第11章制冷循環(huán)

1、第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 11115 5 其他制冷循環(huán)其他制冷循環(huán) 11114 4 制冷劑的性質(zhì)制冷劑的性質(zhì) 11113 3 壓縮蒸汽制冷循環(huán)壓縮蒸汽制冷循環(huán) 11111 1 概述概述 11112 2 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán) 11116 6 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) 第第11章章 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷空調(diào)制冷空調(diào)裝置裝置 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷用壓縮機(jī)制冷用壓縮機(jī) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 渦旋式渦旋式(Scroll)壓縮機(jī)壓縮機(jī) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 螺桿螺桿(Screw)壓縮機(jī)壓縮機(jī) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 離心式離心式(

2、Centrifugal)壓縮機(jī)壓縮機(jī) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 換熱器類型換熱器類型 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) 逆向循環(huán)逆向循環(huán) 一、制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)一、制冷循環(huán)和熱泵循環(huán) 111 概概 述述 區(qū)別：區(qū)別： 制冷循環(huán)制冷循環(huán):不斷地從低溫?zé)嵩慈∽邿岵粩嗟貜牡蜏責(zé)嵩慈∽邿?量，以維持其低溫。量，以維持其低溫。 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán): 不斷地向高溫?zé)嵩刺峁岵粩嗟叵蚋邷責(zé)嵩刺峁?量，以維持其高溫。量，以維持其高溫。 TH 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) iso0c 0SSS iso0c 0SSS 二、逆向

3、循環(huán)的補(bǔ)償條件二、逆向循環(huán)的補(bǔ)償條件 補(bǔ)償條件可以是機(jī)械能補(bǔ)償條件可以是機(jī)械能壓縮式制冷循環(huán)；壓縮式制冷循環(huán)； 補(bǔ)償條件也可以是熱能補(bǔ)償條件也可以是熱能吸收式制冷循環(huán)。吸收式制冷循環(huán)。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) T0環(huán)境環(huán)境 T2冷庫冷庫 卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán) C net00 ccc cc qqT wqqTT q1 q2 w T s Tc T0 0 1 1 c T T T0不變不變, Tc C Tc不變不變, T0 C net COP c q w 三、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)三、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 工作性能系數(shù)工作性能系數(shù) 制冷系數(shù)制冷系數(shù) c net q w 制冷系數(shù)可以小于制冷系數(shù)可以小于1，可以大于，可以

4、大于1，也可以等于，也可以等于1，主要由，主要由 低溫?zé)嵩吹臏囟却_定，制冷溫度越低，制冷系數(shù)越小。低溫?zé)嵩吹臏囟却_定，制冷溫度越低，制冷系數(shù)越小。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 熱泵循環(huán)和供熱系數(shù)熱泵循環(huán)和供熱系數(shù) net COP H q w 卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán) net00 HHH C HH qqT wqqTT wnet T s TC T0 0 1 1 H T T TH不變不變, T0 C T0不變不變, TH C TH 冷源溫度越低，效率越低；冷源溫度越低，效率越低； 熱源溫度越高，效率越低，供熱系數(shù)恒大于熱源溫度越高，效率越低，供熱系數(shù)恒大于1 。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷能力

5、和冷噸制冷能力和冷噸 工業(yè)中常用制冷能力來衡量設(shè)備產(chǎn)冷量大小工業(yè)中常用制冷能力來衡量設(shè)備產(chǎn)冷量大小 制冷能力：制冷設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)從冷庫取制冷能力：制冷設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)從冷庫取 走的熱量走的熱量(kJ/s)。工程上常用冷噸表示。工程上常用冷噸表示。 1冷噸：冷噸：1噸噸0飽和水在飽和水在24小時(shí)被冷凍小時(shí)被冷凍 成成0的的 冰所需冷量。冰所需冷量。 1美國冷噸美國冷噸=3024 kcal/h=3.517 kW 1日本冷噸日本冷噸=3320 kcal/h=3.861 kW 1英國冷噸英國冷噸=3373 kcal/h=3.923 kW 日本，日本，1公噸公噸1000 kg 美國，美國，1美噸美噸907

