空調制冷制冷原理

第一講

制冷原理（壓焓圖）1整理課件單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)1單級壓縮制冷的理論循環(huán)2單級壓縮制冷的實際循環(huán)3工況與性能2整理課件1單級蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)1.1系統(tǒng)與循環(huán)1.2壓焓圖1.3制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示1.4單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算3整理課件1.1系統(tǒng)與循環(huán)4整理課件液體蒸發(fā)制冷構成循環(huán)的四個根本過程是：①制冷劑液體在低壓〔低溫〕下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣②將該低壓蒸氣提高壓力為高壓蒸氣③將高壓蒸氣冷凝，使之成為高壓液體④高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，返回到①從而完成循環(huán)。5整理課件壓縮機:壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個系統(tǒng)的心臟。冷凝器:輸出熱量的設備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機消耗功所轉化的熱量排放給冷卻介質。節(jié)流閥:對制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器:輸出冷量的設備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對象的熱量，從而到達制冷的目的。6整理課件1.2壓焓圖phThspx壓焓圖v7整理課件8整理課件等容線----向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦；等溫線----液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內，因制冷劑狀態(tài)的變化是在等壓、等溫下進行，故等溫線與等壓線重合，是水平線。過熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；等熵線----向右上方傾斜的實線；等干度線----只存在于濕蒸氣區(qū)域內，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近，視干度大小而定。等焓線----垂直線；等壓線----水平線；9整理課件1.3制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示10整理課件ph12345

理論循環(huán)在p-h圖上的表示ABCD12345A—壓縮機；B—冷凝器；C—節(jié)流閥；D—蒸發(fā)器。單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)圖11整理課件1.4單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算〔1〕壓縮過程為等熵過程，即在壓縮過程中不存在任何不可逆損失〔2〕在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質的溫度，且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值單級理論循環(huán)是建立在以下一些假設的根底上的：12整理課件〔4〕制冷劑在管道內流動時，沒有流動阻力損失，忽略動能變化，除了蒸發(fā)器和冷凝器內的管子外，制冷劑與管外介質之間沒有熱交換〔5〕制冷劑在流過節(jié)流裝置時，流速變化很小，可以忽略不計，且與外界環(huán)境沒有熱交換〔3〕離開蒸發(fā)器和進入壓縮機的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣，離開冷凝器和進入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體13整理課件hp12345

理論循環(huán)在p-h圖上的表示14整理課件

按照熱力學第一定律，對于在控制容積中進行的狀態(tài)變化存在如下關系：這里，把自外界傳入的功作為負值。（1-1）

壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器都可以單獨作為一個控制體進行分析。15整理課件(2)冷凝過程：〔1-3〕

(3)節(jié)流過程：〔1-4〕〔1〕壓縮過程:〔1-2〕〔4〕蒸發(fā)過程：〔1-5〕16整理課件單位制冷量可按式〔2-5〕計算。單位制冷量也可以表示成汽化潛熱r0和節(jié)流后的干度x5的關系：為了說明單級壓縮蒸氣制冷機理論循環(huán)的性能，采用以下一些性能指標。

(1-6)

由式〔1-6〕可知，制冷劑的汽化潛熱越大，或節(jié)流所形成的蒸氣越少〔x5越小〕那么單位制冷量就越大。單位制冷量17整理課件(2)單位容積制冷量(1-7)

對于單級蒸氣壓縮制冷機的理論循環(huán)來說，理論比功可表示為(1-8)

單級壓縮蒸氣制冷機的理論比功也是隨制冷劑的種類和制冷機循環(huán)的工作溫度而變的。(3)理論比功18整理課件(4)單位冷凝熱單位〔1kg〕制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱。單位冷凝熱包括顯熱和潛熱兩局部

(1-9)

比較式〔1-5〕、〔1-8〕和〔1-9〕可以看出，對于單級壓縮式蒸氣制冷機理論循環(huán)，存在著以下關系(1-10)19整理課件(5)制冷系數(shù)

對于單級壓縮蒸氣制冷機理論循環(huán)，制冷系數(shù)為

(1-11)

制冷系數(shù)愈大經(jīng)濟性愈好

在蒸發(fā)溫度和冷凝溫度相同的條件下：(6)壓縮終溫影響到制冷劑的分解和潤滑油結炭。20整理課件(7)熱力完善度

單級壓縮蒸氣制冷機理論循環(huán)的熱力完善度按定義可表示為(1-12)這里εc為在蒸發(fā)溫度〔T0〕和冷凝溫度〔Tk〕之間工作的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。熱力完善度愈大，說明該循環(huán)接近可逆循環(huán)的程度愈大。21整理課件2單級蒸氣壓縮式制冷的實際循環(huán)2.1液體過冷對循環(huán)性能的影響2.2蒸氣過熱對循環(huán)性能的影響2.3氣-液熱交換器對循環(huán)性能的影響2.4不凝性氣體的存在對循環(huán)性能的影響2.5單級壓縮實際制冷循環(huán)的熱力計算22整理課件上面所述的循環(huán)，是單級壓縮蒸氣制冷機的根本循環(huán)，也是最簡單的循環(huán)。在實用上，根據(jù)實際條件對循環(huán)往往要作一些改進，以便提高循環(huán)的熱力完善度。在單級制冷機循環(huán)中，這一改進主要有液體過冷、吸氣過熱及由此而產(chǎn)生的回熱循環(huán)。23整理課件2.1液體過冷對循環(huán)性能的影響將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝溫度的狀態(tài)，稱為過冷。帶有過冷的循環(huán)，叫做過冷循環(huán)。采用液體過冷對提高制冷量和制冷系數(shù)都是有利的24整理課件ph12345過冷循環(huán)在p-h圖上的表示4’5’25整理課件(1-13)(2)單位容積制冷量(3)理論比功（1）單位制冷量不變增加增加26整理課件(4)單位冷凝熱(5)制冷系數(shù)(6)壓縮終溫不變增加增加(1-15)(1-14)27整理課件2.2蒸氣過熱對循環(huán)性能的影響

壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時，稱為過熱。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。以下圖示出了過熱循環(huán)1-1’-2’-3-4-5-1的lgp-h圖。圖中1-1’是吸氣的過熱過程，其余與根本循環(huán)相同。28整理課件ph12345過熱循環(huán)在p-h圖上的表示1’2’過熱循環(huán)分有效過熱和無效過熱兩種情況

29整理課件(1-13)(2)單位容積制冷量（1）單位制冷量增加有效過熱循環(huán)

有效過熱循環(huán)：過熱過程中產(chǎn)生的冷量也為被冷卻介質所吸收。

？30整理課件(4)單位冷凝熱(5)制冷系數(shù)？增加(1-15)(1-14)(3)理論比功(1-14)增加31整理課件(6)壓縮終溫升高圖2-19有效過熱的過熱度對制冷系數(shù)的影響過熱度R502R600aR290R134aR22NH3045.337.444.444.155.993.03073.965.772.172.986.3131.532整理課件(1-13)(2)單位容積制冷量（1）單位制冷量不變無效過熱循環(huán)

無效過熱循環(huán)：過熱過程中產(chǎn)生的冷量沒有被冷卻介質所吸收。

減小33整理課件(4)單位冷凝熱(5)制冷系數(shù)減小增加(1-15)(1-14)(3)理論比功(1-14)增加34整理課件2.3回熱器對循環(huán)性能的影響

(1-20)

假設不計回熱器與環(huán)境空氣之間的熱交換，那么液體過冷的熱量等于使蒸氣過熱的熱量，其熱平衡關系為利用回熱使節(jié)流前的制冷劑液體與壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣進行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回熱。35整理課件36整理課件ph12345回熱循環(huán)在p-h圖上的表示1’2’4’5’

回熱循環(huán)中各性能指標的變化完全同于過冷和無效過熱循環(huán)。37整理課件2.4不凝性氣體的存在對循環(huán)性能的影響積存于冷凝器；

冷凝壓力增加；壓縮機排氣壓力升高；比功增加；制冷系數(shù)下降；壓縮機容積效率降低；38整理課件2.5單級壓縮實際制冷循環(huán)的熱力計算實際循環(huán)和理論循環(huán)有許多不同之處，除了壓縮機中的工作過程以外，主要還有以下一些差異：

1．流動過程有壓力損失。

2．制冷劑流經(jīng)管道及閥門時同環(huán)境介質間有熱交換。3．熱交換器中存在溫差。39整理課件熱交換及壓力損失對循環(huán)性能的影響

〔1〕吸入管道

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，壓力比增大，制冷系數(shù)下降。吸氣管道中的熱交換可視情況當作有效過熱或無效過熱來分析。40整理課件〔2〕排出管道

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。排氣管道中的壓降會引起壓縮機排氣壓力升高。41整理課件〔3〕冷凝器到膨脹閥之間的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，可能導致局部液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作。壓力降沒有關系，只要沒有氣化。42整理課件通常膨脹閥是緊靠蒸發(fā)器安裝的。倘假設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；假設安裝在室外，熱量的傳遞使制冷減少，因而此段管道必須保溫。壓力降也沒關系?！?〕膨脹閥到蒸發(fā)器之間的管道43整理課件〔5〕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。44整理課件〔6〕蒸發(fā)器假設保證蒸發(fā)器的出口壓力不變，為克服蒸發(fā)器中制冷劑的流動阻力，必須提高進蒸發(fā)器時制冷劑的壓力，這必然導致平均蒸發(fā)溫度升高，傳熱溫差下降。假設保證傳熱溫差不變，克服蒸發(fā)器中制冷劑的流動阻力，這必然導致壓縮機的吸氣壓力下降，吸氣比容增大，壓力比增大，壓縮機耗功增加，制冷量減小，制冷系數(shù)下降。45整理課件〔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)在不斷變化的多變過程。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。46整理課件簡化后的實際循環(huán)在

p-h圖上的表示ph2s34512047整理課件下面是按照這樣簡化后的循環(huán)的性能指標的表達式，各下標對應于圖2-23所示的狀態(tài)點。〔1-33〕這些同理論循環(huán)的計算完全一致。1．單位制冷量、單位容積制冷量及單位理論功48整理課件〔1-34〕上式中點2狀態(tài)的焓值用下式計算〔1-35〕式中

為壓縮機的指示效率，它被定義為等熵壓縮過程耗功量與實際壓縮過程耗功量之比。2．單位冷凝熱49整理課件3．制冷劑的循環(huán)流量

式中為制冷量，通常由設計任務給出。

〔1-36〕4．壓縮機的理論功率和指示功率分別為（1-38）50整理課件5．實際制冷系數(shù)〔1-39〕6．冷凝器的熱負荷〔1-40〕式中為壓縮機的機械效率。51整理課件3單級蒸氣壓縮式制冷機的性能及工況3.1蒸發(fā)溫度對循環(huán)性能的影響3.2冷凝溫度對循環(huán)性能的影響3.3制冷機工況52整理課件ph345125’1’2’3.1蒸發(fā)溫度對循環(huán)性能的影響

當蒸發(fā)溫度減小時：53整理課件1