制冷與熱泵技術課件

熱科學和能源工程系制冷與熱泵制冷與熱泵技術第一章制冷原理制冷方法液體汽化制冷蒸氣壓縮式吸收式蒸氣噴射式吸附式氣體膨脹制冷熱電制冷渦流管制冷其它熱聲制冷電磁制冷電化學制冷······任何伴隨有吸熱的物理現(xiàn)象原則上都有可能用來制冷。相變制冷固體升華制冷固體融化制冷√2023/10/82制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷

物質(zhì)有三種集態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。物質(zhì)集態(tài)的改變稱之為相變。相變過程中，由于物質(zhì)分子的重新排列和分子熱運動速度的改變，會吸收或放出熱量。這種熱量稱作相變潛熱。物質(zhì)發(fā)生從質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變是將吸收潛熱；反之，當它發(fā)生從質(zhì)稀態(tài)向質(zhì)密態(tài)的相變時，則放出潛熱。液體汽氣化形成蒸汽，吸收熱量，利用該過程的吸熱效應制冷的方法稱液體汽化制冷。2023/10/83制冷與熱泵技術第一章制冷原理抽氣吸熱Q蒸發(fā)溫度下降P1P2T1T2飽和蒸氣壓曲線液體汽化制冷2023/10/84制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷2023/10/85制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷2023/10/86制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷compressorcondenserexpansiondeviceevaporator2023/10/87制冷與熱泵技術第一章制冷原理

為了使上述過程得以連續(xù)進行，必須不斷地從容器中抽走制冷劑蒸汽，再不斷地將其液體補充進去。通過一定的方法將蒸汽抽出，再令其凝結為液體后返回到容器中，就能滿足這一要求。因此，液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個基本過程：低壓下蒸發(fā)汽化、蒸氣升壓、高壓氣體液化、高壓液體降壓。其中將低壓蒸汽提高壓力需要能量補償。液體汽化制冷根據(jù)抽取蒸氣的方式不同，主要有4種液體汽化制冷方式。2023/10/88制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷——蒸氣壓縮式制冷蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹閥(毛細管)、蒸發(fā)器組成，用管道將它們連接成一個密封系統(tǒng)。

2023/10/89制冷與熱泵技術第一章制冷原理制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以與被冷卻對象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對象的熱量并氣化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機吸入；經(jīng)壓縮后排出高溫高壓氣態(tài)制冷劑進冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結成高壓液體；高壓液體流經(jīng)膨脹閥時節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷；然后蒸發(fā)器中的低壓蒸汽再次被壓縮機吸入。如此周而復始，不斷循環(huán)。

液體汽化制冷——蒸氣壓縮式制冷2023/10/810制冷與熱泵技術第一章制冷原理

吸收式制冷機利用溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一種條件下又能吸收低沸點組分這一特性完成制冷循環(huán)。吸收式制冷系統(tǒng)是由發(fā)生器、冷凝器、制冷節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。液體汽化制冷——蒸氣吸收式制冷2023/10/811制冷與熱泵技術第一章制冷原理

制冷劑回路由冷凝器、制冷劑節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成。高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，產(chǎn)生的高壓制冷劑液體經(jīng)節(jié)流后到蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。液體汽化制冷——蒸氣吸收式制冷整個系統(tǒng)包括兩個回路：一個是制冷劑回路，一個是溶液回路。目前吸收式制冷機多用二組分溶液，習慣上稱低沸點組分為制冷劑，高沸點組分為吸收劑，二者合稱為工質(zhì)對。最常用的工質(zhì)對有氨水（氨為制冷劑）和溴化鋰水溶液（水為制冷劑）。2023/10/812制冷與熱泵技術第一章制冷原理

