空调制冷原理教案

绪论一、人工制冷人为的方法不断从被冷却系统排热至环境介质中，从而使被冷却系统达到比环境更低的温度，并长时间维持的工程技术。

制冷技术分类：1、制冷：低于环境温度至119.8K（－153.35℃，氪Kr标准沸点）；2、低温：119.8K至4.23K（－268.92℃，氦He标准沸点）；3、超低温：4.23K至接近绝对零度。

二、人工制冷基本方法物理方法、化学方法常用物理方法：相变制冷、气体膨胀制冷、热电制冷、固体吸附制冷、涡流制冷等。

（一）相变制冷利用某些物质在发生相变时的吸热效应进行制冷。

液体汽化相变制冷的能力大小与制冷剂的汽化潜热有关。

（二）气体膨胀制冷气体膨胀制冷是基于压缩气体的绝热截流效应或压缩气体的绝热膨胀效应，从而获得低温气流来制取冷量的制冷技术。

（三）热电制冷温差电效应制冷。

利用伯尔帖效应原理。

多采用半导体材料，又称为半导体制冷。

（四）固体吸附制冷利用太阳能的固体吸附式制冷亦称为太阳能—固体吸附式制冷。

（五）气体涡流制冷利用工质的压缩气体经过涡流管产生的涡流，使气体分离成冷热两部分，其中的冷气流制冷。

三、制冷技术在国民经济中的应用食品加工业低温储存；空调工程中的冷却降温和调湿；工业生产中的制冷技术；建筑工业中的制冷；农业方面种子低温处理和低温储存等。

四、《制冷原理》研究对象和主要内容以热力学定律为理论基础，研究制冷循环的原理、效率和热力分析、计算方法。

第一章制冷剂与载冷剂第一节制冷剂的分类与命名制冷剂是制冷系统中完成制冷循环所必须的工作介质。

制冷剂符号：R。

例如：R12、R22、R134A等一、卤化碳类制冷剂饱和碳氢化合物的卤素衍生物的总称。

氟利昂制冷剂是根据化学分子结构来命名的，通式是：C m H n F p Cl q Br r ,其中m、n、p、q、r表示原子个数。

氟利昂的代号是用字母“R”和跟随的数字（m －1）（n+1）（p）B（r）组成。

二、环状有机化合物类制冷剂命名为R后加字母C，然后按编号书写。

三、共沸溶液类制冷剂由两种或两种以上互溶的单组分制冷剂在常温下按一定质量比或容积比相互混合而成的制冷剂。

例如：R114/R21（74.6/25.4）R290/R115(31.6/68.4)等。

四、饱和碳氢化合物类制冷剂也按氟利昂规则书写，例如：丁烷为Ｒ600。

五、有机化合物类制冷剂主要是有机氧化物、有机硫化物、有机氮化物。

六、无机化合物类制冷剂主要有氨、空气、水、二氧化碳等。

由字母R 和700序号中后两个数字表示。

例如：R702为氢；R744为二氧化碳等。

七、不饱和碳氢化合物及其卤族衍生物类制冷剂在R后先加1，再按氟利昂命名规则书写。

八、非共沸溶液类制冷剂由两种或两种以上相互不形成共沸溶液的单组分制冷剂混合而成的制冷剂。

第二节对制冷剂的选择要求制冷剂的性质直接影响制冷机的种类、构造、尺寸和运转特性，同时影响制冷循环的形式、设备结构及经济技术性能。

对制冷剂的性能要求从热力学方面、物理化学方面、安全性方面、全球环境影响方面和经济性方面加以考虑。

一、热力学方面的要求（一）沸点低，获得较低的蒸发温度（二）临界温度高、凝固温度低，保证制冷剂在较广的温度范围内安全运行（三）具有适宜的工作压力（四）制冷剂的汽化潜热大（五）大型制冷系统，制冷剂的单位容积制冷量尽可能要大（六）制冷剂的绝热指数小，压缩时的耗功减少（七）离心式制冷压缩机应采用大分子量的制冷剂，以便产生大的离心力二、物理化学方面的要求（一）要求黏度小（二）导热系数高（三）纯度高（四）热化学稳定性好（五）与油的溶解性（各有利弊）（六）电绝缘性三、安全性方面的要求（一）工作温度内不燃烧、不爆炸（二）无毒或低毒（三）易检漏（四）对健康无损害，无刺激性气味四、全球环境方面的要求（一）存在于大气中的寿命低、减少对臭氧的分解（二）对臭氧的潜在破坏小（三）全球室温潜在效应低五、经济性方面的要求（一）生产工艺简单、降低生产成本（二）价廉、易得第三节常用制冷剂的性质在蒸汽压缩制冷系统中，目前广泛采用的制冷剂有氨、氟利昂和氟利昂的混合液等。

