空调制冷制冷原理ppt课件

q0 (h1 h5 )
(2)单位容积制冷量 qv
qv

h1 h5 v1'
(1-13)
减小
33
(3)理论比功 w0
增加
w0 h2' h1'
(4)单位冷凝热 qk 增加
qk h2' h4
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(5)制冷系数
减小
(1-14) (1-14)
27
2.2 蒸气过热对循环性能的影响
压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于 吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过热。 具有吸气过热的循环，称为过热循环。
下图示出了过热循环1-1’-2’-3-4-5-1的lg ph图。图中1-1’是吸气的过热过程，其余与基 本循环相同。
28
p
4 pk 3 2 2’ 5 p0 1 1’ q0 q0
等容线----向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；
等干度线----只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱 和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。
9
1.3 制冷循环过程在压焓图上的表示
10
3 4
B C
5D
p
2 1A
单级蒸气压缩 式制冷系统图
A—压缩机； B—冷凝器； C—节流阀； D—蒸发器。
4
pk 3 2
38
2.5 单级压缩实际制冷循环的热力 计算
实际循环和理论循环有许多不同之处， 除了压缩机中的工作过程以外，主要还有下 列一些差别： 1．流动过程有压力损失。
2．制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热 交换。 3．热交换器中存在温差。
39
热交换及压力损失对循环性能的影响
（1）吸入管道
吸入管道中的压力降始终是有害的，它使 得吸气比容增大，压缩机的压力比增大，单位容 积制冷量减少，压缩机容积效率降低，压力比增 大，制冷系数下降。
12
（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸 气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进 入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体
（4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻 力损失，忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器 内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交 换
（5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化 很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交 换
压力降没有关系，只要没有气化。
42
（4）膨胀阀到蒸发器之间的管道
通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。倘若 将它安装在被冷却空间内，传给管道的热量 将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的 传递使制冷减少，因而此段管道必须保温。
压力降也没关系。
43
（5）冷凝器
假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器 中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝器时 制冷剂的压力，这必须导致压缩机的排气压 力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制 冷系数下降。
h1 h5
h2' h1'
(1-15)
34
2.3 回热器对循环性能的影响
利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸 入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、 蒸气过热，称之为回热。
若不计回热器与环境空气之间的热交换，则 液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其 热平衡关系为
h4 h4 h1 h1
吸气管道中的热交换可视情况当作有效过热 或无效过热来分析。
40
（2）排出管道
在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷 剂蒸气传给周围空气，它不会引起性能的改变， 仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。
排气管道中的压降会引起压缩机排气压力 升高。
41
（3）冷凝器到膨胀阀之间的液体管道
在冷凝器到膨胀阀这段管路中，热量通常由 液体制冷剂传给周围空气，使液体制冷剂过冷， 制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷却 水温度很低，冷凝温度低于环境温度，热量由空 气传给液体制冷剂，可能导致部分液体气化，这 不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正 常工作。
13
p
4
pk 3 2
5
p0 1
q0
w
h
理论循环在p-h图上的表示
14
压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器都可以单 独作为一个控制体进行分析。
w
h
h h
q
按照热力学第一定律，对于在控制容积中进行 的状态变化存在如下关系：
q h w
（1-1）
这里，把自外界传入的功作为负值。
15
（1）压缩过程: q 0 w h2 h1
第一讲
1
单级蒸气压缩制冷循环
•1 单级压缩制冷的理论循环 •2 单级压缩制冷的实际循环 •3 工况与性能
2
1 单级蒸气压缩制冷的理论循环
• 1.1 系统与循环 • 1.2 压焓图 • 1.3 制冷循环过程在压焓图上的表示 • 1.4 单级蒸气压缩式制冷理论循
环的热力计算
3
1.1系统与循环
4
液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：
节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节 进入蒸发器的制冷剂流量。
蒸发器: 输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器 中吸收被冷却对象的热量，从而达 到制冷的目的。
6
1.2 压焓图
p T
h x
压焓图
s v p
h
7
8
等压线----水平线； 等焓线----垂直线； 等温线----液体区几乎为垂直线。两相区内，因制 冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等 温线 与等压线重合，是水平线。过热蒸气区为向右下方 弯曲的倾斜线； 等熵线----向右上方倾斜的实线；
(6)压缩终温 t2
升高
过热度 R502 R600a R290 R134a R22 NH3
0 45.3 37.4 44.4 44.1 55.9 93.0
30 73.9 65.7 72.1 72.9 86.3 131.5
32
无效过热循环
无效过热循环：过热过程中产生的冷量没有
被冷却介质所吸收。
（1q0）单位制冷不量变
(1-20)
35
36
p
4’ 4 pk 3 2 2’ 5’ 5 p0 1 1’
q0 q0
h 回热循环在p-h图上的表示
回热循环中各性能指标的变化完全同于过冷和 无效过热循环。
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2.4 不凝性气体的存在对循环性能的 影响
• 积存于冷凝器； • 冷凝压力增加； • 压缩机排气压力升高； • 比功增加； • 制冷系数下降； • 压缩机容积效率降低；
(2)冷凝过程： w 0
（1-2）
qk h2 h4
（1-3）
(3) 节流过程： w 0, q 0
h4 h5
（1-4）
（4）蒸发过程： w 0
q0 h1 h5 h1 h4 （1-5）
16
为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环
的性能， 采用下列一些性能指标。
(1)单位制冷q量0
0

