空调用制冷技术

空调用制冷技术绪论1.制冷的定义2.制冷的应用3.制冷的方式4.制冷技术的发展-------------------------------------------------一、制冷的定义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并保持这个温度的过程。制冷循环热力学第二定律→输入制冷系统的动力：机械能、电能、热能、太阳能等。制冷的温度范围：普通制冷：120K以上深度制冷：120-20K低温制冷：20-0.3K超低温制冷：0.3K以下制冷问题的研究内容：1.研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算；2.研究制冷剂的性质3.研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，它们的工作原理、性能分析、结构设计计算以及各种制冷装置的流程、系统配置计算；保温；自动化等。二、制冷技术的应用1.商业：冷冻、冷藏2.降温和空气调节：工艺用、生活用3.工业生产4.农牧业、生物5.医疗6.建筑工程7.国防等应用范围（℃）27～0热泵、空调0～-10冷藏运输-10～-33冷冻运输、食品保鲜、燃气液化-33～-50矿井工作面的冻结-50～-73低温环境实验室、制取干冰-73～-123乙烯、乙烷的液化、低温医学、低温生物学-123～-173天然气液化-173～-223空气液化、空气分离等-223～-253氖和氢的液化、宇航舱空间环境模拟-253～-269超导-269～-273.15物理研究三、制冷方式1.液体汽化制冷2.气体膨胀制冷3.涡流管制冷4.热电制冷1.液体汽化制冷蒸汽压缩制冷吸收式制冷吸附式制冷2.气体膨胀制冷推导气体膨胀制冷制冷系数3.涡流管制冷4.热电制冷四、制冷技术的发展读书报告主要参考数目、主要中（英）文杂志、主要网站蒸汽压缩式制冷的基本概念一.基本系统1.蒸发器功能参数：蒸发压力的影响因素=？2.压缩机功能：①②③3.冷凝器功能参数：冷凝压力4.节流机构功能：①②5.系统除了4大件，还有，，，，，二.制冷剂种类7种：，，，编号方法，，，，制冷剂替代物种类简介三.制冷剂的热力参数图表图2-21点：临界点2线：饱和液、饱和汽线3区：过冷区、两相区、过热区6条等参数线：等压线、等焓线、等温线、等容线、等熵线、等干度线四.制冷量与制冷系数单位换算制冷系数（性能系数cop）蒸汽压缩制冷原理一、理想的制冷循环1.逆卡诺循环：两个定温和两个绝热过程特点：无“热”、“力”损失画出与T-S图对应的P-V图2.为什么逆卡诺循环是理想的制冷循环？⑴具有最大制冷系数图2-3→公式（2-6）（2-8）→（2-9）公式（2-10）（2-11）（2-12）→（2-13）⑵不可实现无传热温差（否则：---），无能耗（摩擦，涡流或扰动等等）损失T0与Tk谁的影响大满足----湿蒸汽区热力完善度习题1.用卡诺热泵加热某建筑物，室外温度为-8℃，建筑物温度为27℃，每小时加热量为200000Kj/h，求（1）从室外环境输入到建筑物中的热量；（2）输入热泵的功率；（3）若要用电加热，则输入电功率为多少？2.设热源温度th=25℃，冷源温度tc=-10℃，求（1）在这两个温度间运行的可逆制冷机的制冷系数（2）当制冷剂与冷、热源的传热温差为10℃时的制冷系数。二、蒸汽压缩式制冷的理论循环1.压焓图1点：临界点2线：饱和液、饱和汽线3区：过冷区、两相区、过热区6条等参数线：等压线、等焓线、等温线、等容线、等熵线、等干度线2.蒸汽压缩制冷的理论循环（a）用节流阀代替膨胀机→节流损失（b）用干压缩代替湿压缩→过热损失3.蒸汽压缩制冷的理论循环热力计算（a）蒸汽压缩制冷的理论循环在压焓图上的表示（图2-9）（b）根据热力学第一定律进行各部件的计算（例题2-1）（1）节流阀（2）压缩机（3）蒸发器（4）冷凝器单位质量制冷量q单位容积制冷量qv=q/v1制冷系数计算：单级蒸汽压缩制冷理论循环蒸发温度为-10℃，冷凝温度为35℃，工质为R22和R134a，循环的制冷量为55Kw，对循环进行热力计算。