建筑冷熱源素材

1、- PAGE 12. z.未經(jīng)出版者預先書面許可，不得或用于其他任何以營利為目的的活動建筑冷熱源素材電子版前 言建筑冷熱源素材電子版以下簡稱電子版摘錄了教材建筑冷熱源以下簡稱教材中主要容的梗概，以方便教師在制作講課的課件時摘取教材中的素材。電子版涵蓋了教材第1章第13章的主要容，不包括第14章容。第14章供學生做課程設計或畢業(yè)設計時參考，教師在指導學生設計時可結合設計題擇要講授。為便于查找容，電子版保存了教材的章、節(jié)名稱，但取消了節(jié)下小節(jié)編排。電子版每節(jié)的容均分假設干段，在每段的標題前用標志，標題名稱及分段的方法并不完全與教材的小節(jié)一致，但每節(jié)容的次序仍保持與教材一致。電子版中的公式、插圖、表

2、均無編號。教材制作課件時，可根據(jù)所選容及增補容，重新編章、節(jié)、小節(jié)的序號和公式、插圖、表的序號。為便于識別圖中各組成部件，電子版中插圖原標注的1、2、3均用文字取代，但圖中的英文標注仍保存。圖中的英文字母均為該部件英文名稱的第一個或前兩個字母。例如圖2-1中C為Condenser的第一個字母；CO為pressor的前兩個字母。教師在講課時解釋一個即可，學過英語的學生很易記住。因此，電子版中未給予注釋。限于作者的水平，電子版可能存在不盡人意的地方，敬請使用者提出珍貴意見，以便今后進一步完善。未經(jīng)出版者預先書面許可，不得或用于其他任何以營利為目的的活動陸亞俊第1章 緒 論1.1 建筑與冷熱源 保持

3、建筑室一定溫、濕度的方法在一定溫濕度條件下維持室熱量、濕量平衡，即可維持室一定溫度和濕度。當室有多余熱量和濕量時，需把它移到室外；當室有熱量損失時，需補充熱量。建筑物熱量和濕量傳遞過程建筑物夏季與冬季熱量和濕量傳遞過程建筑有多余的熱量和濕量，如何移到室外呢？利用低溫介質通過換熱器對空氣冷卻和去濕，從而通過低溫介質將熱量濕量移到室外。、低溫介質建筑物夏季與冬季熱量和濕量傳遞過程建筑有熱量損失，如何向建筑補充熱量呢？利用溫度較高的介質通過換熱器對室空氣進展加熱。高溫介質制冷量、冷量、供熱量、制熱量、熱量的概念熱量是有溫差的兩個物體間傳遞的能量。工程中根據(jù)能量傳遞的方向不同分別用不同的名稱。制冷裝置

4、制冷機熱泵一套由各種設備組成的，消耗一定量的高位能量將熱量由低位熱源傳遞到高位熱源的裝置稱為制冷裝置或制冷機；假設它的目標為供熱用，則稱為熱泵制冷的物理方法建筑熱源在建筑中的其他用途熱水供給；工藝過程用熱；其他用熱，如游泳池池水加熱、洗衣房用熱。1.2 冷源與熱源的種類人工冷源種類蒸氣壓縮式制冷機消耗機械功的冷源吸收式制冷機消耗熱能的冷源建筑熱源種類消耗燃料的熱源太陽能熱源利用太陽能生產(chǎn)熱能的熱源熱泵電能直接轉換為熱能的熱源余熱煙氣、熱廢氣或排氣、廢熱水、廢蒸汽、熱的固體或液體等。冷熱源按集中程度分類集中式冷源、熱源集中制備冷量或熱量，利用冷媒或熱媒提供給用戶應用。分散式冷源、熱源設備制取的冷

5、量或熱量直接提供給房間應用1.3 建筑冷熱源系統(tǒng)根本組成 建筑冷熱源系統(tǒng)由制冷機、鍋爐等冷熱源設備與相配套的各子系統(tǒng)組成的綜合系統(tǒng)。冷源系統(tǒng)電動制冷機冷源系統(tǒng)典型制冷機組成的冷源系統(tǒng)蒸汽或熱水型溴化鋰吸收式制冷機冷源系統(tǒng)典型制冷機組成的冷源系統(tǒng)直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組的冷熱源系統(tǒng)典型制冷機組成的冷源系統(tǒng)熱源系統(tǒng)燃煤鍋爐熱源系統(tǒng)典型熱源組成的熱源系統(tǒng)電動熱泵熱源系統(tǒng)典型熱源組成的熱源系統(tǒng)第2章 蒸氣壓縮式制冷與熱泵的熱力學原理2.1 蒸氣壓縮式制冷與熱泵的工作原理蒸氣壓縮式制冷機的工作過程最簡單的蒸氣壓縮式制冷機原理圖制冷機中充注易揮發(fā)的工質，例如四氟乙烷CH2FCF3，代號R134a。制冷

