工程热力学制冷循环
高等工程热力学 制冷循环综述教材
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 =334 kJ/kg 1冷吨（RT)=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
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
1.空气压缩制冷循环
目前斯特林制冷在商业制冷的研究 • 1. 国外斯特林制冷用于商业制冷的研究
斯特林制冷技术在商业制冷上的研究包括，大冷 量中高温区斯特林制冷机的研制和斯特林制冷机 在制冷系统上的应用研究。
以色列IST公司与法国电力公司EDF合作研制了采用旋转电机的曲柄连杆结构 的斯特林制冷机，其结构如图1所示
韩国LG公司的Kim等采用自由活塞斯特林制冷机（FPSC）对60L的冰箱制冷， 使冰箱内温度保持在-20℃，结果显示相对于蒸汽压缩制冷系统节能25%。牛 津大学的Green等研究了使用热虹吸系统对冷头和热端传热的FPSC系统，研 究结果显示比传统的制冷设备节能17%。2004年4月份日本夏普公司计划在 VM(Vending Machine)上使用FPSC代替传统的Rankine制冷系统
T
2
3
1 T2 T3 1 T1 T4
4
1
s
关于逆向布雷顿循环研究的进展
• 1977年，Andresen等首次把以寻求更实际、更有用的性
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-制冷循环(圣才出品)
第11章制冷循环一、选择题1．供热系数ζ可以是（）。
A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】A2．压缩气体制冷循环中，随循环增压比提高，制冷系数（），循环制冷量（）。
A．增大，增大B．增大，下降C．下降，增大D．下降，下降【答案】C【解析】压缩气体制冷循环的经济性指标，所以循环增压比越大．制冷系数越小。
但增压比越大，单位质量工质的制冷量也越大。
因此，为了提高压缩气体制冷装置的制冷量，常采用加大制冷工质的质量流量。
3．与采用可逆膨胀机相比，压缩蒸气制冷循环中采用节流阀简化了系统设备，（）了制冷量，（）了制冷系数。
A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】D【解析】压缩蒸气制冷循环中采用节流阀后，由于节流过程不可逆，熵增大，所以与采用可逆膨胀机相比，制冷量减少，失去了可以从膨胀机得到的功，循环的制冷系数下降，但简化了系统设备，提高了系统工作的稳定性，同时可以较方便地控制蒸发器中压力，所以压缩蒸汽制冷系统几乎毫无例外地采用节流阀。
4．工程上，压缩蒸气制冷装置中常常采用使制冷工质在冷凝器中冷凝后继续降温，即所谓的过冷工艺，以达到（）制冷量，（）制冷系数。
A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】A【解析】采用过冷工艺后，制冷工质在蒸发器内的吸热量由增加到使循环制冷量增大，同时并不改变压缩耗功，达到了提高循环制冷量和循环制冷系数的目的。
5．制冷循环的工作好坏是以（）来区分的。
A．制冷系数的大小B．制冷能力的大小C．耗功量的大小D．A和B 【答案】D6．（多选）制冷系数ε可以是（）。
A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】ABC二、判断题1．房间温度增加会使冰箱的制冷系数降低。
（）【答案】对2．一台制冷机，在对低温热源制冷的同时对高温热源进行供热，则其供热系数始终比制冷系数大1。
（）【答案】对3．制冷系数是大于1的数。
（）【答案】错【解析】制冷系数是指制冷循环中制冷量与消耗功的比值，可能大于1，也可能小于1。
工程热力学制冷循环课件
影响性能因素分析
蒸发温度与冷凝温度
蒸发温度越低、冷凝温度越高，制冷系数越 低，性能下降。
制冷剂性质
不同制冷剂的热力性质不同，对制冷循环性 能产生显著影响。
过冷度与过热度
适当的过冷度和过热度有利于提高制冷系数， 但过度增加会导致性能下降。
压缩机效率
压缩机效率越高，输入功越小，制冷循环性 能越好。
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优化设计策略探讨
优化蒸发器和冷凝器设计
提高传热效率，降低传热温差，有利 于提高制冷系数。
采用高效压缩机
选用高性能压缩机，降低输入功，提 高制冷循环经济性。
优化制冷剂选择
选用环保、高效制冷剂，提高制冷循 环性能。
系统集成与优化
通过系统集成和优化设计，降低系统 能耗和成本，提高整体性能。
06 工程应用案例分析
螺杆式压缩机
利用螺杆的旋转运动，使 制冷剂在压缩腔内受到挤 压和输送。具有高效、低 噪音等特点。
离心式压缩机
通过叶轮的高速旋转，使 制冷剂在离心力作用下获 得动能并压缩。适用于大 型制冷系统。
冷凝器、蒸发器及节流装置
冷凝器
节流装置
将高温高压的制冷剂蒸气冷却为饱和 液体，释放热量给冷却介质。通常采 用风冷或水冷方式。
04 热电偶合式制冷循环
热电偶合式制冷原理
塞贝克效应
利用两种不同材料之间的 温差产生电压。
帕尔贴效应
当有电流通过由两种不同 材料组成的回路时，在结 点处会吸收或放出热量。
汤姆逊效应
当电流通过有温度梯度的 导体时，导体将吸收或放 出热量。
热电偶材料选择与性能
材料选择
选择具有高热电势、低电阻率、高导 热率、良好机械性能和化学稳定性的 材料。
工程热力学课件11 制冷循环
理想气体
p 2‘
T
2‘
绝热膨胀，温度降低
1 6 1 2 4 3 v 2 s
5
T
转回温度曲线
实际气体
TH
冷效应区
