制冷原理與設(shè)備課件43、44

第二篇能力篇模塊四單級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)原理與應(yīng)用

（3）第二篇能力篇模塊四單級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)原理與應(yīng)用（34.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的熱力計(jì)算4.3.1實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算任務(wù)

1）根據(jù)工況要求計(jì)算出實(shí)際制冷循環(huán)性能，即制冷壓縮機(jī)的制冷量和軸功率，冷凝器、過(guò)冷器、蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯葥Q熱設(shè)備的熱負(fù)荷等，為選擇或設(shè)計(jì)制冷壓縮機(jī)、制冷設(shè)備及制冷系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)。

2）根據(jù)制冷工藝需要對(duì)選定的制冷機(jī)、制冷設(shè)備等進(jìn)行校核計(jì)算，以使其達(dá)到安全、高效運(yùn)行的目的。4.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的熱力計(jì)算4.3.2實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的基本原則

1）根據(jù)生產(chǎn)需要的制冷系統(tǒng)冷負(fù)荷進(jìn)行熱力計(jì)算，一般不考慮制冷系統(tǒng)的備用負(fù)荷。

2）設(shè)備負(fù)荷與制冷機(jī)負(fù)荷應(yīng)相匹配，即根據(jù)制冷機(jī)負(fù)荷進(jìn)行設(shè)備負(fù)荷計(jì)算。

3）選定的制冷循環(huán)工作條件不得超過(guò)制造廠(chǎng)所規(guī)定的允許工作條件，以保證制冷系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行，否則整個(gè)計(jì)算都是無(wú)意義的。4.3.2實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的基本原則4.3.3單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的一般步驟1確定制冷劑和制冷循環(huán)形式根據(jù)用途選擇制冷劑。根據(jù)制冷劑的性質(zhì)和制冷工藝要求來(lái)確定制冷循環(huán)形式。例如R22系統(tǒng)宜采用回?zé)嵫h(huán)形式（？），R717系統(tǒng)采用無(wú)回?zé)嵫h(huán)形式等。4.3.3單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的一般步驟2確定循環(huán)的工作溫度工作溫度包括蒸發(fā)溫度t0、冷凝溫度tk、過(guò)冷溫度tgl、過(guò)熱溫度tgr。（查規(guī)范）2確定循環(huán)的工作溫度[例4-4]

某冷藏庫(kù)采用單級(jí)氨制冷系統(tǒng)，冷間空氣溫度要求達(dá)到-10℃，立式冷凝器出水溫度為25℃，液體無(wú)過(guò)冷，庫(kù)房耗冷量為200kW(72104kJ／h)，試進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力分析計(jì)算。解1．確定工作參數(shù)

1）蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)壓力：

t0=tair-10℃=-10℃-10℃=-20℃，p0=0.19011MPa

2）冷凝溫度與冷凝壓力：

tK=t2+5℃=25℃+5℃=30℃，pK=1.016693MPa壓力比：可采用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)

3）吸氣溫度：由t0=-20℃，取tgr=-13℃

4）過(guò)冷溫度：取△tgl=0℃[例4-4]某冷藏庫(kù)采用單級(jí)氨制冷系統(tǒng)，冷間空氣溫度2．由工作溫度畫(huà)出1gp-h、T-s圖，并求狀態(tài)參數(shù)值2．由工作溫度畫(huà)出1gp-h、T-s圖，并求狀態(tài)參數(shù)值3．熱力性能計(jì)算

1）單位質(zhì)量制冷量、單位容積制冷量

2）制冷量由題意得Q0=200kW3．熱力性能計(jì)算2）制冷量由題意得Q0=2003）制冷劑循環(huán)量4）理論功率

3）制冷劑循環(huán)量4）理論功率7）制冷系數(shù)

8）制冷壓縮機(jī)實(shí)際排氣焓值9）冷凝器負(fù)荷7）制冷系數(shù)8）制冷壓縮機(jī)實(shí)際排氣焓值9）冷凝器負(fù)荷[例4-5]