溶液回路由發(fā)生器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑氣體，形成富含制冷劑的稀溶液，并泵送到發(fā)生器，加熱使溶液中的制冷劑重新蒸發(fā)出來，送入冷凝器。另一方面，產(chǎn)生的濃溶液經(jīng)冷卻、節(jié)流后進入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸汽。吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收的順利進行，需要冷卻吸收液。液體汽化制冷——蒸氣吸收式制冷2023/10/813制冷與熱泵技術第一章制冷原理與壓縮式的共同點是：四個基本過程一樣。它們的不同點是：1)提供的能量不同。

壓縮式消耗機械功，吸收式消耗熱能。2)吸取制冷劑蒸氣的方式不同。

壓縮式用壓縮機吸取蒸氣，吸收式用吸收劑在吸收器內(nèi)吸取制冷劑蒸氣。3)將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)楦邏褐评鋭┱魵鈺r采取的方式不同。

壓縮式通過壓縮機完成，吸收式則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器和節(jié)流閥完成。液體汽化制冷——蒸氣吸收式制冷2023/10/814制冷與熱泵技術第一章制冷原理蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)組成部件包括：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、泵。噴射器又由噴嘴、吸入室、擴壓器三個部分組成。噴射器的吸入室與蒸發(fā)器相連；擴壓器于冷凝器相連。液體汽化制冷——蒸氣噴射式制冷2023/10/815制冷與熱泵技術第一章制冷原理工作過程如下：鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓工作蒸氣進入噴嘴，膨脹并以高速流動（流速可達1000m/s以上），在噴嘴出口處造成很低的壓力，使蒸發(fā)器中的水汽化，吸收潛熱，使未汽化的水溫度降低（制冷）產(chǎn)生低溫水。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的水蒸氣與工作蒸氣在噴嘴出口處混合，一起進入擴壓器；在擴壓器中流速降低壓力升高；到冷凝器，被冷卻水冷卻為液態(tài)水后分兩路：一路經(jīng)過節(jié)流閥降壓后送回蒸發(fā)器，繼續(xù)蒸發(fā)制冷；另一路用泵提高壓力送回鍋爐，重新加熱產(chǎn)生工作蒸氣。液體汽化制冷——蒸氣噴射式制冷2023/10/816制冷與熱泵技術第一章制冷原理也有四個基本過程，其噴射器相當于蒸氣壓縮式的壓縮機。特點：以熱能為補償能量形式；結構簡單；加工方便；沒有運動部件；使用壽命長，故具有一定的使用價值，例如用于制取空調(diào)所需的冷水。但這種制冷機所需的工作蒸氣的壓力高，噴射器的流動損失大，因而效率較低。液體汽化制冷——蒸氣噴射式制冷2023/10/817制冷與熱泵技術液體汽化制冷——吸附式制冷第一章制冷原理吸附現(xiàn)象根據(jù)氣體-固體有無化學反應物理吸附：是氣體分子在范德瓦爾力作用下向吸附劑運動，并在吸附勢場作用下壓縮而在吸附劑內(nèi)凝聚成液體的過程，沒有化學反應?；瘜W吸附：吸附劑和被吸附的氣體或液體相互接觸時發(fā)生了化學反應，形成了化學鍵。吸附制冷的工作介質(zhì)是吸附劑-制冷劑工質(zhì)對。常用的有：活性炭-甲醇（太陽能吸附制冷中應用最廣）、沸石-水、硅膠-水、金屬氫化物-氫（物理吸附）、氯化鍶-氨、氯化鈣-氨（化學吸附）。2023/10/818制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷——吸附式制冷包括吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器。