N
热效应区
TL p pN
p
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的逆向卡诺循环。通常制冷循环以环境 为高温热源（T1=T0），因此在以T0为高 温热源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环 的制冷系数：
膨 胀 阀
压缩机
w
4
q2
1
蒸发器
1-2: 2-3: 3-4: 4-1:
制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程
4 1 3 2
q2 wnet
单位质量制冷剂在冷凝器中放热量：
T
2
q1＝ h2-h3
单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量：
1 h
过冷度愈大,制冷系数增加愈多。制冷剂液体离开冷凝 器的温度取决于冷却介质的温度,过冷度一般很小。多数制冷
装置专设一回热器,使从冷凝器出来的制冷剂液体通过回热器 进一步冷却,增大过冷度。回热器的冷却介质通常为离开蒸发 器的低温低压蒸气。
3 4 1
2
热泵供热原理
在所有制冷装置的工作过程中，热从冷藏室取 出并传给较高温度的环境。因此，实现制冷循环的 结果不仅使放出热量的物体被冷却，而且使吸收热 量的物体被加热。根据这个原理，可利用逆循环实 现将热从低温冷源向高源热源的输送。这种目的在 于输送热量给被加热对象(如室内供暖)的装置称为 热泵。向高温热源输送的热量qH，等于取自低温冷 源(如大气环境)的热量qL与实现逆循环从外界输入 功量wnet 之和，即qH=qL+wnet 。热泵就其实质来看， 和制冷装置完全一样，只是两者工作的温度范围不 同。制冷装置工作的上限温度为大气环境温度，其 目的系从冷藏室吸热，以保持冷藏室低温(下限温度) 恒冷；热泵工作的下限温度为大气环境温度，其目 的是向暖室放热，以保持暖室温度(上限温度)恒暖。
工程热力学课件第十二章制冷循环
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
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工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
工程热力学 第十章 制冷循环
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀 机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这 种方法？为什么？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
工程热力学第10章答案
第10章 制冷循环第10章 制冷循环10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小，1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。
证明1冷吨=3.86kJ/s 。
已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。
解：1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T kk 773.416515.2634.114.1112=×==−−π冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T kk 069.185515.2934.114.1134===−−π制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=−×=−= 制冷系数第10章 制冷循环()()()()71.1069.18515.26315.293773.416069.18515.263413241=−−−−=−−−−==T T T T T T w q net c ε10-4 压缩空气制冷循环中，压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。
若放热过程的终温为20℃，吸热过程的终温为0℃，增压比π=3，空气可视为定比热容的理想气体，c p =1.004kJ/（kg·K ），k =1.4。
求：（1）画出此制冷循环的T-s 图；（2）循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。
433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T cc 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 414114=−=−=∆=′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln32322300=−=−=∆=′′′第10章 制冷循环循环的制冷系数921.0)896.22515.293()15.273638.391(986.22515.273)()(/431/2/41=−−−−=−−−−=T T T T T T ε10-5 某压缩蒸气制冷循环用氨作制冷剂。
《工程热力学》第十一章制冷循环
粘度
粘度小的制冷剂流动性好，有 利于传热。
密度
密度决定了制冷剂在相同体积 下的质量，密度越大，质量越
大，制冷效果越好。
制冷剂的热力学特性
压缩系数
压缩系数决定了制冷剂在压缩过 程中的体积变化，压缩系数越小，
体积变化越小，有利于提高制冷 效率。
热导率
