。工程熱力學(xué)主要研究熱量與功的轉(zhuǎn)換關(guān)系。即熟可變成功，功可變成熱。 2熱力學(xué)第二定律 指出了熱力過程的方向性，即熱量能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，而不能自行逆流。制冷裝置就是根據(jù)該定律，用消耗一定的壓縮功或熱能作為補償條件，將熱量從低溫介質(zhì)傳遞到高溫介質(zhì)，從而達到連續(xù)制冷的目的,四）傳熱學(xué)基本概念 熱量傳遞的基本方式： 兩個冷熱不同的物體如果放在一起，熱的物體慢慢冷下來，冷的物體就會漸

6、漸熱起來，這種現(xiàn)象叫做熱傳遞。熱傳遞進行方式基本上有熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。在工程中，傳熱過程往往是個綜合作用，但其中某項起主導(dǎo)作用,五）氣體物理性質(zhì) 1理想氣體 所謂理想氣體是忽略了氣體分子的體積及分子聞的相互作用力，其內(nèi)能只決定于溫度的理想化氣體。 2.混合氣體 幾種相互不起化學(xué)作用的氣體混合后，混合氣體的總壓力等丁各組成氣體的分壓力之和。 3濕空氣 濕空氣（大氣）是由于空氣和一定量的水蒸汽混合而成,第二節(jié) 蒸汽壓縮式制冷原理及典型系統(tǒng),一、蒸汽壓縮式制冷原理 （一）單組蒸汽匪縮制冷的基本原理 單級蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)如圖1-7所示,圖1-7 蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng) 1壓縮機；2冷凝器；3膨脹閥

7、（或節(jié)流閥）；4蒸發(fā)器,它是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥（或節(jié)流閥）和蒸發(fā)器等四大設(shè)備組成。在這些設(shè)備之間用管道依次聯(lián)接形成一個封閉系統(tǒng)。其工作程如下： 蒸發(fā)器中的液體制冷劑在低壓蒸發(fā)壓力P0、蒸發(fā)溫度t0下，從高于t0的被冷卻物體或流體中吸取熱量沸騰汽化。壓縮機不斷地從蒸發(fā)器內(nèi)吸入低壓制冷劑的蒸汽，并將它壓縮到冷凝壓力PK，然后將高壓、高溫的制冷劑蒸汽送往冷凝器。在冷凝器中制冷劑蒸汽在壓力PK下等壓冷卻、冷凝戒制冷劑液體。制冷劑在冷卻冷凝時放出的熱量傳給周圍環(huán)境的冷卻介質(zhì)（水或空氣），冷凝后的制冷劑液體通過膨脹閥進入蒸發(fā)器。當(dāng)制冷劑通過膨脹閥時，壓力從高壓PK降到低壓P0，部分液體汽化成為制冷劑

8、的氣液混合物?；旌衔镏械恼羝Q為閃發(fā)蒸汽，在它被壓縮機重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用，混合物中的液體將重新從被冷卻物體中吸取熱量汽化。制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過汽化、壓縮、冷凝和節(jié)流四個過程，完成了一個制冷的循環(huán),二）單級蒸汽壓縮式制冷的實際循環(huán) 制冷實際循環(huán)與理論循環(huán)之間存在的差別。例如：理論循環(huán)中沒有考慮到制冷劑液體過冷和蒸汽過熱的影響，沒有考慮到冷凝器、蒸發(fā)器和連接各設(shè)備的管道中田制冷劑的流動而產(chǎn)生的壓降。實際上壓縮機在壓縮過程中也并非是等熵過程，系統(tǒng)中存在不凝性氣體等，這些因素都影響到循環(huán)的性能,1液體過冷循環(huán) 液體過冷的單級壓縮制冷機系統(tǒng)如圖1-8所示,圖1-8 液體過冷的單級壓縮制冷機的系

9、統(tǒng)圖 1壓縮機；2凈凝器；3貯液器； 4過冷器；5蒸發(fā)器；6節(jié)流裝,2蒸汽過熱循環(huán) 實際循環(huán)中，壓縮機吸入飽和狀態(tài)蒸汽的情況很少。為了不將液滴帶入壓縮機產(chǎn)生液擊，造成故障，通常制冷劑在到達壓縮機之前已處于過熱狀態(tài)。 3回?zé)嵫h(huán) 在系統(tǒng)中增加一個汽液熱交換器（回?zé)崞鳎┤鐖D19所示，使節(jié)流前的液體和來自蒸發(fā)器的低溫蒸汽進行內(nèi)部熱交換,圖1-9單級壓縮回?zé)嵫h(huán)的系統(tǒng)圖,4實際制冷系數(shù) 實際制冷系數(shù)義稱性能系數(shù)用COP表示，也可以稱為單位軸功率制冷量 5冷凝溫度和蒸發(fā)溫度對制冷機性能的影響 (1)冷凝溫度變化的影響 (2)蒸發(fā)溫度變化的影響 （三）多級壓縮與復(fù)疊式制冷循環(huán) 在制冷技術(shù)中，采用多級壓縮與