有R134a單級(jí)蒸氣壓縮式制冷回?zé)嵫h(huán)，已知冷凝溫度35℃，蒸發(fā)溫度-15℃，制冷壓縮機(jī)吸氣溫度15℃，過(guò)冷溫度30℃。制冷系統(tǒng)制冷量為210kJ／h(55.56kW)，并已知蒸發(fā)器內(nèi)R134a有過(guò)熱，不考慮蒸發(fā)器至制冷壓縮機(jī)的回氣管道及回?zé)崞鞯睦淞繐p失，試進(jìn)行熱力循環(huán)分析計(jì)算。[例4-5]有R134a單級(jí)蒸氣壓縮式制冷回?zé)嵫h(huán)，hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-1冷凝溫度升高為t′k時(shí)：1-2′-3′-4′

-11234tkt0t′k3′2′4′4.4.1冷凝溫度TK和蒸發(fā)溫度T0的變化對(duì)環(huán)境的影響4.4單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的特性分析(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-1冷凝溫度升高為t′k時(shí)hp1234tkt04t′k3′2′4′q′0q0不變單位制冷量q0輸氣系數(shù)吸氣比容v1

qvQ0hp1234tkt04t′k3′2′4′q′0q0不變單位制hp1234tkt0t′k3′2′4′w0w′0不變單位壓縮功w0

吸氣比容v1

wvP制冷系數(shù)hp1234tkt0t′k3′2′4′w0w′0不變單位壓縮(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響hlgp蒸發(fā)溫度t0時(shí)：1-2-3-4-1蒸發(fā)溫度降低為t′0時(shí)：1′-2′-2-3-4-1′1234tkt02′4′t′01′(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響hlgp蒸lgph1234tkt02′4′t′01′單位制冷量q0

吸氣比容v1

制冷劑質(zhì)量流量GQ0q′0q0lgph1234tkt02′4′t′01′單位制冷量q0吸ph1234’tkt02′4t′01′w′0w0P單位壓縮功w0

制冷劑質(zhì)量流量G

時(shí)，P最大ph1234’tkt02′4t′01′w′0w0P單位壓縮功4.4.2應(yīng)用不同制冷劑時(shí)對(duì)制冷循環(huán)的影響改用制冷劑后，除了制冷壓縮機(jī)特性變化外，還要考慮以下幾個(gè)重要問(wèn)題：1）改用的制冷劑不能對(duì)制冷壓縮機(jī)或設(shè)備材料有腐蝕，否則就不能任意換用制冷劑。2）改用制冷劑時(shí)應(yīng)相應(yīng)改換潤(rùn)滑油。3）改用制冷劑后，制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)亦應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。4）改用制冷劑時(shí)應(yīng)校核匹配電動(dòng)機(jī)的功率，要校核冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器負(fù)荷，改換相應(yīng)的種類(lèi)、型號(hào)規(guī)格等。要相應(yīng)改換制冷壓縮機(jī)的密封結(jié)構(gòu)和密封材料等。5．改用制冷劑是應(yīng)考慮壓縮機(jī)和設(shè)備的強(qiáng)度，以及制冷壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的受力情況。

4.4.2應(yīng)用不同制冷劑時(shí)對(duì)制冷循環(huán)的影響4.4.3單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況

壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等參數(shù)隨工況條件變化，為了衡量、比較壓縮機(jī)性能，制定公認(rèn)的溫度條件(名義工況)，作為壓縮機(jī)制冷量選用和比較的標(biāo)準(zhǔn)。銘牌上標(biāo)示的制冷量和功率一般是在標(biāo)準(zhǔn)工況下的值，如為空調(diào)專(zhuān)用，則為空調(diào)工況。名義工況(舊)標(biāo)準(zhǔn)工況空調(diào)工況4.4.3單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等1.4.2、制冷工況名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最大壓差工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)零件強(qiáng)度、排氣溫度、油溫、電機(jī)繞組溫度。最大軸功率工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)噪聲、振動(dòng)，并依此選配電動(dòng)機(jī)。1.4.2、制冷工況名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑R717R12R22R717R12R22標(biāo)準(zhǔn)工況冷凝溫度tk303030最大壓差工況冷凝溫度tk405040蒸發(fā)溫度t0151515蒸發(fā)溫度t02030（8）30過(guò)冷溫度tsc252525過(guò)冷溫度tsc405040吸氣溫度tsh101515吸氣溫度tsh150（15）15空調(diào)工況冷凝溫度tk404040最大功率工況冷凝溫度tk405040蒸發(fā)溫度t0555蒸發(fā)溫度t05（0）105過(guò)冷溫度tsc353535過(guò)冷溫度tsc405040吸氣溫度tsh101515吸氣溫度tsh10（5）1515表1-1我國(guó)常用制冷機(jī)工況（通常適用于開(kāi)啟式）注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字相當(dāng)于最大壓差≤980kPa或最高蒸發(fā)溫度為0℃的壓縮機(jī)工況。工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑類(lèi)別工況序號(hào)蒸發(fā)溫度/℃冷凝溫度/℃吸氣溫度/℃液體溫度/℃機(jī)組型式高溫1（1A）7（7.2）55（54.4）18（18.3）50（46.1）所有型式27431838中溫3（3A）7（6.7）49（48.9）18（4.4）44（48.9）所有型式（全封閉）（3B）（18.3）（半封閉）（開(kāi)啟式）47431838所有型式低溫Ⅰ5（5A）23（23.3）55（54.4）32（32.2）32（32.2）全封閉6（6A）49（48.9）5（4.4）44（48.9）所有型式72343538低溫Ⅱ8（8A）4035（40.6）10（4.4）30（40.6）所有型式（全封閉）（8B）（18.3）（半封閉）（開(kāi)啟式）表1-2容積式制冷壓縮機(jī)及機(jī)組的名義工況類(lèi)別工況序號(hào)蒸發(fā)溫度/℃冷凝溫度/℃吸氣溫度/℃液體溫度/℃類(lèi)別工況序號(hào)蒸發(fā)溫度/℃冷凝溫度/℃吸氣溫度/℃液體溫度/℃環(huán)境溫度/℃中溫1（1A）7（6.7）351（1.1）30（35）32（32.2）（1B）（15）9（9.4）低溫Ⅰ2（2A）23（23.3）15（17.8）低溫Ⅱ3（3A）4020（34.4）30類(lèi)別工況序號(hào)使用側(cè)/℃熱源側(cè)或放熱側(cè)/℃冷溫水水冷風(fēng)冷蒸發(fā)冷凝進(jìn)口出口進(jìn)口出口干球濕球進(jìn)風(fēng)濕球制冷1（1A）12（12.4）7（6.7）32（29.4）37（35）3524（23.9）24（23.9）熱泵2404512776表1-4容積式和離心式冷水機(jī)組的名義工況表1-3氨制冷壓縮機(jī)及機(jī)組的名義工況注：工況1和（1A）風(fēng)冷冷凝器不采用蒸發(fā)凝結(jié)水冷卻時(shí)，濕球溫度不作規(guī)定類(lèi)別工況序號(hào)蒸發(fā)溫度/℃冷凝溫度/℃吸氣溫度/℃液體溫度/℃作業(yè)9．某單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)，制冷劑為R134a，蒸發(fā)器的出口溫度為-25℃，過(guò)熱度Δtgr=5℃，冷凝器的出口溫度30℃，過(guò)冷度Δtgl=6℃。試求：1）循環(huán)制冷量；2）制冷系數(shù)；3）循環(huán)熱效率。作業(yè)9．某單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)，制冷劑為R134a，蒸發(fā)器的第二篇能力篇模塊四單級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)原理與應(yīng)用

（3）第二篇能力篇模塊四單級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)原理與應(yīng)用（34.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的熱力計(jì)算4.3.1實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算任務(wù)

1）根據(jù)工況要求計(jì)算出實(shí)際制冷循環(huán)性能，即制冷壓縮機(jī)的制冷量和軸功率，冷凝器、過(guò)冷器、蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯葥Q熱設(shè)備的熱負(fù)荷等，為選擇或設(shè)計(jì)制冷壓縮機(jī)、制冷設(shè)備及制冷系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)。

2）根據(jù)制冷工藝需要對(duì)選定的制冷機(jī)、制冷設(shè)備等進(jìn)行校核計(jì)算，以使其達(dá)到安全、高效運(yùn)行的目的。4.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的熱力計(jì)算4.3.2實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的基本原則