4.在p-h图上分析蒸发温度，冷凝温度的影响三、蒸汽压缩式制冷的实际循环1.液体过冷对循环的影响好处：节流损失中的制冷量损失（对节流损失中的耗功增加无用），制冷系数；膨胀阀坏处：设备⑴.冷凝温度40℃，蒸发温度-5℃，过冷温度35℃，工质R22、R134a，制冷量为50Kw求两种情况下单位制冷量的变化，单位容积制冷量的变化，质量流量的变化、容积流量的变化，制冷系数的变化。⑵.是否过冷度越低越好？！2.蒸汽过热对循环的影响有效与无效过热→？保温制冷系数的变化？！冷凝温度40℃，蒸发温度-5℃，过热度10℃，工质R22、R134a，制冷量为50Kw求两种情况下单位制冷制冷量的变化，单位容积制冷量的变化，质量流量的变化、容积流量的变化，制冷系数的变化。3.回热对循环的影响不同制冷剂？！冷凝温度40℃，蒸发温度-5℃，过热度10℃，工质R22、R134a，确定回热器中液体的出口温度和循环的性能指标，并与理论循环比较。4.实际循环（热交换及压力损失对循环性能的影响）（a）吸气管道传热、压降（b）排气管道传热、压降（c）冷凝器—膨胀阀传热、压降设离开储液器的氨液为34℃，压力为13.5bar，垂直向上绝热流动，试确定氨液变为饱和液体时所允许上升的高度（d）膨胀阀到蒸发器传热、压降（e）蒸发器传热、压降（f）冷凝器传热、压降（g）压缩机压缩过程、余隙容积、吸排气损失泄漏输气系数=实际输气量/理论输气量（h）不凝性气体的影响在P-H图上画出实际循环双级压缩和复叠式制冷循环压缩比大→①过热节流损失大②单位容积制冷量减小③排气温度升高④压缩机容积效率减小⑴两级节流完全中间冷却→减少节流和过热损失；降低排气温度；压缩机容积效率⑵一级节流完全中间冷却→避免闪发蒸汽影响膨胀阀⑶一级节流不完全中间冷却→过热度较大，不能用于氨制冷⑷复叠式制冷→获得很低温度热泵循环1.制热系数永远大于12.使用低品位热能制冷剂和载冷剂（1）制冷剂的表达（2）对制冷剂的要求（3）共沸与非共沸制冷剂（4）替代一、制冷剂制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。制冷剂有三类（1）无机物（2）氟里昂（3）碳氢化合物无机物：R7（分子量[取整]）写出下列物质的表达制冷剂NH3H2OCO2SO2N2O分子量1718446444氟里昂：通式cmhnfxclybrzN+x+y+z=2m+2表达式：R（m-1）（n+1）（x）B（z）分子中含氯、氟、碳的完全卤代烃表达为CFC，如CFC11分子中含氢、氯、氟、碳的不完全卤代烃表达为：HCFC，如HCFC22分子中含氢、氟、碳的无氯卤代烃表达为：HFC，如HFC134a共沸混合物表达式：R5（）（）按先后命名如R500、R501、R502非共沸混合物：直接写出混合物符号，并用“/”分开，如R22/R152a二、对制冷剂的要求1.环境可接受性2.热力性质满足要求蒸发压力及冷凝压力适中单位容积制冷量较大（但是，，）单位质量制冷量较大（但是，，）临界温度要高凝固温度要适当低些绝热指数低些→排气温度低等熵压缩的比功小制冷系数大3.传热性和流动性好（密度粘度小）4.化学稳定性和热稳定性好，使用可靠、（水：冰堵、镀铜）5.无毒、无刺激、不燃、不爆、完全6.电绝缘7.与润滑油的互容8.价格便宜、来源广三、对环境的影响1.对臭氧层的影响ODP：臭氧层破坏指数R11=1氯以R11为例：Ccl3F+紫外线-----Ccl2F+clCl+O3-----clo+O2Clo+O-----Cl+O2Clo+NO-----N02+Cl一个氯原子由于连锁反应可破坏上万个O3原子O3被破坏---紫外线对地球的辐射大所以，皮肤癌和白内障上升人体抵抗力下降多种农作物、微生物、海洋生物被破坏建筑物、绘画、包装、老化加剧温室效应2.