蒸汽压缩式制冷-热泵系统的压焓图与性能图

31 3
3n 4
2 1
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经济性作用域
经济性作用域是指为防止由于吸、 排气管摩擦阻力损失引起系统性 能出现严重衰减而确定的室内、 外机之间连接管的最大长度
必须选定参考机组 考察多联机EER、COP与参考机组 的TEER、TCOP（包含水泵、风机 盘管的耗功），确定经济性作用域 与参考机组的能效水平和连接管的 保温效果有关
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①L=120m,Z=50m,H=15m ②L=100m,Z=50m ③L=150m,Z=50m,H=15m
③
②
①
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多联机具有作用域 ( or 作用半径 )?
多联机的作用域
Z
作用域是指保证室内舒适性、
与经济性、安全性作用域密 切相关
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舒适性作用域
制热运行
2
3
4 1
制冷运行
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多联机的作用域（计算结果）
多联机类型
作用域（m）
连接管之间的关系
R22多联机 R410A多联机
单冷型
产 品 很 少 室内、外机组之间管长应L
3
QeM re(v h1h4)
2
Pin

M rcom(h2 h1)
edmi
4
1
COP (当Mrev=Mrcom时)
COP
Qe Pin

h1 h2

h4 h1
edmi
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回热循环
特点
可提高压缩机回气过热度，防止液 击、以利于提高带油速度 高压液体得到再冷，可防止制冷剂 沿程闪发 对于某些制冷剂而言，回热是减小 节流损失的重要措施
16
制冷循环在压焓图上表示
Receiver p
Condenser
qk
COP hC hB hD hC
COPh

hD hD

hA hC
Compressor
B Evaporator
qo
wc
h
1、实际制冷循环中，制冷剂 流量不是1 kg/s，而是m kg/s；
2、实际制冷循环存在各种压 力损失。
COPh6 h2
hh15im
2
油分离器
1
冷凝器 高压贮液器
压缩机
回热器
3 4 6 蒸发器
膨 胀 阀
5
lg p
Δh
pk
43
tk
72
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p0
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回热器
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t0 61
Δh
h
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带蒸发压力调节阀的制冷循环
应用场合
利用一套制冷装置对不同库温要求的冷间 进行降温
2 油分离器 1
冷凝器 高压贮液器
单向阀
5 压缩机 8
7
蒸发压力 调节阀
蒸发器1 蒸发器2
4
3
膨胀阀1 6
膨胀阀2
lg p
pk
3
tk
2
p02
6
t02, Mr2
7
p01
4
t01, Mr1 5 1 8
h
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蒸气压缩式制冷的应用领域
蒸气压缩式是目前广泛采用的制冷方法
制冷机类：电冰箱、冷藏柜、陈列柜、冷库、工艺冷水设备等 热泵类：房间空调器、商用中央空调、水源热泵、多联机等
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小结
制冷机与热泵可以独立成为设备，也可成为 集成设备
中国称之为“热泵”的设备主要是指集成设备
此时，库温较高的冷间要求蒸发温度（或 蒸发压力）高，以降低贮藏物的干耗
Mr1