吸附床是充裝了吸附劑（沸石）的金屬盒；制冷劑液體（水）貯集在蒸發(fā)器中。白天，吸附床受到日照加熱，沸石溫度升高，產(chǎn)生解吸作用。從沸石中脫附出水蒸氣，系統(tǒng)內(nèi)的水蒸氣壓力上升，達到與環(huán)境溫度對應的飽和壓力時，水蒸氣在冷凝器中凝結，同時放出潛熱，凝水貯存在蒸發(fā)器中。2023/10/819制冷與熱泵技術第一章制冷原理夜間，吸附床冷下來，沸石溫度逐漸降低，它吸附水蒸氣的能力逐步提高，造成系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力降低，同時，蒸發(fā)器中的水不斷蒸發(fā)出來，用以補充沸石對水蒸氣的吸附。蒸發(fā)過程吸熱，達到制冷的目的。液體汽化制冷——吸附式制冷2023/10/820制冷與熱泵技術第一章制冷原理吸附制冷屬于液體汽化制冷。與蒸氣壓縮式制冷機相類比，吸附床起到壓縮機的作用。但上述吸附系統(tǒng)只能間歇制冷。吸附床處于吸附過程中產(chǎn)生冷效應，吸附結束后必須有一個解析過程使吸附劑狀態(tài)還原，這時將停止制冷。為了連續(xù)制冷，可以采用兩個吸附床。液體汽化制冷——吸附式制冷氣體加熱吸附床吸附床熱風機冷凝器蒸發(fā)器冷風機熱風機節(jié)流閥2023/10/821制冷與熱泵技術第一章制冷原理吸附制冷的循環(huán)速率受吸附床傳熱傳質(zhì)特性的制約。顆粒狀充填的吸附床，其傳熱過程緩慢，使循環(huán)周期拉長。為了提高制冷循環(huán)速率，在改善吸附床傳熱傳質(zhì)方面現(xiàn)采取的主要措施是：1.將導熱性好的鋁粉和石磨加在吸附劑中。2.將吸附劑成型加工，并燒結在金屬壁面上。這樣做一來可以提高吸附劑的充填量，增加單位體積的吸附能力；二來可以降低吸附劑與金屬壁面之間吸附劑與吸附劑之間的接觸熱阻。3.增大吸附床金屬壁的熱交換表面積。液體汽化制冷——吸附式制冷2023/10/822制冷與熱泵技術第一章制冷原理液體汽化制冷——吸附式制冷吸附劑/泡沫鋁復合吸附材料：使用體積比10％～20％的通孔泡沫鋁材料為傳熱骨架，復合沸石顆?；蚍肿雍Y顆粒，使其導熱性能大幅提高，并具有較高的傳質(zhì)性能。對于使用沸石或分子篩吸附床的吸附式制冷機可以大大減小吸附脫附時間，提高制冷機性能。2023/10/823制冷與熱泵技術第一章制冷原理吸附制冷以熱能驅(qū)動，可利用低品位熱能；不采用氟氯烴，無CFCs問題，無溫室效應，對環(huán)境友好；結構簡單，無運動部件，噪聲低，壽命長，適用范圍廣。但效率低，體積大。目前，吸附制冷已開始工業(yè)化生產(chǎn)，并有少量產(chǎn)品進入市場：（1）發(fā)動機余熱驅(qū)動的吸附式空調(diào)，可用于大客車、中巴和小轎車、火車。（2）太陽能吸附式冰箱。液體汽化制冷——吸附式制冷2023/10/824制冷與熱泵技術第一章制冷原理氣體膨脹制冷是利用高壓氣體的絕熱膨脹來達到低溫，并利用膨脹后的氣體在低壓下的復熱過程來制冷的。氣體膨脹制冷由于氣體絕熱膨脹的設備不同，一般有兩種方式:一種是將高壓氣體經(jīng)膨脹機膨脹，有外功輸出，因而氣體的溫降大，制冷量也大，但膨脹機結構比較復雜；另一種方式是令氣體經(jīng)節(jié)流閥膨脹，無外功輸出，氣體的溫降小，制冷量也小，但節(jié)流閥的結構比較簡單，便于進行氣體流量的調(diào)節(jié)。2023/10/825制冷與熱泵技術第一章制冷原理布雷頓(Brayton)制冷循環(huán)又稱焦耳(Joule)循環(huán)或氣體制冷機循環(huán)，是以氣體為工質(zhì)的制冷循環(huán)，其工作過程包括等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱四個過程，這與蒸氣壓縮式制冷機的四個工作過程相近，兩者的區(qū)別在于工質(zhì)在布雷頓循環(huán)中不發(fā)生集態(tài)改變(相變)。根據(jù)不同的使用目的，工質(zhì)可以是空氣，CO2，N2，He等氣體。氣體膨脹制冷——布雷頓制冷循環(huán)