热导率决定了制冷剂的传热效率， 热导率越大，传热效率越高。
制冷剂在蒸发器中蒸发成气体后被压缩机吸入，再次压缩，完成一个循环。
压缩式制冷循环的主要设备
压缩机
用于压缩制冷剂，提高 其压力和温度。
冷凝器
用于将高温高压的制冷 剂冷却成液体，释放出
潜热。
膨胀阀
用于将高压的液态制冷 剂减压至适合蒸发吸热
的低压状态。
蒸发器
用于使液态制冷化
未来的制冷系统将更加注重多功能化，除了温度调节外， 还将具备湿度控制、空气净化等功能，提高室内环境的舒 适度和健康性。
高效化
随着能源价格的上涨和节能减排的需求，制冷循环将更加 注重能效提升，采用先进的节能技术和优化算法，降低运 行成本和提高能源利用效率。
THANKS
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吸收式制冷循环利用制冷剂在溶液中的溶解特性，通过制冷剂在溶液中 的蒸发和冷凝，实现制冷效果。
吸收式制冷循环中，常用的制冷剂有氨和水、溴化锂和水的混合溶液等， 这些制冷剂在吸收剂的作用下被吸收，再通过加热解吸，释放出冷量。
吸收式制冷循环的工作原理基于热力学第二定律，通过消耗热能实现制 冷效果，相比压缩式制冷循环，具有更高的能效比。
强化换热器设计
优化换热器的结构和设计，提高换热 效率。
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技术， 实现制冷系统的智能控制，提高运行 效率。
湖南大学 工程热力学 第十二章 制冷循环
Refrigeration cycle
12-1 压缩空气制冷循环
一、空气压缩式致冷工作原理
冷却器 a 膨胀机 换热器 c d 冷室 b 压缩机
二、制冷循环
1-2 压缩机内定熵压缩
p
3
2
2-3 冷却器中定压放热
3-4 膨胀机中定熵膨胀
4 P-v 图
T
冷却器 3 膨胀机 2 压缩机
冷却水 蒸发器
减 压 阀
Q1 溶液泵 吸收器
相 当 于 压 缩 机
Q2 空调用冷冻水 冷却水
吸收式制冷两个循环
制冷剂循环: 高压制冷 剂(氨) 冷凝放热 冷凝器 膨胀阀
节流
蒸发器 溶液循环:
吸热气化
低压制冷剂
加压
低压制冷剂 吸收器 溶液泵 发生器
吸收式制冷机所用溶液:
氨水溶液 +1~-45 ℃ 工艺生产中
五、 制冷剂的热力学性质
逆卡诺循环的制冷系数仅是冷源、热源的温度的函数， 与制冷剂的性质无关。但是，在实际的制冷装置中，压缩 机的所需功率，蒸发器，冷凝器的尺寸及材料等都与制冷 剂的性质有关
制冷剂应满足的要求：
1. 在大气压力下，制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般 低于 10o C
2. 蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，以稍高于大 气压力最为适宜。以免空气漏入系统；冷凝温度所对 应的饱和压力不宜过高，以降低对设备耐压和密封的 要求 3. 在工作温度（冷凝温度与蒸发温度）的范围内，汽 化潜热值要大，这样可使单位质量制冷剂具有较大的 制冷能力。 4. 液化比热要小。
下，保持其压力大于该温下的饱和压力，转变为液体的.即液
例题 一热泵功率为10kw,从温度为 -13 C的周
西安交大工程热力学 第十一章 制冷循环
T4 = T3π
κ −1 κ
κ −1 − κ
T2 p2 = T1 p1
=
T3 T4
= 253.15K × 5
= 293.15K × 5
1.4 −1 1.4
qC = h1 − h4 = c p (T1 − T4 )
= 401.13K
= 185.01K
= 1.005kJ/(kg ⋅ K) × (253.15 − 185.01)K = 68.48kJ/kg
2 3
ε < εc
逆卡诺 73 湿蒸气压缩 “液击”现象 实际 12 既安全， 既安全，又 增加了单位质量 工质的制冷量71
6 5
7
1
h5 − h6 = h4 − h6 面积8468
8
1 6 5 a b
s
h4 − h8 − ( h6 − h8 )
节流阀代替了膨胀机
面积a84ba 面积a86ba 利>弊 ，设备简化； 省掉膨胀机 设备简化； 优点： ： 1. 省掉膨胀机， 思考题： ：压缩空气制冷 优点 思考题 2. 节流阀开度， 节流阀开度，易调节蒸发温度； 易调节蒸发温度；
2.0 2.5 3.0
p T2 = 2 T1 p1
k −1 k
k −1
2 3
4
1
1 2
v 2 绝热压缩 s 3 等压冷却 p
3 4
s 4 绝热膨胀 s 1 等压吸热 p
=
1 1 1 1 = = = k −1 k −1 T2 T2 − T3 − 1 p2 k −1 π k −1 T1 T1 − T4 −1 p
= 3.0
循环的制冷系数
ε=
工程热力学ch12 制冷循环
• 常见制冷剂：
氨（NH3） 氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃） CFC12(R12)、CFC11(R11)
HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
12－6 热泵循环
循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工
作时，环境作为低温热源（T0）
热泵循环供暖系数 ：
' qH qL wnet
wnet
wnet
' 1
第十二章 制冷循环
12－1 概况
本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特 点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。
制冷循环类型：