10、復(fù)疊式制冷機的目的，是為了達到比較低的蒸發(fā)溫度。 1兩級壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng) 兩級壓縮氨制冷中，多數(shù)是應(yīng)用一級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)，如圖1-10所示,圖1-10兩級壓縮氛制冷循環(huán)的原則性系統(tǒng)圖 A低壓級壓緒機；B高壓級壓縮機；C冷凝器; D過冷器；E、H節(jié)流闊；F中間冷卻器；G旁通閥；I蒸發(fā)器,2兩級壓縮氟利昂制冷循環(huán)系統(tǒng) 兩級壓縮氟刺昂制冷系統(tǒng)多數(shù)采用一級節(jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)，如圖1-11所示,圖1-11兩級壓縮氟利昂制冷循環(huán)的原則性系統(tǒng)圖 A低壓級壓縮；B高壓級壓縮機；C冷凝器；D、G節(jié)流閥. E中間冷卻器；F氣液熱交換器；H蒸發(fā)器,3復(fù)疊式制冷循環(huán) 復(fù)疊式制冷循環(huán)常由兩個（

11、或三個）部分組成，即高溫部分（使用中溫制冷劑），低溫部分（使用低溫制冷劑）。每一部分都有一個單級或雙級制冷系統(tǒng),圖1-12兩個單級壓縮系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷裝置原則性系統(tǒng)圖 A低溫部分壓縮機；B高溫部分壓縮機；C冷凝器；D冷凝蒸發(fā)器；E蒸發(fā)器；F、G節(jié)流閥,二、冷藏庫制冷系統(tǒng) 冷藏庫是用人工制冷的方法對易腐食品世行加工貯藏，以保持食品食用價值的建筑物。 （一）冷藏庫的分類 冷庫分類的方法很多。 按冷藏設(shè)計溫度分，可分為高溫庫和低溫庫。 按用途可分為生產(chǎn)性冷庫、分配性冷庫和零售消費性冷庫,二）典型冷藏庫制冷系統(tǒng) 1直接供液（氨）制冷系統(tǒng) 直接供液系統(tǒng)是指制冷劑液體只經(jīng)過膨脹閥直接進入蒸發(fā)器的系統(tǒng)如

12、圖1-13所示,圖1-13直接供液氨制冷系統(tǒng) 1壓縮機；2氨油分離器；3冷凝器；4貯液桶；5調(diào)節(jié)閥； 6蒸發(fā)器；7集油器；8空氣分離器；9緊急泄氨器,2重力供液（氨）制冷系統(tǒng) 重力供液是利用制冷劑液柱的重力向蒸發(fā)器輸送低溫的氨液。系統(tǒng)的組成如圖1-14所示,圖1-14單級壓縮重力供液氨制冷系統(tǒng) 1壓縮機；2氨油分離器；3臥式冷凝器；4高壓貯液桶；5調(diào)節(jié)閥； 6氨液分離器；7蒸發(fā)器(排管)；8排液桶；9集油器；10空氣分離器,3氨泵供液制冷系統(tǒng) 氨泵供液制冷系統(tǒng)，是利用氨泵向蒸發(fā)排管輸送低溫氨液。系統(tǒng)的組成如圖1-15所示,圖1-15單級壓縮氨泵供液制冷系統(tǒng) 1壓縮機2氨油分離器3臥式冷凝器4高

13、壓貯液桶 5調(diào)節(jié)閥6氨液分離器7氨泵8蒸發(fā)器排管) 9排液桶10集油器11空氣分離器,4氟利昂制冷系統(tǒng) 氟利昂制冷系統(tǒng)與氨系統(tǒng)不同之處是采用熱力膨脹閥代替調(diào)節(jié)閥，并設(shè)有汽液熱交換器和干燥過濾器，氟利昂液體在蒸發(fā)器中采用上進下出。圖1-16為氟利昂系統(tǒng),圖1-16單級壓縮氟利昂制冷系統(tǒng) l壓縮機2油分離器3水冷式冷凝器4干燥過濾器5電磁閥6汽液熱交換器 7熱力膨脹閥8分液頭9蒸發(fā)器10高低壓力繼電器,第三節(jié) 吸收式制冷原理及典型系統(tǒng),吸收式制冷機是蒸發(fā)制冷的另一種形式。壓縮式制冷機是通過壓縮機消耗機械功來實現(xiàn)的，而吸收式制冷機是通過消耗熱能來實現(xiàn)的。它是一種以熱能為動力的制冷機。 一、溴化鋰水溶