一、氨NH3R717无机化合物制冷剂，中温中压。

具有较好的热力学性质和热物理性质。

氨的临界温度高133.0℃，凝固点低-77.7℃，标准沸点-33.3℃。

在常况下，氨在制冷系统中的蒸发压力为0.098MPa～0.491 MPa，因而空气不易渗入系统。

氨的冷凝压力一般为0.981MPa～1.570 MPa，压力较适中。

氨的制冷范围为＋5～-70℃，常用于不低于-60℃的大中型单级或双级活塞式制冷压缩机中，也可以用于大容量的离心式制冷压缩机中，由于氨的分子量小，所以级数较多。

氨的汽化潜热大，在相同的温度下，制取相同的冷量，氨制冷机的尺寸较小。

氨的黏度小，流动阻力小。

在润滑油中的溶解度小，必须使用油分离器。

氨的蒸汽无色有强烈的刺激性气味，对人体有较大的毒性。

因此在船舶制冷和空调系统中不能直接采用氨制冷系统，应该采用载冷剂或避免采用氨制冷系统。

氨易燃易爆。

氨溶于水，制冷剂中含水时不会形成冰塞，但腐蚀金属。

（铜、锌、铜合金等），除磷青铜。

检测氨的漏泄，不能用肥皂水，通常用酚酞试剂或试纸。

氨对臭氧无破坏，无温室效应。

氨制造工艺简单，价格低廉，容易获得。

二、氟利昂应用于中小型制冷机中（一）R12属于CFC S类氟利昂，对臭氧破坏严重。

禁止。

（二）R22属于HCFC S类氟利昂，逐渐淘汰。

（三）R134A属于HFC S类氟利昂，是替代产品。

三、混合制冷剂（一）共沸溶液制冷剂（二）非共沸溶液制冷剂第四节氯氟烃对全球环境影响及对策一、氯氟烃对全球环境影响的机理氟利昂分六种：1、PFCS：全氟代烃，即碳氢化合物的氢全部被氟替代。

例如CF4、C2F6等。

2、CFCS：氯氟烃，即碳氢化合物的氢全部被氢和氟替代。

例如：R11、R12、R13、R111等。

3、HFCS：含氢氟代烃，即碳氢化合物的氢一部分被氟替代。

例如：R134A等4、HCFCS：含氢氯氟烃，即碳氢化合物的氢一部分被氯、氟替代。

例如：R22等。

5、HCCS：含氢代烃，即碳氢化合物的氢一部分被氯替代。

例如：R40等6、PCCS：全氯代烃，即碳氢化合物的氢全部被氯替代。

例如R10等。

二、有关国际协定的要求及禁用进程1992年11月丹麦哥本哈根会议规定发达国家自1996年1月1日起禁用CFCS，2030年全面禁用HCFCS。

三、限制CFCS的对策1、开发新型制冷剂2、加强生产使用管理3、加快替代技术的应用和研究4、加强设备管理5、注意回收和再生6、提高效率，减少用量第五节载冷剂一、载冷剂与载冷剂循环特点载冷剂是在间接冷却的制冷装置中，完成被冷却系统的热量传递给制冷剂的中间冷却介质，又称第二制冷剂。

二、对载冷剂的选择要求和方法（一）基本条件：1、液态2、比热大3、导热系数大4、黏度小5、化学性能稳定6、无毒7、不腐蚀8、价格低（二）常用载冷剂：水、氯化钠盐水溶液、氯化钙盐水溶液、丙三醇水溶液、乙二醇水溶液、甲醇、乙醇、丙醇、三氯乙烯、四氟三溴乙烷和三氯氟乙烷等。