6、 kg 英國，英國，1英噸英噸1016 kg 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷循環(huán)種類制冷循環(huán)種類 空氣壓縮制冷空氣壓縮制冷 壓縮制冷壓縮制冷 蒸氣壓縮制冷蒸氣壓縮制冷 吸收式制冷吸收式制冷 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽噴射制冷蒸汽噴射制冷 半導(dǎo)體制冷半導(dǎo)體制冷 熱聲制冷熱聲制冷,磁制冷磁制冷 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 冷卻水冷卻水 膨脹機(jī)膨脹機(jī) 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 冷庫冷庫 冷卻冷卻 器器 3 2 14 112 壓縮空氣制冷循環(huán)壓縮空氣制冷循環(huán) 一、一、 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán)簡介簡介 四個(gè)主要部件；四個(gè)主要部件； 工質(zhì)：空氣工質(zhì)：空氣 1 2，絕熱壓縮，絕熱壓縮

7、p T 2 3，等壓冷卻，等壓冷卻，T 3 4，絕熱膨脹，絕熱膨脹，T T1 4 1 等壓吸熱，等壓吸熱，T T1 理想化處理：理氣；理想化處理：理氣； 定比熱定比熱; 可逆；可逆； 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) pv圖和圖和Ts圖圖 p v 32 1 4 T s Tc T0 1 2 3 4 1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮 2 3 等壓冷卻等壓冷卻 3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹 4 1 等壓吸熱等壓吸熱 逆布雷頓循環(huán)逆布雷頓循環(huán) s s p p 2 1 p p 循環(huán)增壓比循環(huán)增壓比 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷系數(shù)（制冷系數(shù)（the coefficient of performance COP）

8、023 qhh 定值比熱定值比熱 1 43 1 12 TT TT C14 qhh net0 21342314 ctc wwwqq hhhhhhhh C net q w 4132 41 TTTT TT 1 1 21 1 1 T TT 14 2314 hh hhhh 放熱量：放熱量： 吸熱量：吸熱量： 凈功量：凈功量： 制冷系數(shù)：制冷系數(shù)： 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 討論：討論： C1 c 0C21 TT TTTT 1）相同溫度的）相同溫度的T 0和和TC 2） , C q 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn)空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無毒，

9、無味，不怕泄漏。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1. 無法實(shí)現(xiàn)無法實(shí)現(xiàn) T ， 弊弊 思考題：壓縮空氣制冷是否可以使用節(jié)流閥？思考題：壓縮空氣制冷是否可以使用節(jié)流閥？ 理想氣體（等溫節(jié)流）理想氣體（等溫節(jié)流） 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 二、制冷系數(shù)二、制冷系數(shù) 12 41 TT TT 三、影響因素分析三、影響因素分析 提高制冷系數(shù)的途徑：提高制冷系數(shù)的途徑： 1、降低冷凝溫度、降低冷凝溫度T0受限于環(huán)境溫度受限于環(huán)境溫度 2、提高蒸發(fā)溫度、提高蒸發(fā)溫度Tc受限于制冷溫度受限于制冷溫度 效果不明顯效果不明顯 T s 1 2 3 4 5 蒸發(fā)器中吸熱量蒸發(fā)器中吸熱量 1514c qhhhh 冷凝器中放熱量冷凝

10、器中放熱量 024 qhh 制冷系數(shù)制冷系數(shù) net0 1414 241421 ()() cc c qq wqq hhhh hhhhhh 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 3、采用過冷、采用過冷 4-4：過冷段：過冷段 C151414 qhhhhhh 02424 qhhhh net021c wqqhh 可見，采用過冷以后，循環(huán)單位制冷量增可見，采用過冷以后，循環(huán)單位制冷量增 加，耗功不變，因此其制冷系數(shù)增大。加，耗功不變，因此其制冷系數(shù)增大。 s T O 1 2 3 4 T0 Tc 5 4 5 4、若采用葉輪式壓氣機(jī)，由于流速較高，、若采用葉輪式壓氣機(jī)，由于流速較高， 一般摩擦不能忽略，因此壓縮過