2023/10/826制冷與熱泵技術第一章制冷原理為了提高制冷效率，通常采用回熱循環(huán)：所謂回熱就是把由冷箱返回的冷氣流引入一個熱交換器—“回熱器”，用來冷卻從冷卻器來的高壓常溫氣流，使其溫度進一步降低，而從冷箱返回的氣流則被加熱，溫度升高。這樣就使壓縮機的吸氣溫度升高，降低壓縮機的壓力比。氣體膨脹制冷——布雷頓制冷循環(huán)

2023/10/827制冷與熱泵技術第一章制冷原理1816年斯特林(stirling)提出了一種由兩個等溫過程和兩個等容回熱過程組成的閉式熱力學循環(huán)，稱為斯特林循環(huán)，也稱為定容回熱循環(huán)。氣體膨脹制冷——斯特林制冷循環(huán)2023/10/828制冷與熱泵技術第一章制冷原理等溫壓縮過程1－2：壓縮活塞向左移動而膨脹活塞不動。氣體被等溫壓縮，壓縮熱經(jīng)冷卻器A傳給冷卻介質(zhì)，溫度不變，壓力升高，同時容積減小。氣體膨脹制冷——斯特林制冷循環(huán)定容放熱過程2－3：兩個活塞同時向左移動，氣體的容積保持不變，直至壓縮活塞到達左止點。當氣體通過回熱器R時，將熱量傳給填料，因而溫度下降，同時壓力降低。2023/10/829制冷與熱泵技術第一章制冷原理等溫膨脹過程3－4：壓縮活塞停止在左止點，而膨脹活塞繼續(xù)向左移動，直至左止點，氣體進行等溫膨脹，通過冷量換熱器C從低溫熱源吸收熱量。容積增大而壓力降低。氣體膨脹制冷——斯特林制冷循環(huán)定容吸熱過程4－1：兩個活塞同時向右移動直至右止點,氣體容積保持不變，回復到起始位置。當氣體流經(jīng)時回熱器填料R時吸熱，溫度升高，同時壓力增加。2023/10/830制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱電制冷的理論基礎是固體的熱電效應，在無外磁場存在時，它包括五個效應：導熱、焦耳熱損失、塞貝克(Seebeck)效應、帕爾帖(Peltire)效應和湯姆遜(Thomson)效應。熱電制冷熱電制冷又稱作溫差電制冷，或半導體制冷，它主要是利用熱電效應中的帕爾帖效應的一種制冷方法。2023/10/831制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱電制冷——熱電效應1.塞貝克效應(SeebeckEffect)(西伯克效應)

1821年，德國人T.J.Seebeck發(fā)現(xiàn)兩種不同導體組成的開路中，如果導體的兩個結點存在溫度差，這開路中將產(chǎn)生電動勢E。這就是塞貝克效應。由于塞貝克效應而產(chǎn)生的電動勢稱作溫差電動勢。V=a△T式中:V為溫差電動勢；a為溫差電動勢率(塞貝克系數(shù))△T為接點之間的溫差熱電偶測溫及溫差發(fā)電就是利用塞貝克效應2023/10/832制冷與熱泵技術第一章制冷原理2.帕爾帖效應(PeltireEffect)1834年，法國人JeanCharlesPeltier發(fā)現(xiàn)電流流過兩種不同導體的界面時，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量。這就是帕爾帖效應。由帕爾帖效應產(chǎn)生的熱流量稱作帕爾帖熱。熱電制冷——熱電效應對帕爾帖效應的物理解釋是：電荷載體在導體中運動形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，便釋放出多余的能量；相反，從低能級向高能級運動時，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。2023/10/833制冷與熱泵技術第一章制冷原理3.湯姆遜效應(ThomsonEffect)1845年，英國物理學家WilliamThomson發(fā)現(xiàn)若電流流過有溫度梯度的導體時，原由的溫度分布將被破壞，為了維持原有的溫度分布，導體將吸收或放出熱量。這就是湯姆遜效應。由湯姆遜效應產(chǎn)生的熱流量稱作湯姆遜熱。

