第三章 蒸汽壓縮式制冷

蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷第三章共一百九十六頁本章(běnzhānɡ)內(nèi)容3.1可逆制冷循環(huán)(xúnhuán)3.2單級蒸氣壓縮理論制冷循環(huán)3.3單級蒸氣壓縮實際制冷循環(huán)3.4制冷劑3.5采用混合制冷劑的單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.6多級蒸氣壓縮制冷循環(huán)3.7復(fù)疊式制冷循環(huán)3.8CO2超臨界制冷循環(huán)共一百九十六頁3.1可逆制冷循環(huán)(xúnhuán)（理想制冷循環(huán)）共一百九十六頁

制冷循環(huán)：是利用逆向熱力循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過一定的能量補償，從低溫?zé)嵩次?xīshōu)熱量，向高溫?zé)釁R排放熱量。熱源(rèyuán)（heatsource）：流出熱量的對象，制冷劑從中吸熱。熱匯（heatsink）：流入熱量的對象，制冷劑向其排熱。制冷循環(huán)的熱力學(xué)本質(zhì)：

用能量補償?shù)姆绞桨褵崃繌牡蜏責(zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)釁R。3.1.1蒸氣壓縮制冷的熱力學(xué)原理共一百九十六頁制冷循環(huán)可達到(dádào)的效果制冷——制冷機制冷與制熱——熱泵3.1.1蒸氣壓縮(yāsuō)制冷的熱力學(xué)原理1制冷機與熱泵QH=Q0+W共一百九十六頁性能系數(shù)(COP，CoefficientOfPerformance)：

COP=收益(shōuyì)能量/補償能量

2性能系數(shù)和熱力(rèlì)完善度性能系數(shù)和熱力完善度（或循環(huán)效率）是評價制冷循環(huán)的經(jīng)濟性指標(biāo)。3.1.1蒸氣壓縮制冷的熱力學(xué)原理無量綱量共一百九十六頁制冷(zhìlěng)系數(shù)QH=Q0+WCOPH=COPR+1制熱系數(shù)(xìshù)3.1.1蒸氣壓縮制冷的熱力學(xué)原理COPR的數(shù)值可能大于1、小于1或等于1。COPH的數(shù)值恒大于1共一百九十六頁熱力完善度η

：表示一個制冷(zhìlěng)循環(huán)與相同工作溫度下可逆循環(huán)的接近程度。η越大，說明循環(huán)性能越好，熱力學(xué)不可逆損失越?。环粗?，η越小，則說明循環(huán)中熱力學(xué)不可逆損失越大。

3.1.1蒸氣壓縮制冷(zhìlěng)的熱力學(xué)原理無量綱量共一百九十六頁EER（EnergyEfficiencyRatio）：能效比或能源利用系數(shù).

涵義上與COP是一致的。

由于計算時采用不同單位，因此所得數(shù)值也不相同(xiānɡtónɡ)。例如：

制冷量輸入功率

kcal/hWEER=0.86

WWEER=1

BTU/hWEER=3.41

來源：《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》GB50158-92

制冷量（BTU/h）EER＝總輸入電功率（w）3.1.1蒸氣壓縮制冷(zhìlěng)的熱力學(xué)原理有量綱量共一百九十六頁COP或EER是指在標(biāo)準(zhǔn)工況下運行的能源利用系數(shù)，實際上制冷機大都(dàdōu)是在非標(biāo)準(zhǔn)工況下運行，因此美國能源部1977年提出了SEER（SeasonalEnergyEfficiencyRatio季節(jié)能效比）。SEER比EER更合理。3.1.1蒸氣壓縮(yāsuō)制冷的熱力學(xué)原理SEER--季節(jié)能效比空調(diào)季節(jié)的總制冷量SEER＝空調(diào)季節(jié)消耗的總能量共一百九十六頁

蒸發(fā)溫度

標(biāo)準(zhǔn)制冷量-15

不指出運行條件的制冷量是沒有任何意義的。1USRT(美國冷噸)＝3.517kw1冷噸是指1噸0℃的飽和(bǎohé)水經(jīng)過24小時冷凍到0℃的冰所需要的冷量3.1.1蒸氣(zhēnɡqì)壓縮制冷的熱力學(xué)原理空調(diào)工況制冷量5室內(nèi)干/濕球溫度：27/19,室外干/濕球溫度：35/24共一百九十六頁逆向1234TSQHQ0高溫?zé)嵩矗ê銣責(zé)釁R）

低溫?zé)嵩矗ê銣責(zé)嵩矗┠鍯arnot循環(huán)從高溫?zé)嵩次崃繉崿F(xiàn)(shíxiàn)對外做功：熱機循環(huán)將熱量從低溫?zé)嵩粗腥〕?，并排放到高溫?zé)嵩矗褐评?zhìlěng)循環(huán)3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)

Carnot循環(huán)T1234SQQ低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩垂惨话倬攀摰蜏?dīwēn)低壓汽液混合物可逆制冷循環(huán)(xúnhuán)—逆卡諾循環(huán)的組成：兩個等溫過程（而且無傳熱溫差）兩個等熵過程（無摩擦）逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)工作示意圖Q0QHTLTH34膨脹機壓縮機12蒸發(fā)器冷凝器3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)2314Q0THTLS3S1STW工作在兩相區(qū)的制冷循環(huán)，其等壓過程也是等溫過程。We高溫高壓蒸汽高溫高壓液體低溫低壓蒸汽5共一百九十六頁壓縮機：壓縮并輸送制冷劑蒸氣(zhēnɡqì)維持蒸發(fā)器低壓和冷凝器高壓冷凝器輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機消耗的功轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。膨脹機使制冷劑等熵膨脹，并輸出膨脹功。蒸發(fā)器輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達到制取冷量的目的;制冷系統(tǒng)各部件(bùjiàn)的功能3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)共一百九十六頁1—2等熵壓縮：溫度從TL↗TH2—3等溫放熱：溫度保持TH,向高溫(gāowēn)熱源放熱QH3—4等熵膨脹：溫度從TH↘TL4—1等溫吸熱：溫度保持TL,從低溫?zé)嵩次諢崃縌03.1.2逆卡諾制冷(zhìlěng)循環(huán)共一百九十六頁逆卡諾循環(huán)的熱力(rèlì)計算吸熱量：Q0＝TL（S1－S4）＝TLΔS排熱量：QH＝TH（S2－S3）＝THΔS凈輸入(shūrù)功：W＝

WC-We

＝

QH－Q0＝(TH-TL)ΔS制冷系數(shù)：3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)WC--壓縮功We--膨脹功共一百九十六頁3.1.2逆卡諾制冷(zhìlěng)循環(huán)共一百九十六頁逆卡諾循環(huán)COPc與熱源熱匯溫度(wēndù)之間關(guān)系3.1.2逆卡諾制冷(zhìlěng)循環(huán)共一百九十六頁TL、TH對COP的影響(yǐngxiǎng)程度

3.1.2逆卡諾制冷(zhìlěng)循環(huán)()2LLTTTTHHCOPc-=??()2LKTTTTHLCOPc-=??TLCOPc???THCOPc??共一百九十六頁QHQL>

COPC

=

f(TH,TL),與制冷劑無關(guān)(wúguān)

用膨脹(péngzhàng)機完成等熵膨脹(péngzhàng)過程

兩個等溫、兩個等熵過程

COPC=COPmax逆卡諾循環(huán)的特點3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)

濕壓縮→1.降低了吸氣量；2.液態(tài)制冷劑影響潤滑，液擊。

共一百九十六頁逆Carnot循環(huán)(xúnhuán)很難實現(xiàn)●蒸發(fā)器（4-1），冷凝器（2-3）→要求無溫差傳熱，則需要換熱面積無窮大，循環(huán)周期無限長；●壓縮機（1-2）→要求無摩擦運動,等熵壓縮(yāsuō)；●膨脹機（3-4）→可逆等熵膨脹的高精度膨脹機難以加工。3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)共一百九十六頁

