制冷技術(shù)手冊書

1、目 錄前言第一章 制冷技術(shù)的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)1第一節(jié) 熱力學(xué)的基本概念1第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用3第三節(jié) 熱力學(xué)第二定律及其應(yīng)用6第四節(jié) 氣液集態(tài)變化及蒸氣的熱力性質(zhì)8第二章 空調(diào)器制冷原理 12第一節(jié) 制冷劑、載冷劑與冷凍油 12第二節(jié) 蒸氣壓縮式制冷 18第三節(jié) 影響致冷系數(shù)的主要因素 21第四節(jié) 制冷設(shè)備 23第五節(jié) 空調(diào)器的性能 37第三章 房間空調(diào)器的結(jié)構(gòu) 41第一節(jié) 空調(diào)器的型號 41第二節(jié) 空調(diào)器系統(tǒng)的組成 42第三節(jié) 整體式空調(diào)器的結(jié)構(gòu) 52第四節(jié) 分體式空調(diào)器的結(jié)構(gòu) 54第四章 空調(diào)器的電氣控制 58第一節(jié) 電工學(xué)基礎(chǔ)知識 58第二節(jié) 空調(diào)器基本控制電路原理 62第三節(jié)

2、空調(diào)器電路舉例與分析 71第五章 房間空調(diào)器的維修 75第一節(jié) 一般故障檢測方法、使用故障與安裝故障 75第二節(jié) 制冷系統(tǒng)故障的維修 79第三節(jié) 電控系統(tǒng)故障的維修 85第四節(jié) 空調(diào)器常見故障與原因分析91第一章 制冷技術(shù)熱力學(xué)理論基礎(chǔ)工程技術(shù)上所謂的制冷，就是使某一系統(tǒng)（即空間或物體）的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并維持這個低溫的過程，這里所說的環(huán)境介質(zhì)是指自然界的空氣和水。制冷與空調(diào)設(shè)備以流體（氣體與液體的總稱）作為載能物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)熱能與其它形式能量（主要為機(jī)械能）之間的轉(zhuǎn)換或熱能的轉(zhuǎn)移。本章介紹流體的性質(zhì)、熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律和熱量的傳遞規(guī)律，這些知識是空調(diào)技術(shù)必不可少的理論基礎(chǔ)。第

3、一節(jié) 熱力學(xué)基本概念工質(zhì)在制冷系統(tǒng)中，一會兒從氣體變?yōu)橐后w，一會兒又從液體變?yōu)闅怏w，制冷劑的這種物態(tài)變化以及溫度的升降、壓力的變化、吸熱與放熱等現(xiàn)象，是具有一定的熱力學(xué)內(nèi)在關(guān)系的?，F(xiàn)在介紹一些參數(shù)、術(shù)語和基本概念，為掌握熱力學(xué)基礎(chǔ)知識作準(zhǔn)備。1 溫度：是用來度量物體冷、熱程度的參數(shù)。溫度的指示單位有三種：攝氏溫度（） 華氏溫度（°F） 絕對溫度（K）它們之間的換算關(guān)系是：=5/9（°F 32） °F=9/5+32 K=+273.152 干球溫度：用一般溫度計所測得的空氣溫度，它是該空氣的真正溫度。3 濕球溫度：濕球溫度計感溫球部位包著潮濕棉紗，用這種溫度計測量空氣

4、的溫度時，由于棉紗中的水在蒸發(fā)時要吸收空氣的熱量，當(dāng)空氣傳遞給水的熱量恰好等于水表面蒸發(fā)所需熱量時所測得的溫度稱為濕球溫度。 干濕球溫度差：用干濕球溫度計測量未飽和空氣時，干球溫度計顯示的溫度較高，濕球溫度計顯示的溫度較低，兩個溫度差稱“干濕球溫度差”。該溫差大，表示空氣干燥；溫差小，表示空氣潮濕。4 濕度：濕度代表空氣中水蒸汽含量的多少。在每千克空氣中所含有的水蒸汽重量稱為含濕量，單位為克/千克。 濕度又分為絕對濕度和相對濕度。絕對濕度是指每立方米的淡空氣所含水蒸汽的重量，也是水蒸汽在其分壓力及濕空氣溫度下的重度，單位為千克/米3。相對濕度是指濕空氣的絕對濕度與飽和狀態(tài)下的絕對濕度之比，數(shù)值

5、為百分?jǐn)?shù)。當(dāng)相對濕度為0%時，則為干空氣；而相對濕度為100%時，則為飽和蒸汽。人體感到舒適的相對濕度是60%70%。5 露點(diǎn)溫度：濕空氣在含濕量不變的情況下，冷卻使溫度降低到空氣內(nèi)部所含水蒸氣開始冷凝液化時（即達(dá)到完全飽和）的溫度。6 壓力（物理學(xué)中稱壓強(qiáng)）：工程上把單位面積上所受的垂直作用力稱為壓力。國際單位為帕（Pa）、千帕（kPa）、兆帕（Mpa），過去用的工程單位為千克力/厘米2（kgf/cm2）和bar。 1Mpa=10.2 kgf/cm2=7500.6mmHg（毫米汞柱）=100mH2O（米水汞）=10bar 絕對壓力=表壓力+大氣壓力 真空度=大氣壓力-絕對壓力7 熱量：是物質(zhì)

6、熱能轉(zhuǎn)移的度量。單位是焦?fàn)枺↗）、千焦（kJ），過去用（Cal）、千卡（kCal）。它們的換算關(guān)系是：1Cal=4.18J。8 比熱：1千克重的物質(zhì)溫度升高或降低1時所吸收或放出的熱量。符號為C，單位千焦/千克·度（kJ/kg·K）。9 顯熱：物體被加熱或冷卻時，只發(fā)生溫度變化而沒有狀態(tài)變化，這時它所吸收或釋放的熱量。10 潛熱：物質(zhì)在加熱或冷卻過程中，發(fā)生狀態(tài)變化而保持溫度不變，這時它所吸收或釋放的熱量。10蒸發(fā)：液體表面的汽化現(xiàn)象。液體可以在各種溫度下蒸發(fā)。11沸騰：液體表面和內(nèi)部同時發(fā)生激烈的汽化現(xiàn)象。液體在一定壓力下達(dá)到一定的沸點(diǎn)溫度才能沸騰。12冷凝：氣體液化為液