0 1
h5 h3
Mr2

02
h7 h3
h1
Mr1h5 Mr2h8 Mr1Mr2
COP (Mr1
0 10 2
Mr2)(h2
h1)im
Mr1((M h5r1h3M)r2M )(hr22(h8h1)h3)im
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lgp-h图的应用举例 1
两相区以外的制冷剂状态点必须由两 个独立状态参数才能描述
例如：具有一定过热度的压缩机吸气 状态（点1）可由压缩机吸气管上的压 力表（p1）以及温度计（t1）读数， 经制冷剂物性方程或lgp-h图来确定
如果吸气状态位于两相区（点6）时， 则不能直接确定干度x6
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经济性作用域
3 4
2 2’
1 1’
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调节性作用域
调节性作用域是指为防止因管内摩 擦阻力和液体重力作用的影响导致 室内、外机调节能力下降所确定的 并联蒸发器或并联冷凝器之间连接 管的最大长度与高差
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lgp-h图的应用举例 2
当从贮液器至膨胀阀之间的高
lg p
压液体管存在较大压力损失时， pk
3
2
制冷剂容易出现沿程闪发
4 4'
①高压液体上升立管高度过高（重 力损失） ②管道过细及局部阻力部件过多 ③沿程吸热量过大
重力损失的计算方法
pgZPa
p0 5 5'
• 采用节流方法使之降压（6→1）成过 热蒸气（点1）
• 根据p1和t1的读数确定出点1的状态 • 再根据h6= h1原理求解压力为p0、比
焓为h1的湿蒸气（点6）的干度x6
lg p
pk
3
2
p0
4
p1
6 1 h
h6=h1
当压缩机出现回液时，也可 采取同样方法，以保证压缩 机的安全
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(b) 水泵·水车灌溉
电力
∞℃
100kW
COP=5
制热量 500kW
电驱动热热汇泵
. Q
电动机
大气
RM
采热量400kW . P Q
热源
(d) 电驱动热泵制热
热泵装置 制取热量 制冷装置 制取冷量
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制冷机与热泵的相互关系
相同点
热力学原理相同（如：蒸气压缩式制冷原理） 结构相同（四大主要部件+制冷剂）
不同点
使用目的（功能）不同
• 制冷机：吸收蒸发潜热，降温、除湿 • 热泵：释放冷凝潜热，升温
二者可以构成独立的机器；也可集成为一台机器， 通过自动控制部件转换制冷剂流向，改变机器的 功能
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制冷机与热泵的相互关系
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水泵
H2
制冷机（与热泵）
sink / ambient
QcBiblioteka Pin水热RM
Pin
H1
Qe
0
source / fridge
消耗能量 PinH2H1
消耗能量 PinTc Te
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（水泵）农田灌溉与（热泵）建筑采暖
100m
瀑布流量 100T/d
80m
20m 0m
L ∆Z
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安全性作用域
安全性作用域是指防止垂直液管 内因重力作用而影响系统安全运 行的室内、外机之间连接管的最 大高差
导致压力过高（超出设计允许压力）
• 下降液管（例）
导致制冷剂闪发
• 上升液管
与制冷剂种类有关 与机组和连接管的耐压程度有关
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安全性作用域
<100
室内机与室外机之间的高差Z [-90，36]
<200 [-140，64]
室内机组之间的高差ΔZ
<50
<100
室内、外机组之间管长应L
<100
<200
热泵型 室内机与室外机之间的高差Z [-33，36] [-56，64]
室内机组之间的高差ΔZ
<20
<25
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目前，制冷机与热泵广泛采用蒸气压缩式制 冷技术 制冷机与热泵的设计、控制、运行与管理的 理论基础是“压焓图”和“性能图”
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第二节 lgp-h图及其应用
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1.制冷剂的 lgp-h图
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压焓图（lgp-h图）的功能
传动效率ηd
摩擦效率ηm
指示效率ηi
过/欠压缩损失 内压缩效率ηε
输入功率Pin 输出功率Pout 轴功率Pe 指示功率Pi 有等效熵压缩功率Pεi 等熵压缩功率Pth
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预备知识
制冷量Qe
