制冷技術(shù)與空調(diào)原理教材

制冷技術(shù)與空調(diào)原理第一節(jié)基本概念1、制冷：就是把某一物體或空間（包括空間內(nèi)的物體）的溫度降低到低于環(huán)境介質(zhì)的溫度，并保持這一低溫狀態(tài)的過程。2、冷卻：冷卻是可以自發(fā)地進(jìn)行，但高溫物體的溫度不可能降低到低于環(huán)境介質(zhì)的溫度。3、制冷機(jī)：為了達(dá)到和保持某一物體或空間（包括空間內(nèi)的物體）的溫度的目的，不斷地將該物體或空間的熱量以及由外界傳入的熱量轉(zhuǎn)移到外界環(huán)境中去，這一非自發(fā)的過程，需要消耗外界能量來進(jìn)行補(bǔ)償，實現(xiàn)這一過程所需要的設(shè)備稱為制冷機(jī)。4、制冷劑：就是制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)。制冷劑在制冷機(jī)循環(huán)流動。5、空氣調(diào)節(jié)（簡稱空調(diào)）：就是通過對室內(nèi)空間的空氣參數(shù)——溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等的調(diào)節(jié)，將室內(nèi)空氣參數(shù)控制在一定技術(shù)要求范圍內(nèi)，以滿足生產(chǎn)工藝或人們對舒適環(huán)境的需求。6、制冷與空調(diào)的關(guān)系：制冷與空調(diào)是兩個密切相關(guān)的學(xué)科?？照{(diào)是制冷技術(shù)的重要應(yīng)用之一。7、制冷方法：分為天然冷源和人工制冷兩大類。8、天然冷源：如深井水、冬天貯冰，但它受到季節(jié)、地域、貯存條件等限制。9、人工制冷的方法：相變制冷、氣體膨脹制冷、熱電制冷等。10、相變制冷：利用物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅庀鄷r的吸熱效應(yīng)來獲取冷量的方法。此方法在實際應(yīng)用中占絕大多數(shù)，具體應(yīng)用的有蒸汽壓縮式、吸收式、蒸汽噴射式、吸附式等四種制冷方式。11、氣體膨脹制冷：將高壓氣體作絕熱膨脹，使其壓力、溫度下降，利用降溫后氣體來吸取被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制冷目的。12、熱電制冷：又稱為溫差電制冷或半導(dǎo)體制冷。它是建立在珀爾帖效應(yīng)的原理上的一種新型的制冷應(yīng)用?；灸Ｐ褪牵簩煞N不同的材料的一端彼此連接起來，另一端接上電源。，則在一端將會產(chǎn)生吸熱（制冷）效應(yīng)，，另一端產(chǎn)生放熱效應(yīng)。第二節(jié)制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍1、食品的冷加工、冷藏及冷藏運(yùn)輸；2、空氣調(diào)節(jié)；3、工業(yè)生產(chǎn)；4、產(chǎn)品性能試驗；5、醫(yī)療、制藥、生物工程；6、建筑工業(yè)等。第三節(jié)制冷技術(shù)發(fā)展史一、制冷技術(shù)發(fā)展史1、1834年英國人----波爾金斯試制成功第一臺乙醚閉式循環(huán)蒸汽壓縮式制冷機(jī)；2、1875年德國人林杰提出氨蒸汽壓縮式制冷機(jī)，成為公認(rèn)的制冷機(jī)始祖；3、1901年被美國人稱為“空調(diào)之父”的開利爾創(chuàng)建了第一個暖通空調(diào)實驗室，1911年12月他得出了空氣干球溫度、濕球溫度和露點溫度的關(guān)系，空氣顯熱、潛熱和焓值計算公式，會出了空氣的焓濕圖，成為了空調(diào)理論的奠基人；5、1930年密其來首次發(fā)現(xiàn)氟利昂，給制冷技術(shù)帶來新的變革，使氟利昂制冷機(jī)得到飛躍發(fā)展；6、氟利昂制冷機(jī)帶來問題：A、大氣臭氧層空洞；B、全球變暖；C、原因所在：部分氟利昂工質(zhì)（CFCs）7、解決辦法：A、禁止使用氟利昂工質(zhì)CFCs；B、開發(fā)無污染工質(zhì)；C、利用太陽能；第一章熱力學(xué)原理第一節(jié)熱力學(xué)基本定律一、熱力學(xué)第一定律及穩(wěn)定流動能量方程式1、熱力學(xué)第一定律（簡稱能量守恒定律）：是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在具有熱現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。