空調基礎知識演示文稿

空調基礎知識演示文稿當前第1頁\共有53頁\編于星期一\8點空調基礎知識當前第2頁\共有53頁\編于星期一\8點引課1制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成2制冷循環(huán)過程3制冷系統(tǒng)各部件的主要用途1.1.4制冷劑的變化過程小結一、單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第3頁\共有53頁\編于星期一\8點1.制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成日常生活中我們都有這樣的疑問:怎樣才能制冷制熱呢?利用制冷劑由液體狀態(tài)汽化為蒸氣狀態(tài)過程中吸收熱量，被冷卻介質因失去熱量而降低溫度，達到制冷的目的。一、單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第4頁\共有53頁\編于星期一\8點制冷劑制冷劑在變?yōu)檎魵庵?，需要對它進行壓縮、冷凝、繼而進行再次汽化吸熱。對制冷劑蒸氣只進行一次壓縮，稱為蒸氣單級壓縮。

單級蒸氣壓縮式制冷單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第5頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.1制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成制冷循環(huán)系統(tǒng):根據(jù)蒸氣壓縮式制冷原理構成的單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)，是由不同直徑的管道和在其中制冷劑會發(fā)生不同狀態(tài)變化的部件組成，串接成一個封閉的循環(huán)回路，在系統(tǒng)回路中裝入制冷劑，制冷劑在這個循環(huán)回路中能夠不停地循環(huán)流動蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)圖當前第6頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.2制冷循環(huán)過程制冷劑蒸氣壓縮、冷凝成液體，放出熱量當前第7頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.2制冷循環(huán)過程冷凝后的制冷劑流經(jīng)節(jié)流元件進入蒸發(fā)器。從入口端的高壓pk降低到低壓p0，從高溫tk降低到t0，并出現(xiàn)少量液體汽化變?yōu)檎魵狻．斍暗?頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.2制冷循環(huán)過程制冷劑蒸汽回到壓縮機中壓縮當前第9頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1.3制冷系統(tǒng)各部件的主要用途壓縮制冷劑蒸氣，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發(fā)、制冷1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第10頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1

單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.4制冷劑的變化過程制冷劑在制冷壓縮機中的變化制冷劑蒸氣由蒸發(fā)器的末端進入壓縮機吸氣口時，壓力越高溫度越高，壓力越低溫度越低。制冷劑蒸氣在壓縮機中被壓縮成過熱蒸氣，壓力由蒸發(fā)壓力p0升高到冷凝壓力pk。為絕熱壓縮過程。外界的能量對制冷劑做功，使得制冷劑蒸氣的溫度再進一步升高，壓縮機排出的蒸氣溫度高于冷凝溫度。當前第11頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑的變化過程(flash)當前第12頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1.4制冷劑的變化過程制冷劑在冷凝器中的變化過熱蒸氣進入冷凝器后，在壓力不變的條件下，先是散發(fā)出一部分熱量，使制冷劑過熱蒸氣冷卻成飽和蒸氣。飽和蒸氣在等溫條件下，繼續(xù)放出熱量而冷凝產(chǎn)生了飽和液體。制冷劑在節(jié)流元件中的變化飽和液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流元件，由冷凝壓力pk降至蒸發(fā)壓力p0，溫度由tk降至t0。為絕熱膨脹過程。1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第13頁\共有53頁\編于星期一\8點1.1.4制冷劑的變化過程制冷劑在蒸發(fā)器中的變化以液體為主的的制冷劑，流入蒸發(fā)器不斷汽化，全部汽化變時，又重新流回到壓縮機的吸氣口，再次被壓縮機吸入、壓縮、排出，進入下一次循環(huán)。1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第14頁\共有53頁\編于星期一\8點小結單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機冷凝器節(jié)流器蒸發(fā)器壓縮過程（壓縮機中進行）通過壓縮使制冷劑由低溫低壓的蒸汽變?yōu)楦邷馗邏簹怏w。冷卻冷凝過程（冷凝器中進行）在冷凝器中冷卻冷凝成制冷劑液體。節(jié)流過程（節(jié)流閥中進行）壓力、溫度降低，焓值不變蒸發(fā)過程（蒸發(fā)器中進行）吸熱蒸發(fā)，變成低溫低壓制冷劑氣1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理當前第15頁\共有53頁\編于星期一\8點1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)引課1.2.1理論循環(huán)的假設條件和壓焓圖1.2.2理論循環(huán)的性能指標及其計算小結作業(yè)當前第16頁\共有53頁\編于星期一\8點單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機冷凝器節(jié)流器蒸發(fā)器單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，是指制冷劑在一次循環(huán)中只經(jīng)過一次壓縮，最低蒸發(fā)溫度可達-40～-30℃。單級蒸氣壓縮式制冷廣泛用于制冷、冷藏、工業(yè)生產(chǎn)過程的冷卻，以及空氣調節(jié)等各種低溫要求不太高的制冷工程。1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第17頁\共有53頁\編于星期一\8點1.2.1理論循環(huán)的假設條件和壓焓圖1.理論循環(huán)的假設條件壓縮過程為等熵過程；冷凝和蒸發(fā)是與冷、熱源換熱；出蒸發(fā)器的為飽和蒸氣，出冷凝器的為飽和液體；制冷劑流動過程中沒有流動阻力損失；節(jié)流過程中與外界沒有熱量交換。1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第18頁\共有53頁\編于星期一\8點一點：臨界點C三區(qū)：液相區(qū)、兩相區(qū)、氣相區(qū)。五態(tài)：過冷液狀態(tài)、飽和液狀態(tài)、濕蒸氣狀態(tài)、飽和蒸氣狀態(tài)、過熱蒸氣狀態(tài)。八線：等壓線p（水平線）等焓線h（垂直線）飽和液線x=0，飽和蒸氣線x=1，無數(shù)條等干度線x等熵線s等比體積線v等溫線t液相區(qū)兩相區(qū)氣相區(qū)1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第19頁\共有53頁\編于星期一\8點1）制冷壓縮機壓縮過程2）制冷壓縮機冷凝過程

