空调节用制冷技术

第一章蒸汽压缩式制冷的热力学原理

制冷剂：一定的低压条件下，就可以利用液体的气化获取所需的低温。这种用于气化制冷的液体称为制冷剂（或工质）

蒸汽压缩式制冷工作原理：使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和

蒸发器等热

力设备中进

行压缩、放热

冷凝、节流和

吸热蒸发四

个主要热力

过程，完成制

冷循环，实现

被冷却介质

的制冷效果。

卡诺循

环：两个温度不相同的定温热源之间进行的理想热力循环。（3-4等熵线，

绝热膨胀；4-1

等温线，吸热

膨胀吸收热量

q0；1-2等熵线，

绝热压缩；2-3

放热压缩。）

制冷系数：

则为：

热泵：通过冷凝器放热向室内供热。

供热系数：

蒸汽压缩式制冷工作原理：1-2（压缩机），干饱和蒸汽，升温升压，过热

蒸汽；2-3-4

（冷凝器），

压力不变降

温，饱和液态；

4-5（节流阀），

降压降温，湿

蒸汽；5-1（蒸

发器），温度

压力不变，干

饱和蒸汽；

实际蒸

汽压缩式制冷理论循环由两个等压过程、一个绝热压缩一个绝热节流，具有三个特点：

（用膨胀阀代替膨胀机）（蒸汽压缩在过热区进行）（两个传热过程均为等呀过程，并且有传热温差）

节流损失：采用膨胀阀代替膨胀机，制冷系数有所降低，其降低程度称为节流损失。

干压缩过程：蒸汽压缩式制冷装置运行时，严禁发生湿压缩现象，要求进入压缩机的制冷剂为饱和蒸汽或过热蒸汽这种压缩过程称为干压缩过程。

过热损失：采用干压缩过程后，可以增加单位质量制冷能力，但由于压缩中点状态点2为过热蒸汽，故压缩耗功增大，制冷系数亦将有所降低，降低程度称为过热损失。

一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却（减少节流损失）

a设置再冷却器、b蒸汽回热循环

1采用液态制冷剂再冷，节流后干度减少，制冷功率增加；2压缩机的压缩功不变；3制冷系数提高，节流损失减小。

再冷度：

蒸汽过热：压缩机入口处制冷剂蒸汽的温度高于其压力对应的饱和温度。

无效过热：蒸汽过热所吸收的热量来自被冷却介质以外的物体，即过热不能产生有效地冷量。

过热温度、过热度：

二、回收膨胀功（降低消耗功率）

在大容量制冷装置中，由于膨胀机的容量大，不会出现因机件过小导致加工方面的困难，此时采用膨胀机对高压液体进行膨胀降压，并回收该过程的膨胀功，是提高制冷系数、节省能量消耗的有效方法。

三、多级压缩制冷循环（减少过热损失）

为了减少过热损失，可采用具有中间冷却的多级压缩制冷循环。这种多级压缩制冷循环，不但降低了压缩机的排气温度，而且可以减少过热损失，减少压缩机的总耗功量；高低压差越大，或者说蒸发温度越低或冷凝温度越高，节能效果越明显。

为减少过热损失及降低功耗，可采用中间冷却器。

不完全中间冷却：中间冷却器与闪发蒸汽分离器虽然利用制冷剂冷却来自低压级压缩机的排气，但闪发蒸汽分离器只能使其温度稍有下降，仍保持过热蒸汽状态，故称为…

压焓图：

第二章制冷剂与载冷剂

液化气体制冷原理图

逆卡诺循环

液化气体制冷理论循环

制冷剂要求：制冷效率高，提高制冷的经济性；压力适中，制冷剂在低温状态下的饱和压力最好能接近大气压力，甚至高于大气压力；单位容积制冷能力大，制冷剂单位容积制冷能力越大，产生一定制冷量时，所需制冷剂体积循环量减小，就可减少压缩机尺寸；临界温度高。（热力学性质）与润滑油的互溶性；导热系数放热系数高；密度黏度小；相容性好。（物理化学性质）消耗臭氧层潜值，全球变暖潜值，大气寿命（环境友好性能），该指标总和考虑了制冷剂对全球变暖的直接效应DE和制冷机消耗能源而排放的CO2对全球变暖的间接效应IE。

制冷剂的命名：氟利昂（有机类）、碳氧化合物、无机化合物、共沸、非共沸（混合溶液）

（1）氟利昂化学式C m H n F x Cl y Br z，该类制冷剂编号为“R…B…”第一位数字为m-1，第二位为n+1，第三位为x，第四位为z（如z=0，则省略）。如丙烷C3H8，因为m-1=2，n+1=9，x=0，故编号为R290.（2）非共沸R4~~（3）共沸R5~~（4）有机化合物R6~~（5）无机化合物R7~~。