7、體的現(xiàn)象。分冷卻和凝結(jié)兩個過程。13比容：單位重量的物質(zhì)所占有的容積。單位：米3/千克（m3/kg）。14密度：單位容積的物質(zhì)，所具有的重量。單位：千克/米3（kg/m3）。15內(nèi)能：內(nèi)能是氣體分子的動能和內(nèi)位能的總和。動能就是分子運(yùn)動能量的總和，內(nèi)位能就是因分子之間吸引力所具有的能量。工程上常取1kg工質(zhì)作為研究對象，所以通常說的內(nèi)能是指1kg工質(zhì)所具有的能量。16外能：分子保持它原有的比容，與外部相對抗所具有的能量。17功：功是能的一種。當(dāng)用外力去移動物體時需要消耗能，這個能就是功。單位：牛頓·米（N·m）,過去用千克力·米(kgf·m)。功=外力&

8、#215;力方向所移動的距離。18功率：單位時間內(nèi)所做的功。單位：瓦（W）、千瓦（KW）。19過熱：飽和蒸氣在飽和和壓力條件下，繼續(xù)受熱到飽和溫度以上，稱為“過熱”氣體，過熱氣體的溫度與飽和溫度的差值叫過熱度。20過冷：飽和液體在飽和壓力條件下，繼續(xù)冷卻到飽和溫度以下，稱為“過冷”液體，過冷液體的溫度與飽和溫度的差值叫過冷度。21焓：焓是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)，是表征系統(tǒng)中具有的總能量，它是內(nèi)能和壓力能之和。通常是對1千克工質(zhì)而言，單位為千焦/千克（Kj/kg）,過去用千卡/千克（kcal/kg）。I=u+pv式中：i焓，kj/kg； u內(nèi)能，Kj/kg； p壓力，kpa； v比容，m3/kg 22

9、熵：是一個導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)，它表示工質(zhì)狀態(tài)變化時，其熱傳遞的程度。單位為千焦/千克·度（kj/kg·k） 熵、熱量和溫度的關(guān)系如下：ds=dq/t式中：S熵，kj/kg×K； q1千克物件所獲得熱量，KJ/Kg： T物質(zhì)獲得熱量時的絕對溫度，K。23節(jié)流：流體在管道中流動，通過閥門、孔板、毛細(xì)管等設(shè)備時，由于局部阻力，使流體壓力降低的現(xiàn)象。第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力過程中的具體表述，并應(yīng)用于確定各種熱力系統(tǒng)與外界交換能量的數(shù)量關(guān)系包括熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換或熱能轉(zhuǎn)移在內(nèi)的能量方程。一、 熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是：

10、無論何種熱力過程，在機(jī)械能與熱能的轉(zhuǎn)換或熱能的轉(zhuǎn)移中，系統(tǒng)和外界的總能量守恒。即W總e1dm1E2dm2Q 圖1-2-1輸入系統(tǒng)的能量一輸出系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)貯存能量的變化 (1-2-1)如圖1-2-1所示的任意一個開口系統(tǒng)，假定在一微元過程中，外界對它加熱Q；它對外界所作總功為W總 ；同時因系統(tǒng)與外界有質(zhì)量交換，流入和流出系統(tǒng)的工質(zhì)還將給系統(tǒng)帶入或帶出能量。設(shè)入口和出口處每kg工質(zhì)的能量分別為e1和 e2，入口和出口處工質(zhì)的流量分別為dm1 和dm2，則流入與流出工質(zhì)帶入與帶出系統(tǒng)的能量分別為e1dm1和e2dm2。那么，在此微元過程中，輸入系統(tǒng)的能量為（Q+ e1dm1），輸出系統(tǒng)的能量為（

11、W總 + e2dm2），若系統(tǒng)貯存能量的變化為dE，由（1-2-1）式并經(jīng)移項整理可得Q= dE+（e2dm2- e1dm1）+W總 （1-2-2）式（1-2-2）對任何工質(zhì)的各種熱力過程都適用，它是熱力學(xué)第一定律的普遍表達(dá)式。其物理意義是：外界加給系統(tǒng)的熱量（Q），一部分用于增加系統(tǒng)貯存的能量（dE），一部分通過質(zhì)量交二、 穩(wěn)定流動能量方程制冷與空調(diào)設(shè)備中的工質(zhì)可以視作穩(wěn)定流動。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，工質(zhì)作穩(wěn)定流動的特征是：(1)系統(tǒng)中任何位置上工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)（如p、v、T、u、h、s）和宏觀運(yùn)動參數(shù)（如流速c）及單位時間與外界交換的能量都保持一定，不隨時間變化；(2)系統(tǒng)的總質(zhì)量保持恒定，即

12、入口和出口質(zhì)量相等：dm1=dm2=dm；(3)系統(tǒng)的總能量保持恒定，即系統(tǒng)貯存的能量不變：dE=0；(4)系統(tǒng)與外界通過作功交換的能量，一是通過機(jī)器軸傳遞的功，稱為軸功，用ws表示；二是由于工質(zhì)流入或流出系統(tǒng)所作凈流動功Wf，因此，W總 = Ws + Wf，對1kg流動工質(zhì)W總 =ws+(p2v2- p1v1)。將穩(wěn)定流動工質(zhì)的上述特征代入式（1-2-2）并代入各項有關(guān)參數(shù)整理后可得，1kg工質(zhì)作穩(wěn)定流動時的能量方程： q=(h2-h1)+1/2(c22-c12)+g(z2-z1)+ ws （1-2-3）注：這三部分機(jī)械能的和稱為技術(shù)功,z代表高度，c代表工質(zhì)流動速度。工質(zhì)在入口和