1）根據(jù)生產(chǎn)需要的制冷系統(tǒng)冷負(fù)荷進(jìn)行熱力計(jì)算，一般不考慮制冷系統(tǒng)的備用負(fù)荷。

2）設(shè)備負(fù)荷與制冷機(jī)負(fù)荷應(yīng)相匹配，即根據(jù)制冷機(jī)負(fù)荷進(jìn)行設(shè)備負(fù)荷計(jì)算。

3）選定的制冷循環(huán)工作條件不得超過(guò)制造廠(chǎng)所規(guī)定的允許工作條件，以保證制冷系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行，否則整個(gè)計(jì)算都是無(wú)意義的。4.3.2實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的基本原則4.3.3單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的一般步驟1確定制冷劑和制冷循環(huán)形式根據(jù)用途選擇制冷劑。根據(jù)制冷劑的性質(zhì)和制冷工藝要求來(lái)確定制冷循環(huán)形式。例如R22系統(tǒng)宜采用回?zé)嵫h(huán)形式（？），R717系統(tǒng)采用無(wú)回?zé)嵫h(huán)形式等。4.3.3單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力計(jì)算的一般步驟2確定循環(huán)的工作溫度工作溫度包括蒸發(fā)溫度t0、冷凝溫度tk、過(guò)冷溫度tgl、過(guò)熱溫度tgr。（查規(guī)范）2確定循環(huán)的工作溫度[例4-4]

某冷藏庫(kù)采用單級(jí)氨制冷系統(tǒng)，冷間空氣溫度要求達(dá)到-10℃，立式冷凝器出水溫度為25℃，液體無(wú)過(guò)冷，庫(kù)房耗冷量為200kW(72104kJ／h)，試進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力分析計(jì)算。解1．確定工作參數(shù)

1）蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)壓力：

t0=tair-10℃=-10℃-10℃=-20℃，p0=0.19011MPa

2）冷凝溫度與冷凝壓力：

tK=t2+5℃=25℃+5℃=30℃，pK=1.016693MPa壓力比：可采用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)

3）吸氣溫度：由t0=-20℃，取tgr=-13℃

4）過(guò)冷溫度：取△tgl=0℃[例4-4]某冷藏庫(kù)采用單級(jí)氨制冷系統(tǒng)，冷間空氣溫度2．由工作溫度畫(huà)出1gp-h、T-s圖，并求狀態(tài)參數(shù)值2．由工作溫度畫(huà)出1gp-h、T-s圖，并求狀態(tài)參數(shù)值3．熱力性能計(jì)算

1）單位質(zhì)量制冷量、單位容積制冷量

2）制冷量由題意得Q0=200kW3．熱力性能計(jì)算2）制冷量由題意得Q0=2003）制冷劑循環(huán)量4）理論功率

3）制冷劑循環(huán)量4）理論功率7）制冷系數(shù)

8）制冷壓縮機(jī)實(shí)際排氣焓值9）冷凝器負(fù)荷7）制冷系數(shù)8）制冷壓縮機(jī)實(shí)際排氣焓值9）冷凝器負(fù)荷[例4-5]

有R134a單級(jí)蒸氣壓縮式制冷回?zé)嵫h(huán)，已知冷凝溫度35℃，蒸發(fā)溫度-15℃，制冷壓縮機(jī)吸氣溫度15℃，過(guò)冷溫度30℃。制冷系統(tǒng)制冷量為210kJ／h(55.56kW)，并已知蒸發(fā)器內(nèi)R134a有過(guò)熱，不考慮蒸發(fā)器至制冷壓縮機(jī)的回氣管道及回?zé)崞鞯睦淞繐p失，試進(jìn)行熱力循環(huán)分析計(jì)算。[例4-5]有R134a單級(jí)蒸氣壓縮式制冷回?zé)嵫h(huán)，hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-1冷凝溫度升高為t′k時(shí)：1-2′-3′-4′