11、程應(yīng)為一般摩擦不能忽略，因此壓縮過程應(yīng)為 不可逆絕熱過程，不可逆絕熱過程，1-2。 T O s 1 2 3 4 T0 Tc 5 2 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 四、狀態(tài)參數(shù)確定四、狀態(tài)參數(shù)確定 T-s圖和圖和logp-h圖圖 循環(huán)的制冷量、放熱量、凈功均可以由循環(huán)的制冷量、放熱量、凈功均可以由 狀態(tài)點(diǎn)的橫標(biāo)值（焓值）之差表示，工狀態(tài)點(diǎn)的橫標(biāo)值（焓值）之差表示，工 程應(yīng)用非常方便，因此在制冷行業(yè)中，程應(yīng)用非常方便，因此在制冷行業(yè)中， 通常采用壓焓圖，來表示循環(huán)過程。通常采用壓焓圖，來表示循環(huán)過程。 net0 1414 241421 ()() cc c qq wqq hhhh hhhhhh 15

12、14c qhhhh 024 qhh 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) lgp-h圖及計(jì)算圖及計(jì)算 T s 1 2 3 4 5 lgp h 1 2 3 4 5 c q 0 q w 1514c qhhhh 024 qhh 14 21 c qhh whh 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) P-h diagram 50100150200250300350400450500550600650 0.01 0.1 1 10 x=1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 x=0.0 0.0007 0.00075 0.0008 0.00085 0.0009 0.00095 0.00

13、1 0.0011 0.0012 0.0013 0.0014 0.0015 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0.015 0.02m 3/kg 0.025 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.7m3/kg 0.8 0.9 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 2.4kJ/(kg K) 2.3 2.2 2.1 2.0kJ/(kg K) 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0kJ/(kg K)

14、0.9 0.8 0.7 250 oC 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 t=0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 p(MPa) h(kJ/kg) v s x T 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 某壓縮蒸汽制冷裝置用氨作制冷劑，制冷率某壓縮蒸汽制冷裝置用氨作制冷劑，制冷率105 kJ/h，若已知冷凝溫度為，若已知冷凝溫度為 27，蒸發(fā)溫度為，蒸發(fā)溫度為- -5 ，試求：制冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機(jī)功率及增壓比；，試求：制冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機(jī)功率及增

15、壓比； 冷凝器放熱量及循環(huán)制冷系數(shù)。冷凝器放熱量及循環(huán)制冷系數(shù)。 例題例題2 2 解：解： 由已知，由已知，t1=t5=-5=268K ，t3=t4=27=300K， 查查logp-h圖，可確定狀態(tài)點(diǎn)圖，可確定狀態(tài)點(diǎn)4和和1，可得：，可得： 44 11 1.1 MPa 450 kJ/kg, 0.35 MPa1 570 kJ/kg ph ph 2 1 770 kJ/kgh 由由h5=h4, p5 =p1 ，可確定狀態(tài)點(diǎn)，可確定狀態(tài)點(diǎn)5。 由由p2=p4, s2 =s1 ，可確定狀態(tài)點(diǎn)，可確定狀態(tài)點(diǎn)2，可得：，可得： 各狀態(tài)點(diǎn)的焓值都確定了，然后可以直接通過焓值進(jìn)行熱力性能計(jì)算。各狀態(tài)點(diǎn)的焓值都確