性能系數(shù)COP和熱力完善度η都是反映制冷循環(huán)經(jīng)濟性的指標(biāo)。但二者的含義不同，COP反映制冷循環(huán)中收益能與補償能在數(shù)量上的比值。不涉及二者的能量品位。COP的數(shù)值可能大于1、小于1或等于1。COP的大小，對于實際制冷機來說，與工作溫度、制冷劑性質(zhì)和制冷機各組成部件的效率有關(guān)；對于理想（可逆）制冷機來說，只與熱源溫度有關(guān)。所以用COP值的大小來比較兩臺實際制冷機的循環(huán)經(jīng)濟性時，必須是同類制冷機，并以相同熱源條件為前提才具有可比性。而η則反映制冷循環(huán)臻于熱力學(xué)完善（可逆循環(huán)）的程度。用η作評價指標(biāo)，使任意(rènyì)兩臺制冷機在循環(huán)的熱力學(xué)經(jīng)濟性方面具有可比性，無論它們是否同類機。制冷系數(shù)(xìshù)COP與熱力完善度η的區(qū)別3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)共一百九十六頁熱源、熱匯是變溫的制冷劑吸、放過程也是變溫的循環(huán)構(gòu)成：等熵壓縮1-2變溫放熱2-3等熵膨脹(péngzhàng)3-4變溫吸熱4-13.1.3勞倫茨循環(huán)(xúnhuán)共一百九十六頁可逆勞倫茨制冷(zhìlěng)循環(huán)

吸-放熱過程中制冷劑與熱源或熱匯之間無傳熱溫差可逆勞化茨循環(huán)的熱力計算：單位質(zhì)量的放熱量：單位質(zhì)量的吸熱量：T0m、Tm——吸放熱過程的平均當(dāng)量(dāngliàng)溫度單位質(zhì)量輸入功：w=q-q0

性能系數(shù)：

3.1.3勞倫茨循環(huán)共一百九十六頁可逆勞倫茨制冷(zhìlěng)循環(huán)

3.1.3勞倫茨循環(huán)(xúnhuán)1.可逆勞侖茲循環(huán)的制冷系數(shù)等于一個以放熱平均溫度Tm和吸熱平均溫度T0m為高、低溫?zé)嵩礈囟鹊牡刃婵ㄖZ循環(huán)的制冷系數(shù)；2.其制冷系數(shù)取決于被冷卻物體和冷卻劑的溫度狀況，而與制冷劑性質(zhì)無關(guān)。共一百九十六頁算例某蒸汽壓縮制冷過程(guòchéng)，制冷劑在２5０K吸收熱量Q0，在３00K放出熱量QH，壓縮和膨脹過程是絕熱的，向制冷機輸入的凈功為W

，判斷下列情況是：

A.可逆的B.不可逆的C.不可能的（1）Q0=2000kJW

=400kJ（2）Q0=1000kJQH=1500kJ（3）W=100kJQH=700kJ該制冷(zhìlěng)過程是可逆的，選A

（1）

解：W

+Q0

=QHQ0

W3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)COP=250=5300-250=COPCCOP=COPC共一百九十六頁COP<COPC,該制冷(zhìlěng)過程是不可逆的，選BCOP>COPC

,該制冷過程(guòchéng)是不可能的，選C

（2）Q0=1000kJQH=1500kJ

（3）W=100kJQH=700kJ

Q0QH－Q0QH－W

WQ0WQ0

WCOP=COP=3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)共一百九十六頁3.2單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷的理論循環(huán)共一百九十六頁組成(zǔchénɡ)：

壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器

用膨脹閥代替膨脹機單級蒸氣(zhēnɡqì)壓縮式制冷系統(tǒng)3.2.1特點及工作過程qk膨脹閥Tk壓縮機冷凝器q0T0蒸發(fā)器1.飽和液體或兩相混合物膨脹

系數(shù)小，可做功有限；2.膨脹機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難；3.膨脹機價格貴。膨脹閥的作用：使制冷劑節(jié)流降壓；調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量。共一百九十六頁兩個傳熱過程均為等壓過程；用膨脹閥代替(dàitì)膨脹機，理論循環(huán)不是等熵膨脹過程；蒸氣壓縮為干壓縮，而不是在濕蒸氣區(qū)內(nèi)進行（濕壓縮）。3.2.1特點及工作(gōngzuò)過程理論循環(huán)與理想循環(huán)（逆卡諾循環(huán)）的區(qū)別：1234TS

逆Carnot循環(huán)共一百九十六頁六條(liùtiáo)等值線

二條飽和線

三個狀態(tài)區(qū)

一個臨界點3.2.2制冷劑的狀態(tài)圖1.壓-焓圖hxx=0TvSlgPx=1hpC（Criticalpoint）相界線(jièxiàn)0由于單位質(zhì)量制冷劑循環(huán)的各個過程中功與熱量的變化均可以用焓的變化來計算，因此，壓-焓圖在制冷熱力計算中被廣泛應(yīng)用。共一百九十六頁壓焓圖的構(gòu)成(gòuchéng)

六條等值線

：等壓線、等溫線、等比焓線、等熵線、等容線、等干度線二條飽和線：飽和蒸氣線、飽和液體線三個狀態(tài)區(qū)：過冷液體區(qū)、濕蒸氣區(qū)、過熱蒸氣區(qū)一個(yīɡè)臨界點：臨界壓力和臨界溫度3.2.2制冷劑的狀態(tài)圖共一百九十六頁3.2.2制冷劑的狀態(tài)圖共一百九十六頁確定狀態(tài)參數(shù)表示熱力過程分析能量(néngliàng)變化wcq0qk2'4321hlgP理論制冷循環(huán)的壓焓圖pkp03.2.2制冷劑的狀態(tài)圖壓焓圖的作用(zuòyòng)共一百九十六頁理論制冷循環(huán)(xúnhuán)狀態(tài)點的確定1點：Po等壓線與x=1干飽和蒸氣線交點(jiāodiǎn)2點:Pk等壓線與s1等熵線交點3點：Pk等壓線與x=0飽和液體線交點4點：Po等壓線與h3等焓線交點3.2.2制冷劑的狀態(tài)圖共一百九十六頁2.溫—熵圖3.2.2制冷劑的狀態(tài)圖STCpvTsx=0x=10共一百九十六頁熱匯和熱源的溫度恒定，且制冷劑在相變過程中與熱源或熱匯之間沒有傳熱溫差（蒸發(fā)(zhēngfā)溫度為熱源溫度、冷凝溫度為熱匯溫度）；制冷劑在蒸發(fā)器出口為飽和蒸汽、冷凝器出口為飽和液體；制冷劑除了在壓縮機和膨脹閥處發(fā)生壓力變化外，整個循環(huán)的其它流動過程沒有壓力損失；除換熱器外，制冷劑在整個循環(huán)的其他流動過程中與外界無熱交換；壓縮過程為等熵過程；節(jié)流過程為絕熱節(jié)流過程。1.理論(lǐlùn)循環(huán)的假定3.2.3理論循環(huán)共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)2.理論循環(huán)(xúnhuán)在狀態(tài)圖上的描述兩個等壓過程一個等熵壓縮過程一個絕熱節(jié)流（非等熵膨脹）過程共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)2.理論循環(huán)(xúnhuán)在狀態(tài)圖上的描述點1代表制冷劑進入壓縮機的狀態(tài)，它是對應(yīng)于蒸發(fā)溫度(壓力)下的飽和蒸氣。點1位于p0等壓線(或T0等溫線)與飽和蒸氣線(等干度線x=1)的交點上。

