搜索
制冷原理及相关设备制冷原理及相关设备2一、制冷简介制冷技术是为了适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定的时间和一定的空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。因此，制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程。按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为以下几个领域：120K①以上，普通制冷；120~20K，深度制冷；20~0.3K，低温制冷；0.3K以下，超低温制冷。注①：K：开尔文，热力学温度单位；热力学温度=摄氏温度+273KGWP:温室效应指数，表示物质造成温室效应危害的程度；ODP:臭氧层衰减指数，表示物质造成臭氧层破坏危害的程度；制冷原理及相关设备3制冷剂是制冷机中的工作流体，按化学成分，主要有三类：无机物、氟利昂、碳氢化合物。为了书写和表达方便，制冷机符号有字母R和后面的数字、字母组成。无机化合物符号为R7()(),括号中填该化合物的分子量。如二氧化碳CO2，用R744表示；一氧化二氮N2O，用R744a表示；氨气NH3，用R717表示。氟利昂和烷烃类氟利昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总成，烷烃化合物的分子通式为CmH2m+2，氟利昂的分子通式为CmHnFxClyBrz。随着氟利昂的使用，科学家发现氯氟烃是引起引起臭氧层破坏和温室效应的危害物质。1987年签署了“关于臭氧层衰减的蒙特利尔协定”，该协定规定了限制和禁止生产对臭氧层破坏大的物质，R11、R12、R113等是首批受禁物质，到21世纪完全停产。R22最终也将被禁止。环保制冷剂的应用逐渐增加：R410A、R134A、R407C、R152A。制冷原理及相关设备4二、制冷常用名词解释焓是湿空气的一个重要参数。是一个内能与压力位能之和的复合状态参数。在空调过程中，湿空气的状态经常发生变化，焓可以很方便确定该状态变化过程中的热交换量。湿空气的变化过程是定压过程，焓差等于热交换量。比热：任何物质当加进热量，它的温度会升高。但相同质量的不同物质，升高同样温度时，其所加进的热量是不一样的。为相互比较，把lkg水温度升高1℃所需的热量定为4.19kJ。以此作为标准，其它物质所需的热量与它的比值，称为比热。如lkg水温度升高l℃需4.19kJ，则比热值为4.19kJ/kg·℃。制冷原理及相关设备5摄氏温度：在标准大气压下，把水的冰点作为0度，沸点作为100度，在0度与100度之间均衡的刻成100格，每格为l度，以符号℃表示。华氏温度在标准大气压下，把水的冰点定为32度，而沸点定为212度、二者之间均衡的刻成180格，每格为l度，以符号oF表示。开氏温度(又称绝对温度)它以摄氏温标为基础、把水的冰点定为273.15度，水的沸点定为373．15度，理论上把物质中分子全部停止运动之点作为0度，以符号K表示。华氏换算摄氏：oF=(℃*9/5)+32摄氏换算成华氏：t=(oF-32)*5/9开氏与摄氏的关系：K=t+273.15制冷原理及相关设备6露点温度：在一定大气压力下，含湿量d不变时空气中的水蒸汽凝结为水(凝露)的温度。在d不变时，空气温度下降，由未饱和状态变为饱和状态，此时空气的相对湿度j=1O0％。在空调技术中，把空气降温至露点温度，达到除湿干燥空气的目的。制冷原理及相关设备7热量之间的单位换算关系lkcal(千卡)＝4.187kJ(千焦耳)1kcal(千卡)＝3.968Btu/h(英热单位)1kW(千瓦)＝860kca1／h(千卡／时)1kW(千瓦)＝0.2884US.RT(美国冷吨)1kW(千瓦)＝3412.48Btu/h(英热单位)制冷原理及相关设备8显热是能够被感测到的热量。它能导致物质的温度发生变化，但不改变其状态。