工程热力学课件第11章 制冷循环3
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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
§11－2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环概述
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
p
3
4
pv图和Ts图 逆勃雷登循环
T
2
2
3
T0
1
4
1 T2
v
s
1 2 绝热压缩 s 3 4 绝热膨胀 s
2 3 等压冷却 p 4 1 等压吸热 p
0.015
0.02m3/kg 0.0250.03
0.04
0.05 0.06
0.07 0.09
0.08
0.1
0.15 0.2
0.3
0.4
0.5 0.6 0.7m3/kg 0.80.9 1.0
1.5
2.0 2.5 3.0
300 350 400 450 500 550 600 650
h(kJ/kg)
lnp
房间
供暖 化工
温度提升 节能
T0
热泵lnp-h图及计算
lnp
4
q1 3
T
2
4
2 3
5
1
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
1 5
s
' q1 h2 h4
w h2 h1
主要供暖方式
燃煤、燃气 锅炉 集中供热
热用户
直接电采暖 （蓄热锅炉、 地板辐射、 电热膜）
热泵（空气 源、水源）
T0 T2
1
q1
w
T0
qT2 2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
T
卡诺逆循环
' C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
1
1 T0 T1 T1 w T0
T2
s
制冷循环种类
√ 空气压缩制冷
QL QH WP
吸收式制冷循环特点
优点：
直接利用热能 可用低品质热 环境性能好
缺点：
设备体积大，启动时间长
用于大型 空调、中央空调。
§ 12-6 热泵
q1 q2 w ww
T0
T1
q1
制冷
w
热泵
q1 w
q2
q2
T2
T0
制冷 系数
q2 w
制热 系数
' q1 1
w
蒸气压缩式热泵装置
1 5
s
q2 h1 h4
w h2 h1
lnp-h图
p(MPa)
10
1
0.1
0.01 50
100
0.7 0.8 0.9 1.0kJ/(kg·K) 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0kJ/(kg·K) 2.1 2.2 2.3 2.4kJ/(kg·K)
2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。
• 蒸气在两相区易实现 T • 汽化潜热大，制冷能力可能大
§ 11-3 压缩蒸汽制冷循环
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。
一般用低沸点工质，如氟利昂
沸点：Ts ( p 1atm)
水 R22 R134a
100°C - 40.8°C - 26.1°C
制冷系数
T
2
COP q2 q2
3
w q1 q2
cp (T1 T4 )
1 4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
s
T2
1 T3
1
T1 T4
1 T2 1 T1
1
k 1
p2 p1
k
1
k 1
k
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
1. 无法实现 T ， < C
2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不 能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小， • 使用叶轮式，再回热则可用。
二、回热式空气制冷循环
5
2R
T
3R
4
回热式空气压缩制冷装置
1R 1
3
T0 T2 3R
4
2
2R
5
1R
1
s
空气回热制冷与非回热的比较
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5 q1 h2 h4'
过冷措施
T
32
工程上常用
2
4
3
4’ 1
1 5’ 5
h
w h2 h1
不变
s
q2 h1 h4'
w h2 h1
§ 11-4 制冷剂的性质
蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相 区，因此与工质性质密切相关。
对热物性要求：
1. 沸点低，tb<10ºC 2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中 不太高；
2 3
1 7
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点：
1. 损失功量 h4 h6
2. 少从冷库取走热量
h5 h6 h4 h6
T
4 8 65
2 3
1
优点：
ab
s
1. 省掉膨胀机，设备简化；
利>弊
2. 膨胀阀开度，易调节蒸发温度；
压缩蒸汽制冷循环的计算
蒸发器中吸热量
T
q2 h1 h5 h1 h4
4
能量利用系数
直接电 100%
发电33%
房间33%
电厂 损失67%
锅炉 100%
效率70%
房间70%
锅炉 损失30%
热泵
100%
发电33% 热 COP=4 泵
房间130%
电厂 损失67% 99%
第十一章 完
第十一章 制冷（致冷）循环
§11－1 概述
• 动力循环 —正循环 输入热,通过循环输出功
• 制冷（热泵)循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），从低温
热源取热
• 热泵循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），向高温
热用户供热
制冷空调原理与装置
冷柜冰箱机组
汽车空调机组
冷热两用空调机组
(a)夏季制冷循环
150
200
250
0.00090.00095 0.001
