制冷基礎及常用資料

1、Johnson Controls1目錄目錄1,1,制冷循環(huán)制冷循環(huán)2,2,冷水機組的分類冷水機組的分類3,3,制冷劑的分類制冷劑的分類4,4,空調(diào)負荷的估算辦法空調(diào)負荷的估算辦法5,5,空調(diào)水系統(tǒng)空調(diào)水系統(tǒng)6,6,冷水機組的啟動方式冷水機組的啟動方式7,7,常用資料常用資料Johnson Controls2 循環(huán)分析循環(huán)分析-影響制冷循環(huán)的幾個重要因素影響制冷循環(huán)的幾個重要因素環(huán)境氣溫環(huán)境氣溫過冷過冷過熱過熱吸氣過熱、蒸發(fā)壓力及冷凝壓力對循環(huán)的影響吸氣過熱、蒸發(fā)壓力及冷凝壓力對循環(huán)的影響Johnson Controls3過冷過冷Johnson Controls4標準制冷循環(huán)標準制冷循環(huán)壓力壓力

2、P冷凝冷凝蒸發(fā)蒸發(fā)制冷制冷量量輸入功率輸入功率壓縮壓縮膨脹膨脹過熱過熱過冷過冷Johnson Controls5單級壓縮單級壓縮&多級壓縮多級壓縮 Johnson Controls6過冷過冷&過熱過熱 Johnson Controls7 壓壓 力力焓焓吸氣比容不變，制冷劑吸氣比容不變，制冷劑 流量不變流量不變制冷量減小制冷量減小消耗的功率增大消耗的功率增大制冷系數(shù)降低制冷系數(shù)降低蒸發(fā)溫度不變，冷凝溫度增加Johnson Controls8 壓壓 力力焓焓吸氣比容增大，制冷劑吸氣比容增大，制冷劑 流量減小流量減小制冷量減小制冷量減小單位壓縮功增大，壓縮機功率與單位壓縮功增大，壓縮機功率與壓比有關

3、壓比有關制冷系數(shù)降低制冷系數(shù)降低冷凝溫度不變，蒸發(fā)溫度降低Johnson Controls9試在壓焓圖上（試在壓焓圖上（R-22）描繪某制冷系統(tǒng)在下表所示工況下的制冷循環(huán)描繪某制冷系統(tǒng)在下表所示工況下的制冷循環(huán)過程并計算制冷效果、壓縮比功及制冷系數(shù)（過程并計算制冷效果、壓縮比功及制冷系數(shù)（COP）。）。蒸發(fā)溫度： 4， 冷凝溫度： 40壓縮機吸氣過熱度（假設過熱發(fā)生在蒸發(fā)器內(nèi)）：5冷凝器出口過冷度：5 壓壓 力力 焓焓123237404359ABCD查查R22對應的壓焓圖得到以下數(shù)據(jù)：對應的壓焓圖得到以下數(shù)據(jù)：A：溫度4，比焓38Btu/lb，B: 溫度9，比焓110Btu/lb，C: 溫度6

4、6，比焓121Btu/lb，計算得到：計算得到：制冷效果hB- hA=110-3872Btu/lb壓縮功hC- hB=121-11011Btu/lb制冷系數(shù)72/116.54練習Johnson Controls10 冷水機組的分類Johnson Controls11四四大部件的形式大部件的形式速度型速度型雙螺桿雙螺桿單螺桿單螺桿風冷式風冷式干式殼管式干式殼管式滿液式殼管式滿液式殼管式風冷式風冷式干式殼管式干式殼管式滿液式殼管式滿液式殼管式固定孔板固定孔板可變孔板可變孔板熱力膨脹閥熱力膨脹閥電子膨脹閥電子膨脹閥毛細管毛細管孔板節(jié)流孔板節(jié)流水冷式水冷式水冷式水冷式容積壓縮容積壓縮型型螺桿式螺桿式離

5、心式離心式渦旋式渦旋式旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式活塞式活塞式制制冷冷系系統(tǒng)統(tǒng)四四大大部部件件換熱盤管換熱盤管換熱盤管換熱盤管壓縮機壓縮機冷凝器冷凝器蒸發(fā)器蒸發(fā)器節(jié)流裝置節(jié)流裝置Johnson Controls12制冷劑應具備的一般性質(zhì)制冷劑應具備的一般性質(zhì) 化學性質(zhì)：無毒性、刺激性、對人體健康無損害；具有化學穩(wěn)定性，不化學性質(zhì)：無毒性、刺激性、對人體健康無損害；具有化學穩(wěn)定性，不 燃燒，在使用溫度范圍內(nèi)不分解不復合成高沸點物質(zhì)燃燒，在使用溫度范圍內(nèi)不分解不復合成高沸點物質(zhì) 熱力學性質(zhì)熱力學性質(zhì) ：蒸發(fā)壓力相近或稍高于大氣壓力（：蒸發(fā)壓力相近或稍高于大氣壓力（101KPa），），減少空氣滲減少空氣滲 漏，降低