14、液的性質(zhì) 溴化鋰水溶液的特性 (1)無色液體，有成苦昧、無毒、無臭、加入鉻酸鋰后呈淡黃色。 (2)溴化鋰在水中的溶解度隨溫度的降低而降低。 (3)溴化鋰溶液的水蒸汽分壓力很小，它比同溫度下純水的飽和蒸汽壓要小得多，所以有強烈的吸濕能力，而且溴化鋰水溶液具有吸收溫度比它低得多的水蒸汽能力。這正是溴化鋰吸收式制冷機工作原理之一。 (4)密度比水大，隨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度變化。 (5)比熱容較小。 (6)粘度大、表面張力大。 (7)對碳鋼和紫銅等金屬材料有腐蝕作用,二、吸收式制冷機的熱力系數(shù) 吸收式制冷循環(huán)的性能指標(biāo)是熱力系數(shù),熱力系數(shù)反映了消耗單位熱量所能取得的冷量,三、溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的工作

15、原理 （一）單效溴化鋰吸收式制冷機系統(tǒng)的基本工作原理 溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、節(jié)流裝置(U形管或孔板)、溶液熱交換器、發(fā)生器泵、吸收器泵和蒸發(fā)器泵等組成。圖1-17是單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的原理圖,圖1- 7單效溴化鋰吸收式制冷機的工作原理 1發(fā)生器2冷凝器3節(jié)流閥4蒸發(fā)器5蒸發(fā)泵6吸收器7吸收泵8發(fā)生泵9溶液熱交換,二）雙效澳化鋰吸收式制冷糸境的基本工作原理 單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)與單效系統(tǒng)的不同是增加了一個高壓發(fā)生器和一個高溫溶液的熱交換器。 1并聯(lián)雙效溴化鋰制冷系統(tǒng) 圖1-18為雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的工作原理,圖1-18雙效溴化鋰吸收式制冷機的工

16、作原理 1高壓發(fā)生器2低壓發(fā)生器3冷凝器4節(jié)流閥5蒸發(fā)器 6蒸發(fā)泵7吸收器8吸收泵 9發(fā)生泵10低溫溶液熱交換器11高溫溶液熱交換器12凝水器,2串聯(lián)雙效溴化鋰制冷系統(tǒng) 串聯(lián)雙效溴化鋰制冷系統(tǒng)根據(jù)稀溶液先進高壓發(fā)生器和先進低壓發(fā)生器分成以下兩種形式。 串聯(lián)流程 圖1-19是稀溶液先進高壓發(fā)生器的雙效溴化鋰制冷系統(tǒng),圖1-19串聯(lián)流程的雙效溴化鋰吸收式冷水機組工作原理 1高壓發(fā)生器2低壓發(fā)生器3冷凝器4冷卻塔5冷卻盤管6冷水泵7冷卻水泵 8蒸發(fā)器9冷劑泵l0溶液泵 11吸收器12低溫溶液熱交換器13高溫溶液熱變換器,2)倒串聯(lián)系統(tǒng)是稀溶液先進低壓發(fā)生器，再進高壓發(fā)生器的串聯(lián)系統(tǒng)，如圖l-20所示

17、。 圖1-20倒串聯(lián)流程的溴化鋰吸收式機組工作原理 1高壓發(fā)生器2溶液泵3低壓發(fā)生器4冷凝器5冷卻塔6冷卻盤管7冷水泵 8冷卻水泵9蒸發(fā)器10冷劑泵12吸收器11低溫溶液熱變換器14高溫溶液熱交換器,圖1-20倒串聯(lián)流程的溴化鋰吸收式機組工作原理 1高壓發(fā)生器2溶液泵3低壓發(fā)生器4冷凝器5冷卻塔6冷卻盤管7冷水泵 8冷卻水泵9蒸發(fā)器10冷劑泵12吸收器11低溫溶液熱變換器14高溫溶液熱交換器,3直燃式溴化鋰吸收式冷熱系統(tǒng) 在冷熱水系統(tǒng)中，冷卻盤管兼作加熱管，冷卻水泵兼作熱水泵。可以通過切換閥實現(xiàn)工況的變換，交替制取冷水和熱水，夏季制冷水供空調(diào)用，冬季制熱水供采暖用。 圖1-2l為冷卻水回路切換