熱電制冷——熱電效應2023/10/834制冷與熱泵技術第一章制冷原理4.焦耳效應(JouleEffect)1841年，物理學家Joule發(fā)現(xiàn)電流在導體中通過時，產(chǎn)生熱量。這就是焦耳效應。由焦耳效應產(chǎn)生的熱流量稱作焦耳熱。熱電制冷——熱電效應5.傅立葉效應(FourierEffect)即熱傳導。在介質(zhì)中由于存在溫度梯度而產(chǎn)生的熱量的傳輸。2023/10/835制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱電制冷由于金屬材料的帕爾帖效應很弱，因此長久以來熱電制冷并未得到發(fā)展和應用。到20世紀50年代左右，由于半導體材料帕爾帖效應顯著，才隨著半導體材料的發(fā)展而迅速發(fā)展，因此現(xiàn)在也稱為半導體制冷。為了獲得更低的制冷溫度(或更大的溫差)可以采用多級熱電制冷。它由單級電堆聯(lián)結而成。前一級的冷端是后一級熱端的散熱器。PNIPNNPPN2023/10/836制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱電制冷由于金屬材料的帕爾帖效應很弱，因此長久以來熱電制冷并未得到發(fā)展和應用。到20世紀50年代左右，由于半導體材料帕爾帖效應顯著，才隨著半導體材料的發(fā)展而迅速發(fā)展，因此現(xiàn)在也稱為半導體制冷。為了獲得更低的制冷溫度(或更大的溫差)可以采用多級熱電制冷。它由單級電堆聯(lián)結而成。前一級的冷端是后一級熱端的散熱器。2023/10/837制冷與熱泵技術第一章制冷原理半導體制冷特點：結構簡單，對環(huán)境要求低；無機械運動部件，無噪音，無磨損，可靠性高；無制冷劑；制冷迅速，切換電流方向既可實現(xiàn)制冷/熱轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)電流大小即可調(diào)節(jié)制冷量；大小形狀可變，可任意排布。制冷效率低，價格高，而且必須使用直流電源。熱電制冷目前主要應用于：電子器件冷卻、精密恒溫器、冷凍治療儀、便攜冰箱、高真空冷阱、露點儀、宇航、潛水服等2023/10/838制冷與熱泵技術第一章制冷原理渦流管制冷渦流管制冷是使用壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動并分離成冷、熱兩部分。利用分離出的冷氣流即可制冷。1933年，由法國人蘭克(GeorgeRanque)首先發(fā)明，因此又稱蘭克管。渦流管結構簡單，維護方便，啟動快，能達到比較低的溫度。其主要缺點是效率低、氣流噪聲大。故渦流管只宜用于那些不經(jīng)常使用的小型低溫試驗設備。2023/10/839制冷與熱泵技術第一章制冷原理渦流管制冷渦流管由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組成。渦流室將管子分為冷端和熱端兩部分。孔板在渦流室與冷端管子之間。噴嘴與渦流室相切。熱端管子出口處裝控制閥?？刂崎y控制熱端管子中氣體的壓力，從而控制冷暖兩股氣流的流量和溫度?？装鍑娮鞙u流室控制閥2023/10/840制冷與熱泵技術第一章制冷原理渦流管制冷常溫下的壓縮氣體進入噴嘴，并加速，進入渦流室后產(chǎn)生自由渦旋運動。氣體溫度上升，沿熱端管子移動至熱端。熱端端口有控制閥，允許外圈部分熱氣流留出，其余氣流反向形成中心低壓二次渦流。