13、出口處具有的能量，應(yīng)是工質(zhì)在該處的內(nèi)能、宏觀動能1/2mc2和重力勢能mgz三者之和。式1-2-3表明，穩(wěn)定流動工質(zhì)從外界吸收熱量，一部分用于增加工質(zhì)的焓，一部分用于增加工質(zhì)的宏觀動能及重力勢能，一部分通過機(jī)軸傳遞對外作功。制冷與空調(diào)設(shè)備在多數(shù)情況工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)時，宏觀動能與重力勢能的變化相對都很小，可以忽略不計，在這種條件下，技術(shù)功就近似地等于軸功。三、穩(wěn)定流動能量方程在制冷設(shè)備中的應(yīng)用制冷壓縮機(jī)、熱交換器（蒸發(fā)器和冷凝器）、節(jié)流閥（毛細(xì)管）是制冷與空調(diào)系統(tǒng)中常見的設(shè)備。可將穩(wěn)定流動能量方程應(yīng)用于這些設(shè)備，從而確定這些設(shè)備中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。(一) 制冷壓縮機(jī)工質(zhì)流入和流出這類設(shè)備時，宏觀動能與

14、重力勢能的變化相對于外界提供的軸功ws的量值來說很小，可以忽略不計；工質(zhì)流經(jīng)這類設(shè)備向外界的散熱量也相對很小，可近似為絕熱的，即q=0。于是由（1-2-3）式可得-ws=h2-h1 （1-2-4）式1-2-4表明，制冷壓縮機(jī)消耗的外功大小等于工質(zhì)在壓縮機(jī)出口和入口的焓差，即等于工質(zhì)焓的增加。(二) 熱交換器工質(zhì)流經(jīng)熱交換器時，只通過傳熱與外界交換能量，沒有軸功，即ws=0；其宏觀動能與重力勢能的變化相對于傳遞的熱量也很小，可忽略不計。于是，由式（1-2-3）可得q=h2-h1 （1-2-5）對于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，液態(tài)制冷劑在其中吸收周圍物體或介質(zhì)的熱量沸騰汽化，q>0，焓增加，即在蒸發(fā)器

15、中工質(zhì)吸收的熱量等于其焓的增加；對于制冷系統(tǒng)的冷凝器則與蒸發(fā)器恰好相反，氣態(tài)制冷劑在其中向周圍介質(zhì)放熱冷凝液化，q<0，焓減少，即在冷凝器中工質(zhì)放出的熱量等于其焓的減少。(三) 節(jié)流裝置在制冷系統(tǒng)中，工質(zhì)流經(jīng)節(jié)流裝置時，由于流道截面突然縮小，需克服局部阻力而導(dǎo)致壓力下降，溫度也同時下降，工質(zhì)流經(jīng)節(jié)流裝置所歷時間很少，可近似為絕熱的（故稱絕熱節(jié)流），即q=0；工質(zhì)進(jìn)出節(jié)流裝置時宏觀動能與重力勢能的變化都很小，可以忽略不計，節(jié)流過程工質(zhì)與外界無功交換，ws=0。因此，由式（1-2-3）可得h1=h2可見，工質(zhì)經(jīng)歷絕熱節(jié)流，在節(jié)流裝置入口與出口處的焓是相等的。綜合上述可以看出，流動工質(zhì)的焓在能

16、量轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)移關(guān)系中的重要作用，焓是隨工質(zhì)流動而轉(zhuǎn)移、并由工質(zhì)熱力狀態(tài)所決定的能量。例2-1 已知空氣在壓縮機(jī)中被壓縮前后的壓力和比容為p1=1bar、v1=0.845m3/kg；p2=8bar、v2=0.175m3/kg。設(shè)在壓縮過程中每kg空氣的內(nèi)能增加150kJ，同時向外界放出熱量50 kJ，壓縮機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10kg，求：(1)壓縮過程中對每kg氣體所作容積功；(2)每生產(chǎn)1kg壓縮空氣所需消耗的軸功；(3)帶動此壓縮機(jī)至少需用多大功率的電動機(jī)？解 (1) 對壓縮機(jī)的壓縮過程，壓縮機(jī)內(nèi)空氣和外界無質(zhì)量交換，可應(yīng)用閉口系能量方程（1-2-3）求容積功，即w=q-u=-50-150=-

17、200kJ/kg 因為是放熱，所以取q=-50kJ；算得w為負(fù)值，表明容積功是壓縮功，即外界壓縮氣體作功。(2)考慮吸氣-壓縮-排氣的全過程，空氣流經(jīng)壓縮機(jī)作穩(wěn)定流動，可應(yīng)用穩(wěn)定流動能量方程式（1-2-5）求軸功。壓縮時可忽略氣體被壓縮前后宏觀動能與重力勢能的變化。由式（1-2-5）有 ws=q-(h2-h1)=q-(u2+p2v2)-(u1+p1v1) = q-(u2-u1)-(p2v2-p1v1) =w-(p2v2-p1v1) =-200-(8×105×0.175-1×105×0.845)×10-3 =-255.5kJ (3)帶動此壓縮機(jī)所

18、需電動機(jī)的功率，可用P=m·w(見注解)計算，由于配用電動機(jī)是將動力傳給壓縮軸的，因此，上式中的功w應(yīng)為壓縮機(jī)消耗的軸功wc。故P=m·wc=10/60×255.5=42.6kW因為傳動不可避免有能量損失，則P=42.6kW只是配用電動機(jī)所需功率的最小值。 注：熱力學(xué)中所說的功率：單位時間內(nèi)，系統(tǒng)與外界通過作功交換的能量，稱為功率，用P表示。即P=W/。因為W=m·w，而m/=m流動工質(zhì)的質(zhì)量流速。所以P=m·w。第三節(jié) 熱力學(xué)第二定律及其應(yīng)用根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可以確定熱力過程中能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系。但是，遵守能量守恒的熱力過程是否都能實(shí)現(xiàn)？熱