3）制冷壓縮機膨脹過程

4）制冷壓縮機蒸發(fā)過程

3.理論循環(huán)過程在壓焓圖上的表示

1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第20頁\共有53頁\編于星期一\8點1.2.2理論循環(huán)的性能指標及其計算1.單位質量制冷量

制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質中制取的冷量稱為單位質量制冷量，用q0表示。

式中

q0單位質量制冷量（kJ/kg）；h1與吸氣狀態(tài)對應的比焓值（kJ/kg）；h4節(jié)流后濕蒸氣的比焓值（kJ/kg）；r0蒸發(fā)溫度下制冷劑的汽化潛熱（kJ/kg）；x4節(jié)流后氣液兩相制冷劑的干度。q0=h1-h4=r0（1-x4）（1-1）1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第21頁\共有53頁\編于星期一\8點2.單位容積制冷量制冷壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣（按吸氣狀態(tài)計）經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質中制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用qv表示。式中qv單位容積制冷量（kJ/m3）；v1制冷劑在吸氣狀態(tài)時的比體積（m3/kg）3.理論比功

制冷壓縮機按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功，用w0表示。w0=h2-h1

式中w0理論比功（kJ/kg）；h2壓縮機排氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）；h1壓縮機吸氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第22頁\共有53頁\編于星期一\8點4.單位冷凝熱負荷制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱負荷，用qk表示。qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3式中qk單位冷凝熱負荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對應的干飽和蒸氣狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）；h3與冷凝壓力對應的飽和液狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）；對于單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)，存在著下列關系qk=q0+w0

5.制冷系數(shù)

單位質量制冷量與理論比功之比，即理論循環(huán)的收益和代價之比，稱為理論循環(huán)制冷系數(shù)，用0表示，

1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第23頁\共有53頁\編于星期一\8點例1-1假定循環(huán)為單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=35℃，工質為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kW，試對該循環(huán)進行熱力計算。解點1：t1=t0=10℃，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點3：t3=tk=35℃，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114kJ/kg，由圖可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃

1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第24頁\共有53頁\編于星期一\8點1）單位質量制冷量q0=h1-h4=h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg5）壓縮機消耗的理論功率P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第25頁\共有53頁\編于星期一\8點7）冷凝器單位熱負荷qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器熱負荷Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW1.2單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當前第26頁\共有53頁\編于星期一\8點1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)1.3.1單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別1.3.2液體過冷、吸氣過熱及回熱循環(huán)1.3.3熱交換及壓力損失對制冷循環(huán)的影響1.3.4不凝性氣體對制冷循環(huán)的影響1.3.5冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對循環(huán)性能的影響1.3.6實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示及性能指標當前第27頁\共有53頁\編于星期一\8點1.3.1單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別1）制冷壓縮機的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失。2）實際制冷循環(huán)中壓縮機吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷現(xiàn)象。3）熱交換過程中，存在著傳熱溫差，被冷卻介質溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，環(huán)境冷卻介質溫度低于制冷劑冷凝溫度。4）制冷劑在設備及管道內流動時，存在著流動阻力損失，且與外界有熱量交換。5）實際節(jié)流過程不完全是絕熱的等焓過程，節(jié)流后的焓值有所增加。6）制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第28頁\共有53頁\編于星期一\8點下圖為具有液體過冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3'-4'-1表示過冷循環(huán)。兩個循環(huán)的比功相同，過冷循環(huán)中單位制冷量增加，從而導致過冷循環(huán)的制冷系數(shù)增加。1.3.2液體過冷、吸氣過熱及回熱循環(huán)1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第29頁\共有53頁\編于星期一\8點從制冷系數(shù)變化的角度對比如下：