压缩气体制冷 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环 半导体制冷
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的卡诺循环。通常制冷循环以环境为高
温热源（T1=T0），因此在以T0为高温热
空气的定压比热小 活塞式压缩机和膨胀机工质流率小
二、回热式空气制冷循环 • 回热式空气制冷循环的原理
• 回热循环优点:
1、同样制冷系数下，增压比下降，这为采 用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供 可能；
2、增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的 不可逆损失的影响减小。
12-3压缩蒸气制冷循环
• 压缩蒸气制冷循环原理
源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环的制 冷系数：
c
qc wnet
qc q0 qc
Tc T0 Tc
工作性能参数： cop qc q0 qc
12-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
➢ 压缩空气制冷循环分析
qc h1 h4 q1 h2 h3
工程热力学第十一章制冷循环作业
第11 致冷循环例1压缩空气制冷循环运行温度，，如果循环增压分别为 3 和 6 ，分别计算它们的循环性能系数和每 kg 工质的制冷量。
假定空气为理想气体，此热容取定值。
解：由1 1.411.4111 2.712131a k kεπ--===--1 1.411.4211 1.496161b k kεπ--===--11 1.414 1.44.30311()()300()219.183k k k k aa p T T T Kp π---===⨯=11.411.44.011()300()179.816k kb bT T Kπ--==⨯=11 1.412 1.42.111()2903396.93k k kk a a p T T T Kp π---===⨯=1 1.411.42.12906483.86k kb bT T Kπ--==⨯=.141() 1.005(290219.18)71.2/c a p a q c T T kJ kg=-=⨯-=.141() 1.005(290179.81)110.7/c bp b q c T T kJ kg=-=⨯-=例2 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。
求：（1）1公斤工质的制冷量q 0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。
解 参考图10.2示：STT 0T c421ρ3ρ2138(3)压缩机所消耗的功及功率5.111475.15812=-=-=h h w kcal/kg2.199735.118.1736=⨯==mw W kcal/h22.238602.19973==th N kW(4)循环制冷系数3.35.113800====εσw q W Q （5）冷凝器热负荷Q K因h 4=h s ,Q k =mq k =m(h 2-h 4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h8．某空气致冷装置。
工程热力学制冷循环
例A461277
8
11-3 压缩蒸气制冷循环
（The vapor-compression cycle）
一、设备流程及T-s图
9
二、制冷系数ε
qC h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
wnet h2 h1
三、状态参数确定
1. T-s图和logp-h图
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h1 T2 T1
c
TC T0 TC
T1 T2 T1
例A361255
6
三、回热式压缩空气制冷循环
压缩空气制冷，qC较小，且随π上升，ε下降，为兼 顾Qc及ε，采用大流量叶轮压缩机并回热。
7
回热后： 面积12nm1=面积45gk4 qc=面积1mg61 q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’
ε相等，π下降
一、 压缩气体制冷循环（Gas-compression refrigeration cycle）简介
4
二、制冷系数（the coefficient of performance COP） qC qC wnet q1 qC
q1 h2 h3
qC h1 h4
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
10
11
例A466166
12
11-4 制冷剂(Refrigerants)性质
一、制冷剂热力性质
1. 对应制冷装置工作温度的饱和压力适中； 2. 汽化潜热大； 3. 临界温度应高于环境温度； 4. 蒸汽比体积小，导热系数大； 5. 蒸发压力不低于环境压力，三相点低于制冷循环下
限温度。 6. 上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近定温
理想条件下
工程热力学第十一章制冷循环教案
第十一章制冷循环学习重点:1.掌握各种制冷装置循环设备及其工作流程。
2.掌握将实际质量循环抽象和抽象为理想循环的一般方法。
3.掌握各种制冷循环的制冷量、放热量、耗功量及制冷系数等的分析和计算方法。
4.了解分析影响各种制冷循环的制冷系数的主要因素及提高制冷系数的途径。