q0 w0

h1 h4 h2 h1
(1-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条
件下：
制冷系数愈大
经济性愈好
(6)压缩终温 t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
20
(7)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0
p0 0
1
h 简化后的实际循环在 p-h图上的表示
47
下面是按照这样简化后的循环的性能指标 的表达式，各下标对应于图2-23所示的状 态点。
1．单位制冷量、单位容积制冷量及单位 理论功
q0 h1 h5 h1 h4
qv

q0 v1
w0 h2s h1
c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
T0
(1-12)
这里ε c为在蒸发温度（T0）和冷
凝温度（Tk）之间工作的逆卡诺循环的
制冷系数。热力完善度愈大，说明该循 环接近可逆循环的程度愈大。
21
2单级蒸气压缩式制冷的实际循环
• 2.1 液体过冷对循环性能的影响 • 2.2 蒸气过热对循环性能的影响 • 2.3 气-液热交换器对循环性能的影响 • 2.4 不凝性气体的存在对循环性能的影响 • 2.5 单级压缩实际制冷循环的热力计算
45
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多变过程。另外，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
46
p 4 5
pk
3 2s 2
44
（6）蒸发器
若保证蒸发器的出口压力不变，为克服蒸 发器中制冷剂的流动阻力，必须提高进蒸发器 时制冷剂的压力，这必然导致平均蒸发温度升
高，传热温差下降。
若保证传热温差不变，克服蒸发器中制 冷剂的流动阻力，这必然导致压缩机的吸气 压力下降，吸气比容增大，压力比增大，压
缩机耗功增加，制冷量减小，制冷系数下降。
30
w (3)理论比功 0
w0 h2' h1' q (4)单位冷凝热 k
qk h2' h4
增加 增加
(h2' h2)
(5)制冷系数

(h2

h4
)
？
h1' h1 h1 h5 h2' h1'
(1-14) (1-14)
(1-15)
31
图2-19有效过热的过热度对制冷系数的影响
qk h2 h3 h3 h4 h2 h4 (1-9)
比较式（1-5）、（1-8）和（1-9） 可以看出，对于单级压缩式蒸气制冷机理 论循环，存在着下列关系
qk q0 w0
(1-10)
19
(5)制冷系数 0
对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，
制冷系数为
采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数 都是有利的
24
p
4’ 4
pk 3 2
5’ 5 p0 1
q0 q0
w
h
过冷循环在p-h图上的表示
25
（1）单位制冷量 q0 增加
q0 h1 h5
(h1 h5 ) (h5 h5)
(2)单位容积制冷量 qv
增加
qv'

h1 h5 v1
单位制冷量可按式（2-5）计算。单位制
冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系：
q0 r0 (1 x5 )
(1-6)
由式（1-6）可知，制冷剂的汽化潜热越
大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单
位制冷量就越大。
17
(2)单位容积制冷量
qv
qv

q0 v1

h1 h4 v1
22
上面所述的循环，是单级压缩蒸气制 冷机的基本循环，也是最简单的循环。在 实用上，根据实际条件对循环往往要作一 些改进，以便提高循环的热力完善度。在 单级制冷机循环中，这一改进主要有液体 过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。
23
2.1 液体过冷对循环性能的影响
将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝 温度的状态，称为过冷。 带有过冷的循环，叫做过冷循环。
(3)理论比功 w0
(1-7)
对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来 说，理论比功可表示为
w0 h2 h1
(1-8)
单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随 制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变 的。
18
(4)单位冷凝热
qk
单位（1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中 放出的热量，称为单位冷凝热。单位冷凝 热包括显热和潜热两部分
5
p0 1
q0
w
h
理论循环在p-h图上的表示
11
1.4 单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力 计算
单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的：
（1）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程 中不存在任何不可逆损失
（2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝 温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被 冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都 是定值
h 过热循环在p-h图上的表示
过热循环分有效过热和无效过热两种情况
29
有效过热循环
有效过热循环：过热过程中产生的冷量也为
被冷却介质所吸收。
（1q0）单位制冷增量加
q0 h1' h5 (h1' h1) (h1 h5 )
(1-13)
(2)单位容积制冷量 qv ？
源自文库
qv

h1' h5 v1'
①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发， 成为低压蒸气
②将该低压蒸气提高压力为高压蒸气 ③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体 ④高压液体降低压力重新变为低压液体， 返回到①从而完成循环。
5
压缩机:
压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发 器中低压、冷凝器中高压，是整个
系统的心脏。
冷凝器: 输出热量的设备，将制冷剂在蒸发 器中吸收的热量和压缩机消耗功所 转化的热量排放给冷却介质。
(3)理论比功 w0
不变
(1-13)
26
(4)单位冷凝热 qk
增加
qk h2 h4'
(1-14)
(h2 h4 ) (h4 h4' )
(5)制冷系数
增加


h1

h4 h4
h2 h1

h4

0

ct h2 h1
(6)压缩终温 t2
不变
(1-15)