对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，如对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高；因此，显热只影响温度的变化而不引起物质的形态的变化。潜热是指吸收或放出热量时只改变物质的状态，而不改变其温度。对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变成水蒸气，即由液态变为气态。如计算机房中、工作人员人体发热以及换气带进来的空气含湿量，这些热量称为潜热。汽化潜热是指物质从液态变为气态时所需的热量。液态潜热是指物质从气态变为液态放出的热量全热=显热+潜热制冷原理及相关设备9导热系数是表示一种材料传导热量能力的一个物理量。如两块同样厚的材料，一块是铜块，一块是软木块，把它们放在比本身温度高的环境中，可立即感觉到铜块温度升高，而对软木块则在短时间内感受不到。这说明两种材料对热量传导的能力不同，把这种材料对热量的不同传导能力以数字表示就称为导热系数，其数值等于：当材料层的厚度为lm，两边温度差为1℃，在1h内通过lm2表面积所传导的热量，以符号l表示，单位是kcal／mh℃，国家法定单位是W／mK或用J／mhK表示，它们之间的换算关系是：1W／mK=0.860kcal／mh℃。不同材料有不同导热系数，它与材料的成份、密度、分子结构等因素有关。同一种材料，影响其导热系数的主要因素是密度和湿度。密度大则导热系数大，湿度大则导热系数亦大。制冷原理及相关设备10饱和温度：在气液两相共存状态下，其压力对应的冷媒温度。每一种冷媒的温度和压力之间有种固定的对应关系。过热度：是指在某一定压力下所测量的温度与该气体饱和温度之间的差。由于液体不可以被压缩，而压缩机工作时在高速运转，如果压缩机吸入含有液体的制冷剂，会冲击压缩机，造成压缩机损坏（这种情况我们称之为：液击），所以压缩机吸气需要带有一定的过热度。吸气过热度：指吸气管温度与蒸发器饱和蒸发温度之差。过冷度：液体在工作压力下实际温度和在这个压力下饱和温度之间的差值。过冷度是指冷凝温度和冷凝器冷凝饱和温度之间的差值。制冷原理及相关设备11压力：气体由分子组成，亿万分子在无规则的运动中，频繁撞击容器内壁，在内壁单位表面积上垂直产生的力称为压力。压力分三种：用仪表测定的压力(称工作压力，即表压力)、当地大气压和绝对压力。其相互关系：绝对压力＝当地大气压十工作压力制冷原理及相关设备12静压：由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力称为静压。计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。静压高于大气压时为正值，低于大气压时为负值。动压：指空气流动时产生的压力，只要风管内空气流动就具有一定的动压，其值永远是正的。全压是静压和动压的和制冷原理及相关设备13三、制冷原理（蒸汽压缩式制冷）空调机组的四大件：压缩机、节流装置、蒸发器、冷凝器空调器的“两器”：“两器”是指空调器的蒸发器和冷凝器，是根据使用功能不同划分的。构成“两器”的原材料主要是作为制冷剂流经通道的铜管和增大换热面积的铝箔，其中铜管又分为光管和内螺纹铜管，因为内螺纹铜管内有螺纹状沟槽，可使制冷剂流动更剧烈，所以换热能力也更强；铝箔也分为普通光箔和亲水铝箔。因为普通光箔容易在相邻铝箔之间形成桥式连接，所以换热效率没有亲水铝箔高。制冷原理及相关设备14蒸发器在室内机的作用是使节流后的低压制冷剂在蒸发器吸收流经管簇外侧的空气的热量，达到制冷降温的目的；冷凝器在室外机内，作用是使压机排出的高温高压气体制冷剂，经过冷凝器向管簇外的空气放热，将室内热量排至室外。制冷原理及相关设备15节流装置：通过冷凝器后的液体氟利昂流过极细的毛细管时得到减压，由高压、高压状态转为低温、低压状态，从而在进入蒸发器后可立即汽化。常用节流装置：毛细管、电子膨胀阀（EXV）、热力膨胀阀、孔板、阀芯制冷原理及相关设备16简单制冷原理图制冷原理及相关设备17制冷剂在蒸发器内与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后高压排出。