16、定了，然后可以直接通過焓值進(jìn)行熱力性能計(jì)算。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 1 3 4 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 21 0.024 8 kg/s1 770 1 570kJ/kg4.96 kW m Pqhh 042 0.024 8 kg/s450 1 770kJ/kg32.7 kW m Qqhh 5 1 10 kJ/h 5.6 3 600 4.96 kW c Q P 15 1 570 kJ/kg450 kJ/kg1120 kJ/kg c qhh 5 C 1 10 kJ/h 0.024 8 kg/s 3 600 1120 kJ/s c m Q q q 可見，壓縮蒸汽制冷循環(huán)的制冷系數(shù)（可見，壓

17、縮蒸汽制冷循環(huán)的制冷系數(shù)（5.6），要明顯高于壓縮空氣制冷循環(huán)），要明顯高于壓縮空氣制冷循環(huán) 的制冷系數(shù)（的制冷系數(shù)（1.71），更接近逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)（），更接近逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)（6.33），因此，目前），因此，目前 使用的壓縮制冷循環(huán)，絕大部分都采用壓縮蒸汽制冷循環(huán)。使用的壓縮制冷循環(huán)，絕大部分都采用壓縮蒸汽制冷循環(huán)。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 一、制冷劑熱力性質(zhì)一、制冷劑熱力性質(zhì) 1. 對(duì)應(yīng)制冷裝置工作溫度（蒸發(fā)溫度、冷凝溫度）的飽和壓力適中對(duì)應(yīng)制冷裝置工作溫度（蒸發(fā)溫度、冷凝溫度）的飽和壓力適中蒸發(fā)壓蒸發(fā)壓 力過低，造成密封問題；冷凝壓力過高，提高材料耐壓要求，成本增加；力

18、過低，造成密封問題；冷凝壓力過高，提高材料耐壓要求，成本增加； 2. 汽化潛熱大汽化潛熱大提高單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷能力；提高單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷能力； 3. 臨界溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度臨界溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度使冷卻過程更可能接近等溫過程；使冷卻過程更可能接近等溫過程； 4. 蒸汽比體積小，傳熱性能好蒸汽比體積小，傳熱性能好使裝置更加緊湊；使裝置更加緊湊； 5. 三相點(diǎn)低于制冷循環(huán)下限溫度三相點(diǎn)低于制冷循環(huán)下限溫度避免出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，堵塞管路；避免出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，堵塞管路； 6. 上、下界限線（在上、下界限線（在T-s圖）陡峭，使冷凝更接近定溫放熱，并可減少節(jié)流引圖）陡峭，使冷凝更接近定溫放熱，并可減少節(jié)流引

19、 起制冷能力損失。起制冷能力損失。 114 制冷劑性質(zhì)制冷劑性質(zhì) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 二、制冷劑其他性質(zhì)二、制冷劑其他性質(zhì) 1.對(duì)環(huán)境友善；對(duì)環(huán)境友善； 2.安全無毒；安全無毒； 3.溶油性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，等等。溶油性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，等等。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 一、吸收式制冷循環(huán)一、吸收式制冷循環(huán) CC HPH COP QQ QWQ 115 其他制冷循環(huán)其他制冷循環(huán) 優(yōu)點(diǎn)：功耗小，只有一個(gè)溶液泵優(yōu)點(diǎn)：功耗小，只有一個(gè)溶液泵 耗功，可以利用品位較低的余熱耗功，可以利用品位較低的余熱 資源，實(shí)現(xiàn)廢熱利用；資源，實(shí)現(xiàn)廢熱利用； 缺點(diǎn)：性能系數(shù)較低，通常在缺點(diǎn)：性能系數(shù)較低，通

20、常在1 1 左右，設(shè)備體積大，只適用于冷左右，設(shè)備體積大，只適用于冷 負(fù)荷穩(wěn)定的場合。負(fù)荷穩(wěn)定的場合。 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) qcq0 q0 qH ww Tc T0 T0 TH c q w 制冷制冷 系數(shù)系數(shù) 制熱制熱 系數(shù)系數(shù) 0 1 H qwq ww 制冷制冷 熱泵熱泵 116 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 蒸氣壓縮式熱泵蒸氣壓縮式熱泵裝置裝置 T0 房間房間 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 熱泵熱泵lnp-h圖及計(jì)算圖及計(jì)算 T s 1 2 3 4 5 lnp h 1 2 3 4 5 0 q H q w 01514 qhhhh 24H qhh 24 21 H qh