制冷（热泵)循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热11-1 空气压缩制冷循环实际制冷装置并不是按逆向卡诺循环工作的，而是根据制冷装置所采用的工质性质，按不同的制冷循环工作。
空气可用作为制冷装置的工质。
空气压缩制冷装置主要由四个热力设备组成：压气机、冷却器、膨胀机和冷库换热器。
空气压缩制冷装置的理想循环由四个可逆过程组成，即绝热压缩过程1-2、定压放热过程2-3、绝热膨胀过程3-4和定压吸热过程4-1。
循环制冷量为4-1中工质吸取的热量：循环消耗的净功为因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为如取空气的比热容为定值，则有按绝热过程1-2及3-4，可以得到各状态参数之间的关系式为代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式即提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5'-6-1所示，但使压气机和膨胀机的负荷加重。
为此可采用回热器，用空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从而降低增压比。
回热式空气压缩制冷装置的循环：1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；3-4为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中空气的定压回热；5-6为膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。
由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后，制冷量、放热量、制冷系数均可不变。
但是，采用回热器的空气压缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的负荷。
正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在深度冷冻及气体液化中获得实际应用。
11-2 蒸气压缩制冷循环如采用湿饱和蒸气为工质，就可容易地实现定温吸热和定温放热，从而可以按逆向卡诺循环工作，以便在一定的冷库温度及环境温度下获得最高的制冷系数。
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4
T-s 图 T
2 2 4 3
q0
3
5
1
qc
w
5
1
qc = h1 − h5 = h1 − h4
q0 = h2 − h4
h
qc h1 − h4 ε = = w h2 − h1
s
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第11章 制冷循环
电冰箱采用压缩蒸气制冷循环
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第11章 制冷循环
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第11章 制冷循环
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第11章 制冷循环
11-1 逆向卡诺循环 衡量制冷循环和热泵循环的经济性指 标都用工作性能系数 COP (Coefficient of Performance)来表示，它是得到的收益与 耗费的代价之比。 习惯上，对于制冷循环的性能系数称为 制冷系数，对于热泵循环称为供热系数 。
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第11章 制冷循环
经济性指标最高的逆循环是同温限间的 卡诺循环。 通常制冷循环是以环境作为高温热源， 而热泵循环以环境作为低温热源。
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第11章 制冷循环
制冷系数
制冷循环
T T0环境 q1 w T0 T2 s
q2 COP = ε = w
逆向卡诺循环
q2 q2 T2 εc = = = w q1 − q2 T0 − T2
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第11章 制冷循环
制冷循环种类
压缩空气制冷 压缩制冷 压缩蒸汽制冷 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 ……
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第11章 制冷循环
11-2 压缩空气制冷循环 一、简单空气压缩制冷循环
工质：空气 四个主要 部件:
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第11章 制冷循环
p
3 2
T
2 3 4 1 4
T0
1
Tc s
v 压缩空气制冷理论循环的p-v、T-s图
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第11章 制冷循环
循环从冷库吸收的热量 放给高温热源的热量 循环所消耗的净功
q2 = c p (T1 − T4 )
q1 = c p (T2 − T3 )
wnet = q1 − q2 = cp (T2 −T3 ) − cp (T1 −T4 )
T0不变, T2
εc
q2
T2冷库
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第11章 制冷循环