压缩过程需要消耗能量。压缩机排出的高温高压气体工质在冷凝器被常温冷却介质（水或空气）冷却，凝结成高压液体。高压液体流经节流装置时节流，变成低温低压湿蒸汽（汽液两相状态），进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。如此周而复始。制冷原理及相关设备18制冷循环四个过程中冷媒压力、温度、状态变化：压缩：从蒸发器出来的低温、低压气体通过压缩机做功变为高温、高压气体；（压力升高，温度升高，物质状态不变）冷凝：通过换热器冷却，将高温、高压气体变为高温、高压液体；（压力升高，温度下降，气态变为液态）节流：冷媒经过节流原件后，由高温、高压液体变为低温、低压液体（压力降低、温度降低，物质状态不变）蒸发：通过换热器，将低温、低压液体变为低温、低压气体；（压力不变，温度升高，液态变为气态）制冷原理及相关设备19热泵机系统原理图室内机室外机连接管(带保温管)连接管(带保温管)截止阀(气阀)截止阀(液阀)毛细管汽液分离器压缩机四通阀制热时制冷剂流向制冷时制冷剂流向过滤器过滤器制冷原理及相关设备20制冷循环：压缩机将蒸发器内的低温低压的制冷剂蒸气吸入压缩机内，经压缩后成为高温高压的气体排入冷凝器；在冷凝器内，高温高压的制冷剂气体与室外空气进行热交换，把热量传给空气后冷凝成为高温高压的制冷剂液体，再经过毛细管节流降温降压后进入蒸发器，进入蒸发器的气液两相制冷剂在蒸发器中完全蒸发，从而冷却室内空气；从蒸发器中出来的蒸气再次被压缩机吸入压缩，这样周而复始地连续循环，被冷却的空气在送风机的作用下连续从风管中送至空调区域。制热循环：制热循环是制冷循环的逆循环，这时四通阀换向，制冷剂流向改变，即从压缩机排出的蒸气进入室内的换热器冷凝，冷凝后的制冷剂经毛细管节流后，在室外的换热器中蒸发，蒸发后再被压缩机吸入压缩，这样周而复始地连续循环，被加热的空气在送风机的作用下连续从风管中送至空调区域。制冷原理及相关设备21从能量变化的角度来看蒸汽压缩式制冷循环，上图是制冷循环压焓图，图上线x=1为饱和气体线，线x=0为饱和液体线，PK为冷凝压力，P0为蒸发压力。可以看出在蒸发器中产生的低压（P0）低温制冷剂蒸气（状态１），被压缩机吸入并压缩成高温高压的过热蒸气（状态２），压缩过程压缩机做功w=h2－h1，随后进入冷凝器被冷凝成高压（PK）常温制冷剂液体（状态4），制冷剂液体流经节流装置后成为汽液两相（状态5），但焓值不变h4=h5，汽液两相中的液体部分在蒸发器中蒸发，吸收环境中的热量成为低压（P0）低温气体（状态1），制冷量为q0=h1－h5。这个循环的能效比EER=q0/w=（h1－h5）/（h2－h1）。制冷原理及相关设备22四、空调器主要部件压缩机可分为容积型和速度型两大类：容积型：在容积型压缩机中，一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中其容积被强制压缩，压力升高，如活塞式、蜗旋式、螺杆式压缩机；速度型：在速度型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来，即先使吸入的气流获得一定的高速，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为压能，气体的压力升高。这就是离心压缩机的压缩原理；制冷原理及相关设备23制冷原理及相关设备24制冷原理及相关设备25制冷原理及相关设备26制冷原理及相关设备27四通阀又称电磁四通换向阀、四通换向阀，是热泵房间空调器中重要的元件之一。借助于它的工作，系统内制冷剂可以根据需要实现制冷循环流动和逆向的制热循环流动，从而达到制冷工况和制热工况的相互转换以及热气除霜的功能。制冷原理及相关设备28四通阀实际是一个组合阀，主要由电磁导向阀（导阀）、四通阀（主阀）、电磁线圈三部分组成，电磁线圈可以脱卸，四通阀结构上图所示。电磁导向阀的作用是引导控制作用，由阀体、吸引子、衔铁、先导滑阀、压缩弹簧组成；主阀主要由阀体、主阀滑块、阀座、接管等组成；电磁线圈主要由线圈部分（包括导线）和框架部分组成。四