點2表示經(jīng)壓縮機壓縮后排出的制冷劑狀態(tài)，也是制冷劑在冷凝器入口處的狀態(tài)。過程線1-2表示制冷劑氣體在壓縮機中的等熵壓縮過程，有s1=s2。所以點2位于等熵線s1與等壓線pk的交點上。大多數(shù)制冷劑飽和蒸氣經(jīng)等熵壓縮后成為過熱蒸氣，點2為過熱蒸氣狀態(tài)。共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)2.理論(lǐlùn)循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述點3表示制冷劑在冷凝器出口處的狀態(tài)，也是制冷劑節(jié)流前的狀態(tài)。點3為飽和液體狀態(tài)。冷凝器中的過程2-2’-3是定壓過程，過程2-2’表示過熱蒸氣定壓冷卻到飽和蒸氣的過程；過程2’-3表示從飽和蒸氣定壓冷凝到飽和

液體的過程。點2’位于等壓線pk與等干度線x=1的交點上；點3位于等壓線

pk與等干度線x=0的交點上。共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)2.理論循環(huán)(xúnhuán)在狀態(tài)圖上的描述點4表示節(jié)流后的制冷劑狀態(tài)，也是制冷劑在蒸發(fā)器入口處的狀態(tài)。點4為低壓兩相狀態(tài)。3-4為節(jié)流過程，因為節(jié)流過程是絕熱的，所以h3=h4；節(jié)流后壓力達到蒸發(fā)壓力，點4位于p0等壓線與h3等焓線的交點上。共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)2.理論循環(huán)(xúnhuán)在狀態(tài)圖上的描述過程4-1表示發(fā)生在蒸發(fā)器中的定壓蒸發(fā)過程。至此，完成一個理論循環(huán)過程。共一百九十六頁開口(kāikǒu)系統(tǒng)穩(wěn)定流動熱力學(xué)第一定律：3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)3.理論循環(huán)的性能指標(biāo)q—單位質(zhì)量換熱量Wt—技術(shù)功Wu—有用功共一百九十六頁單位質(zhì)量制冷量q0：1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從低溫?zé)嵩次盏臒崃?。單位kJ/kg。

q0＝h1－h(huán)4單位容積制冷量qzv：壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣（按吸氣狀態(tài)計），在蒸發(fā)器中所產(chǎn)生(chǎnshēng)的制冷量。單位kJ/m3。

qzv＝q0/v1＝（h1－h(huán)4）/v1單位壓縮功w：壓縮機每壓縮輸送1kg制冷劑所消耗的功。單位kJ/kg。

w＝h2－h(huán)1容積比功wv

：壓縮機每壓縮輸送1m3制冷劑所消耗的功（以壓縮機吸氣狀態(tài)計）。單位kJ/m3。

wv

＝w/v13.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)3.理論循環(huán)的性能指標(biāo)

r＝h1－h(huán)5氣化潛熱共一百九十六頁單位冷凝負荷(fùhè)qk

：1kg制冷劑在冷凝器中向高溫?zé)釁R放出的熱量。單位kJ/kg。

qk＝h2－h(huán)3壓縮比π

：壓縮機排氣壓力與吸氣壓力之比,無量綱。

π

＝p2/

p1＝

pk/

p0排氣溫度T2：制冷劑氣體壓縮終了的溫度。性能系數(shù)COP

COP=q0/

w熱力完善度η

η=COP

/COPc3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)3.理論循環(huán)的性能指標(biāo)共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)理論(lǐlùn)循環(huán)的制冷機性能指標(biāo)注意：–

–

壓焓圖上的制冷劑的質(zhì)量是1kg；–

–

實際制冷系統(tǒng)關(guān)心的是，一定制冷劑流量(kg/s)下，能夠制取的制冷量（kW）。共一百九十六頁制冷劑的質(zhì)量流量(kg/s):qm=qvh/v1

制冷量(kw):Φ0=q0qm=qvhqzv壓縮機功率(kw):P=qmw壓縮機的理論性能(xìngnéng)系數(shù):COP=Φ0/P3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)理論循環(huán)的制冷機性能指標(biāo)已知條件：壓縮機的理論輸氣量qvh（

m3/s）共一百九十六頁用膨脹閥節(jié)流存在節(jié)流損失；非相變傳熱(chuánrè)部分存在傳熱(chuánrè)溫差；存在過熱損失。3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)4.理論制冷循環(huán)是不可逆循環(huán)理論制冷循環(huán)的循環(huán)特性取決于：熱源（匯）的溫度制冷劑的性質(zhì)可逆循環(huán)：1-1'-3-4'-1理論循環(huán)：1-2-2'

-3-4-14'1'共一百九十六頁節(jié)流(jiéliú)損失

節(jié)流損失：由于用節(jié)流閥代替膨脹機，不可逆過程使制冷系數(shù)↘，降低程度稱為節(jié)流損失。

節(jié)流閥不僅損失了膨脹功，而且將節(jié)流過程中的摩擦損失轉(zhuǎn)化為熱能，使一部分液體氣化（閃發(fā)蒸氣），損失了部分制冷量。也就是說，采用膨脹閥后，所損失的功量都變成了熱量，被制冷劑吸收，因而減少了制冷量。影響(yǐngxiǎng)節(jié)流損失因素隨Tk－T0的增加而加大與制冷劑的物理性質(zhì)有關(guān):飽和液線越平緩（比熱越大），以及潛熱越小，或者冷凝壓力越接近臨界壓力，則節(jié)流損失越大。3.2.3理論循環(huán)共一百九十六頁節(jié)流(jiéliú)損失

3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)4'5Δq0h3-h4=面積3453（膨脹功）h4'-h4=Δq0∵h3=h4'∴膨脹功=Δq0共一百九十六頁過熱(ɡuòrè)損失

表示采用干壓縮后，制冷系數(shù)下降的程度。理論制冷循環(huán)中，蒸氣的壓縮過程采用干壓縮代替濕壓縮原因：防止液擊方法：1.氣液分離器2.膨脹閥控制壓縮機吸氣過熱度

影響過熱損失(sǔnshī)的因素與制冷劑性質(zhì)有關(guān)，制冷劑的節(jié)流損失大則過熱損失小壓縮比越大，過熱損失越大。3.2.3理論循環(huán)共一百九十六頁過熱(ɡuòrè)損失

3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)4'1'共一百九十六頁

(1)是實際循環(huán)的基準(zhǔn)和參照，用于分析研究實際循環(huán)的各種(ɡèzhǒnɡ)不完善因素和應(yīng)做出的改進。理論循環(huán)最大限度地排除了系統(tǒng)本身的不完善度，是在上述假設(shè)條件下性能最好的熱力循環(huán)。