6、機中的工質稱制冷劑。工質在制冷機中4個狀態(tài)變化過程：1工質在蒸發(fā)器中的等壓汽化過程蒸發(fā)過程汽化吸熱，產(chǎn)生制冷效應。汽化時的壓力稱蒸發(fā)壓力，對應的飽和溫度稱蒸發(fā)溫度。2工質在壓縮機中的壓縮過程壓縮過程消耗機械功。壓縮后工質壓力升高。3工質在冷凝器中等壓冷卻和凝結過程冷凝過程冷凝過程放出熱量，產(chǎn)生制熱效應。冷凝過程中的壓力稱冷凝壓力，對應的飽和溫度稱冷凝溫度。4工質經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流節(jié)流后工質壓力降低。工質經(jīng)歷了蒸發(fā)壓縮冷凝節(jié)流4個狀態(tài)循環(huán)變化過程，實現(xiàn)了熱量從低溫到高溫的轉移。其代價是消耗了功。當制冷機用于供熱利用轉移到高溫處的熱量時，稱為熱泵。制冷量和制熱量制冷量單位時間蒸發(fā)器從被冷卻介質中提取的熱

7、量。用表示e蒸發(fā)器evaporator的第一個字母。制熱量單位時間熱泵的冷凝器供出的熱量，在制冷機中稱為冷凝熱量，用表示c冷凝器condenser的第一個字母。制冷量、制熱量法定單位：W，kW。工程制單位：千卡/小時kcal/h，英熱單位/小時Btu/h。換算關系：1W=0.86kcal/h 1kW=860kcal/h 1kcal/h=1.163W 1W=3.412Btu/h制冷量另一單位冷噸TR-Ton of Refrigeration。1RT是指1噸0的水24h凝固成0冰所需提出的熱量。英、美國家1噸=2000磅，因此有1USRT=3517W=3024kcal/h=12000Btu/h壓縮

8、機消耗的功率 制冷機或熱泵中壓縮機在單位時間消耗的功稱為壓縮機消耗的功率，用表示，單位為W,kW。制冷機或熱泵的性能系數(shù)制冷機 熱 泵注意：可以指壓縮機理論消耗功率、軸功率、電機輸入功率或制冷機熱泵的總輸入功率含風機、泵的電機功率。2.2 制冷劑及其熱力性質圖表鹵代烴鹵代烴是飽和碳氫化合物CmH2m+2的氟、氯、溴的衍生物，是建筑中應用的制冷機熱泵中常用的一類制冷劑。鹵代烴化學通式 CmHnClpFqBrr鹵代烴的編號 RabcBd其中a=m1，當a=0時，編號中省略b=n+1c=qd=r，當r=0時，編號中Bd均省略編號中氯原子數(shù)不表示，可按下式推算：n+p+q+r=2m+2例：R22CHC

9、lF2二氯一氟甲烷 CCl2F2R12乙烷C2H6衍生物有同分異構體鹵代烴有以下幾類：氟烴FC，如CF4R14，或寫成FC14氯氟烴CFC，如CCl2F2(R12)，或寫成CFC12氫氯氟烴HCFC，如CHClF2R22，或寫成HCFC22氫氟烴HFC，如CH2FCF3R134a，或寫成HFC134a氫氯烴HCC，如CH3ClR40，或寫成HCC40全氯代烴，如CCl4符號中第一個C代表氯，第二個C代表碳。飽和碳氫化合物甲烷CH4R50，乙烷C2H6R170丁烷及以后的烷類按序號600依次編號環(huán)狀有機化合物分子構造呈環(huán)狀的有機化合物，如C4F8，編號為RC318。共沸混合制冷劑由兩種或多種制冷

10、劑按一定比例混合在一起的制冷劑，在一定壓力下平衡的液相和氣相的組分一樣，且保持恒定的沸點，這樣的混合物稱為共沸混合制冷劑。例如R125/134a50/50，編號為R507A編號法則：已商品化的共沸混合制冷劑給予編號，序號從500開場。非共沸混合制冷劑由兩種或多種制冷劑按一定比例混合在一起的制冷劑，在一定壓力下平衡的液相和氣相組分不同低沸點的組分在氣相中的成分高于液相中的成分，且沸點并不恒定。例如R32/125/134a23/25/52，編號R407C編號法則：已商品化的非共沸制冷劑給予編號，序號從400號開場。無機化合物編號法則：700加分子量氨NH3R717二氧化碳CO2R744水H2OR7