21、h whh 21 whh 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 主要供暖方式主要供暖方式 熱用戶熱用戶 燃煤、燃?xì)馊济?、燃?xì)?鍋爐鍋爐 集中供熱集中供熱 直接電采暖直接電采暖 （蓄熱鍋爐、（蓄熱鍋爐、 地板輻射、地板輻射、 電熱膜）電熱膜） 熱泵（空氣熱泵（空氣 源、水源）源、水源） 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 能量利用系數(shù)能量利用系數(shù) 直接電直接電 100%100% 電廠電廠 發(fā)電發(fā)電33%33% 損失損失67%67% 房間房間33%33% 鍋爐鍋爐100%100% 鍋爐鍋爐 效率效率70%70% 房間房間70%70% 損失損失30%30% 熱熱 泵泵 熱泵熱泵100%100% 電廠電廠 發(fā)電發(fā)電

22、33%33% 損失損失67%67% 房間房間130%130% COP=4COP=4 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 熱泵熱泵 水源熱泵系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng) 地下井水熱源地下井水熱源 熱泵熱泵 地表水熱源地表水熱源 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 土壤源熱泵系統(tǒng)土壤源熱泵系統(tǒng) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 水平管和水平管和螺旋管螺旋管閉式系統(tǒng)閉式系統(tǒng) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 垂直環(huán)路閉式系統(tǒng)垂直環(huán)路閉式系統(tǒng) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 循環(huán)總結(jié)循環(huán)總結(jié) 循環(huán)循環(huán) 動(dòng)力循環(huán)動(dòng)力循環(huán) （正循環(huán)）（正循環(huán)） 制冷或熱泵循環(huán)制冷或熱泵循環(huán) （逆循環(huán)）（逆循環(huán)） 氣體動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán) 蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽

23、動(dòng)力循環(huán) 內(nèi)燃機(jī)循環(huán)內(nèi)燃機(jī)循環(huán) 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán) 定壓加熱定壓加熱 定容加熱定容加熱 混合加熱混合加熱 布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán) 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 目標(biāo)：把熱能轉(zhuǎn)換成目標(biāo)：把熱能轉(zhuǎn)換成 機(jī)械能（電能）機(jī)械能（電能） 目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)熱能由低溫物目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)熱能由低溫物 體向高溫物體的轉(zhuǎn)移。體向高溫物體的轉(zhuǎn)移。 壓縮式制冷循環(huán)壓縮式制冷循環(huán) 吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán) 吸附式制冷循環(huán)吸附式制冷循環(huán) 蒸汽噴射式制冷循環(huán)蒸汽噴射式制冷循環(huán) 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán) 壓縮蒸汽制冷循環(huán)壓縮蒸汽制冷循環(huán) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 第第11章章 小結(jié)小結(jié) 1. 壓縮空氣制冷，分析、計(jì)算、回?zé)?；壓縮

24、空氣制冷，分析、計(jì)算、回?zé)幔?2. 壓縮蒸汽制冷，分析、計(jì)算；壓縮蒸汽制冷，分析、計(jì)算； 3. 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 一、簡單壓縮空氣制冷循環(huán)一、簡單壓縮空氣制冷循環(huán) 1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮 2 3 等壓冷卻等壓冷卻 3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹 4 1 等壓吸熱等壓吸熱 p v 32 1 4 T s Tc T0 1 2 3 4 逆布雷頓循環(huán)逆布雷頓循環(huán) s s p p 2 1 p p 循環(huán)增壓比循環(huán)增壓比 第第11章制冷循環(huán)章制冷循環(huán) 制冷系數(shù)（制冷系數(shù)（the coefficient of performance COP） 023 qhh C14 qhh net0 21342314 ctc wwwqq hhhhhhhh C net q w 41