19、力學(xué)第一定律沒有回答這個問題，即熱力學(xué)第一定律沒有指出能量轉(zhuǎn)換的條件和方向。解決這一問題是熱力學(xué)第二定律的任務(wù)。一、 熱力學(xué)第二定律的表述熱力學(xué)第二定律與第一定律一樣，也是事實(shí)的總結(jié)。根據(jù)熱現(xiàn)象不同側(cè)面的觀察結(jié)果，得到的第二定律的具體表述各不相同。1第一種表述：事實(shí)證明，歷史上曾有人企圖發(fā)明的第二類永動機(jī)是不能實(shí)現(xiàn)的。如果這種熱機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)，其能量利用率可達(dá)100%，那是最理想的了。人們通過長期的科學(xué)實(shí)驗和生產(chǎn)實(shí)踐，得到的結(jié)論是：循環(huán)工作的熱力發(fā)動機(jī)，其中工質(zhì)從高溫?zé)嵩慈〉玫臒崃坎豢赡苋哭D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，總有一部分熱量必須放給低溫?zé)嵩础＿@就是說，要使工質(zhì)通過熱力循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，至少應(yīng)有兩個

20、溫度不同的熱源，并且能量的利用率不可能達(dá)到100%，即第二類永動機(jī)也無法實(shí)現(xiàn)。依據(jù)熱功轉(zhuǎn)換的這種事實(shí)，開樂文和普朗克將熱力學(xué)第二定律表述為：不可能制造只從一個熱源取得熱量，使之完全變成機(jī)械能而不引起其它變化的循環(huán)發(fā)動機(jī)。2第二種表述：從傳熱的角度看，熱量可以自發(fā)地、無任何條件限制地從高溫物體傳到低溫物體。若要使熱量由低溫物體傳向高溫物體，必須消耗能量。例如，電冰箱要將從箱內(nèi)被冷藏物體（低溫物體）處吸取的熱量傳給大氣環(huán)境（相對箱內(nèi)溫度是高溫?zé)嵩矗?，就要求冰箱壓縮機(jī)工作，通過消耗壓縮機(jī)提供的機(jī)械能才能實(shí)現(xiàn)。這表明熱量的傳遞具有方向性?？藙谛匏挂罁?jù)傳熱的方向性，將熱力學(xué)第二定律表述為：熱不可能自發(fā)地

21、、不付出代價地從低溫物體傳到高溫物體。盡管熱力學(xué)第二定律還有其它表述方法，但各種表述在本質(zhì)上都是一致的。各種表述都表明自然界的自發(fā)過程具有一定的方向性和不可逆性，非自發(fā)過程的實(shí)現(xiàn)必須具備補(bǔ)充條件，并且非自發(fā)過程中能量轉(zhuǎn)換的有效利用有一定的限度。注：1第一類永動機(jī)：不需外界提供能量，而能通過熱力循環(huán)不斷向外作功。這是違反熱力學(xué)第一定律的，循環(huán)工作的熱機(jī)，要不斷向外輸出機(jī)械功，必須依靠外界不斷給系統(tǒng)提供熱量，即循環(huán)對外輸出的凈功等于外界加給系統(tǒng)的凈熱，工質(zhì)在經(jīng)歷一系列的狀態(tài)變化后，又回到初始狀態(tài)，內(nèi)能的變化量為零。 2第二類永動機(jī)：工質(zhì)在作熱力循環(huán)中，只從單一的熱源取得熱量使之完全變成機(jī)械能對外作

22、功。它沒有違背熱力學(xué)第一定律，但違反了熱力學(xué)第二定律。二、 致冷系數(shù)與供熱系數(shù)制冷循環(huán)的目的有兩種。一是致冷，即獲得需要的低溫環(huán)境；二是從低溫?zé)嵩次鼰幔蚋邷責(zé)嵩垂?，?shí)現(xiàn)這個過程的裝置稱為熱泵，如在冬季使用的熱泵型房間空調(diào)器，就是利用制冷循環(huán)，從溫度相對低的室外大氣環(huán)境吸熱，向溫度相對高的室內(nèi)供熱，以達(dá)到取暖的目的。第一種以致冷為目的的制冷性能系數(shù)，稱為致冷系數(shù)；第二種以供熱為目的的制冷循環(huán)性能系數(shù)，稱為供熱系數(shù)。它們都是利用制冷循環(huán)所得收獲與消耗之比，用于衡量有效利用程度的高低。若制冷循環(huán)從低溫?zé)嵩次盏臒崃坑胵2表示，向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃坑胵1表示，消耗的外功用表示。根據(jù)熱力學(xué)第一定律應(yīng)

23、有 q1= q2+ （1-3-1）則制冷循環(huán)的致冷系數(shù)的計算通式 （1-3-2）對于逆卡諾循環(huán)（理想循環(huán)）的致冷系數(shù) （1-3-3）制冷循環(huán)用于供熱時，收獲是向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃縬1，消耗的外功為，因此供熱系數(shù)的計算通式(1-3-4) 對于逆卡諾循環(huán)（理想循環(huán)）的供熱系數(shù) （1-3-5） 顯然，供熱系數(shù)與致冷系數(shù)有如下關(guān)系 =+1 （1-3-6） 對于理想循環(huán)，則有 C=C+1 （1-3-7）例2-2 冬天用一熱泵對房屋供熱，若房屋熱損失是每小時50000kJ，室外環(huán)境溫度為-10，問要使房屋內(nèi)部保持室溫為20，則帶動該熱泵所需的最小功率是多少？若直接采用電爐供暖，則需消耗多少功率？解 當(dāng)熱泵