11、18制冷劑熱力參數(shù)表 制冷劑飽和狀態(tài)下熱力性質表R134a飽和狀態(tài)下熱力性質表溫度t()絕對壓力pkPa比 容比 焓汽化潛熱hfgkJ/kg比 熵液體fL/kg蒸氣gm3/kg液體hfkJ/kg蒸氣hgkJ/kg液體sfkJ/kgK蒸氣sgkJ/kgK6016.3170.678731.05020127.283360.230232.9480.701391.79427 5917.3860.679990.98961128.380360.862232.4820.706521.792125818.5130.681260.93311129.481361.494232.0130.711651.7900257

12、19.7000.682530.88038130.586362.127231.5400.716771.787975620.9490.683820.83114131.695362.759231.0640.721881.78596制冷劑過熱蒸氣熱力性質表R134a過熱蒸氣熱力性質表溫度t比容m3/kg比焓hkJ/kg比熵skJ/kgK溫度t比容m3/kg比焓hkJ/kg比熵skJ/kgKp292.82kPap1016.4kPa00.068891397.2161.72200400.019857418.2261.7071350.070716401.8031.73865450.020583424.0771

13、.72567100.072500406.3911.75499500.021272429.8121.74355150.074250410.9831.77107550.021931435.4581.76089200.075969415.5861.78691600.022565441.0361.77776 制冷劑的lgp-h圖和T-s圖 lgp-h圖R134a的lgp-h圖簡圖T-s圖T-s示意圖2.3 蒸氣壓縮式制冷熱泵理想循環(huán)和飽和循環(huán) 理想循環(huán)逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)在T-s圖上的表示1-2等熵壓縮過程2-3等溫壓縮過程3-4等熵膨脹過程4-1等溫膨脹過程設Mkg工質在系統(tǒng)循環(huán)一周，則從低溫熱源處

14、吸取熱量Q2=T2sbsaM向高溫熱源排出熱量W=Q2QT2T1sbsaM循環(huán)消耗的凈功制冷性能系數(shù)制熱性能系數(shù) 在濕蒸氣區(qū)中的逆卡諾循環(huán)在濕蒸氣區(qū)中的逆卡諾循環(huán)在T-s圖上的表示實際上這個循環(huán)無法實現(xiàn)，其原因是：1無溫差傳熱實際上是行不通的。2壓縮過程在濕蒸氣區(qū)進展危害性大。3膨脹機的尺寸很小，制造不易。4狀態(tài)點1很難檢測和控制。 飽和循環(huán)蒸氣壓縮式制冷飽和循環(huán)在T-s圖上的表示飽和循環(huán)是對濕蒸氣區(qū)中逆卡諾循環(huán)進展如下改造后的可實現(xiàn)的循環(huán)：1取消膨脹機，改用節(jié)流閥。2狀態(tài)點1改為飽和蒸氣狀態(tài)。3使TeT2。飽和循環(huán)在lgp-h圖上的表示lgp-h圖上的飽和循環(huán)設系統(tǒng)制冷劑質量流量為kg/s，

15、制冷劑在各設備中與外界的熱量、功量交換如下：制冷量冷凝熱量或熱泵制熱量壓縮機消耗功率上式各式除以，則有單位質量制冷量單位質量冷凝熱量單位質量制熱量單位質量壓縮功根據(jù)熱力學第一定律qc=qe+w制冷性能系數(shù)制熱性能系數(shù)COPh=1+COP壓縮機吸入口容積流量單位容積制冷量注意：制冷機的容積流量各處不一定相等。如無特殊說明、qv均指壓縮機吸汽口處的物理量。Te和Tc對飽和循環(huán)的影響蒸發(fā)溫度變化的影響當Te，則qe，qv，w，qc，COP，COPh冷凝溫度變化的影響當Tc，則qe，qv，w，COP，COPh，qc與制冷劑性質有關，一般是增加的。2.4 飽和循環(huán)和理想循環(huán)比擬 不考慮傳熱溫差兩個循環(huán)的

16、比擬飽和循環(huán)和逆卡諾循環(huán)在T-s上的比擬飽和循環(huán)與理想循環(huán)的差異有：1采用干壓縮后，壓縮多耗了功A1稱過熱損失；且排汽溫度升高了。2用節(jié)流閥取代膨脹機，損失了膨脹功A2和單位制冷量減少了A2稱節(jié)流損失。飽和循環(huán)與卡諾循環(huán)的比擬逆卡諾循環(huán)飽和循環(huán)差 值單位質量制冷量qe面積6-1-c-a-6面積4-1-c-b-4A2單位冷凝熱量qc面積5-3-a-c-5面積2-2-3-a-c-2+A1單位壓縮功w面積1-5-3-6-1面積1-2-2-3-a-b-4-1A1+A2注：w的面積按w=qcqe確定。由于有過熱損失和節(jié)流損失，導致性能系數(shù)下降。用制冷循環(huán)效率來衡量飽和循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。4種制冷劑