润滑油的使用目的：减少摩擦、带走摩擦热、减少泄漏

氟利昂类制冷剂与润滑油可溶；氨类制冷剂与润滑油不可溶。

载冷剂：采用制冷装置冷却被冷却物，或者将制冷装置产生的冷量远距离输送，需要一种中间物质，在蒸发器内被冷却降温，然后再用它冷却被冷却物，这种中间物质称为载冷剂。常用载冷剂是水，只能用于高于0度的条件，当要求低于0度时，一般采用盐水，如氯化钠或氯化钙盐水溶液，如采用乙二醇或丙三醇等有机化合物的水溶液。

载冷剂要求：在使用温度范围内，不凝固不气化；无毒，化学稳定性好，对金属不腐蚀；比热大，输送一定冷量所需流量小；密度小，黏度小，可减小流动阻力，降低循环泵消耗功率；导热系数大，可减少换热设备的传热面积；来源充裕，价格低廉。

第三章制冷压缩机

压缩机作用：从蒸发器中吸取制冷剂蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力；提高压力，将低压低温的制冷剂压缩成高温高压的过热蒸汽，以保证提高温度下冷凝的条件；输送并推动制冷剂在系统内流。

容积式制冷压缩机是靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩；离心式制冷压缩机是靠离心力的作用，连续的将所吸入的气体压缩。

活塞式制冷压缩机工作过程：

(1)吸气，活塞从上端点a向右移动气缸内压力急剧降低，低于吸气口压力，吸气阀开启，低压力气态制冷剂在定压下被吸入气缸，直至活塞达到下端点b的位置。即图上4-1过程线；（2）压缩，活塞从下端点b向左移动，气缸内压力稍高于吸气口压力，则靠气缸内与吸气口处的压力差，将吸气阀关闭，缸内气体被绝热压缩，直至缸内气体压力稍高于排气口的压力，排气阀被压开，即图上p-V图上1-2过程线。（3）排气，排气阀开启后，活塞继续向左移动，将缸内的高压气体定压排出，直至活塞达到上端点a位置，即p-V图上2-3过程线。

顺流式压缩机的活塞为空心圆柱体，吸气阀位于活塞顶部，活塞内腔与吸气管相通。活塞向下移动时，低压气体从活塞顶部进入气缸；活塞向上移动时，缸内气体被压缩，并从气缸上部排出；气缸内的气体是由下向上顺着一个方向流动，故称为顺流式。

逆流式压缩机的吸气阀和排气阀均设置在气缸顶部。活塞向下移动时，低压气体从气缸顶部的一侧或四周进入气缸；活塞向上移动时，缸内气体被压缩，并仍从上部排出气缸；这样，气体进入气缸和排出气缸的运动路径相反，故称为逆流式。

根据气缸排列和数目的不同，活塞式制冷压缩机可分为：卧式，立式，多缸式。曲轴有单拐和双拐之分，四缸以上的活塞式制冷压缩机均为双拐曲轴，两拐成180度。

蒸发温度，冷凝温度对压缩过程的影响：当冷凝温度一定时，压缩机的轴功率Pe首先随蒸发温度的升高而增大，当到达最大功率后再随蒸发温度的升高而减小。

性能系数COP：指一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率的比值，可用来评价压缩机运转时的经济性。

能效比EER：全封闭、半封闭式制冷压缩机的EER指某一工况下的制冷量与同义工下的输入功率之比，评价制冷剂

的经济性。

容积效率定义：制冷压缩机的实际输气量V R与理论输气量V h的比值。

第四章制冷装置的换热设备

冷凝器作用：将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷却，使之液化，满足制冷剂在系统中的循环使用。

制冷装置的换热设备（冷凝器，蒸发器）特点：（1）制冷装置的压力。温度变化范围比较窄；（2）介质之间的传热温差较小；（3）要与制冷压缩机匹配；

冷凝器分类（根据冷却剂种类）：水冷，风冷，水-空气冷却（蒸发式和淋水式），以及靠制冷剂或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。

水冷式冷凝器分类：壳管冷凝器，套管式冷凝器和焊接板式冷凝器。工作原理：用水冷却高压气态制冷剂使之冷却。

壳管冷凝器优点：

传热系数较高，冷却水用量较少，

卧式壳管冷凝器（图4-1）