它指出：自然界一切物質(zhì)都具有能量，物質(zhì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中能量的數(shù)量不變(即在任何發(fā)生能量換熱的熱力過程中，轉(zhuǎn)換前后能量的總量維持恒定）。2、穩(wěn)定流動能量方程式Q+N=G（h2-h1）Q——單位時間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量（kW）N——單位時間內(nèi)加給系統(tǒng)的功（kW）G——流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的質(zhì)量流量（m3/h）h1——流體流入系統(tǒng)時的比焓（kJ/kg）h2——流體流出系統(tǒng)時的比焓（kJ/kg）二、熱力學(xué)第二定律（簡稱開爾文定律）1、熱力學(xué)第二定律：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不需要附加條件（如制冷機(jī)）；不可能從單一熱源取熱使之變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生影響；不可能造出一種機(jī)器在循環(huán)動作中把一重物提升而同時使一熱庫冷卻。2、熱力學(xué)第二定律闡述了熱功轉(zhuǎn)換的方向性、條件及限制。3、制冷裝置是根據(jù)熱力學(xué)第二定律，用消耗一定的壓縮功或熱能（或電能）作為補(bǔ)償條件，把熱量從低溫庫傳遞到外界的高溫環(huán)境中，從而達(dá)到連續(xù)制冷的目的。第二節(jié)卡諾循環(huán)與逆卡諾循環(huán)一、熱力循環(huán)即一個封閉的熱力過程稱為熱力循環(huán)。在熱力循環(huán)中，熱力系統(tǒng)從某一初始狀態(tài)出發(fā)，工質(zhì)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后又回到初始狀態(tài)，其目的是通過工質(zhì)的狀態(tài)變化來實現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換。在熱力工程中，最常見的兩類熱力循環(huán)為熱機(jī)循環(huán)和制冷（或熱泵）循環(huán)，熱力循環(huán)中的工作物質(zhì)稱工質(zhì)，制冷循環(huán)中的工質(zhì)通常稱為制冷劑。從高溫?zé)嵩次∪崃慷鴮崿F(xiàn)對對外做功的熱力力循環(huán)稱為熱機(jī)機(jī)循環(huán)。將熱量從低溫?zé)釤嵩粗腥〕?，并并排放到高溫?zé)釤嵩粗械臒崃ρh(huán)稱為制冷循循環(huán)。二、卡諾循環(huán)由兩個等溫過程程和兩個絕熱過過程組成的可逆逆的熱機(jī)循環(huán)，，稱為卡諾循環(huán)環(huán)。在給定的高高低溫?zé)嵩礂l件件下，按卡諾循循環(huán)工作，熱機(jī)機(jī)將有最高的效效率。三、逆卡諾循環(huán)環(huán)如果工質(zhì)按卡諾諾循環(huán)的線路反反方向進(jìn)行循環(huán)環(huán)，則稱做逆卡卡諾循環(huán)（制冷冷機(jī)理想循環(huán)））。由于熱量由低溫溫移向高溫，類類似于將水從低低處輸送到高處處，所以可將逆逆卡諾循環(huán)工作作的熱機(jī)稱為熱熱泵或制冷機(jī)。。制冷機(jī)工作的的必要條件是消消耗外功，不消消耗外功，自發(fā)發(fā)地從低溫物體體把熱量傳給高高溫物體是不可可能的。制冷系數(shù)：即評評價逆卡諾循環(huán)的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性。εk=q1/L=q1/q2-q1=T1/T2-T1由上式可得：（（1）逆卡諾循環(huán)的制制冷系數(shù)取決于于冷源和熱源的的溫度，而與所所用制冷劑的性性質(zhì)無關(guān)；（2）冷熱源的的溫差越大，制制冷系數(shù)就越小小，制冷機(jī)的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性越差；（3）由熱力學(xué)學(xué)第二定律證明明，在一定的溫溫度條件下，逆逆卡諾循環(huán)的制制冷系數(shù)最大，，實際制冷循環(huán)環(huán)的制冷系數(shù)都都比它小。