24、按逆卡諾循環(huán)工作時，其供熱系數(shù)最高，帶動熱泵所需功率就最小。因此，應(yīng)按逆卡諾循環(huán)計算?，F(xiàn)熱泵工作于-10和20兩個熱源之間，由式（1-3-5），當(dāng)它按逆卡諾循環(huán)工作時，其供熱系數(shù)為c=TH/（TH-TC）=（20+273）/（20+273）-（-10+273）=9.77又由c=q1/w =Q1/W知，帶動此熱泵每小時需消耗的外功W=Q1/c=50000/9.77=5118Kj因此，帶動該熱泵所需最小功率為P=W/=5118/3600=1.42Kw若直接采用電爐采暖，電爐每小時所作的功應(yīng)為50000kJ，則電爐所需功率為P=W/=50000/3600=13.89kWP、/P=9.77，可見，用熱

25、泵供暖較之電爐要經(jīng)濟(jì)得多。第四節(jié) 氣液集態(tài)變化和蒸氣的熱力性質(zhì)機(jī)械制冷與物質(zhì)的氣液集態(tài)變化和蒸氣的熱力性質(zhì)緊密相關(guān)。本節(jié)介紹物質(zhì)氣液集態(tài)變化的基本知識和蒸氣的熱力性質(zhì)。一、 汽化與冷凝物質(zhì)集態(tài)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，稱為汽化；反之，物質(zhì)集態(tài)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，稱為冷凝。(一)汽化汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種方式。蒸發(fā)在任何溫度下都能進(jìn)行，它是僅在液體表面發(fā)生的汽化現(xiàn)象。沸騰是在液體表面和內(nèi)部同時進(jìn)行的汽化現(xiàn)象。在一定的壓力下，液態(tài)工質(zhì)必須達(dá)到一定溫度才能沸騰。液態(tài)工質(zhì)沸騰汽化時的溫度，稱為沸點(diǎn)。物質(zhì)汽化需要吸收周圍環(huán)境（即周圍的物體或介質(zhì)）的熱量，因而汽化對周圍環(huán)境有致冷效應(yīng)。壓縮式制冷就是讓液態(tài)制冷劑流經(jīng)蒸

26、發(fā)器沸騰汽化吸收周圍空間的熱量來致冷的。液態(tài)工質(zhì)沸騰汽化時，它向周圍環(huán)境吸收的熱量完全用于自身的集態(tài)變化。因此，在沸騰汽化的過程中，雖然吸熱，但液態(tài)工質(zhì)及其蒸氣都將保持沸點(diǎn)溫度不變。液態(tài)工質(zhì)沸騰汽化時吸收的熱量是潛熱。Q圖1-4-1相同壓力下，不同液態(tài)工質(zhì)的沸點(diǎn)不同。同種液態(tài)工質(zhì)，在不同壓力下的沸點(diǎn)溫度也不同。工質(zhì)的沸點(diǎn)與其壓力有一一對應(yīng)的關(guān)系。例如，要求水在5沸騰汽化，其對應(yīng)的壓力必須是0.00989kgf/cm2才行。因此，工質(zhì)在沸騰汽化時若要保持沸點(diǎn)溫度不變，還必須保持與該沸點(diǎn)對應(yīng)的壓力不變。液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中進(jìn)行的沸騰汽化的過程，是一種定溫和定壓的過程。(二)冷凝在一定壓力下，氣態(tài)工

27、質(zhì)溫度降低到與該壓力相對應(yīng)的沸點(diǎn)溫度時就會冷凝液化。在整個冷凝過程中，蒸氣和冷凝的液體溫度及對應(yīng)的壓力都將保持不變，同時釋放出一定的冷凝潛熱。在同一溫度（或壓力）下，1kg工質(zhì)的冷凝潛熱與其汽化潛熱r的量值是相等的。二、飽和狀態(tài)如圖1-4-1所示，密閉容器中的液體吸熱汽化時，液面上方蒸氣分子的密度將逐漸增大。當(dāng)單位時間內(nèi)因汽化逸出液面的分子數(shù)與因蒸氣分子作無規(guī)則熱運(yùn)動而回到液體中的分子數(shù)相等，這時液體與蒸氣的質(zhì)量都將不再變化，這氣液兩種集態(tài)達(dá)到動平衡的狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)。處于飽和狀態(tài)的蒸氣，稱為飽和蒸氣；處于飽和狀態(tài)的液體，稱為飽和液體；未達(dá)到飽和狀態(tài)的液體，稱為未飽和液體。(一) 飽和壓力和

28、飽和溫度在同一飽和狀態(tài)下，飽和蒸氣的壓力與飽和液體的壓力是相等的。飽和蒸氣或飽和液體壓力，稱為飽和壓力，用pS和pB表示。在同一飽和狀態(tài)下，飽和蒸氣的溫度和飽和液體的溫度也是相等的。飽和蒸氣或飽和液體的溫度，稱為飽和溫度，用tS和tB表示。工質(zhì)的飽和壓力和飽和溫度有著一一對應(yīng)的關(guān)系，并且，飽和溫度隨飽和壓力的增大而升高；或者，飽和壓力隨飽和溫度的升高而增大。液體工質(zhì)只能在與其壓力相對應(yīng)的飽和溫度下才能沸騰汽化；同樣，氣態(tài)工質(zhì)也只能在與其壓力相對應(yīng)的飽和溫度下才能冷凝液化。(二) 濕蒸氣及其干度在制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)進(jìn)行的氣液集態(tài)變化過程中，制冷劑的飽和液體與飽和蒸氣通常是同時存在的。這種