當兩股氣流反向運動時，由于角動量守恒，內(nèi)部小渦旋氣流角速度應當增大，但在渦流管內(nèi)卻保持不變，以相同的角速度同一方向旋轉(zhuǎn)，角動量損失，有氣體向外圈擴散，相當于氣體膨脹，因此溫度降低，成為冷氣流，而外圈相當于氣體壓縮，溫度升高，成為熱氣流。2023/10/841制冷與熱泵技術第一章制冷原理渦流管制冷目前渦流管制冷主要用于：冷風槍（冷卻金屬切削、鉆孔及研磨的車床上，可免掉液體冷凍液）工人的個人冷卻電子器件冷卻小型低溫實驗設備2023/10/842制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱聲制冷技術的理論基礎是熱聲效應。所謂熱聲效應，是指熱和聲之間的相互作用。聲介質(zhì)在作機械振蕩的同時經(jīng)歷了一個熱力學循環(huán)過程，在適當條件下，循環(huán)的結果將能實現(xiàn)熱能與機械能間的相互轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生制冷效果。熱聲制冷是根據(jù)熱聲相互作用，由壓力波動引起溫度波動，并通過一定裝置（板疊）將其增強，從而產(chǎn)生制冷作用。熱聲制冷熱聲制冷是20世紀80年代初才被提出的一種新型制冷方式。2023/10/843制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱聲制冷基本原理如右圖?？疾炻晥鲋袉蝹€氣團的熱力過程，過程1中氣團在壓力波的作用下自右向左運動，由于被壓縮，體積減小溫度上升，并高于板疊溫度，因而過程2氣團向板疊放熱，于是體積繼續(xù)減??；然后，過程3中氣團向右運動，此時氣團膨脹，溫度降低，且低于板疊溫度，因而過程4氣團從板疊吸熱。從而構成一個制冷循環(huán)。把沿板疊長度方向上的氣體看作一個傳遞熱量的氣團鏈，這樣就可實現(xiàn)從板疊的冷段到熱端的熱量傳遞過程。1234板疊2023/10/844制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱聲制冷熱聲制冷機主要由聲波發(fā)生器、換熱器、板疊、共振腔4部分組成。和傳統(tǒng)的蒸氣壓縮式制冷相比它的優(yōu)點很明顯（l）它所用的工質(zhì)是對環(huán)境沒有危害作用的惰性氣體如氦，氖等；（2）結構設計簡單緊湊，價格便宜，壽命長；（3）運動部件少不需要潤滑油；（4）沒有壓縮機，能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲很小或無聲音。但效率較低，能量密度低。2023/10/845制冷與熱泵技術第一章制冷原理熱聲制冷熱聲制冷機聲波產(chǎn)生的方式主要有：電磁驅(qū)動（包括揚聲器和線性電機）；熱聲驅(qū)動（包括電加熱、廢熱、燃氣、太陽能等）。目前已經(jīng)用于軍艦雷達電子系統(tǒng)冷卻、太空電子器件冷卻、天然氣液化、氣體分離、家用冰箱等2023/10/846制冷與熱泵技術第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理從熱力學角度來說，制冷/熱泵系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。按補償能量的形式，主要的制冷方法可分為兩類：以機械能或電能為補償（如蒸氣壓縮式、熱電式等），以熱能為補償?shù)模ㄈ缥帐?、吸附式等）。制冷機的能量轉(zhuǎn)換關系