6、制冷能力；冷凝壓力不要過高，以提高冷凝器的安全性、密封性漏，降低制冷能力；冷凝壓力不要過高，以提高冷凝器的安全性、密封性 冷凝壓力和蒸發(fā)壓力差值小，以減少壓縮比和結構尺寸；冷凝壓力和蒸發(fā)壓力差值小，以減少壓縮比和結構尺寸； 制冷劑制冷劑 蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度 飽和蒸發(fā)壓力飽和蒸發(fā)壓力 冷凝溫度冷凝溫度 飽和冷凝壓力飽和冷凝壓力 壓差壓差 C Kpa C Kpa Kpa R123 5 41 40 154 113 R134a 5 350 40 1016 666 R22 5 531 40 1534 1003 制冷劑的性能Johnson Controls131987年年9月由在聯(lián)合國環(huán)境屬月由在聯(lián)合國環(huán)境

7、屬(UNEP)組織的組織的“保護臭氧層公約關于含氯氟烴議定書全權代表大會保護臭氧層公約關于含氯氟烴議定書全權代表大會”在加拿大蒙特利爾召開。來自在加拿大蒙特利爾召開。來自36個國家、個國家、10個國際組織的個國際組織的140名代表和觀察員出席了會議。中國名代表和觀察員出席了會議。中國政府也派出了代表參加。在大會上通過了政府也派出了代表參加。在大會上通過了關于消耗議定書臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書關于消耗議定書臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書確定主要的臭氧破壞物質(zhì)為：確定主要的臭氧破壞物質(zhì)為：n CFC-11, 12,113,114,115, 以及含有以上任何物質(zhì)的混合工質(zhì)例如：以及含有以上任何物質(zhì)的混

8、合工質(zhì)例如：R-500, 502制定了限制生產(chǎn)量時間表制定了限制生產(chǎn)量時間表到到1993年底已有年底已有112個國家加入了該協(xié)定個國家加入了該協(xié)定第一個國際性的為了防止環(huán)境的進一步惡化而制定的環(huán)境公約。第一個國際性的為了防止環(huán)境的進一步惡化而制定的環(huán)境公約。蒙特利爾協(xié)定Johnson Controls14CFC-11 = 1.0CFC-12 = 1.0R-500 = 0.74HCFC-22 = 0.055HCFC-123 = 0.02HFC-134a = 0.0R-717 = 0.0R-718 = 0.0已禁用的工質(zhì)已禁用的工質(zhì)過渡工質(zhì)，禁用時間為過渡工質(zhì)，禁用時間為2030年以后年以后發(fā)展中

9、國家滯后發(fā)展中國家滯后10年年無限期使用的工質(zhì)無限期使用的工質(zhì)Johnson Controls15冷負荷計算方法1.冷負荷系數(shù)法：是建立在傳遞函數(shù)法的基礎上，以便于 在工程上進行手算的一種簡化計算方法。2.冷負荷估算指標： Q=qQ=qF F Q-建筑物空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)總冷負荷 W q-建筑面積的冷負荷指標 W/ m F-空調(diào)面積 m2 空調(diào)冷負荷的估算辦法Johnson Controls16熱負荷計算方法1.窗墻比公式法：當已知外墻面積、窗墻比及建筑面積時，采暖供熱指標可按下式估算： q=1.163(6a+1.5)W(tn-tw)/F W式中 q-建筑物采暖負荷熱指標，W/ m2； a-外窗面積

10、與外墻（包括窗）面積之比； F-總建筑面積，m2; W-外墻總面積（包括窗），m2 tn-室內(nèi)采暖設計溫度，； tw-室外采暖設計溫度，2.單位面積熱指標法：只知道建筑物面積 Q=qF Q-建筑物空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)總熱負荷 W q-建筑面積的熱負荷指標 W/ m F-空調(diào)面積 m2 空調(diào)熱負荷的估算辦法Johnson Controls17冷水機組基本知識冷水機組基本知識定義n 熱平衡 蒸發(fā)吸熱量冷凍水流量(l/s)*4.18*T + 壓縮機功耗1.732*U*RLA*COS - = 冷凝放熱量=冷卻水流量(l/s)*4.18*T 蒸發(fā)吸熱量COP = - 壓縮機功耗Johnson Controls1