(2)用于評價制冷劑。理論循環(huán)的熱力性能僅與TK、T0和制冷劑有關(guān)。相同TK、T0條件下，通過對不同制冷劑的理論循環(huán)特性進行比較，可以評價它們在熱力性質(zhì)方面的適宜程度。3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)理論制冷循環(huán)的作用和意義共一百九十六頁3.2.3理論(lǐlùn)循環(huán)理論制冷循環(huán)(xúnhuán)的作用和意義共一百九十六頁3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷的實際循環(huán)共一百九十六頁3.3.1實際(shíjì)制冷循環(huán)實際循環(huán)存在(cúnzài)的影響因素循環(huán)外部條件：循環(huán)內(nèi)部條件：流動阻力及散熱損失：制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)流動，經(jīng)過設(shè)備的連接管道(包括管件、閥門等)、熱交換器管道時均存在流動阻力，造成壓力損失，并且通過管道與外界存在熱交換。非等熵壓縮：制冷劑被壓縮時，存在摩擦與熱交換等不可逆損失，壓縮過程并非等熵過程，而是熵值增加的多變過程。制冷劑的狀態(tài)：制冷劑流出蒸發(fā)器和進入壓縮機的狀態(tài)未必恰好是飽和蒸氣，往往有一定的過熱；制冷劑在膨脹閥前的狀態(tài)也未必恰好是飽和液體。低溫?zé)嵩春透邷責(zé)釁R均為有限源(匯)，它們是有限流量的空氣、水或其他流體。冷卻流體流過冷凝器時吸收制冷劑的排熱，其溫度要升高；被冷卻流體流過蒸發(fā)器時其溫度要降低；它們與制冷劑發(fā)生熱交換時，存在傳熱溫差。共一百九十六頁3.3.1實際制冷(zhìlěng)循環(huán)實際制冷(zhìlěng)循環(huán)的狀態(tài)圖由于相變傳熱存在傳熱溫差，所以制冷劑的蒸發(fā)過程線位于理論循環(huán)的蒸發(fā)過程線下方；制冷劑的冷凝過程線位于理論循環(huán)的冷凝過程線上方。共一百九十六頁實際循環(huán)的工作(gōngzuò)過程蒸發(fā)過程：4—0—1a吸氣(xīqì)過程：1a—1b—1：過熱，壓降壓縮過程：1-2，吸熱壓縮（熵增），放熱壓縮（熵減）排氣過程：2—2a冷卻凝結(jié)過程：2a—3：過冷節(jié)流過程：3—4：絕熱3.3.1實際制冷循環(huán)共一百九十六頁高壓液體過冷的影響壓縮機吸氣過熱的影響管道壓力損失(sǔnshī)和熱交換的影響壓縮機與壓縮過程不可逆的影響相變傳熱不可逆的影響其他影響因素3.3.2實際因素對循環(huán)(xúnhuán)的影響共一百九十六頁過冷（subcooling）：

制冷劑在冷凝器中液化后、進入節(jié)流機構(gòu)之前，將飽和液態(tài)制冷劑再降溫成為過冷液體的做法。過冷可以(kěyǐ)減少節(jié)流損失。過冷液體：制冷劑液體的溫度若低于相同壓力下的飽和溫度，則稱為過冷液體。過冷溫度(temperatureofsubcooling)：制冷劑節(jié)流前被降溫到低于飽和溫度的過冷液體的溫度。過冷度(degreeofsubcooling)：飽和溫度與其過冷液體溫度之差。過冷循環(huán)：具有過冷的循環(huán)稱為過冷循環(huán)。基本概念3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響1.過冷的影響共一百九十六頁過冷循環(huán)(xúnhuán)3.3.2實際因素對循環(huán)(xúnhuán)的影響1.過冷的影響3

過冷器qk膨脹閥Tk3'4'2壓縮機1冷凝器q0T0蒸發(fā)器p0pklgp0214hS3'b'b04'231q0T’kT’0Tωc過冷度44'33'共一百九十六頁循環(huán)特性指標(biāo)理論循環(huán)過冷循環(huán)過冷的影響單位質(zhì)量制冷量q0h1-h4h1-h4’↗單位容積制冷量qzv(h1-h4)/v1(h1-h4’)/v1↗比功wh2-h1h2-h1不變性能系數(shù)COP(h1-h4)/(h2-h1)(h1-h4’)/(h2-h1)↗3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響過冷循環(huán)與理論循環(huán)特性(tèxìng)比較結(jié)論：過冷減少了節(jié)流損失，提高了COP共一百九十六頁相同的過冷度下，制冷量和性能系數(shù)提高的比例取決于制冷劑的比熱和汽化潛熱。液體比熱容越大和汽化潛熱越小的制冷劑，過冷的相對收益越大。蒸發(fā)(zhēngfā)溫度越低，采用過冷循環(huán)越有利于提高系統(tǒng)的性能。3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響1.過冷的影響過冷狀態(tài)點3'比焓的確定：

過冷液體的比容不易測量或計算共一百九十六頁（1）利用(lìyòng)冷凝器直接過冷3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響實現(xiàn)過冷的方法逆流套管式水冷凝器最易獲得過冷。翅片管式風(fēng)冷凝器，通過管程的合理布置也可以獲得過冷。殼管式水冷凝器：殼體下部兼作高壓貯液器使用，并布置有冷卻水管，使冷卻水自下而上流過，也可以在冷凝器中得到過冷液體。設(shè)計、選型時，適當(dāng)增大冷凝器面積，可以得到1~5℃的過冷度。共一百九十六頁(2)利用(lìyòng)過冷器獲得過冷3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響實現(xiàn)過冷的方法在冷凝器與膨脹閥之間增設(shè)一臺熱交換器--過冷器，使來自冷凝器的制冷劑液體在過冷器中進一步被冷卻。冷凝器用常溫水冷卻，過冷器則用溫度更低的深井水冷卻。用常溫冷卻水，使它先流過過冷器，再流過冷凝器。用過冷器獲得的過冷度一般也不大。3

過冷器qk膨脹閥Tk3'4'2壓縮機1冷凝器q0T0蒸發(fā)器共一百九十六頁(3)用氣-液熱交換器獲得(huòdé)過冷3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響實現(xiàn)過冷的方法采用制冷劑自身回?zé)岬霓k法，可以得到很大的過冷度?；?zé)嵫h(huán)冷凝后的高壓制冷劑液體與蒸發(fā)后的低溫制冷劑蒸氣進行熱交換，實現(xiàn)液體過冷、蒸氣過熱的制冷循環(huán)?；?zé)崞?4'qk膨脹閥Tk33'2'壓縮機1'冷凝器q0T0蒸發(fā)器蒸氣回?zé)嵫h(huán)共一百九十六頁2.壓縮機吸氣過熱(ɡuòrè)的影響什么是吸氣過熱？

制冷劑在蒸發(fā)器中氣化后，繼續(xù)吸熱升溫，使壓縮機吸氣溫度高于其飽和溫度的現(xiàn)象。為什么制冷系統(tǒng)要吸氣過熱？（1）保證壓縮(yāsuō)機吸氣是干蒸氣，避免濕壓縮(yāsuō)；

（2）防止吸氣溫度過低導(dǎo)致壓縮機外壁結(jié)霜、潤滑油變粘。過熱溫度（temperatureofsuperheat）

：相同壓力下，過熱制冷劑蒸氣的溫度。過熱度（degreeofsuperheat）

：過熱蒸氣的溫度和相同壓力下飽和蒸氣溫度的差值。吸氣過熱循環(huán)：具有吸氣過熱的循環(huán)稱為吸氣過熱循環(huán)?；靖拍?.3.2實際因素對循環(huán)的影響共一百九十六頁理論循環(huán)：1-2-3-4-1吸氣(xīqì)過熱循環(huán)：1'-2'-2-3-4-1-1'3.3.2實際因素對循環(huán)(xúnhuán)的影響2.壓縮機吸氣過熱的影響2'1'S31

4TkT0T過熱度2吸氣過熱循環(huán)lgPhPkP012'41'

3t0tk20共一百九十六頁吸入過熱蒸氣對制冷量和制冷系數(shù)的影響取決于蒸氣過熱時吸收的熱量是否產(chǎn)生有用的制冷效果以及過熱度的大小。

由蒸發(fā)器出來的低溫制冷劑蒸氣，在通過吸氣管道進入壓縮機之前，從周圍環(huán)境中吸取熱量而過熱，但它并沒有對被冷卻物質(zhì)產(chǎn)生任何制冷效應(yīng)，這種過熱稱為“無用”過熱。由于循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量是相等的，但蒸氣比容的增加(zēngjiā)使單位容積制冷量減少，對給定壓縮機而言它將導(dǎo)致循環(huán)制冷量的降低。

3.3.2實際因素對循環(huán)(xúnhuán)的影響（1）無用過熱（有害過熱）共一百九十六頁循環(huán)特性指標(biāo)理論循環(huán)無用過熱循環(huán)無用過熱影響單位質(zhì)量制冷量q0h1-h4h1-h4不變單位容積制冷量qzv(h1-h4)/v1(h1-h4)

/v1'