(a)以電能或機械能驅(qū)動的制冷機(b)以熱能驅(qū)動的制冷機

2023/10/847制冷與熱泵技術對于機械或電驅(qū)動方式的制冷機引入制冷系數(shù)ε來衡量；對于熱能驅(qū)動方式的制冷機，引入熱力系數(shù)ξ來衡量：

(1)

(2)式中：

Q0

-----制冷機的制冷量；

W

-----制冷機的輸入功；

Qg

-----驅(qū)動熱源向制冷機輸入的熱量。國際上習慣將制冷系數(shù)和熱力系數(shù)統(tǒng)稱為制冷機的性能系數(shù)COP(CoefficientofPerformance)第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理2023/10/848制冷與熱泵技術對于以電能或機械能驅(qū)動的制冷機，假定熱源為恒溫熱源，制冷機為可逆循環(huán)。根據(jù)熱力學第一定律有：Q0+W=Qa

(3)根據(jù)熱力學第二定律有：(4)

可逆制冷機的制冷系數(shù)為：(5)第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理此式說明：①兩恒溫熱源間工作的可逆制冷機，其制冷系數(shù)只與熱源溫度有關，而與制冷機使用的制冷劑性質(zhì)無關。②εmax的值與兩熱源溫度的接近程度有關，二者越接近，則εmax越大，反之越小。實際制冷機制冷系數(shù)隨熱源溫度的變化趨勢與可逆機是一致的。2023/10/849制冷與熱泵技術對于以熱能驅(qū)動的制冷機，假定熱源為恒溫熱源，制冷機為可逆循環(huán)。根據(jù)熱力學第一定律有：Qa=Q0+Qg

(6)根據(jù)熱力學第二定律有：(7)熱能驅(qū)動可逆制冷機的熱力系數(shù)為：(8)第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理上式右邊第一個因子為工作在Ta和Tc之間的可逆機械制冷機的制冷系數(shù)εmax，而第二個因子為工作在Tg和Ta之間的可逆熱機的熱效率。故相當于用一個可逆熱機，將驅(qū)動熱源的熱量Qg轉(zhuǎn)換成機械功W，再去驅(qū)動一個可逆機械制冷機。2023/10/850制冷與熱泵技術第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理上式右邊第一個因子為工作在Ta和Tc之間的可逆機械制冷機的制冷系數(shù)εmax，而第二個因子為工作在Tg和Ta之間的可逆熱機的熱效率。故相當于用一個可逆熱機，將驅(qū)動熱源的熱量Qg轉(zhuǎn)換成機械功W，再去驅(qū)動一個可逆機械制冷機。2023/10/851制冷與熱泵技術第一章制冷原理這同時也說明ε和ξ在數(shù)量上不具可比性，因為補償能W與Q的品位不同。同樣說明，熱能驅(qū)動的可逆制冷機的性能系數(shù)（或熱力系數(shù)）也只與熱源的溫度有關，而與工質(zhì)的性質(zhì)無關。Tg越高（驅(qū)動熱源的品位越高）、Ta與Tc越接近，則ξmax越大；反之越小。制冷的基本熱力學原理2023/10/852制冷與熱泵技術第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理對于一個制冷系統(tǒng)，性能系數(shù)COP（ε和ξ）值越大，循環(huán)越經(jīng)濟，但性能系數(shù)和熱源溫度有關，因此對于不同制冷機的循環(huán)性能進行比較時，必須是同類制冷機在相同的熱源工況下。此時，COP大的性能好。對于不同類型的制冷機在不同工況下，如何比較性能的高低？2023/10/853制冷與熱泵技術引入制冷循環(huán)熱力完善度η進行評價。定義為實際制冷機的效率與工作在相同熱源下的逆卡諾機的效率之比：對于機械能或電能驅(qū)動的制冷機(9)對于熱能驅(qū)動的制冷機(10)

一定熱源條件下的制冷機性能系數(shù)的最大值COPmax是評價實際制冷機性能的基準值。實際制冷循環(huán)總有不可逆損失，而熱力完善度η越大，說明循環(huán)的熱力學的不可逆損失越小，性能就越好。第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理2023/10/854制冷與熱泵技術COP和η的區(qū)別第一章制冷原理制冷的基本熱力學原理COP反映制冷循環(huán)中收益能與補償能之間的在數(shù)量上的比值，不涉及二者的能量品位，數(shù)值可以大于1、小于1、等于1。η反應制冷循環(huán)趨于熱力學完善（可逆）的程度，數(shù)值小于1。用CO