11、8冷水機組基本知識冷水機組基本知識基本概念n kW = 機組功耗或制冷量。n 冷噸（Tons）是指蒸發(fā)吸熱量。n 蒸發(fā)冷噸 = GPM x 溫差 (F) / 24n 12,000 Btuhn 24小時內(nèi)1噸零度的水變?yōu)榱愣鹊谋璧睦淞縩 1冷噸3.516 kW=3024大卡n 1 kW860大卡n 制冷量kW=水流量（L/S）*溫差（ 0C ）*4.184Johnson Controls19ARI 與機組效率與機組效率NPLV為非標準部分負荷效率。IPLV則為ARI標準工況下的部分負荷效率。 IPLV (NPLV)=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D）A=在100%

12、負荷時的 kW/tonB=在75%負荷時的 kW/tonC=在50%負荷時的 kW/tonD=在25%負荷時的 kW/tonJohnson Controls20單位轉(zhuǎn)換單位轉(zhuǎn)換Johnson Controls21 空調(diào)水系統(tǒng)吸入式和壓入式空調(diào)水系統(tǒng)吸入式和壓入式空調(diào)水系統(tǒng)中，水泵的安裝方式通常有壓出式和吸入式兩種。見圖6和圖7，吸入式水系統(tǒng)吸入式水系統(tǒng)是高層建筑常用的空調(diào)水系統(tǒng)方式，其特點是能減小制冷機蒸發(fā)器及冷凝器承受的壓力減小制冷機蒸發(fā)器及冷凝器承受的壓力，因而被廣泛采用。但吸入式系統(tǒng)并不適用于所有情況，如某工程建筑高度為20m，冷熱水機組布置在一樓，冷卻塔及膨脹水箱布置在屋頂，采用圖6所

13、示的吸入式系統(tǒng)，因冷凍水、冷卻水系統(tǒng)靜壓僅20m，而冷凝器、蒸發(fā)器的阻力損失為1418m，加上管道系統(tǒng)的阻力，導致循環(huán)水泵吸入口處出現(xiàn)負壓，從而產(chǎn)生氣蝕和水擊現(xiàn)象，系統(tǒng)不能正常運行。將吸入式系統(tǒng)改為壓出式系統(tǒng)后，水系統(tǒng)恢復正常。普通的制冷機的蒸發(fā)器和冷凝器工作壓力一般為1MPa，筆者認為，靜壓小于50米的空調(diào)水系統(tǒng)采用壓出式系統(tǒng)方式較合理，不會造成蒸發(fā)器和冷凝器承壓過大，也不會產(chǎn)生氣蝕，當空調(diào)水系統(tǒng)靜壓大于50米時，則采用吸入式水系統(tǒng)以降低系統(tǒng)工作壓力。 Johnson Controls22水泵的布置位置對系統(tǒng)承壓的影響水泵的布置位置對系統(tǒng)承壓的影響 水泵布置在制冷機組的吸入側(cè)，制冷機組水側(cè)承

14、壓為系統(tǒng)最高。水泵布置在制冷機組的抽出側(cè)，制冷機組的水側(cè)承壓，將減少相當于水泵揚程的值，而系統(tǒng)的最高承壓點也會減少稍大于制冷機組蒸發(fā)器水側(cè)阻力的值?？照{(diào)末端和膨脹水箱的承壓沒有改變。因此在高層的水系統(tǒng)設計中，可以通過改變水泵的布置，來解決制冷設備高承壓的問題。 Johnson Controls23空調(diào)水系統(tǒng)形式空調(diào)水系統(tǒng)形式從從舒適性角度分為舒適性角度分為兩管制兩管制和和四管制四管制n 兩管制：冷熱水共用同一套系統(tǒng)，節(jié)省初投資，舒適性稍差。兩管制：冷熱水共用同一套系統(tǒng)，節(jié)省初投資，舒適性稍差。n 四管制：舒適性好，但初投資高四管制：舒適性好，但初投資高從阻力平衡角度分為從阻力平衡角度分為同程式

15、同程式與與異程式異程式n 同程式同程式：系統(tǒng)阻力平衡性好，易調(diào)試，初投資高：系統(tǒng)阻力平衡性好，易調(diào)試，初投資高n 異程式異程式：系統(tǒng)阻力平衡性差，不易調(diào)試，初投資低：系統(tǒng)阻力平衡性差，不易調(diào)試，初投資低Johnson Controls24四管制系統(tǒng)應用四管制系統(tǒng)應用Johnson Controls25兩管制系統(tǒng)應用兩管制系統(tǒng)應用Johnson Controls26同程同程管路布置管路布置Johnson Controls27異程異程管路布置管路布置Johnson Controls28冷水機組系統(tǒng)形式冷水機組系統(tǒng)形式定流量一次系統(tǒng)n 末端采用三通閥或無水流量調(diào)節(jié)裝置一次/二次系統(tǒng)n 機組水流量恒定