↘比功wh2-h1h2’-h1’↗性能系數(shù)COP(h1-h4)/(h2-h1)(h1-h4)/(h2’-h1’)↘壓縮機排氣溫度↗3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響無用過熱循環(huán)(xúnhuán)與理論循環(huán)(xúnhuán)的比較結(jié)論：無用過熱增加了過熱損失，降低了cop，降低了制冷量共一百九十六頁3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響為減小“有害過熱”，制冷機的吸氣管道應(yīng)該外敷隔熱層，防止環(huán)境(huánjìng)對吸氣管道加熱。共一百九十六頁

如果吸入蒸氣的過熱產(chǎn)生(chǎnshēng)在蒸發(fā)器本身的后部，或者產(chǎn)生(chǎnshēng)在安裝于被冷卻室內(nèi)的吸氣管道上，或者產(chǎn)生(chǎnshēng)在兩者皆有的情況下，那么，由于過熱而吸收的熱量來自被冷卻空間，因而產(chǎn)生(chǎnshēng)了有用的制冷效果，這種過熱為“有用”過熱。

3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響（2）有用過熱共一百九十六頁循環(huán)特性指標(biāo)理論循環(huán)有用過熱循環(huán)有用過熱影響單位質(zhì)量制冷量q0h1-h4h1’-h4↗單位容積制冷量qzv(h1-h4)/v1(h1’-h4)

/v1’不確定比功wh2-h1h2’-h1’↗性能系數(shù)COP(h1-h4)/(h2-h1)(h1’-h4)/(h2’-h1’)不確定壓縮機排氣溫度↗3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響有用過熱循環(huán)(xúnhuán)與理論循環(huán)(xúnhuán)的比較共一百九十六頁3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響過熱度(rèdù)對qzv和cop的影響qzv'/qzvcop'/copCO2C3H8R12R11R22NH3102030401.001.050.95Δtr℃過熱度對單位容積制冷量和性能系數(shù)的影響氨過熱對單位容積制冷量和COP是不利的，R22和R11的影響不明顯.氨過熱度控制在5℃內(nèi)；氟利昂一般可采取較大的過

熱度,但過熱度不超過15℃丙烷R290此圖也適用于“蒸汽回?zé)嵫h(huán)”共一百九十六頁蒸氣(zhēnɡqì)回?zé)嵫h(huán)實現(xiàn)“有用過熱”3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響回?zé)崞?4'qk膨脹閥Tk33'2'壓縮機1'冷凝器q0T0蒸發(fā)器蒸氣回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)圖lgPhPkP012'41'

3203'4'aa'2'1'S3'b'

b04'231

4q0TkT0T過熱度0共一百九十六頁回?zé)崞鳠崞胶猓号c理論循環(huán)相比較，回?zé)嵫h(huán)等價于沒有過冷的有用(yǒuyònɡ)過熱循環(huán)。蒸氣回?zé)嵫h(huán)的熱力(rèlì)分析3.3.2實際因素對循環(huán)的影響單位質(zhì)量制冷量：共一百九十六頁3.3.2實際因素對循環(huán)(xúnhuán)的影響蒸氣(zhēnɡqì)回?zé)嵫h(huán)的禁用與利用氨不宜采用回?zé)嵫h(huán)回?zé)崾寡h(huán)cop下降，而且氨的絕熱指數(shù)大，吸氣過熱會造成氨的排氣溫度過高，危害壓縮機的安全性和可靠性。氨的吸氣過熱度不超過5℃。蒸發(fā)溫度較高的制冷循環(huán)由于高壓液體與蒸發(fā)器回氣之間的溫度差異不太大，回氣溫度與環(huán)境溫度之間的溫差也不太大，吸氣管隔熱層處理得好就能控制有害過熱，所以一般不用回?zé)崞鳌Ｕ舭l(fā)溫度低的制冷循環(huán)采用回?zé)嵫h(huán)保證了吸氣具有足夠大的過熱度，防止壓縮機吸氣溫度過低，而且高壓液體因回?zé)岬玫竭^冷。過冷是防止節(jié)流前的制冷劑液體中出現(xiàn)閃發(fā)蒸氣，保證節(jié)流元件穩(wěn)定工作的有效措施。如丙烷R290，CO2等熵壓縮進入兩相區(qū)的制冷劑其熱力性質(zhì)使得飽和蒸氣等熵壓縮后進入兩相區(qū)。具有這種性質(zhì)的制冷劑必須采用回?zé)嵫h(huán)，讓吸氣過熱到足以保證壓縮過程在氣相區(qū)內(nèi)完成，如乙烷的衍生物。利用禁用共一百九十六頁3.連接管道壓力損失(sǔnshī)及熱交換的影響3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響qk膨脹閥Tk壓縮機冷凝器q0T0蒸發(fā)器單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)吸氣管排氣管高壓液管低壓液管共一百九十六頁3.連接(liánjiē)管道壓力損失及熱交換的影響3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響壓力損失降低吸氣壓力，吸氣比容增加，容積制冷量下降；壓縮比增大。熱交換

吸熱，為有害過熱（需保溫）吸氣管壓力損失提高了排氣壓力，增加了壓縮比熱交換

放熱，有利（不保溫）排氣管壓力損失

降低閥前壓力，使閥的流量減小，并出現(xiàn)閃發(fā)蒸氣。熱交換吸熱或放熱。放熱起到過冷的作用；吸熱將使液體汽化，造成膨脹閥的流量降低，蒸發(fā)器供液不足。氣泡使膨脹閥工作不穩(wěn)定。高壓液管壓力損失

抬高膨脹閥出口壓力，使閥前后壓差變小，降低了制冷劑的流量。工程中盡量縮短低壓液管的長度，將膨脹閥緊靠蒸發(fā)器入口安裝，使其影響忽略不計。熱交換吸熱，制冷劑比焓增大，損失一部分制冷量。低壓液管共一百九十六頁吸氣管減少有害過熱（隔熱處理）；合理(hélǐ)的流速，減少管件閥門等附件,以保證吸氣側(cè)壓降在允許的范圍。高壓液管液體汽化原因：液管過長；液管有轉(zhuǎn)彎、上升等。防止液體汽化方法液體有足夠的過冷度；隔熱處理防止液體受熱汽化。3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響關(guān)鍵管路共一百九十六頁4.壓縮機與壓縮過程(guòchéng)不可逆的影響壓縮過程(guòchéng)的損失3.3.2實際因素對循環(huán)的影響???íìˉˉ?tyü???íìˉ?-?COPQ0輸氣量容積損失耗功功率損失ωi-指示比功（指示功率）ωs-軸比功（軸功率）ωe-實際輸入電機比電功（電機功率）ω

-理論比功（理論功率）電機壓縮機ωiωsωeˉ共一百九十六頁3.3.2實際因素(yīnsù)對循環(huán)的影響ωi-指示(zhǐshì)比功（指示(zhǐshì)功率）ωs-軸比功（軸功率）ωe-實際輸入電機比電功（電機功率）ω

-理論比功（理論功率）（2）機械效率（1）指示效率（3）電機效率（4）容積效率

(輸氣系數(shù))ηk

-

軸效率ηel

-

電效率qvs

-

實際輸氣量qvh

-

理論輸氣量電機壓縮機ωiωsωe共一百九十六頁存在傳熱溫差：冷凝溫度＞熱匯溫度蒸發(fā)(zhēngfā)溫度＜熱源溫度循環(huán)壓力差增大壓力比增大比功增大單位質(zhì)量制冷量減小單位容積制冷量減小性能系數(shù)(xìshù)降低壓縮機容積效下降3.3.2實際因素對循環(huán)的影響5.相變傳熱不可逆的影響共一百九十六頁潤滑油:與制冷劑互溶，改變了制冷劑的熱力性質(zhì)；水分：使制冷劑發(fā)生水化反應(yīng)，腐蝕(fǔshí)系統(tǒng)材料，冰堵；不凝性氣體：使系統(tǒng)壓力升高，排氣溫度升高。3.3.2實際(shíjì)因素對循環(huán)的影響6.其他影響因素共一百九十六頁確定計算(jìsuàn)工況計算實際循環(huán)特性-簡化的實際循環(huán)計算制冷機性能計算換熱設(shè)備的負荷是制冷機設(shè)計計算的第一步，為確定“四大件”和其它部件的容量、規(guī)格、型號(xínghào)提供依據(jù)。3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力計算熱力計算內(nèi)容熱力計算目的