三、常用载冷剂特性水、盐水溶液、有机化合物等。

第二章单级蒸汽压缩式制冷理论循环蒸汽压缩式制冷应用广泛，因为蒸汽压缩式制冷所需机器设备紧凑、操作管理方便，从稍低于环境温度到－150℃的制冷温度范围都能得到较好的应用，在普冷范围内循环效率高。

分类：单级、多级、复叠式等。

第一节逆卡诺循环、热力完善度一、逆向循环包括：制冷循环、热泵循环、热化循环都是依靠外界能量的补偿使热量从低温传向高温。

1、ε（或COP）制冷系数ε=Q0/W net=Q0/(Q K－Q0)ε是衡量制冷循环经济性的指标，ε越大，循环效率越高。

ε可以大于1、小于1、等于1，但普冷工作状态下总是大于1的。

2、εh（或COP h）供暖系数εh =Q K/W net=Q K/(Q K－Q0)εh 总是大于1的。

3、制冷循环分为可逆循环和不可逆循环。

1）可逆循环：逆卡诺循环和劳伦兹循环逆卡诺循环：恒温热源与恒温冷源间的理想循环劳伦兹循环：变温热源与变温冷源间的理想循环2）不可逆循环：理论循环和实际循环二、逆卡诺循环：逆卡诺循环是由互相交替的两个可逆绝热过程和两个可逆等温过程所组成的在恒温热源与恒温冷源间工作的逆向循环。

T L= T0 T H=T KεC= Q0/W net=Q0/(Q K－Q0)=T L/（T H－T L）Q K /Q0=T H/T L结论：所有工作于同温热源和同温冷源之间的一切制冷循环，可逆循环的效率最高（制冷系数最大），不论采用何种工质，它们的效率相等。

所有工作于同温热源和同温冷源之间的一切制冷循环，可逆循环的效率最高（制冷系数最大），耗功最少。

W net·C= W MIN=Q0 (T H/T L－1)（一）高温热源温度T H的升高与低温热源T L 的降低对循环的影响高温热源温度T H与低温热源T L的高低及变化都将直接影响循环的制冷系数。

低温热源T L的变化对循环制冷系数的影响要比高温热源温度T H对循环制冷系数的影响更为显著。

在实际循环中T H的提高常受到环境条件的限制，所以在满足生产条件和工艺要求的前提下，没有必要使低温热源的T L达到过低的程度。

（二）气相循环与两相区循环、湿压行程与干压行程对循环的影响εC= Q0/W net=Q0/(Q K－Q0)=T L/（T H－T L）说明在相同温度的高温热源与低温热源间，工作于气相区和两相区的逆卡诺循环是等价的。

压缩过程是“湿压行程”，在运行中是不安全和不经济的。

这不仅使实际循环效率下降，同时在制冷压缩机内易产生“液击”现象。

“干压行程”逆卡诺循环：εC= Q0/W net=Q0/(Q K－Q0)=T L/（T H－T L）结果表明：在相同的高温热源与低温热源间，干压行程逆卡诺循环、湿压行程逆卡诺循环、以及气相区逆卡诺循环都是等价的。

（三）传热温差对循环的影响—有温差的内部可逆逆向循环实际上T0 ＜T L T K＞T Hε= Q0，/W net，=Q0，/(Q K，－Q0，)=T0/（T K－T0）显然，在相同的高温热源T H与低温热源T L 间，由于传热温差的存在，使循环工作温差增大，所以ε＜εC。

若要获取相同的冷量Q0时，系统需要多耗功。

ΔW= W net，－W net= Q K，－Q K= T H·ΔS SYS在获取相同的制冷量的条件下，不可逆逆向循环所多耗附加功等于高温热源T H与系统熵增ΔS SYS 的乘积，这一结论被称为斯托多拉原理。

（四）循环内部形式对循环的影响在一个恒温热源和一个恒温冷源之间工作的可逆逆向循环，除逆卡诺循环之外，还可以由两个可逆等温过程和两个多变指数相等的可逆多变过程来组成。

热力学中称这类循环为概括性逆卡诺循环或广义逆卡诺循环。