18、成熱水回路的系統(tǒng)原理圖,圖1-21冷卻水回路切換成熱水回路的機組工作原理圖 l高壓發(fā)生器2低壓發(fā)生器3冷凝器4冷卻搭5冷卻（加熱）盤管6冷水泵 7冷卻水（熱水）泵 8蒸發(fā)器9冷劑泵10溶液泵11吸收器 12低溫?zé)嶙儞Q器13高溫?zé)峤粨Q器,第四節(jié) 空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)系統(tǒng)一般由冷熱源、空氣處理設(shè)備、空氣輸送管道、空氣分配裝胃和控制系統(tǒng)等組成。根據(jù)需要，它能組成許多不同形式的系統(tǒng)。 一、空調(diào)系統(tǒng)的分類 （一）集中式空調(diào)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)把所有空氣處理設(shè)備（加熱器、冷卻器、加濕器、除濕器、過濾器）都集巾在一個機房內(nèi)。 （二）半集中式空調(diào)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)除有集中空調(diào)機房外，還有分散在空調(diào)房間內(nèi)的末端裝置，這些末端裝

19、置可對集中處理后的空氣進行補充處理，或?qū)κ覂?nèi)空氣就地處理，如風(fēng)機盤管系統(tǒng)等。 現(xiàn)在人們所說的中央空調(diào)，實際上是集中式和半集中式空調(diào)的總稱。 （三）分散式空調(diào) 分散式空調(diào)是指把空氣處理設(shè)備全分散在空調(diào)房的系統(tǒng)。 若按負(fù)擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷所用的介質(zhì)來分，則有全空氣系統(tǒng)；全水系統(tǒng)；空氣水系統(tǒng)；制冷劑系統(tǒng),二、空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量 空氣在處理時，大多數(shù)場合要利用一部分回風(fēng)，夏、冬季節(jié)回風(fēng)愈多，就愈經(jīng)濟。一般規(guī)定新風(fēng)占送風(fēng)量不應(yīng)低于10%。確定新風(fēng)量有三個因素； 1.按規(guī)范不論每人占房間體積多少，新風(fēng)量按大干等于30m3(h.人)采用；對人員密集、停留時間的長短、抽不抽煙情況，新風(fēng)量可以715m3(h.人)計算。

20、2補充局部排風(fēng)量。 3保持空調(diào)房間的正壓。 為了防止外界環(huán)境對室內(nèi)的干擾，室內(nèi)可保持510Pa正壓的要求,三、空調(diào)系統(tǒng) （一）普通集中式空調(diào)系統(tǒng) 普通集中式空調(diào)屬典型的全空氣系統(tǒng)。系統(tǒng)的形式如圖1-22所示,圖1-22全空氣空調(diào)系統(tǒng),二）變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng) 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是屬于全空氣式的一種。當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷變化時通過送風(fēng)量的變化來維持室內(nèi)溫濕度的要求。系統(tǒng)的最大風(fēng)量按各房間晟大風(fēng)量之和的70%80%計算，最小風(fēng)量按40%45%的最大風(fēng)量來確定。系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)方法有靜壓控制和風(fēng)量控制。 變風(fēng)量系統(tǒng)的優(yōu)點是節(jié)能，減少冷熱量的損失，末端裝置上均有定風(fēng)量裝置，不再需要對風(fēng)管進行阻力平衡。缺點是當(dāng)風(fēng)量過小時，新風(fēng)

21、不易保證，室內(nèi)氣流組織會受影響，自控系統(tǒng)復(fù)雜,三）風(fēng)機盤管空調(diào)糸統(tǒng) 風(fēng)機盤管屬半集中式空調(diào)的末端裝置。冷水或熱水由冷、熱源提供，經(jīng)盤管冷卻，加熱環(huán)境熱、冷空氣后，由風(fēng)機進出。圖1-24為常用的有新風(fēng)的風(fēng)機盤管系統(tǒng),圖1-24有新風(fēng)的風(fēng)機盤管系統(tǒng) (a)室外滲入新風(fēng)(b)新風(fēng)從外墻洞口引入； (c)獨立的新風(fēng)系統(tǒng)（上部送入）；(d)獨立的新風(fēng)系統(tǒng)送人風(fēng)機盤管機組,四）柜式空調(diào)器和熱泵型空調(diào)囂柜式空調(diào)器有整體及分體式，其冷卻方式有水冷及風(fēng)冷型。圖1-25為立柜式空調(diào),圖1-25立柜式空調(diào),熱泵型空調(diào)器可以和立柜式空調(diào)相似，不同處是通過四通閥的作用，使夏天室內(nèi)蒸發(fā)器向室內(nèi)送冷風(fēng)，室外冷凝器向室外放熱變成冬天室內(nèi)的冷凝器向室內(nèi)進熱風(fēng)而室外的蒸發(fā)器從室外吸熱。其原理如圖1-26,圖1-26熱泵型空調(diào)器,五）空調(diào)水系統(tǒng) 空調(diào)水系統(tǒng)分冷水系