壓焓圖

求解工具

共一百九十六頁根據(jù)制冷溫度，冷卻介質(zhì)溫度選擇制冷劑，規(guī)劃制冷系統(tǒng)流程；按流程圖在壓焓圖上畫出簡化(jiǎnhuà)的實際循環(huán)確定循環(huán)工況：蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、傳熱溫差等；確定制冷量或壓縮機理論輸氣量；計算實際循環(huán)特性；計算制冷機性能及換熱設(shè)備的負荷；1.熱力(rèlì)計算方法與步驟3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力計算共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機的熱力計算循環(huán)(xúnhuán)工況的確定溫度的確定:傳熱溫差的選取:水冷冷凝器：

風(fēng)冷冷凝器：

冷卻液體的蒸發(fā)器：冷卻空氣的蒸發(fā)器:冷凝溫度：蒸發(fā)器出口溫度：蒸發(fā)溫度：冷凝器出口溫度：家用空調(diào)：過冷度：不小于6℃

過熱度：1~7℃

共一百九十六頁循環(huán)(xúnhuán)特性的計算3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力(rèlì)計算盡管圖3-9詳細地描述了實際循環(huán)，但熱力計算時采用簡化的實際循環(huán)圖，即：不考慮管道壓降，圖中也不反映壓縮機內(nèi)部氣腔及氣閥的壓力損失。圖中的虛線1-2′表示假想的等熵壓縮過程，即從吸氣狀態(tài)開始經(jīng)等熵壓縮將壓力提高到冷凝壓力。共一百九十六頁循環(huán)特性(tèxìng)的計算3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力(rèlì)計算共一百九十六頁循環(huán)特性(tèxìng)的計算3.3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機的熱力計算共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮(yāsuō)式制冷機的熱力計算制冷機性能及各設(shè)備(shèbèi)的負荷計算共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機的熱力計算制冷機性能(xìngnéng)及各設(shè)備的負荷計算共一百九十六頁熱力計算(jìsuàn)例題3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力(rèlì)計算共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮(yāsuō)式制冷機的熱力計算熱力計算(jìsuàn)例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮(yāsuō)式制冷機的熱力計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力(rèlì)計算熱力計算(jìsuàn)例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮(yāsuō)式制冷機的熱力計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機的熱力計算熱力計算(jìsuàn)例題過冷共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮(yāsuō)式制冷機的熱力計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機的熱力計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力(rèlì)計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機的熱力計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力(rèlì)計算熱力(rèlì)計算例題共一百九十六頁工況：制冷機工作循環(huán)狀況反應(yīng)工況的參數(shù)蒸發(fā)溫度T0、冷凝(lěngníng)溫度Tk、壓縮機吸氣溫度T1、冷凝液體溫度T3運行工況一旦確定，對于確定的制冷機，其性能（制冷量、功耗、COP）便確定；對于確定的制冷機，運行工況發(fā)生變化，則性能（制冷量、功耗、COP）會隨之發(fā)生變化；四個工況參數(shù)中，蒸發(fā)溫度T0、冷凝溫度Tk對性能的影響最大。制冷機工況的變化，通常指的就是蒸發(fā)溫度T0、冷凝溫度Tk的變化。3.3.4單級蒸汽壓縮(yāsuō)式制冷機變工況特性共一百九十六頁冷凝溫度變化(biànhuà)的影響當(dāng)：循環(huán)(xúnhuán)：12341→12'3'4'1循環(huán)特性變化：制冷機性能變化：3.3.4單級蒸汽壓縮式制冷機變工況特性kktt￠-?ˉ--ˉ--?COPt2q0wtk,,,p???????íìˉ-?ˉˉ?t?yüˉˉ?=ˉˉ?-?-?COPP（=qmw）wqmqqqqtmvhvsk

不確定,)(0f0llpˉˉˉˉˉˉˉ共一百九十六頁t0變化的影響(yǐngxiǎng)：t0→t'0循環(huán)：12341→1'2'34'1'3.3.4單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機變工況特性蒸發(fā)溫度變化的影響循環(huán)特性變化：???íì=-?-ˉˉ--?--ˉ?（不確定）/,,,,,110210vwwwvqqwTvtvzvp，COPˉˉˉˉˉˉˉ共一百九十六頁3.3.4單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機變工況特性蒸發(fā)(zhēngfā)溫度變化的影響求導(dǎo)，令，得wv取極值的條件：假設(shè)：制冷劑蒸氣為理想氣體，壓縮過程為等熵壓縮。共一百九十六頁蒸發(fā)溫度降低—制冷量下降吸氣比容增大、壓力比增大、容積效率下降、循環(huán)質(zhì)量流量減少(jiǎnshǎo)，制冷量下降壓縮機功率（P=λqvhwv）理想壓縮機功率—同容積比功實際壓縮機功率—基本與容積比功類似制冷機性能系數(shù)—總是下降3.3.4單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機變工況特性制冷機整機性能隨蒸發(fā)溫度的變化：蒸發(fā)溫度變化的影響共一百九十六頁蒸發(fā)溫度降低使得制冷機性能惡化，且蒸發(fā)溫度影響大于冷凝溫度影響低蒸發(fā)溫度的制冷(zhìlěng)裝置必須防止啟動時或高負荷時電機超載運行。3.3.4單級蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷機變工況特性工況變化時的注意事項共一百九十六頁3.4蒸汽(zhēnɡqì)壓縮式制冷中的制冷劑共一百九十六頁制冷劑（Refrigerant）：制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動(liúdòng)的工作介質(zhì)，又稱制冷工質(zhì)、冷媒，是制冷系統(tǒng)的血液。作用：它在系統(tǒng)的各個部件間循環(huán)流動以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，達到制冷機向高溫?zé)嵩捶艧?、從低溫?zé)嵩次鼰釋崿F(xiàn)制冷的目的。制冷劑的定義(dìngyì)和作用3.4蒸汽壓縮式制冷中的制冷劑共一百九十六頁1.制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)歷史從1830年到1930年，這一階段的制冷劑主要是自然界中容易獲得或制取的物質(zhì)，如乙醚、NH3、SO2、CO2、H2O等。但這些制冷劑最后都因為其毒性或可燃性，以及制冷設(shè)備龐大、效率較低等缺點，在后來出現(xiàn)氟利昂制冷劑后，于20世紀50年代退出了常規(guī)制冷系統(tǒng)。這一階段用了約100年的時間。1834年美國人珀金斯發(fā)明世界上第一臺制冷機，采用(cǎiyòng)的制冷劑為乙醚(CH3OCH3)。1866年二氧化碳(CO2)被用作制冷劑。1872年波義耳發(fā)明以氨(NH3)為制冷劑的壓縮機。1876年使用二氧化硫(SO2)為制冷劑。1878年一氯甲烷(CH3Cl)開始使用。1922年第一臺離心式壓縮機使用了二氯乙烷異構(gòu)體（R1130）第1階段共一百九十六頁從1930年到1990年，主要采用CFCs和HCFCs制冷劑，使用了約60年。1931年美國杜邦公司合成出了R12，以后很快出現(xiàn)了R11、R22等稱為氟利昂的一系列鹵代烴化合物，因其優(yōu)良的熱力學(xué)特性，無毒，不燃燒，極其穩(wěn)定等性質(zhì)，很快成為制冷劑的主角，被大量生產(chǎn)和使用，如家用冰箱、汽車空調(diào)、小型(xiǎoxíng)冷庫都用R12、R22等。20世紀50年代開始使用共沸制冷劑。20世紀60年代開始使用非共沸制冷劑。1.制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)歷史第2階段共一百九十六頁第2階段常用制冷劑開發(fā)年份表制冷劑年份制冷劑年份R121931R221936R111932R131945R1141933R141955R1131934R50219611.制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)歷史共一百九十六頁從1990年至今，進入了以HFCs（氫氟烴）和自然工質(zhì)為主的替代制冷劑時期。目前正在使用的這類制冷劑有三大類：