29、飽和蒸氣與飽和液體的混和物，稱為濕蒸氣。完全不含飽和液體的飽和蒸氣稱為干飽和蒸氣，簡稱為干蒸氣。濕蒸氣中飽和蒸氣的含量多少，用濕蒸氣的干度x表示。用mv和mw分別代表濕蒸氣中所含飽和蒸氣與飽和液體的質(zhì)量，則濕蒸氣的干度x= mv /( mv + mw)顯然，0x1。當(dāng)x=0，表示完全不含飽和蒸氣的液體，稱為飽和液體；當(dāng)x=1時，表示完全不含飽和液體的蒸氣，稱為干蒸氣。制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器中，制冷劑飽和液吸熱逐漸汽化為飽和蒸氣，干度逐漸增加；而冷凝器中，制冷劑飽和蒸氣放熱逐漸液化為飽和液體，干度逐漸減少。(三) 臨界溫度與臨界壓力氣態(tài)工質(zhì)的溫度越高，要使它液化所需的壓力也就越高。事實(shí)表明，對給定工質(zhì)

30、，當(dāng)溫度升高到超過某一特定數(shù)值后，即使壓力再大也不能從氣態(tài)液化變成液態(tài)了，而只能處于氣態(tài)。工質(zhì)這一特定溫度，稱為臨界溫度，用tC表示。與臨界溫度相對應(yīng)的工質(zhì)飽和壓力，稱為臨界壓力，用pC表示。顯然，臨界溫度與臨界壓力就分別是工質(zhì)的最高飽溫度與最高飽和壓力。在工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上，與工質(zhì)的臨界狀態(tài)（pC 、tC）對應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)，稱為臨界點(diǎn)，常以C表示。對于制冷劑，要求它的臨界溫度應(yīng)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度。這樣，可使制冷循環(huán)不在臨界點(diǎn)附近進(jìn)行，便于用常溫的空氣和水來冷卻，并能更有效地利用工質(zhì)的汽化潛熱，提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。如氟利昂R12：tC=112,pC=40.6bar ;R22：tC=96,pC=4

31、9.2bar。它們的臨界溫度都遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度。三、過熱蒸氣與過冷液體(一) 過熱蒸氣蒸氣在某壓力p下的溫度（tp）若高于該壓力所對應(yīng)的飽和溫度（tp,B）時，這種蒸氣就稱為過熱蒸氣。過熱蒸氣所處的狀態(tài)，稱為過熱狀態(tài)。干飽和蒸氣保持飽和壓力不變，繼續(xù)定壓吸熱時，其溫度就會上升，變?yōu)檫^熱蒸氣。過熱蒸氣比同壓力下干飽和蒸氣溫度高出的值，稱為過熱度，用tH表示，則tH=tp- tp,B （1-4-1）在壓縮式制冷系統(tǒng)中，常使從蒸地器排出的制冷劑蒸氣稍過熱，然后再被壓縮機(jī)吸入壓縮，這樣可以防止壓縮機(jī)吸入液態(tài)制冷劑，從而避免因壓縮液態(tài)制冷劑而造成的液擊沖缸事故。以R22為例，若制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰深化汽化

32、時的溫度t0=5，壓縮機(jī)的吸氣溫度t1=15，理論上假定壓縮機(jī)的吸氣壓力與制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰汽化進(jìn)的壓力是相等的，因此，壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)處于過熱狀態(tài)。由式（1-4-1），壓縮機(jī)的吸氣過熱度為tH=t1- t0=15-5=10。(二) 過冷液體液體在某壓力p下的溫度（tp）下，若低于該壓力所對應(yīng)的飽和溫度（tp,B）時，這種液體就稱為過冷液體。過冷液體未達(dá)到飽和狀態(tài)，因而是未飽和液體。過冷液體所處的狀態(tài)，稱為過冷狀態(tài)，或稱未飽和狀態(tài)。飽和液體保持飽和壓力不變，繼續(xù)定壓放熱冷卻時，其溫度就會下降，變?yōu)檫^冷液體。過冷液體比同壓力下飽和液體溫度所低的值，稱為過冷度，用tC表示，則tC=tp,B-tp

33、 （1-4-2）在壓縮式制冷系統(tǒng)中，若使從冷凝器得到的制冷劑飽和液過冷，可不增加消耗壓縮功而提高單位質(zhì)量制冷量，從而提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。以R12和R22作制冷劑時，若制冷劑在冷凝器中冷凝液化時的溫度tk=40，過冷溫度tG =35，則制冷劑液體在進(jìn)入節(jié)流裝置前的過冷度，由式（4-2）：tC=tk-tG=40-35=5。二、 蒸氣的熱力性質(zhì)圖對制冷系統(tǒng)進(jìn)行熱力計算，用得最多的是制冷劑的壓焓圖。壓焓圖是根據(jù)由實(shí)驗測定和分析計算得到的有關(guān)數(shù)據(jù)和規(guī)律而繪制的工質(zhì)熱力特性圖。下面介紹制冷劑壓焓圖的組成。如圖1-4-2，制冷劑壓焓圖以焓（h）為橫坐標(biāo)，壓力（p或lgp）為縱坐標(biāo)制成，圖上用不同的線簇將工

34、質(zhì)在不同狀態(tài)下的溫度、比容、熵及蒸氣的干度同時表示出來。1 飽和液線與干蒸氣線將圖面分為三個區(qū)：過冷液區(qū)、濕蒸氣區(qū)或飽和區(qū)、過熱蒸氣區(qū)。2 在壓焓圖上，代表各參數(shù)的等值線的分布情況如下：等壓線為水平線簇；等焓線為豎直線簇。等干度線為介于x=0的飽和液線與X=1的干蒸氣線之間的較陡曲線簇，所有的等干度線都相交于臨界點(diǎn)C。圖1-4-2 等溫線等溫線在過冷液區(qū)為豎直線簇；在濕蒸氣區(qū)內(nèi)為與等壓線重合的水平線簇；在過熱蒸氣區(qū)內(nèi)為略向右凸近似豎直的曲線簇。即同一條等溫線為一折線，自左向右由過冷液區(qū)、濕蒸氣區(qū)到過熱蒸氣區(qū)，經(jīng)歷了豎直水平近似豎直的轉(zhuǎn)折變化。因為無論制冷劑是沸騰汽化，還是冷凝液化，都是既定溫又