17、的節(jié)流損失、過熱損失te/tc=0/40制冷劑節(jié)流損失過熱損失t2COPR%A2kJ/kg%A1kJ/kg%R134a4.29220.162.950.1160.55445.48780.4R224.08417.452.560.5762.558.45.54681.2R71713.8038.721.2813.588.5795.75.74584.2R1231.7238.21.200406.23291.34種制冷劑熱泵循環(huán)效率制冷劑R134aR22R717R123H，%82.883.786.292.42.5 飽和循環(huán)的改良措施 節(jié)流前過冷高壓制冷劑液體在節(jié)流以前進一步冷卻成過冷液體 ，以減少節(jié)流損失。節(jié)

18、流前過冷在lgp-h圖上的表示qe、qv、COP每過冷1的增加百分數(shù)te/tc=0/40制冷劑R134aR22R717R123qe、qv、COP增加百分率%1.050.840.440.72 回熱循環(huán)回熱循環(huán)利用壓縮機吸入前的低溫蒸氣對節(jié)流前的液體過冷卻，以獲較大的過冷度。單位質量制冷量單位容積制冷量單位壓縮功單位冷凝熱量單位制熱量COP=qe/w制冷性能系數(shù)COPh=qc/w制熱性能系數(shù)qe=h1h64種制冷劑采用回熱循環(huán)后COP、COPh、qv增減百分比及t2制冷劑R134aR22R717R123COP增減百分比13.91.144.213.2COPh增減百分比11.80.973.62.8qv

19、增減百分比2.491.034.531.5排汽溫度t262.877.912059.8 工況為te=0，tc=40，吸氣溫度t1=20。2.6 雙級壓縮制冷熱泵循環(huán) 壓力比增加對循環(huán)的影響R134a在以下兩種工況循環(huán)的比擬te,tc, pe,kPapc,kPapc/pe070292.822116.27.23040292.821016.43.47不同壓力比的飽和循環(huán)在lgp-h圖上的比擬te/tc=0/70工況下兩種制冷劑的比擬制冷劑節(jié)流損失過熱損失t2COPhHA2/wcA1/qecA1/wcR134a48.712.50.5571.13.7977.3R71716.14.111.5159.13.93

20、80.2 兩級節(jié)流完全中間冷卻的雙級制冷熱泵循環(huán)兩級節(jié)流完全中間冷卻的雙級壓縮制冷熱泵循環(huán) 兩級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級制冷熱泵循環(huán)兩級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級壓縮制冷熱泵循環(huán) 一級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級制冷熱泵循環(huán)一級節(jié)流不完全中間冷卻的雙級壓縮制冷熱泵循環(huán) 準雙級制冷熱泵循環(huán) 有兩級葉輪的離心式壓縮機可實現(xiàn)此循環(huán)。第一級葉輪相當于低壓級壓縮機，第二級葉輪相當于高壓級壓縮機。 雙級壓縮制冷熱泵循環(huán)的熱力計算單位質量制冷量wL=h2h1低壓級壓縮機單位壓縮功wH=h4h3高壓級壓縮機單位壓縮功低壓級壓縮機質量流量和容積流量高壓級壓縮機質量流量和容積流量完全中間冷卻不完全中間冷卻低壓級壓縮機消

21、耗功率高壓級壓縮機消耗功率冷凝熱量或熱泵制熱量盤管式中間冷卻器負荷制冷性能系數(shù)2.7 實際循環(huán)與理論循環(huán)的差異 在lgp-h圖上表示的差異在lgp-h圖上實際循環(huán)與理論循環(huán)的差異1蒸發(fā)器中并非等壓過程。2壓縮機吸汽狀態(tài)偏離飽和狀態(tài)。3壓縮過程并非可逆的絕熱過程。4冷凝器入口狀態(tài)并非壓縮終點狀態(tài)。5冷凝器中并非等壓過程。6高壓液體管有阻力和傳熱。7節(jié)流閥及低壓液體管中并非絕熱節(jié)流 利用吸汽管壓降調節(jié)制冷機的制冷量用算例來說明，設飽和循環(huán)te=40，tc=0；制冷劑為R134a；吸汽管上裝有調節(jié)閥，使吸汽壓力節(jié)流到相當于5的飽和壓力。循環(huán)在lgp-h圖上的表示循環(huán)各狀態(tài)的熱力參數(shù)：h1=397.216kJ/kg v1=0.068891m3/kgh2=424.919kJ/kg v1=0.0