0.0011 0.0012 0.00130.0014 0.0015 150℃160℃170℃180℃21090℃0℃ 210℃ 220℃ 230℃
0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
制冷 制冷与热泵两用装置示意图 A 四通换向阀，B 毛细节流装置，C 压缩机
(b)冬季热泵循环
制热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w
T
卡诺逆循环
C
q2 w
q2 q1 q2
Fra Baidu bibliotek
T2 T0 T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
T10环境
x=0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 x=1.0
0.0007 0.00075
0.0008 0.00085
250o C 240℃
140℃ 130℃
120℃ 110℃
100℃ 90℃ 80℃ 70℃ 60℃ 50℃ 40℃ 30℃ 20℃ 10℃ t=0℃ -10℃ -20℃ -30℃ -40℃ -50℃ -60℃
吸热量（收益）： T
q2=cp(T1-T4) 不变
放热量： 相同
3
q1=cp(T2-T3) 非回热 T0 =cp(T2R-T5) 回热 T2 3R
回热＝ 非回热
4
2
2R
5
1R
1
p2R p2 p1R p1
s 适用于小压比大流量的叶 轮式压气机空气制冷系统
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现 T ， 低，经济性差
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4
1
制冷系数
5
q2
h1 h4
h1 h4 q2 s
q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h4 ) h2 h1 w
两个等压，热与功均与焓有关 lnp-h图
lnp-h图及计算
lnp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
3. 汽化潜热大，大冷冻能力；
4. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性 质稳定。
§ 11-5 吸收式制冷循环
压缩制冷循环以消耗机械功为代价 吸收式制冷以消耗热量为代价 利用溶液性质
溶液 = 溶剂 + 溶质
溶液T 溶剂吸收溶质的能力 溶液T 溶剂吸收溶质的能力
吸收式制冷循环示意图
循环性能系数
(COP ) R
空气压缩制冷循环装置
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
压缩蒸汽制冷空调装置
1-2：绝热压缩过程
4
2-4：定压放热过程
4-5：绝热节流过程
5-1：定压吸热过程
5
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩 “液击”现象
实际 12 既安全，又
65
增加了单位质量
工质的制冷量71
节流阀代替了膨胀机
√ 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
§11－2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环概述
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
p
3
4
pv图和Ts图 逆勃雷登循环
T
2
2
3
T0
1
4
1 T2
v
s
1 2 绝热压缩 s 3 4 绝热膨胀 s
2 3 等压冷却 p 4 1 等压吸热 p
0.015
0.02m3/kg 0.0250.03
0.04
0.05 0.06
0.07 0.09
0.08
0.1
0.15 0.2
0.3
0.4
0.5 0.6 0.7m3/kg 0.80.9 1.0
1.5
2.0 2.5 3.0
300 350 400 450 500 550 600 650
h(kJ/kg)
lnp
房间
供暖 化工
温度提升 节能
T0
热泵lnp-h图及计算
lnp
4
q1 3
T
2
4
2 3
5
1
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
1 5
s
' q1 h2 h4
w h2 h1
主要供暖方式
燃煤、燃气 锅炉 集中供热
热用户
直接电采暖 （蓄热锅炉、 地板辐射、 电热膜）
热泵（空气 源、水源）
T0 T2
1
q1
w
T0
qT2 2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
T
卡诺逆循环
' C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
1
1 T0 T1 T1 w T0
T2
s
制冷循环种类
√ 空气压缩制冷
QL QH WP
吸收式制冷循环特点
优点：
直接利用热能 可用低品质热 环境性能好
缺点：
设备体积大，启动时间长
用于大型 空调、中央空调。
§ 12-6 热泵
q1 q2 w ww
T0
T1
q1
制冷
w
热泵
q1 w
q2
q2
T2
T0
制冷 系数
q2 w
制热 系数
' q1 1
w
蒸气压缩式热泵装置
1 5
s
q2 h1 h4
w h2 h1
lnp-h图
p(MPa)
10
1
0.1
0.01 50
100
0.7 0.8 0.9 1.0kJ/(kg·K) 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0kJ/(kg·K) 2.1 2.2 2.3 2.4kJ/(kg·K)
2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。
• 蒸气在两相区易实现 T • 汽化潜热大，制冷能力可能大
§ 11-3 压缩蒸汽制冷循环
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。
一般用低沸点工质，如氟利昂
沸点：Ts ( p 1atm)
水 R22 R134a
