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空调用制冷技术彦启森石文星田长青中国建筑工业出版社绪论一.空调用制冷概述1.空调---对某一房间或是空间的温度、湿度、速度以及洁净度等进行调节与控制，并且提供足够量的新鲜空气。2.空调的任务---从房间或是空间移去多余的热量、湿量或是补充所需要的热湿量维持室内的温湿度等的要求。3.冷源（1）天然冷源---自然界存在的低温物质（2）人工冷源---利用各种制冷机械进行冷量的生产4.制冷---就是使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境的温度，并使之维持这个温度。可用天然冷源，也可用人工冷源。5.人工制冷---借助一种专门的制冷装置，以消耗一定量的外界能量为代价，使热量从温度较低的被冷却物体或空间转移到温度较高的周围环境中去。这种专门装置称为制冷装置或制冷机。二.人工制冷的方法1.相变制冷---利用物质在一定的低温下相变吸热来制冷。有制冷效应的相变过程有熔解、气化和升华，其中广泛应用的是液体气化制冷，它常见的应用形式有四种：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷和蒸汽喷射式制冷。蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷是目前应用最为广泛的两种制冷形式，也是本课程要讲的主要内容，我们会在后面章节着重来讲，下面简单介绍其他的制冷方式。相变制冷----蒸汽喷射式制冷原理:和蒸汽压缩式制冷相同,都是利用液体气化时吸收热量来实现制冷。系统组成：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀机泵几部分组成。工作过程：用锅炉产生高温高压的工作蒸汽，将其送入喷嘴，膨胀并以高速流动（流速可达1000m/s以上），于是在喷嘴出口处，造成很低的压力，由于吸入室和蒸发器相连，所以蒸发器中的压力也会很低，低温低压的部分水吸热汽化，将未汽化的水温度降低，这部分低温水用来制冷，蒸发器中产生的制冷剂水蒸气和工作蒸汽在喷嘴出口处混合，一起进入冷凝器，被外部的冷却水冷却而变成液态水，这些冷凝水再经冷凝器流出，分两路，一路经节流降压后进蒸发器，继续蒸发制冷，另一路经泵升压后回锅炉，重新生产工作蒸汽特点：（1）以热能为补偿方式（2）结构简单，加工方便，没有运动部件，使用寿命长（3）效率低（工作蒸汽的压力高，喷射器的流动损失大）蒸汽喷射式制冷的原理图相变制冷----吸附式制冷原理:和蒸汽压缩式制冷相同,都是利用液体气化时吸收热量来实现制冷。系统组成：吸附器、蒸发器、冷凝器以及节流阀等几部分组成。工作过程：首先是利用固体吸附剂对某种制冷剂有吸附作用，吸附能力与吸附温度有关。固体吸附剂受热，吸附床内压力不断上升，上升到冷凝压力开始解析出制冷剂，并在冷凝器里冷凝为液体，节流降压后进入蒸发器，同时，当固体吸附剂冷却后，吸附床内压力下降，下降到低于蒸发压力时开始吸附蒸汽，蒸发器中的制冷剂吸热气化产生冷量，实现制冷过程。从工作过程可以看出，由加热-解吸-冷凝与冷却-吸附-蒸发交替进行，他是一种间歇式制冷。要实现连续制冷输出，就必须采用两台或多台吸附器，通过多台吸附器加热/冷却运行状态的切换，实现连续供冷。比较成熟的工质对：活性炭—甲醇、沸石—水、活性炭—氨、硅胶--水金属氢化物—氢、氯化钙—氨以及氯化锶—氨等，目前应该用最广泛的是活性炭—甲醇特点：吸附式制冷可以以太阳能、工业余热等低品位能源作为驱动力，采用非氟氯烃类物质为制冷剂，系统中运动部件少，节能、环保、结构简单、无噪音、运行稳定等优点，但是系统循环周期太长、制冷量相对较小、COP有待进一步提高。人工制冷---热电制冷原理：热电制冷利用的是热电效应（帕尔贴效应）的原理来实现制冷的。热电效应：是指在两种不同导体组成的闭合回路中通以直流电，当电流流过不同导体的界面时，就会使一个节点变冷，从外界吸收热量；一个节点变热，向外界放出热量，这种现象称为热电效应，即帕尔贴效应。