-11234tkt0t′k3′2′4′4.4.1冷凝溫度TK和蒸發(fā)溫度T0的變化對(duì)環(huán)境的影響4.4單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的特性分析(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-1冷凝溫度升高為t′k時(shí)hp1234tkt04t′k3′2′4′q′0q0不變單位制冷量q0輸氣系數(shù)吸氣比容v1

qvQ0hp1234tkt04t′k3′2′4′q′0q0不變單位制hp1234tkt0t′k3′2′4′w0w′0不變單位壓縮功w0

吸氣比容v1

wvP制冷系數(shù)hp1234tkt0t′k3′2′4′w0w′0不變單位壓縮(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響hlgp蒸發(fā)溫度t0時(shí)：1-2-3-4-1蒸發(fā)溫度降低為t′0時(shí)：1′-2′-2-3-4-1′1234tkt02′4′t′01′(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響hlgp蒸lgph1234tkt02′4′t′01′單位制冷量q0

吸氣比容v1

制冷劑質(zhì)量流量GQ0q′0q0lgph1234tkt02′4′t′01′單位制冷量q0吸ph1234’tkt02′4t′01′w′0w0P單位壓縮功w0

制冷劑質(zhì)量流量G

時(shí)，P最大ph1234’tkt02′4t′01′w′0w0P單位壓縮功4.4.2應(yīng)用不同制冷劑時(shí)對(duì)制冷循環(huán)的影響改用制冷劑后，除了制冷壓縮機(jī)特性變化外，還要考慮以下幾個(gè)重要問(wèn)題：1）改用的制冷劑不能對(duì)制冷壓縮機(jī)或設(shè)備材料有腐蝕，否則就不能任意換用制冷劑。2）改用制冷劑時(shí)應(yīng)相應(yīng)改換潤(rùn)滑油。3）改用制冷劑后，制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)亦應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。4）改用制冷劑時(shí)應(yīng)校核匹配電動(dòng)機(jī)的功率，要校核冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器負(fù)荷，改換相應(yīng)的種類(lèi)、型號(hào)規(guī)格等。要相應(yīng)改換制冷壓縮機(jī)的密封結(jié)構(gòu)和密封材料等。5．改用制冷劑是應(yīng)考慮壓縮機(jī)和設(shè)備的強(qiáng)度，以及制冷壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的受力情況。

4.4.2應(yīng)用不同制冷劑時(shí)對(duì)制冷循環(huán)的影響4.4.3單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況

壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等參數(shù)隨工況條件變化，為了衡量、比較壓縮機(jī)性能，制定公認(rèn)的溫度條件(名義工況)，作為壓縮機(jī)制冷量選用和比較的標(biāo)準(zhǔn)。銘牌上標(biāo)示的制冷量和功率一般是在標(biāo)準(zhǔn)工況下的值，如為空調(diào)專(zhuān)用，則為空調(diào)工況。名義工況(舊)標(biāo)準(zhǔn)工況空調(diào)工況4.4.3單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等1.4.2、制冷工況名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最大壓差工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)零件強(qiáng)度、排氣溫度、油溫、電機(jī)繞組溫度。最大軸功率工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)噪聲、振動(dòng)，并依此選配電動(dòng)機(jī)。1.4.2、制冷工況名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑R717R12R22R717R12R22標(biāo)準(zhǔn)工況冷凝溫度tk303030最大壓差工況冷凝溫度tk405040蒸發(fā)溫度t0151515蒸發(fā)溫度t02030（8）30過(guò)冷溫度tsc252525過(guò)冷溫度tsc405040吸氣溫度tsh101515吸氣溫度tsh150（15）15空調(diào)工況冷凝溫度tk404040最大功率工況冷凝溫度tk405040蒸發(fā)溫度t0555蒸發(fā)溫度t05（0）105過(guò)冷溫度tsc353535過(guò)冷溫度tsc405040吸氣溫度tsh101515吸氣溫度tsh10（5）1515表1-1我國(guó)常用制冷機(jī)工況（通常適用于開(kāi)啟式）注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字相當(dāng)于最大壓差≤980kPa或最高蒸發(fā)溫度為0℃的壓縮機(jī)工況。工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑工況種類(lèi)工作溫度/℃制冷劑類(lèi)別工況序號(hào)蒸發(fā)溫度/℃冷凝溫度/℃吸氣溫度/℃液體溫度/℃機(jī)組型式高溫1（1A）7（7.2）55（54.4）18（18.3）50（46.1）所有型式27431838中溫3（3A）7（6.7）49（48.9）18（4.4）44（48.9）所有型式（全封閉）（3B）（18.3）（半封閉）（開(kāi)啟式）4743183