《工热》第11章-制冷循环

第十一章制冷（致冷）循环RefrigerationCycles动力循环与制冷（热泵)循环•制冷Refrigeration循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热•动力Power循环输入热,通过循环输出功•热泵HeatPump循环输入功量（或其他代价），向高温热用户供热—正循环—逆循环—逆循环制冷循环和制冷系数CoefficientofPerformance2COPqwT0环境卡诺逆循环222C1202qqTwqqTTq1q2wTsT2T00211TTT0不变,T2εCT2不变,T0εCReversedCarnotcycle热泵循环和供热系数CoefficientofPerformance1COP'qw卡诺逆循环'1111210CqqTwqqTTwTsT2T00111TTT1不变,T0εCT0不变,T1εCT1制冷能力和冷吨生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取走的热量(kJ/s)。1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻到0°C的冰所需冷量。水的凝结（熔化）热r=334kJ/kg1冷吨=3.86kJ/s1美国冷吨=3.517kJ/sCoolingCapacityandTonofRefrigeration制冷循环种类空气压缩制冷压缩制冷蒸气压缩制冷吸收式制冷制冷循环吸附式制冷蒸汽喷射制冷半导体制冷热声制冷,磁制冷√√√Vapor-compressionGascompressionAbsorptionRefrigerationCycleAdsorption§12－1空气压缩制冷循环冷却水膨胀机压缩机冷藏室冷却器3214pv图和Ts图12绝热压缩23等压冷却34绝热膨胀41等压吸热pv3214TsT2T01234逆勃雷登循环ssppReversedBraytonCycle2212p14p23p142314COP()()()11qqwqqcTTcTTcTTTTTT制冷系数Ts1234113322114432223214141111kkkkpTTpTppTTTTTTTTTTTTT1122111111kkkkTpTp空气压缩制冷循环特点优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。缺点：1.无法实现T，C2.q2=cp(T1-T4)，空气cp很小，(T1-T4)不能太大，q2很小。若(T1-T4)3.活塞式流量m小，制冷量Q2=mq2小，使用叶轮式，再回热则可用。空气回热制冷循环回热式空气压缩制冷装置T2T01RTs2R53R41R2R134253R1空气回热制冷与非回热的比较T2T0Ts1R2R134253R吸热量（收益）：q2=cp(T1-T4)放热量：q1=cp(T2-T3)=cp(T2R-T5)非回热回热不变相同回热＝非回热2R21R1pppp适用于小压比大流量的叶轮式压气机空气制冷系统空气压缩制冷的根本缺陷1.无法实现T，低，经济性差2.q2=cp(T1-T4)小，制冷能力q2很小。汽化潜热大，制冷能力可能大蒸气在两相区易实现T§12-2蒸气压缩制冷循环水能用否？0°C以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨沸点：(1)sTpatm水100°CR22-40.8°CR134aTHR01-26.1°C-30.18°CVapor-compressionrefrigerationcycle空气压缩制冷循环装置冷却水膨胀机压缩机冷藏室冷却器3214蒸气压缩制冷空调装置1-2：绝热压缩过程2-4：定压放热过程4-5：绝热节流过程5-1：定压吸热过程45蒸气压缩制冷循环Ts1234567比较逆卡诺循环3467c73湿蒸气压缩“液击”现象12既安全，又增加了单位质量工质的制冷量71逆卡诺实际节流阀代替了膨胀机节流阀代替膨胀机分析Ts12345682.少从冷库取走热量5646hhhh优点：46hh1.损失功量4868()hhhhab面积a84ba面积a86ba面积8468缺点：1.省掉膨胀机，设备简化；2.膨胀阀开度，易调节蒸发温度；84越陡越好利弊作业8-88-11蒸气压缩制冷循环的计算Ts12345蒸发器中吸热量21514qhhhh冷凝器中放热量124qhh制冷系数21414212241421()()qhhhhqqqhhhhhhw两个等压，热与功均与焓有关lnp-h图lnp-h图及计算Ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhh压焓图P-hdiagram501001502002503003504004505005506006500.010.1110x=1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1x=0.00.00070.000750.00080.000850.00090.000950.0010.00110.00120.00130.00140.00150.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.010.0150.02m3/kg0.0250.030.040.050.060.070.080.090.10.150.20.30.40.50.60.7m3/kg0.80.91.01.52.02.53.02.4kJ/(kg·K)2.32.22.12.0kJ/(kg·K)1.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0kJ/(kg·K)0.90.80.7250oC240℃230℃220℃210℃200℃190℃180℃170℃160℃150℃140℃130℃120℃110℃100℃90℃80℃70℃60℃50℃40℃30℃20℃10℃t=0℃-10℃-20℃-30℃-40℃-50℃-60℃p(MPa)h(kJ/kg)过冷措施Ts12345lnph12345215'qhh214'21qhhwhh5’4’21whh不变4’5’124'qhh工程上常用§12-3热泵Heatpumpq2q2q1q1wwT2T0T0T12qw制冷系数制热系数1'1qw12qq制冷热泵蒸气压缩式热泵装置T0房间供暖化工温度提升节能热泵lnp-h图及计算Ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh12421'qhhwhh主要供暖方式热用户燃煤、燃气锅炉集中供热直接电采暖（蓄热锅炉、地板辐射、电热膜）热泵（空气源、水源）能量利用系数直接电100%电厂发电33%损失67%房间33%锅炉100%锅炉效率70%房间70%损失30%热泵热泵100%电厂发电33%损失67%66%房间99%COP=3§12-4吸收式制冷循环利用溶液性质压缩制冷循环以消耗机械功为代价吸收式制冷以消耗热量为代价溶液=溶剂+溶质溶液T溶液T溶剂吸收溶质的能力溶剂吸收溶质的能力溶液浓度溶液浓度氨（溶质）+水（溶剂）溶液溴化锂（溶剂）+水（溶质）溶液absorptionrefrigerationabsorbentAmmonia（NH3）Refrigerant吸收式制冷循环示意图循环性能系数PHLRWQQCOP)(吸收式制冷循环特点用于大型空调、中央空调。优点：直接利用热能可用低品质热缺点：设备体积大，启动时间长环境性能好§12-5制冷剂refrigerant蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。对热物性要求：1.沸点低，tb10ºC2.压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高；3.汽化潜热大，大冷冻能力；4.T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更接近定温，下界线陡，节流损失小；5.凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。boilingpoint制冷剂的命名CmHxFyClzR(m-1)(x+1)y例：R12—CF2Cl2氯氟烃CFFClClR22—CHF2ClH90+nR12=102CHF制冷剂的命名R134a—C2H2F4CFFHCHFFR134R134aFFHCHFFC同素异构体混合物制冷剂的命名R400R600R500非共沸混合物共沸混合物HCR700其它氨R717R744CO2R718水甲烷丁烷ASHRAEAmericanSocietyofHeating,RefrigeratingAir-ConditioningEngineers第12章小结Summary1.空气压缩制冷，分析、计算、回热；2.蒸汽压缩制冷，分析、计算；3.压缩式热泵循环，与制冷原理相同，会计算4.吸收式制冷,……，制冷剂，一般了解