35、定壓的過程，并且飽和溫度與飽和壓力有一一對應(yīng)的關(guān)系，所以在濕蒸氣區(qū)內(nèi)定溫線與定壓線重合。等比容線為自左下向右上延伸的、陡度較小的曲線簇。等熵線為自左下向右上延伸的、陡度很大的曲線簇。第二章 空調(diào)器制冷原理蒸氣壓縮式制冷、蒸氣噴射式制冷、吸收式制冷和熱電式制冷是常見的幾種制冷方式。本章只介紹應(yīng)用于房間空調(diào)器制冷技術(shù)的單級蒸氣壓縮式制冷的系統(tǒng)組成和它們的工作原理。第一節(jié) 制冷劑、載冷劑與冷凍油在制冷裝置中，不斷循環(huán)以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)，稱為制冷劑。用來輸送制冷裝置產(chǎn)生的冷量的中間物質(zhì)，稱為載冷劑。本節(jié)介紹壓縮式制冷常用制冷劑以及常用載冷劑的基本知識。一、壓縮式制冷常用制冷劑(一) 制冷劑的種類與代

36、號制冷劑采用其英文單詞Refrigerant的首字母R作總代號。為了避免書寫分子式的麻煩，在字母R的后面用數(shù)字來區(qū)分不同的制冷劑。壓縮式制冷用制冷劑，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為四類：1 無機(jī)化合物現(xiàn)在用得最多的是氨（NH3），代號為R717。第一個數(shù)字表示無機(jī)化合物，其余兩個數(shù)字表示該物質(zhì)分子量的整數(shù)。（如蒸汽噴射式制冷用水作制冷劑，按上述規(guī)定，水的代號就是R718）。2 氟利昂（Freon）氟利昂是烷烴的鹵化物，其分子通式為CmHnFxClyBrz。有兩種：R12（國內(nèi)習(xí)用F12）的分子式為CF2Cl2；R22（國內(nèi)習(xí)用F22）的分子式為CHF2Cl。（二氟一氯甲烷）3 多元混合溶液多元混合溶液又稱混

37、合制冷劑，是由兩種或兩種以上的氟利昂組成的混合物，混合的目的是為了充分利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)，改善耗能指標(biāo)，擴(kuò)大它的溫度使用范圍。混合制冷劑有共沸溶液和非共沸溶液之分。共沸溶液在固定壓力下蒸發(fā)或冷凝時，其蒸發(fā)溫度或冷凝溫度恒定不變，而且它的氣相和液相具有相同的成分。目前用得較多的有R500（由R12和R152a組成，R12占73.5%）、R501(由R22和R12組成，R22占75%)等。共沸溶液與它的組成成分比較，在相同的工作條件下，蒸發(fā)溫度降低，制冷量增大，壓縮機(jī)排氣溫度降低，熱和化學(xué)穩(wěn)定性好。非共沸溶液在固定壓力下蒸發(fā)和冷凝時，它的蒸發(fā)溫度或冷凝溫度不能保持恒定，而且在飽和狀態(tài)下氣液兩相的

38、組成也不相同。采用非共沸溶液作工質(zhì)的制冷裝置，其冷凝壓力較低，蒸發(fā)溫度較高，循環(huán)耗功量較小，而冷凝器排放的熱量較多。4 碳?xì)浠衔锍Ｓ米髦评鋭┑奶細(xì)浠衔镉屑淄?、乙烷、丙烷及乙烯、丙烯等。碳?xì)浠衔锬壳岸鄳?yīng)用于石油及石油化工工業(yè)中作制冷劑。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度（在1個大氣壓力下的蒸發(fā)溫度）與常溫下的冷凝壓力范圍不同，又可把各種制冷劑區(qū)分為高溫低壓制冷劑、中溫中壓制冷劑和低溫高壓制冷劑三類。見下表：類別ts()環(huán)境溫度在30時的冷凝壓力（kPa）制冷劑舉例高溫制冷劑（或稱低壓制冷劑>0約<300，如R11在冷凝溫度為50時的冷凝壓力為235.5kPaR11、R113、R114、R21中溫

39、制冷劑（或稱中壓制冷劑-600約在10003000,如在冷凝溫度為55時的冷凝壓力,R12為1358.8kPa,R22的為2163.5kPaR12、R22、R717、R142、R502低溫制冷劑（或稱高壓制冷劑<-60約>3000R13、R14、R503、烷、烯(二) 對制冷劑的要求1 熱力學(xué)性質(zhì)(1) 在大氣壓力下制冷劑的蒸發(fā)溫度要低，這是一個必要條件，以獲得較低的致冷溫度。(2) 壓力適中。在蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的壓力最好和大氣壓力相近，并稍高于大氣壓力，因為當(dāng)蒸發(fā)器中制冷劑的的壓力低于大氣壓時，外部的空氣就可能從不密封處滲入制冷系統(tǒng)，將影響換熱器的傳熱效果，增大壓縮機(jī)的耗功量；對易

40、燃易爆的制冷劑還可能引起爆炸。為了減小制冷設(shè)備承受的壓力，降低對設(shè)備制造材料的強(qiáng)度要求和制造成本，避免制冷劑向外滲漏，減少密封的困難等，制冷劑在常溫下的冷凝壓力不應(yīng)過高，一般要求不超過1216bar。為提高壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，減小壓縮機(jī)的耗功量，并降低壓縮機(jī)的排氣溫度，以利于潤滑，要求制冷劑在給定的溫度條件下，對應(yīng)的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力比較小，絕熱指數(shù)也比較小。(3)臨界溫度頗高于環(huán)境大氣溫度，凝固溫度要低。便于用一般冷卻介質(zhì)（水或空氣）進(jìn)行冷卻。2 物理化學(xué)性質(zhì)(1)導(dǎo)熱系數(shù)和放熱系數(shù)要高，這樣能提高蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱效率和減少它們的傳熱面積。(2) 制冷劑的粘度和密度應(yīng)盡可能小，這