1.HFCs2.回歸第一階段的自然工質(zhì)如NH3、CO2、H2O、碳氫類等3.HFCs和HCFCs混合制冷劑1.制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)歷史第3階段(jiēduàn)共一百九十六頁第3階段常用制冷劑1.制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)歷史共一百九十六頁1.制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)歷史制冷劑發(fā)展(fāzhǎn)的路線圖

自然工質(zhì)

氟利昂

231共一百九十六頁2.制冷劑的分類(fēnlèi)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)34《制冷劑命名和安全分類》列出了100多種制冷劑，但其中許多并不在常規(guī)商業(yè)HVACR中使用。根據(jù)制冷劑的分子結(jié)構(gòu)可將制冷劑分為無機化合物、氟利昂和碳氫化合物；無機化合物：氨、水、二氧化碳等氟利昂：飽和鹵代烴碳氫化合物：烷烴類、烯烴類根據(jù)制冷劑的組分可分為單一制冷劑和混合(hùnhé)制冷劑；根據(jù)制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)沸點可將制冷劑分為高溫(低壓)、中溫(中壓)、低溫(高壓)制冷劑；根據(jù)制冷劑的來源可分為天然制冷劑和人工合成制冷劑；ASHRAE：AmericanSocietyofHeatingRefrigeratingandAir-conditioningEngineersHVACR：Heating，VentilationandAir-conditioning，Refrigeration共一百九十六頁2.制冷劑的分類(fēnlèi)共一百九十六頁制冷劑在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.32kPa)下的沸騰溫度稱為標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度或標(biāo)準(zhǔn)沸點，用ts

表示。制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度大體上可以反映用其制冷能夠達到的低溫范圍(fànwéi)。ts越低的制冷劑,能夠達到的制冷溫度越低。所以，習(xí)慣上往往依據(jù)ts的高低，將制冷劑分為高溫、中溫、低溫制冷劑。由于各種物質(zhì)的飽和蒸汽壓力曲線的形狀大體相似,在某一相同的工作溫度下,標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的制冷劑的壓力低；標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度低的制冷劑的壓力高，即高溫工質(zhì)又屬于低壓工質(zhì)；低溫工質(zhì)又屬于高壓工質(zhì)。2.制冷劑的分類(fēnlèi)標(biāo)準(zhǔn)沸點共一百九十六頁(1)無機化合物R717R744R718R7XX無機化合物的分子量編號(biānhào)氨二氧化碳(èryǎnghuàtàn)水舉例3.制冷劑的命名共一百九十六頁飽和鹵代烴：CmHnFxClyBrz，其原子數(shù)m、n、x、y、z之間的關(guān)系式為：

n+x+y+z=2m+2命名：R（m-1）（n+1）（x）（z），m-1為0則省略。Freon是不含Br的飽和鹵代烴，其編碼原則同上，用3位數(shù)組成代碼：R（m-1）（n+1）（x）個位數(shù)表示分子中氟原子(yuánzǐ)的個數(shù)；

十位數(shù)表示分子中氫原子的個數(shù)加1；

百位數(shù)表示分子中碳原子的個數(shù)減1，如果為0則省略。例如：CF2Cl2為R12，C2H2F4為R134，CHClF2為R22，CCl4為R10環(huán)狀衍生物的編號的規(guī)則與此相同，只在字母R后加一個字母C，如八氟環(huán)丁烷C4F8為RC318。同分異構(gòu)體都具有相同的編號,但最對稱的一種用編號后面不帶任何字母來表示，而隨著同分異構(gòu)變得愈來愈不對稱，附加小寫字母a、b、c等。如CH2FCH2F，編號為R152；它的同分異構(gòu)體分子式為CHF2CH3，編號為R152a。（2）氟利昂3.制冷劑的命名(mìngmíng)共一百九十六頁飽和碳氫化合物制冷劑中甲烷、乙烷(yǐwán)、丙烷的編號方法與鹵代烴相同。（3）碳氫化合物-烷烴類編號與飽和鹵代烴編號方法相同R50R170舉例(jǔlì)甲烷(CH4)乙烷(C2H6)烷烴類但是，丁烷（C4H10）的編號特殊，正丁烷的編號為R600，異丁烷的編號為R600a。3.制冷劑的命名丙烷(C3H8)R290共一百九十六頁非飽和碳氫化合物制冷劑主要(zhǔyào)有乙烯、丙烯等烯烴，其編號規(guī)則中，字母R后面的第一數(shù)字定為1，后面的數(shù)字編制與鹵代烴相同。（4）碳氫化合物-烯烴(xītīng)類非飽和鹵代烴的編號方法與此相同R1150R1270R1+飽和鹵代烴編號方法編號舉例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烯烴類3.制冷劑的命名共一百九十六頁近年來，常根據(jù)制冷劑的化學(xué)組成表示制冷劑的種類。不含氫的鹵代烴稱為氯氟烴，簡稱CFC；主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于對臭氧層的破壞作用最大，被《蒙特利爾議定書》列為一類受控物質(zhì)，在《蒙特利爾議定書》中被限定(xiàndìng)2010年淘汰。我國提前到2007年淘汰。例：

R12→CFC12含氫的鹵代烴稱為氫氯氟烴，簡稱HCFC；主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是R11的百分之幾，因此，目前HCFC類制冷劑被視為CFC類制冷劑的最重要的過渡性替代物。在《蒙特利爾議定書》中被限定2040年淘汰。例：

R22→

HCFC22

不含氯的鹵代烴稱為氫氟烴，簡稱HFC；主要包括R134a、R125、R32、R407C、R410A、R152等，臭氧層破壞系數(shù)為0，但是氣候變暖潛能值GWP很高。在《蒙特利爾議定書》沒有規(guī)定其使用期限，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約-京都議定書》中定性為溫室氣體。例：R134a→

HFC134a碳氫化合物，簡稱HC.例：R170→

HC1703.制冷劑的命名(mìngmíng)共一百九十六頁（5）共沸制冷劑[zeotropicMixtureRefrigerant]=R152a/R12(26.2/73.8)=R22/R115(48.8/51.2)質(zhì)量百分比組成由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成，在氣化或液化過程中，蒸氣成分與溶液成分始終保持相同；在給定壓力下，發(fā)生相變時對應(yīng)的溫度保持不變。編號R5XX舉例R500R502制冷劑的順序按其組分的標(biāo)準(zhǔn)沸點增高的次序來書寫。已經(jīng)商品化的共沸混合物，依應(yīng)用先后在500序號中順次地規(guī)定其識別編號。3.制冷劑的命名(mìngmíng)共一百九十六頁（6）非共沸制冷劑[AzeoropicMixtureRefrigerant]