100°C - 40.8°C - 26.1°C
制冷系数
T
2
COP q2 q2
3
w q1 q2
cp (T1 T4 )
1 4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
s
T2
1 T3
1
T1 T4
1 T2 1 T1
1
k 1
p2 p1
k
1
k 1
k
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
1. 无法实现 T ， < C
2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不 能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小， • 使用叶轮式，再回热则可用。
二、回热式空气制冷循环
5
2R
T
3R
4
回热式空气压缩制冷装置
1R 1
3
T0 T2 3R
4
2
2R
5
1R
1
s
空气回热制冷与非回热的比较
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5 q1 h2 h4'
过冷措施
T
32
工程上常用
2
4
3
4’ 1
1 5’ 5
h
w h2 h1
不变
s
q2 h1 h4'
w h2 h1
§ 11-4 制冷剂的性质
蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相 区，因此与工质性质密切相关。
对热物性要求：
1. 沸点低，tb<10ºC 2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中 不太高；
2 3
1 7
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点：
1. 损失功量 h4 h6
2. 少从冷库取走热量
h5 h6 h4 h6
T
4 8 65
2 3
1
优点：
ab
s
1. 省掉膨胀机，设备简化；
利>弊
2. 膨胀阀开度，易调节蒸发温度；
压缩蒸汽制冷循环的计算
蒸发器中吸热量
T
q2 h1 h5 h1 h4
4
能量利用系数
直接电 100%
发电33%
房间33%
电厂 损失67%
锅炉 100%
效率70%
房间70%
锅炉 损失30%
热泵
100%
发电33% 热 COP=4 泵
房间130%
电厂 损失67% 99%
第十一章 完
第十一章 制冷（致冷）循环
§11－1 概述
• 动力循环 —正循环 输入热,通过循环输出功
• 制冷（热泵)循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），从低温
热源取热
• 热泵循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），向高温
热用户供热
制冷空调原理与装置
冷柜冰箱机组
汽车空调机组
冷热两用空调机组
(a)夏季制冷循环
150
200
250
0.00090.00095 0.001
0.0011 0.0012 0.00130.0014 0.0015 150℃160℃170℃180℃21090℃0℃ 210℃ 220℃ 230℃
0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
制冷 制冷与热泵两用装置示意图 A 四通换向阀，B 毛细节流装置，C 压缩机
(b)冬季热泵循环
制热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w
T
卡诺逆循环
C
q2 w
q2 q1 q2
Fra Baidu bibliotek
T2 T0 T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
T10环境
x=0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 x=1.0
0.0007 0.00075
0.0008 0.00085
250o C 240℃
140℃ 130℃
120℃ 110℃
100℃ 90℃ 80℃ 70℃ 60℃ 50℃ 40℃ 30℃ 20℃ 10℃ t=0℃ -10℃ -20℃ -30℃ -40℃ -50℃ -60℃
吸热量（收益）： T
q2=cp(T1-T4) 不变
放热量： 相同
3
q1=cp(T2-T3) 非回热 T0 =cp(T2R-T5) 回热 T2 3R
回热＝ 非回热
4
2
2R
5
1R
1
p2R p2 p1R p1
s 适用于小压比大流量的叶 轮式压气机空气制冷系统
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现 T ， 低，经济性差
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4
1
制冷系数
5
q2
h1 h4
h1 h4 q2 s
q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h4 ) h2 h1 w
两个等压，热与功均与焓有关 lnp-h图
lnp-h图及计算
lnp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
3. 汽化潜热大，大冷冻能力；
4. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性 质稳定。
§ 11-5 吸收式制冷循环
压缩制冷循环以消耗机械功为代价 吸收式制冷以消耗热量为代价 利用溶液性质
溶液 = 溶剂 + 溶质
溶液T 溶剂吸收溶质的能力 溶液T 溶剂吸收溶质的能力
吸收式制冷循环示意图
循环性能系数
(COP ) R
空气压缩制冷循环装置
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
压缩蒸汽制冷空调装置
1-2：绝热压缩过程
4
2-4：定压放热过程
4-5：绝热节流过程
5-1：定压吸热过程
5
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩 “液击”现象
实际 12 既安全，又
65
增加了单位质量
工质的制冷量71
节流阀代替了膨胀机