16、，末端水流量變化一次變流量系統(tǒng)n 水流量變化范圍有限Johnson Controls29一次定流量系統(tǒng)一次定流量系統(tǒng)Johnson Controls30一次定流量系統(tǒng)一次定流量系統(tǒng)Johnson Controls31一次定流量系統(tǒng)一次定流量系統(tǒng)一般用于小冷量系統(tǒng)末端沒有變流量措施或采用三通閥變流量運行機組能耗較高Johnson Controls32一次一次/二次系統(tǒng)二次系統(tǒng)Johnson Controls33一次一次/二次系統(tǒng)二次系統(tǒng)Johnson Controls34一次一次/二次系統(tǒng)二次系統(tǒng)Johnson Controls35一次一次/二次系統(tǒng)二次系統(tǒng)Johnson Controls36一

17、次一次/二次系統(tǒng)二次系統(tǒng)應用廣泛節(jié)能效果明顯負荷控制n 負荷降低時，變頻水泵減小二次側(cè)水流量，部分水流量通過旁通管流回冷水機組，冷水機組水流量恒定。n 當二次側(cè)水流量大于一臺機組的水冷量時，關掉其中一臺冷水機組及水泵，其它機組正常運轉(zhuǎn)n 反之負荷增加時，通過旁通管的溫度控制啟動機組n 系統(tǒng)控制需要在旁通管上加流量計及溫度傳感器來控制機組起停，同時在末端遠端需要壓力傳感器用于控制二次泵Johnson Controls37一次變流量系統(tǒng)一次變流量系統(tǒng)Johnson Controls38一次變流量系統(tǒng)一次變流量系統(tǒng)應用普遍控制邏輯n 冷水機組銅管內(nèi)流量控制在0.9-3m/s之間。n 在中國的常規(guī)空調(diào)

18、系統(tǒng)中，冷水機組為整個空調(diào)系統(tǒng)的耗電主體，冷凍水泵一般只占到空調(diào)系統(tǒng)耗能的10%左右，因此冷水機組的節(jié)能是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重點，而且對于采用單級壓縮的離心機制造廠家來說，電機通過齒輪傳動，壓縮機葉輪轉(zhuǎn)速較高，有很大的節(jié)能空間。 n 水泵首先隨負荷減少而降低流量，當流量降低到最低流速限制時，保持流量。當經(jīng)過旁通管的流量大到一臺機組流量時，關掉其中一臺機組，流量繼續(xù)隨負荷變化，直到最小水流量。n 系統(tǒng)需要水流計感知旁通管流量，同時需要溫度傳感器，感知水溫以用于負荷提升過程。Johnson Controls39一次泵變流量系統(tǒng)的控制邏輯Johnson Controls40冷水機組的啟動方式冷水機組的啟

19、動方式傳統(tǒng)啟動器現(xiàn)代軟啟動器直接啟動星三角自耦軟啟動變頻啟動電流58Ie1.82.6Ie1.74Ie05Ie01.5Ie啟動轉(zhuǎn)矩0.51.5Te0.5Te0.40.85Te01Te01.5Te啟動方式恒壓恒壓分步恒壓分步恒流，線性斜壓變壓變頻啟動特性沖擊力矩大2次沖擊轉(zhuǎn)矩2次沖擊轉(zhuǎn)矩力矩均勻平滑恒轉(zhuǎn)矩沖擊電流很大，1次2次2次及以上1次1次啟動級數(shù)122次及以上連續(xù)無級連續(xù)無級啟動時間不可調(diào)可調(diào)可調(diào)可調(diào)可調(diào)執(zhí)行元件開關開關自耦元件晶閘管變頻器Johnson Controls41冷水機組冷水機組傳統(tǒng)星三角起動方式接線示意圖傳統(tǒng)星三角起動方式接線示意圖接油泵1.5KW 星三角啟動柜6根動力線接電機

20、接線盒8根2.5MM2銅線接外電接地線 Johnson Controls42離心式冷水機組離心式冷水機組變頻變頻/固態(tài)軟起驅(qū)動方式接線示意圖固態(tài)軟起驅(qū)動方式接線示意圖 3根動力線接變頻/固態(tài)啟動柜 接地線 05102040滿載電流滿載電流100%200%300%400%500%電機滿負荷電流電機滿負荷電流 FLA (%)時間時間 (sec)星三角起動器星三角起動器Millennium 變頻驅(qū)動器變頻驅(qū)動器67倍沖擊電流固態(tài)軟起動Johnson Controls44常用資料常用資料1,冷水機組的基礎圖2,冷水機組的維修空間要求3,冷水機組的水質(zhì)要求4,空調(diào)末端產(chǎn)品的接管方向判斷5,空調(diào)機組的存水彎示意圖 6,空調(diào)機組的基礎示意圖Johnson Controls45機組的基礎尺寸圖及基礎制作要求機組的基礎尺寸圖及基礎制作要求Johnson Controls46機組檢修空間要求機組