41、樣可減少制冷劑在制冷裝置中流動時的阻力，降低壓縮機(jī)的能耗或縮小流道管徑。(3)具有一定的吸水性。當(dāng)制冷系統(tǒng)中滲進(jìn)極少的水分時，雖會導(dǎo)致蒸發(fā)溫度升高，但不致在低溫下產(chǎn)生“冰塞”而影響制冷系統(tǒng)的正常進(jìn)行。(3) 具有化學(xué)穩(wěn)定性，在高溫下不分解，不易燃燒，無爆炸危險，對金屬和其它材料（如橡膠）無腐蝕和侵蝕作用。(4) 溶解于油的性質(zhì)。制冷劑與油無限溶解時，可使?jié)櫥碗S制冷劑滲透入壓縮機(jī)各部件，對潤滑有利；并且在換熱器的換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱，對換熱也有利；但是，這會稀釋潤滑油和提高蒸發(fā)溫度，并使制冷劑沸騰汽化時泡沫增多，造成蒸發(fā)器中形成蒸發(fā)器中液面不穩(wěn)定又不利。制冷劑只微溶于油時，蒸發(fā)溫度較為

42、穩(wěn)定，制冷劑與油易于分離是有利的；而在換熱面上易形成難于清除的油膜阻礙偉熱又是不利的。因此，只能根據(jù)具體情況權(quán)衡利弊加以選擇，或增加附屬設(shè)備以抑制或減少不利的一面。(5) 良好的絕緣性能。電動機(jī)的線圈是與制冷劑及潤滑油直接接觸的。因此制冷劑應(yīng)具有良好的絕緣性能。此外，若含有微量雜質(zhì)如灰塵等，都會使其絕緣電組顯著下降，困而使進(jìn)行閉式壓縮機(jī)的漏電增加。(三) 常用制冷劑制冷劑標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸騰溫度臨界溫度臨界壓力bar臨界比容標(biāo)準(zhǔn)氣壓下凝固溫度水100.0374.1522.1143.2600.0R12-29.8112.044.1121.793-155.0R22-40.896.04.9321.905

43、-160.0目前，房間空調(diào)器一般用R22作制冷劑，電冰箱一般用R12作制冷劑。R22是一種很安全的中溫制冷劑，但毒性比R12稍大，與明火接觸，它會分解產(chǎn)生有毒的光氣；與鐵共存的情況下，若溫度上升到550，就開始分解。水在R22中的溶解度要比在R12中的溶解度大二三十倍，而且水與R22反應(yīng)后的生成物同樣會腐蝕金屬，因此，R22中的含水量應(yīng)控制在25×10-6以內(nèi)。R22在飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)見表2-1-1。表2-1-1 R22飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)溫度()絕對壓力(Pa)比容焓汽化熱(kJ/kg)熵液體(dm3/kg)蒸汽(m3/kg)液體(kJ/kg)蒸汽(kJ/kg)液體(kJ/kg

44、·K)蒸汽(kJ/kg·K)-401049500.709360.20575155.413388.611233.1980.824891.82505 -381150700.712300.18878157.537389.531231.9940.833931.82046 -361259400.715290.17348159.671390.444230.7730.842931.81600 -341376100.718320.15967161.816391.350229.5340.851911.81165 -321501100.721390.14717163.972392.249228

45、.2770.860851.80742 -301634800.724520.13584166.139393.140227.0010.869761.80330 -281777600.727690.12556168.317394.023225.7060.878631.79928 -261929900.730920.11621170.507394.898224.3910.887481.79536 -242092200.734200.10770172.707395.764223.0570.896301.79153 -222264800.737530.09993174.919396.621221.7020

46、.905091.78780 -202448300.740910.09284177.142397.469220.3270.913851.78416 -182642900.744360.08635179.376398.308218.9320.922591.78060 -162849300.747860.08041181.621399.136217.5150.931291.77712 -143067800.751430.07495183.878399.954216.0760.939971.77372 -123298900.755060.06994186.147400.761214.6140.9486

47、21.77040 -103543000.758760.06533188.426401.558213.1320.957251.76714 -83800600.762530.06109190.718402.343211.6250.965851.76395 -64072300.766370.05718193.020403.117210.0970.974421.76083 -44358400.770280.05356195.335403.878208.5430.982971.75776 -24659400.774270.05022197.662404.627206.9650.991501.75476

48、04975900.778340.04713200.000405.364205.3641.000001.75180 25308300.782490.04427202.351406.087203.7361.008481.74890 45657100.786730.04161204.713406.796202.0831.016941.74605 66022800.791070.03914207.089407.491200.4021.025371.74325 86405900.795490.03684209.477408.172198.6951.033791.74048 106807000.80002

49、0.03471211.877408.838196.9611.042181.73776 127226500.804650.03272214.291409.488195.1971.050561.73507 147665000.809390.03086216.719410.122193.4031.058921.73242 168122900.814240.02913219.160410.739191.5791.067261.72979 188600800.819220.02751221.615411.339189.7241.075591.72720 209099300.824310.02600224

50、.084411.921187.8371.083901.72463 229618900.829540.02458226.569412.484185.9151.092201.72207 2410160000.834910.02325229.068413.027183.9591.100491.71954 2610723000.840430.02201231.584413.551181.9671.108761.71702 2811309000.846100.02084234.115414.053179.9381.117031.71451 3011919000.851930.01974236.66441

51、4.533177.8691.125301.71201 3212552000.857930.01870239.230414.990175.7601.133561.70951 3413210000.864120.01773241.815415.423173.6081.141811.70702 3613892000.870510.01681244.418415.830171.4121.150071.70451 3814601000.877100.01595247.042416.211169.1691.158331.70200 4015335000.883920.01513249.686416.563166.8771.166591.69947 4216097000.890970.01436252.353416.886164.5331.174871.69693 4416885000.898280.01363255.043417.177162.1341.183151.69436 4617702000.905860.01294257.757417.435159.6781.191451.69176 4818548000.913740