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第30頁\共有53頁\編于星期一\8點2.吸氣過熱制冷壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣溫度高于蒸發(fā)壓力下的飽和溫度時，稱為吸氣過熱，兩者溫度之差稱為過熱度。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第31頁\共有53頁\編于星期一\8點過熱分為有效過熱和有害過熱兩種實際循環(huán)中，形成制冷循環(huán)中吸氣過熱現(xiàn)象的原因很多，主要有：1）蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積的選擇大于設計所需的蒸發(fā)面積，制冷劑在蒸發(fā)器內吸收被冷卻介質的熱量而過熱，屬有效過熱。2）制冷劑蒸氣在壓縮機的吸氣管路中吸收外界環(huán)境的熱量而過熱，屬有害過熱。3）在半封閉、全封閉制冷壓縮機中，低壓制冷劑蒸氣進入壓縮以前，吸收電動機繞組和運轉時所產(chǎn)生的熱量而過熱，屬有害過熱，但是必須的。4）制冷系統(tǒng)設置了回熱器，制冷劑蒸氣在回熱器中吸收制冷劑液體的熱量而過熱，屬有害過熱，但有過冷過程伴隨。

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第32頁\共有53頁\編于星期一\8點從制冷量和制冷系數(shù)變化角度對比來說明1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第33頁\共有53頁\編于星期一\8點有效過熱對循環(huán)是否有益與制冷劑本身的特性有關。如圖所示，該圖是在蒸發(fā)溫度為0℃、冷凝溫度為40℃的條件下計算所得的結果1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第34頁\共有53頁\編于星期一\8點1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第35頁\共有53頁\編于星期一\8點回熱循環(huán)與理論循環(huán)相比較，制冷系數(shù)的變化情況如下

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第36頁\共有53頁\編于星期一\8點1.3.3熱交換及壓力損失對制冷循環(huán)的影響1.吸氣管道從蒸發(fā)器出口到壓縮機吸氣入口之間的管道稱為吸氣管道吸入管道對循環(huán)性能的影響最大。吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸氣比容增大，壓縮機的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機容積效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。

2.排氣管道在壓縮機的排出管道中，熱量由高溫制冷劑蒸氣傳給周圍空氣，它不會引起性能的改變，僅僅是減少了冷凝器中的熱負荷。

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第37頁\共有53頁\編于星期一\8點3.液體管道在冷凝器到膨脹閥這段管路中，熱量通常由液體制冷劑傳給周圍空氣，使液體制冷劑過冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷卻水溫度很低，冷凝溫度低于環(huán)境溫度，熱量由空氣傳給液體制冷劑，可能導致部分液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作。4.兩相管道通常膨脹閥是緊靠蒸發(fā)器安裝的。倘若將它安裝在被冷卻空間內，傳給管道的熱量將產(chǎn)生有效制冷量；若安裝在室外，熱量的傳遞使制冷量減少，因而此段管道必須保溫。5.蒸發(fā)器如果假定不改變制冷劑出蒸發(fā)器時的狀態(tài)，它僅使蒸發(fā)器中的傳熱溫差減小，要求傳熱面積增大而已。如果假定不改變蒸發(fā)過程中的平均傳熱溫差，其結果與吸氣管道阻力引起的結果一樣。1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第38頁\共有53頁\編于星期一\8點6.冷凝器假定出冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中制冷劑的流動阻力，必須提高進冷凝器時制冷劑的壓力，這必須導致壓縮機的排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機耗功增加，制冷系數(shù)下降。