帕尔贴效应的反效应就是西伯克效应，就是在两种导体组成的回路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两个接触点之间产生一个电势差---即接触电动势。半导体制冷原理因为帕尔贴效应和西伯克效应产生的强烈程度取决于这两种材料的导热性和导电性，纯金属材料的导热性和导电性都好，所以其帕尔贴效应和西伯克效应都很弱，而半导体材料可以产生强烈的帕尔贴效应和西伯克效应。空穴型（P型）材料：电子型（N型）涡流管制冷工作原理：涡流管制冷与蒸汽压缩式制冷，吸收式制冷的制冷机理完全不同。它是一种借助涡流管的作用使高速气流产生漩涡分离出冷、热两股气流，利用冷气流而获得制冷方法。经过压缩并冷却到常温的气体由进气导管导入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速，从切线方向射向涡流室，形成自由涡流，自由涡流的旋转角速度离中心越近则越大，由于角速度不同，导致环形气流的层与层之间产生摩擦，外层气流的角速度逐渐升高，动能增加，又由于与管壁之间的摩擦，将部分动能变成了热能，温度升高变成热气流，而中心层部分的角速度逐渐降低，失去能量变成冷气流。涡流管的结构：喷嘴、涡流室、分离孔板以及冷热两端的管子组成的一种结构简单的能量分离装置。特点：（1）由于管内气流之间之间的传导和对流情况复杂，故对冷、热端温度值得定量地理论计算困难；（2）效率较低，气流噪音大（3）结构简单、维护方便、启动快、使用灵活。适用于有高压气源或可以廉价获得高压气体的场合气体膨胀制冷原理：气体膨胀，温度降低来实现制冷系统组成：主要由制冷换热器、压缩机、冷却器以及膨胀机四部分组成工作过程：等压吸热、等熵压缩、等压放热、等熵膨胀四个过程组成。制冷工质：空气、二氧化碳、氮气等多用于飞机空调（制冷剂为空气）三、制冷技术的应用1、空调工程---制冷技术应用的一个广阔的领域。如干式冷却、冷却除湿等2、食品工业---肉类、海鲜类食品、部分水果蔬菜从加工到生产、储存、运输与销售的各个环节，均需要保持必要的低温环境，以避免食物变质。3、医疗卫生---如血浆、疫苗以及特殊药品均需要低温保存，低温麻醉、器官或尸体的冷藏等等4、冰上运动---冰球、速滑、短道速滑、花样滑冰等对冰场的质量、环境提出非常高的要求人工冰场5、工业生产---石油脱蜡、天然气液化、石油裂解以及合成纤维和化肥的生产等等均需要在低温环境下进行6、材料回收---目前低温技术是回收钢结构轮胎中橡胶的唯一有效的方法，采用的是低温粉碎技术（利用材料在低温状态下的冷脆性能，对物料进行粉粹）7、国防工业与科学研究---高寒地区的汽车、坦克发动机等需要做环境模拟实验，火箭、航天器也需要在模拟高空的低温条件下进行实验，超导体的应用、半导体激光、红外线探测等都需要人工制冷技术。制冷技术应用非常广泛，几乎渗透到我们生活与生产的方方面面。四、制冷技术的发展最初，人们有计划的储存和应用天然冰-----16世纪，水蒸发冷却空气----1748年，柯伦证明乙醚在真空下蒸发会产生制冷效应-----1834年成功研制的乙醚制冷机----1856年CO2、SO2、NH3的制冷机-----1929年通用公司发现了氟利昂----氟利昂迅速发展-----发现氟利昂破坏臭氧层，加剧全球变暖----工质取代问题五、制冷的分类按照制冷所得到得低温范围，制冷技术划分为以下四个领域普通制冷120K以上深度制冷120K~20K低温制冷20K~0.3K超低温制冷0.3K以下本课程主要讲的是普通制冷。六、本课程的主要内容1、研究获得低温的方法和有关机理以及与此相关的制冷循环，并对制冷循环进行热力学分析与计算。2、研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供满意的工作介质。3、研究实现制冷循环所需要的各种机械和技术设备，包括他们的工作原理、结构分析、性能分析，以及制冷装置的流程、系统配套设计。七、制冷技术的发展趋势1、节能（1）提高能源的有效利用率（2）开发新的可再生能源2、环保（1）臭氧层的保护（2）减小温室效应3、智能---自动控制在制冷技术领域广泛应用