Qe M r(ev) (h1 h4 )
输入功率Pin
“制冷空调技术提高与创新”继续教育讲座
第二讲 蒸汽压缩式制冷/热泵系统的压焓图与
性能图
清华大学 王宝龙
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提纲
预备知识 压焓图（lgp-h图）的应用 制冷装置的性能图及其应用 总结
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第一节 预备知识
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水泵与热泵（制冷机）的原理对比
饱和气线ф =1
p ф =0x
ф =1
h
v
t
h
3区：过冷液体区 饱和区 过热蒸气区
6线：等压线 等温线 等比焓线 等比熵线 等比容线 等干度线
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单质/共沸/近共沸制冷剂压焓图（R134a）
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2.制冷循环的lgp-h图
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换热器＋电子膨胀阀
电子膨胀阀容量调节范围有限
m AV CD
I(pI pO)
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调节性作用域
Δp1 Δpn
31
3
2
3n
4
1
AmV CD I(pI pO)
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舒适性作用域
舒适性作用域是指为防止室 内蒸发器的蒸发温度超高或 室内冷凝器的冷凝温度超低， 以保证室内蒸发器除湿、冷 凝器出风温度不致过低所确 定的室内、外机组之间的最 大长度和高差
1' h
注意：高压液体管有上 升立管与下降立管，二 者有何区别？
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lgp-h图的应用举例 2
思考：
单元式空调的室外机（冷凝器、压缩机）低于室 内机（膨胀阀、蒸发器）为何有时出现制冷效果 不好的问题？ 多联机的室内外机之间的连接管长度L和高差Z可 以很大吗？
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3.各种实用制冷装置的制冷循环
——以采用开启式压缩机的一些实用制冷装 置为例，介绍如何利用lgp-h图分析制冷循环
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预备知识
制冷系统的COP=Qe/Pin
封闭式压缩机为Pin；开启式压缩机Pin=Pe(轴功率)
电机损失
传动损失
压缩机摩擦损失、油泵耗功 制冷剂泄漏、漏热
电机效率ηe
＋
同时保证多联机系统安全、稳
定、高效运行的室内、外机组
之间以及室内机组之间的最大
管长L与最大高差Z
0
安全性作用域
舒适性作用域
经济性作用域
调节性作用域
多联机作用域问题是四种作用
域的交集
多联机作用域问题是指导多联
机系统设计、安装的重要理论
－
基础
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空调的工作原理：从压缩机出来的高温高压制冷蒸汽通过高压软管进入冷凝器； 由于车外温度低于进入冷凝器的制冷剂温度，借助于冷凝风扇的作用，在冷凝器 中流动的制冷剂的大部分热量被车外空气带走，从而高温高压气体被冷凝成低温 高压的液体。这种低温高压液体流过节流膨胀阀时，由于节流作用，体积突然变 大而降压，变成低压低温的雾状液体进入蒸发器，并在定压下汽化，由于制冷剂 在管内汽化时的温度低于蒸发器管外的车内循环风，故它能吸收管外空气中的热 量，从而使流经蒸发器的空气温度降低，从而产生制冷降温效果，汽化了的制冷
100℃
20 ℃ 0℃
80℃
灌溉水量 100T/d
河流
(a) 瀑布直接灌溉
COP=2
热量 100kW
高温热源
高温热源
制热量 200kW
热驱热汇动热泵
. Q
大气
RM
. Q
采热量100k.W
Q
(c) 热驱动热低温泵热制源热
瀑布流量 100T/d
灌溉水量 500T/d
采水量400T/d
水坝
水车 水泵
田中俊六. 省エネ ルギーシステム 概論（ヒートポン プとヒートパイプ はまったく別物な のか？）
蒸汽被压缩机抽吸压缩，变成高温高压气体，完成一个制冷系统的循环。
膨胀阀具有自动调节功能，在蒸发器温度高的时候开启量孔大，温度低时，膨胀 阀里的量孔通过调节针阀伸缩来调节冷媒流动。达到制冷温度的基本恒定
高压阀:当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体排入大 气，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故 低压开关:在没冷媒（制冷剂）时不让压缩机工作以保护压缩机的.
压焓图（lgp-h图）是分析蒸气压缩式制冷 （热泵）循环的重要工具
循环设计：构造各种制冷循环 循环计算：计算制冷（热泵）循环，选配各部件 容量 循环分析：对已知系统进行热力分析
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制冷剂压焓图（lgp-h图）
1点：临界点C
lg p
C
s
2线：饱和液线ф =0