7.壓縮機在理論循環(huán)中，假設壓縮過程為等熵過程。而實際上，整個過程是一個壓縮指數(shù)在不斷變化的多方過程。另外，由于壓縮機氣缸中有余隙容積的存在，氣體經(jīng)過吸、排氣閥及通道出有熱量交換及流動阻力，這些因素都會使壓縮機的輸氣量減少，制冷量下降，消耗的功率增大。1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第39頁\共有53頁\編于星期一\8點1.3.4不凝性氣體對制冷循環(huán)的影響系統(tǒng)中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因為它不能通過冷凝器的液封。不凝性氣體的存在將使冷凝器內的壓力增加，從而導致壓縮機排氣壓力提高，比功增加制冷系數(shù)下降，壓縮機容積效率降低。應及時加以排除。1.3.5冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對循環(huán)性能的影響由于冷凝器與蒸發(fā)器中傳熱溫差的存在，會使實際的冷凝溫度比理論循環(huán)的冷凝溫度高，蒸發(fā)溫度則比理論循環(huán)的蒸發(fā)溫度低，從而使循環(huán)的制冷系數(shù)下降。制冷循環(huán)中制冷劑與熱源之間的傳熱溫差越大，制冷循環(huán)的效率越低。但傳熱溫差的存在并不影響理論制冷循環(huán)的熱力計算用于實際制冷循環(huán)。1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第40頁\共有53頁\編于星期一\8點4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器汽化和壓降過程；1-1表示制冷劑蒸氣的過熱（有益或有害）和壓降過程；1-2s表示制冷劑蒸氣在制冷壓縮機內實際的非等熵壓縮過程；2s-2s表示制冷壓縮機壓縮后的制冷劑蒸氣經(jīng)過排氣閥的壓降過程；2s-3表示制冷劑蒸氣經(jīng)排氣管進入冷凝器的冷卻、冷凝和壓降過程；3-3表示制冷劑液體的過冷和壓降過程；3-4表示制冷劑液體的非絕熱節(jié)流過程

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第41頁\共有53頁\編于星期一\8點112(2)3456,,ppk0Lgph實際循環(huán)可表示為圖中的1-1-2-3-4-5-6-1

1-1表示蒸氣的過熱過程

1-2表示實際增熵壓縮過程

2-3-4表示制冷劑在冷凝壓力pk下的等壓冷卻、冷凝過程

4-5表示制冷劑在冷凝壓力下的過冷過程

5-6表示制冷劑在等焓下的節(jié)流過程

6-1表示制冷劑在蒸發(fā)壓力p0下的等壓汽化過程

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第42頁\共有53頁\編于星期一\8點1.單位質量制冷量q0和單位容積制冷量qvq0=h1-h62.理論比功w0、指示比功wi和指示效率i

按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功w0=h2-h1

壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣實際消耗的功，稱為指示比功wi=h2-h1

理論比功w0與指示比功wi之比，稱為制冷壓縮機的指示效率i

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第43頁\共有53頁\編于星期一\8點3.單位冷凝熱負荷qkqk=h2-h4

4.制冷劑質量流量qm

5.壓縮機的理論功率P0和指示功率PiP0=qmw06.冷凝器的熱負荷QkQk=qmqk

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第44頁\共有53頁\編于星期一\8點7.實際制冷系數(shù)8.熱力完善度

制冷循環(huán)接近它理想情況的程度，接近完善的程度實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與工作在相同熱源溫度條件下，它的理想制冷循環(huán)（逆卡諾循環(huán)）的制冷系數(shù)c的比值

越大，說明制冷循環(huán)經(jīng)濟性越好，熱力學的不可逆損失越??；反之，則制冷循環(huán)效果差，效率低。永遠小于1

1.3單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)當前第45頁\共有53頁\編于星期一\8點作業(yè)試畫出單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的lgp-h圖，并說明圖中各過程線的含義。8.已知R22的壓力為0.1MPa，溫度為10℃。求該狀態(tài)下R22的比焓、比熵和比體積。9.已知工質R134a和下表填入的參數(shù)值，請查找lgp-h圖填入未知項。p/MPat/℃h/kJ/kgv/m3/kgs/kJ/(kgK)x250.3701.8510.有一個單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，高溫熱源溫度為30℃，低溫熱源溫度為-15℃，分別采用R22和R717為制冷劑，試求其工作時理論循環(huán)的性能指標。11.一臺單級蒸氣壓縮式制冷機，工作在高溫熱源溫度為40℃，低溫熱源溫度為-20℃下，試求分別用R134a和R22工作時，理論循環(huán)的性能指標。12.有一單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)用于空調，假定為理論制冷循環(huán)，工作條件如下：蒸發(fā)溫度t0=5℃，冷凝溫度tk=40℃，制冷劑為R134a?？照{房間需要的制冷量是3kW，試求：該理論制冷循環(huán)的單位質量制冷量q0、制冷劑質量流量qm、理論比功w0、壓縮機消耗的理論功率P0、制