制冷基本原理

高温热源 Tc （环境）
ε=
(COP)
制冷机
W
εc =
ε (COP) 达不到εc 存在效率因素 η= ε/ εc
实际制冷机的 Shenzhen McQuay
低温热源 To （被冷却对象）
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三、压焓图 温熵图
3 4 5
1 2
压焓图： 1. 等压线 2. 等焓线 3. 等温线 4. 等熵线 5. 等容线 6. 等干度线
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图1-4中各状态点及各个过程叙述：
点 1 表示制冷剂进入压缩机的状态。 它是对应于蒸发温度t0的饱和蒸气。 根据压力与饱各温度的对应关系， 该点位于 p0 的等压线与饱和蒸气线（χ=1）的交点 上。
p 3
qk
2‘
pk
2
p0
4 q0
1
w0
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p 2 3 4 1 p0 4 q0 h4 1 h1 w0 h2 3 qk 2‘
pk
2
h
d. 制冷剂通过膨胀阀节流 (3-4) 时，其前、后焓值相等； e. 制冷剂在蒸发 (4-1) 和冷凝 (2-3) 过程中没有压力损失； f. 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化； g. 制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。
h
h4
h1
h2
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点 2 表示制冷剂排出压缩机的状态， 也就是进冷凝器时的状态。
过程线 1-2 表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩 过程（s1=s2），压力由蒸发压力 p0 升高到冷凝压力 pk 。 因此该点可通过 1 点的等熵线和压力为 pk 的等压线 的交点来确定。 由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升 高，因此点 2 表示过热蒸气状态。
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1 2 5
3 4
温熵图： 1. 等压线 2. 等焓线 3. 等温线 4. 等熵线 5. 等容线 6. 等干度线
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四、 单级蒸汽压缩式制冷的理论循环
理论循环组成：1. 压缩机 2 2. 冷凝器
3. 节流装置
4. 蒸发器
3
4 1
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p 2 3 4 1 p0 4 q0 h4 1 h1 w0 h2 3 qk 2‘
pk
2
h
对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：
a. 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气 (1) 是处于蒸气压力下的饱和蒸气； b. 离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体 (3) 是处于冷凝压力下的饱和液体； c. 压缩机的压缩过程 (1-2) 为等熵压缩；
p 3
qk
2‘
pk
2
p0
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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4. 冷凝器
假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为Qk，因为冷 凝器不作功， P=0 故 Qk = qm (h2 – h3) 式中 (h2 – h3) 称为冷凝器单位热负荷，用 qk 表示。 它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。
根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化， 稳定流动的能量方程可表示为 Q + P = qm (h2 - h1) Q 和 P 是单位时间内加给系统的热量和功 qm是流进或流出该系统的稳定质量流量 h是比焓 p0 4 q0 1 w0 p 3
qk
2‘
pk
2
h
h4
下标 1 和 2 分别表示流体流进和离开系统的状态点
2
p0
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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过程线 4-1 表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。 由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷 剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化， 制冷剂的状态沿等压线 po 向干度增大的方向变化， 直到全部变为饱和蒸气为止。 这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状 态点 1，从而完成一个完整的理论制冷循环。
空调技术基础培训 第一章 制冷原理
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Shenzhen McQuay Air Conditioning Co., Ltd.
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一、 基本定律和概念 基本定律
热力学第一定律：即能量守恒定律 Q = ΔU + W
其中：Q ΔU W
从外界吸入的热量 内能的增量 外界所作的功
热力学第二定律： 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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点 4 表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸 发器时的状态。
p 3
qk
2‘
过程线 3-4 表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。 pk 在这一过程中，制冷剂的压力由 pk 降到 po，温度由 tk 降到 to 并进入两相区。 由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表 示 3-4 过程。
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2
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基本概念
1. 温度：标志物体冷热的程度 t (℃)= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t ℃ + 32° 2. 压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强） Pa，MPa，bar, kgf/cm2 ，psia(g) 表压=绝对压力 - 大气压力 真空度=大气压力 - 绝对压力 3. 焓：H=U+pV 工质内能与推动功的和 1kg工质的焓称为比焓 4. 比容：单位质量物质所占的容积 kg/m3 5. 比热: 单位质量物质升高1 ℃吸收的热量 J/kg℃，Btu/lb. ºF 6. 干度：两相区中的工质气体的比份
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J J/kg
无量纲
3
R&D 系列培训--制冷原理 单位转换
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4
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二、 制冷机热力学基本原理
根据热力学第一定律： 根据热力学第二定律： Qo + W = Qk Qk = Tk （理论工质、可逆循环） 所以 Tk = 1+ To 即 Qo 1 Tk / To - 1 Qo W To Qo W Qo Qc
p 3பைடு நூலகம்
qk
2‘
pk
2
p0
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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点 3 表示制冷剂出冷凝器时的状态。 它是与冷凝度 tk 所对应的饱和液体。 过程线 2-2’-3 表示制冷剂在冷凝器的冷却（2-2‘） 和冷凝（2’-3）过程。 p 3
qk
2‘
pk
2
p 3
qk
2‘
pk
2
p0
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示
T Td 2 Tk 3 4 1 To 4 2
3
2‘ 1
s3 s4
s1
s
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五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
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2. 压缩机
如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量 Q = 0， 故 P0= qm (h2 - h1) 式中 (h2 - h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所 消耗的功，称为理论比功，用 w0 表示。 p0 4 q0 1 p 3
qk
2‘
pk
2
w0
h
h4
h1
h2
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h1
h2
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1. 节流阀
制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功， Q = 0 ， P = 0， 故 pk p 3
qk
2‘
2
P = 0 = qm (h4 – h3) h4 = h3
p0
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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六. 实际制冷循环的压焓图表示
p
h
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由于这个过程是在冷凝压力 pk 不变的情况下进行的， 进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷 却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点 2‘），然后 p0 再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成 饱和液体（点 3）。
因此，压力 pk 的等压线和 χ=0 的饱和液体线的交点 即为点 3 的状态。
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3. 蒸发器
被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为 蒸发器不作功， P=0， 故 Q0 = qm (h1 – h4) = qm (h1 – h3) 式中 (h1 – h4) 称为蒸发器单位热负荷，用 q0 表示。 它表示1kg制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。
p 3
qk
2‘
pk
2
p0
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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p
qk
2‘
5. 制冷系数
pk 按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示 q0 = w0 h2 - h1 h1 – h3 p0 3
2
ε0 =
4 q0
1
w0
h
h4
h1
h2
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