組成(zǔchénɡ)由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成。在定壓下氣化或液化過程中，蒸氣成分與溶液成分不斷(bùduàn)變化，對應(yīng)的溫度也不斷變化。編號R4XX舉例R407AR404C制冷劑的順序按其組分的標(biāo)準(zhǔn)沸點增高的次序來書寫。已經(jīng)商品化的非共沸混合物，依應(yīng)用先后在400序號中順次地規(guī)定其識別編號。若混合制冷劑的組分相同，而比例不同，編號數(shù)字后接A、B、C等大寫字母加以區(qū)別。注意制冷劑符號后面字母的大小寫，小寫字母：同分異構(gòu)體；大寫字母：配方不同。R32/R125/R134a(23:25:52)R125/R143a/R134a(44:52:4)3.制冷劑的命名共一百九十六頁1.制冷劑的熱力性質(zhì)：我們期望制冷劑的冷凝壓力不太高；蒸發(fā)壓力在大氣壓以上或不要比大氣壓低得太多；壓力比適中（4-7之間）；排氣溫度不太高（即絕熱指數(shù)?。粏挝蝗莘e制冷量大；循環(huán)的性能系數(shù)高；傳熱性好；流動性好。2.實用性：制冷劑的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，在制冷循環(huán)過程中不分解，不變質(zhì)，無腐蝕性，不與潤滑油起化學(xué)反應(yīng)。無毒，無害。來源廣，價格便宜。3.環(huán)境可接受性：應(yīng)滿足保護大氣臭氧層和減少溫室效應(yīng)的環(huán)境保護要求(yāoqiú)，制冷劑的臭氧破壞指數(shù)必須為0，溫室效應(yīng)指數(shù)應(yīng)盡可能小。制冷劑的選用(xuǎnyòng)原則3.4蒸汽壓縮式制冷中的制冷劑共一百九十六頁熱力性質(zhì)(xìngzhì)：p，t，v，h，s，cp，cv，k，a飽和蒸汽壓與溫度關(guān)系臨界溫度粘性、導(dǎo)熱性、比熱容環(huán)境影響指數(shù)臭氧衰減指數(shù)ODP溫室效應(yīng)指數(shù)GWP、TEWI物理化學(xué)性質(zhì)安全性、電絕緣性、熱穩(wěn)定性及材料相容性、與潤滑油的互溶性、溶水性、滲透性3.4.2制冷劑的性質(zhì)(xìngzhì)聲速共一百九十六頁1、熱力(rèlì)性質(zhì)—飽和蒸汽壓與溫度關(guān)系3.4.2制冷劑的性質(zhì)(xìngzhì)純物質(zhì)的飽和蒸汽壓力是溫度的單值函數(shù)。飽和蒸汽壓力與溫度的關(guān)系決定給定工作溫度下制冷循環(huán)的高壓側(cè)壓力、低壓側(cè)壓力和壓力比。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度低的壓力高低溫制冷劑—壓力高標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的壓力低高溫制冷劑—壓力低共一百九十六頁蒸發(fā)制冷(zhìlěng)循環(huán)應(yīng)遠離臨界點。若冷凝溫度Tk超過制冷劑的臨界溫度，則無法凝結(jié)；若僅僅略低于臨界溫度，則雖然制冷劑蒸汽可以凝結(jié)，但節(jié)流損失大，循環(huán)的制冷系數(shù)大為降低。另外，對于絕大多數(shù)工質(zhì)，其臨界溫度與標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度存在以下關(guān)系：

Ts/Tc＝0.6這說明：標(biāo)準(zhǔn)沸點低的低溫制冷劑的臨界溫度也低，高溫制冷劑的臨界溫度也高。不可能找到一種制冷劑，它既有較高的臨界溫度又有很低的標(biāo)準(zhǔn)沸點。故對于每一種制冷劑，其制冷的工作溫度范圍是有限的。3.4.2制冷劑的性質(zhì)(xìngzhì)2、熱力性質(zhì)—臨界溫度要求制冷劑的臨界溫度要高臨界溫度是制冷劑不可能加壓液化的最低溫度lgph

123451’tcc共一百九十六頁3、熱力(rèlì)性質(zhì)—粘性、導(dǎo)熱性、比熱容3.4.2制冷劑的性質(zhì)(xìngzhì)

制冷劑的這些性質(zhì)對制冷機輔機（特別是熱交換設(shè)備）的設(shè)計有重要影響。粘性反映流體內(nèi)部分子之間發(fā)生相對運動時的摩擦阻力。粘性的大小與流體種類、溫度、壓力有關(guān)。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)一般很小，并隨溫度的升高而增大，在制冷技術(shù)常用的壓力范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)實際上不隨壓力而變化。液體的導(dǎo)熱系數(shù)主要受溫度影響，受壓力影響很小。制冷劑氣體的比熱容會影響排氣溫度t2。共一百九十六頁相同吸氣溫度下,制冷劑等熵壓縮的壓縮溫度T2（排氣溫度）與其絕熱指數(shù)k和壓縮比有關(guān)，是實際制冷機中必須考慮的一個安全性指標(biāo)。若制冷劑的壓縮終溫T2過高，會使其在高溫(gāowēn)下分解、變質(zhì)，并造成機器潤滑條件惡化、潤滑油結(jié)焦，甚至出現(xiàn)拉缸故障。制冷劑的比熱容越大或絕熱指數(shù)越小，則壓縮機的排氣溫度T2越低。重分子的T2低，輕分子的T2高。在氟里昂制冷劑中，乙烷的衍生物比甲烷的衍生物T2低。常用的中溫制冷劑R717和R22，其排氣溫度較高，需要在壓縮過程中采取冷卻措施，以降低T2；而R12，R502，R134a，R152a的T2較低，它們在全封閉式壓縮機中使用，要比用R22好得多。3.4.2制冷劑的性質(zhì)(xìngzhì)4、熱力性質(zhì)—排氣溫度是指壓縮機的活塞環(huán)或活塞與缸套的工作表面出現(xiàn)拉傷、拉毛、拉成溝槽的現(xiàn)象。共一百九十六頁制冷劑與環(huán)境(huánjìng)熱門的環(huán)境(huánjìng)議題

臭氧層消耗溫室效應(yīng)3.4.2制冷劑的性質(zhì)共一百九十六頁氯I溴含量(hánliàng)

equivalentchlorine(ppbv/v)這些破壞大氣臭氧層、危害人類生存環(huán)境的物質(zhì)稱為“消耗臭氧層物質(zhì)”，簡稱ODS（OzoneDepletingSubstance）臭氧層消耗(xiāohào)制冷劑與環(huán)境共一百九十六頁Climateforcing(sinceyear1765)聯(lián)合國環(huán)境保護署對溫室(wēnshì)氣體排放的預(yù)測

制冷劑與環(huán)境(huánjìng)共一百九十六頁15~60km制冷劑對臭氧層的破壞(pòhuài)過程制冷劑與環(huán)境(huánjìng)共一百九十六頁臭氧層消耗產(chǎn)生(chǎnshēng)的危害skincanceraffectfishandotheroceanlifeeyedamagecropandforestsdamagesuppressbodyimmunesystem制冷劑與環(huán)境(huánjìng)共一百九十六頁MapOfOzoneHole南極上空的臭氧總量在7月下旬開始減少，形成“臭氧空洞(kōngdòng)”，直到12月才逐漸恢復(fù)。制冷劑與環(huán)境(huánjìng)共一百九十六頁常用制冷劑在大氣(dàqì)中的壽命制冷劑與環(huán)境(huánjìng)共一百九十六頁臭氧層損耗的評價(píngjià)指標(biāo)OzoneDepletionPotential－ODP表征制冷劑造成大氣臭氧分子損耗的潛在能力。ODP是以CFC-11作基準(zhǔn)，并設(shè)定(shèdìnɡ)CFC-11的ODP值為1.0。ODP定義為單位質(zhì)量制冷劑引起的臭氧損耗除以單位質(zhì)量CFC-11引起的臭氧損耗。制冷劑與環(huán)境共一百九十六頁常用(chánɡyònɡ)制冷劑的ODP值制冷劑與環(huán)境(huánjìng)共一百九十六頁國際(guójì)保護臭氧層行動1985年，<保護臭氧層的維也納公約>1987年，<關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書>1991年,<議定書>的<倫敦修正案>1992年,<議定書>的<哥本哈根(ɡēběnhāɡēn)修正案>1997年,<議定書>的<蒙特利爾修正案>1999年,<議定書>的<北京修正案>2