供热系数
热泵循环 T T T1房间 1 q1 T 0 w T2 q2 s T0环境
q1 COP = ε ' = w
逆卡诺循环
q1 q1 T1 ′ εc = = = w q1 − q2 T1 − T0
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第11章 制冷循环
制冷量 ( 制冷能力) 制冷设备单位时间内从冷库取走的热量 (kJ/s)。 商业上常用冷吨来表示。 1冷吨：1吨0℃饱和水在24小时内被冷冻 到0℃的冰所需冷量。 1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
增压比越小，制冷系数越大。
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第11章 制冷循环
但增压比越小，循 环中单位工质的制冷 量也越小 。 简单压缩空气制冷 循环的主要缺点是制 冷量不大 。
Q2=qmcp(T1-T4)
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二、回热式压缩空气制冷循环
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第11章 制冷循环
11-3 压缩蒸汽制冷循环
压缩空气制冷循环存在着两个基本缺点： 一是由于吸热过程和放热过程是在定压非定 温下进行，制冷系数低； 二是由于空气的比定压热容较小，循环的制 冷量较小。 采用压缩蒸气制冷循环，能在这两方 面大大改善，因为利用蒸气的性质在湿蒸 气区内可以实现定温过程，而且蒸气的气 化潜热很大。
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第11章 制冷循环
第十一章 制冷循环
Chapter 11 Refrigeration Cycles
本章学习目标：
1.掌握制冷循环的实施设备及工作流程。 2.掌握制冷循环的吸热量、放热量、耗功 量及性能系数分析和计算的方法。 3.学会分析影响循环性能系数的主要因素。
压缩式制冷循环为本章重点内容
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第11章 制冷循环
压缩蒸气制冷循环的装置示意图
2 压缩机 节流阀 5 冷库 （蒸发器） 1
4
冷凝器
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第11章 制冷循环
实际不采用逆卡诺压缩蒸气制冷 循环
T 3
′
2 T0 Tc 4 1′ 2′
4′ O
1
1）因压缩湿蒸汽对压 气机不利 ，采用干压 缩； 2）利用节流阀代替膨 胀机；
s 压缩蒸气制冷循环T-s图
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第11章 制冷循环
蒸发器中吸热量
qc = h1 − h5 = h1 − h4
冷凝器中放热量
T
4 3
2
q 0 = h2 − h4
制冷系数
1 5
qc h1 − h4 ε = = w h2 − h1
s
蒸气压缩制冷循环 T-s 图
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第11章 制冷循环Fra biblioteklgp-h图
q2 T1 −T4 循环的制冷系数 ε = = wnet (T2 −T3 ) − (T1 −T4 )
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第11章 制冷循环
T1 − T4 ε= (T2 − T3 ) − (T1 − T4 ) 1 1 1 = = = κ −1 T2 − T3 T2 − 1 ⎛ p2 ⎞ κ −1 T1 T1 − T4 ⎜ ⎟ −1 ⎝ p1 ⎠ 1 = κ −1 (π ) κ − 1
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第11章 制冷循环
综合训练大作业2—热泵供暖方案设计 地源热泵是一种从土壤中取（放）热 的热泵。 在北京地区有一300平方米的别墅准备 采用地源热泵供暖，试设计一个地源热泵 供暖的方案，并要求从能量利用、环保、 经济性方面进行分析。
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第11章 制冷循环
其他要求： 1）化学性质稳定，无腐蚀，无毒，不易燃 易爆，等等； 2）好的环保性能，对环境破坏小； ODP GWP
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第11章 制冷循环
11-5 其他制冷循环
吸收式制冷循环
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第11章 制冷循环
本章小结
1) 掌握制冷循环的基本过程和T-s图和 lgp-h 图表示； 2) 能对循环进行正确的能量分析和计 算； 3)压缩蒸气制冷循环的计算要查相应 制冷剂的图表。
第11章 制冷循环
11-4 制冷剂（refrigerants）的性质
对制冷剂的热力学要求 １．对应于冷凝温度的饱和压力不宜过高； ２．对应于蒸发温度的压力不应过低； ３．在工作温度下，汽化潜热要大； ４．临界温度要远高于环境温度； ５．凝固点应低于蒸发温度； ６．蒸汽比体积小，导热系数大； ７．上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更 接近定温放热及减少节流引起制冷能力损失。