对温室效应的影响GWP：温室效应指数CO2=1（a）病虫害（b）海平面上升写出“京都议定书”关于ＣＦＣ、ＨＣＦＣ替代的内容，特别是替代的期限。制冷剂的毒性与分类四、混合制冷剂为提高制冷机的性能，扩大制冷机的使用范围，需要不断寻找新的工质。由于纯工质在性质和品种规格上的局限性，不能完全满足要求，发展了混合制冷工质。混合工质一般比构成它的纯组分能耗小，排温低，腐蚀性小，标准蒸发温度低，并能是适应不同制冷装置的要求。（1）共沸混合工质：共沸溶液和单一的化合物一样，在一定的压力下蒸发时保持恒定的蒸发温度，并且它的气相与液相具有相同的组分。特点：（a）在适当选择纯工质后，共沸混合工质的标准蒸发温度比构成它的纯工质的蒸发温度低；（b）单位容积制冷量比构成它的纯组分的单位容积制冷量大；（c）压缩终温低（d）改善制冷剂的物理、化学性质（2）非共沸混合工质：无共同的沸点，在定压下蒸发或凝结时，汽相与液相的组成成分不同，且在不断变化，温度也随之不断变化。由于相变过程不等温，非共沸混合工质更适合于变温热源，因为这样可缩小传热温差，降低不可逆损失。所以非共沸混合工质主要用与不等温制冷装置中。使用非共沸混合工质后，装置的蒸发和冷凝温度能与外部条件相是适应。读书报告：不同制冷剂的适用压缩机与用途二、载冷剂载冷剂：在间接制冷系统中，用以传送制冷量的中间介质。要求：（1）比热大（2）导热系数高（3）黏度小（4）凝固点低（5）腐蚀性小（6）载冷剂与空气混合物不燃烧、无毒（7）无活性（不会使其他物质变色和变质）（8）来源充沛，价格低廉常用载冷剂水、无机盐水溶液、有机物载冷剂（乙二醇等）制冷压缩机一、分类1.按工作原理容积式——往复-----活塞式——回转式----滚动转子----旋转叶片------螺杆--------涡旋速度式——离心式——轴流式2.按制冷量大型：550kW以上中型：550kW----25kW小型：25kW以下-------------------------------------------高温：-10℃---+10℃中稳：-20℃——-10℃低温：-45℃——-20℃-------------------------------------------高速：1000rpm以上中速：300---1000（rpm）低速：300rpm以下3.按密封方式开启式半封闭全封闭二、活塞式压缩机常用术语：活塞的上、下止点；活塞行程；气缸工作容积；余隙容积；相对余隙容积；（1）单级活塞式压缩机的理论循环（a）理论循环的假设无余隙无阻力无泄漏压缩过程为绝热过程（b）理论循环的P-V图（c）理论输气量Vh=i*n*ΠD2s/4（2）单级活塞式压缩机的实际循环a.余隙容积b.吸排气损失c.压力脉动d.泄漏e.吸气在压缩机内被加热f.压缩过程的热交换h.润滑油与制冷剂的混合i.湿蒸汽实际循环的P-V图（3）压缩机的工况与性能指标-----------标准----------名义工况最大压差工况：考核制冷机的零部件强度、排气温度、油温和电机绕组温度；最大轴功工况：考核压缩机的噪音、振动及机器能否正常启动。工况举例全封闭压缩机各种工况（℃）蒸发冷凝过冷吸气名义7.254.446.135最大压差-5504515最大轴功10555015性能指标1.反映压缩机制冷能力的输气性能指标a.输气量实际输气量=λ*理论输气量（Qh）Q=λ*Qhλ：输气系数b.输气系数（λ）λ=λv*λp*λt*λlλv：容积系数;衡量余隙容积对输气系数的影响简化的计算公式：λv=1-c（ε1/m-1）c：相对余隙容积m：膨胀指数(膨胀过程蒸汽被加热---)ε：名义压力比讨论c、m、ε对λv的影响问题：设c=0.04m=1问在什么条件下压缩机无排气一般ε10如何减小c?全封闭压缩机c在2%-6%低温用单级压缩机c在2%-4%高速(3000rpm)压缩机m可近似等于k，为什么？一般对氟里昂m=0.95-1.05；对氨1.10~1.15λp：压力系数:由于进气过程产生的阻力,使进气终了时的压力降到名义吸气压力以下,将该压力折算到名义吸气压力