第二章蒸汽汽壓縮式制冷循循環(huán)第一節(jié)單級級蒸汽壓縮式制制冷的工作原理理一、壓—焓圖（p-h圖）等壓線——水平線等焓線——垂直線等溫線——液態(tài)區(qū)垂直線兩相區(qū)水平線過熱區(qū)右下方彎彎曲線等熵線——向右上方傾斜實實線等容線——向右上方傾斜點點化線等干線——只存在于兩相區(qū)區(qū)其方向視干度大大小定phKsνχχχ=1χ=0ppt二、單級蒸汽壓縮縮式制冷理想想循環(huán)122’34lgph壓縮機(jī)冷凝器膨脹閥蒸發(fā)器三、單級蒸汽壓縮縮式制冷實際際循環(huán)33’22’11’4’4ph第三章制冷冷劑及載冷劑劑第一節(jié)對對制冷劑的要要求及制冷劑劑分類一、對制冷劑劑的要求制冷劑應(yīng)具有有較好的熱力力性質(zhì)和物理理、化學(xué)性質(zhì)質(zhì)，具體要求求如下：1、臨界溫度不不太低，以便便在常溫下及及普通低溫下下能夠液化2、工作溫度范范圍內(nèi)具有適適宜的飽和蒸蒸汽壓力3、單位制冷量量大4、粘度和密度度小，以減少少流動阻力5、熱導(dǎo)率高，，以減少換熱熱設(shè)備的傳熱熱面積6、不燃燒、不不爆炸、無毒毒，對金屬材材料不腐蝕、、與潤滑油不不發(fā)生化學(xué)作作用、高溫下下不分解7、絕熱指數(shù)小小，可降低排排氣溫度8、凝固溫度低低9、應(yīng)具有良好好的電絕緣性性能10、價格低廉11、對人類生態(tài)態(tài)環(huán)境無破壞壞作用12、單位容積壓壓縮功率小二、制冷劑分分類1、按物質(zhì)種類類劃分：無機(jī)化合物：：水、氨、二二氧化碳等飽和碳?xì)浠虾衔锏姆⒙嚷?、溴衍生物物（氟利昂）），主要是甲甲烷和乙烷的的衍生物，如如：R11、R12、R22、R502、R134a、R407c、R410a等飽和碳?xì)浠虾衔铮阂彝椤?、丙烷等不飽和碳?xì)浠衔铮阂蚁┫⒈┑?、按標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)發(fā)溫度劃分：：高溫（低壓））制冷劑：蒸蒸發(fā)溫度ts＞0℃冷凝壓力pk≤0.2~0.3MPa常用有R11、R113中溫（中壓））制冷劑：蒸蒸發(fā)溫度0℃＞ts＞-60℃，冷凝壓力0.3MPa＜pk＜2.0MPa常用有R12、R22、R134a低溫（高壓））制冷劑：蒸蒸發(fā)溫度ts≤-60℃常用有R13、R503三、CFCs的禁用、限制制和替代1、問題的提出出2、CFCs的限用與禁用用3、替代制冷劑劑的研究動向向第二節(jié)載載冷劑一、對載冷劑劑的要求1、在使用溫度度范圍內(nèi)呈液液態(tài)（凝固點點低），揮發(fā)發(fā)性小2、無毒，對人人體無刺激性性3、粘度小，相相對密度小，，傳熱性能好好4、對金屬腐蝕蝕性小5、不易燃燒，，無爆炸危險險6、比熱容較大大7、化學(xué)穩(wěn)定性性好8、價格低廉，，易于獲得二、常用的載載冷劑1、空氣2、水3、鹽水溶液4、有機(jī)物載冷冷劑三、潤滑油的的作用1、潤滑作用2、散熱作用3、密封作用4、消聲作用5、動力作用第四章其他他制冷方式第一節(jié)吸吸收式制冷機(jī)機(jī)第二節(jié)蒸蒸汽噴射式制制冷機(jī)第三節(jié)吸吸附式制冷第四節(jié)熱熱電制冷第五節(jié)氣氣體制冷機(jī)第五章制制冷壓縮機(jī)一、按壓縮機(jī)機(jī)運(yùn)動副和結(jié)結(jié)構(gòu)分類1、按壓縮機(jī)運(yùn)運(yùn)動副分類活塞式壓縮機(jī)機(jī)渦旋式壓縮機(jī)機(jī)螺桿式壓縮機(jī)機(jī)離心式壓縮機(jī)機(jī)（非容積式式，為速度型型）滾動轉(zhuǎn)子壓縮縮機(jī)斜盤式壓縮機(jī)機(jī)2、按壓縮機(jī)結(jié)結(jié)構(gòu)分類全封閉半封閉開式二、按吸吸入壓力力飽和溫溫度劃分分高溫壓縮縮機(jī)：吸吸入壓力力飽和溫溫度10℃~-10℃中溫壓縮縮機(jī)：吸吸入壓力力飽和溫溫度0℃~-20℃℃低溫壓縮縮機(jī)：吸吸入壓力力飽和溫溫度＜-20℃℃第六章冷冷凝凝器和蒸蒸發(fā)器第一節(jié)冷冷凝凝器冷凝器風(fēng)冷冷凝器水冷冷凝器臥式殼管管式冷凝凝器立式殼管管式冷凝凝器套管式冷冷凝器釬焊板式式冷凝器器螺旋板式式冷凝器器自然對流流冷卻式式冷凝器器強(qiáng)迫對流流冷卻式式冷凝器器蒸發(fā)式冷冷凝器銅管鋁翅翅換熱器第二節(jié)蒸蒸發(fā)發(fā)器蒸發(fā)器冷卻液體載冷劑蒸發(fā)器冷卻空氣蒸發(fā)器滿液式殼殼管式蒸蒸發(fā)器干式殼管管式蒸發(fā)發(fā)器直立管式式、螺旋旋管式、、蛇管式式蒸發(fā)器器銅管鋁翅翅換熱器器冷卻排管管第七章節(jié)節(jié)流流元件及及輔助器器件第一節(jié)節(jié)節(jié)流流元件1、手動節(jié)節(jié)流閥2、浮球閥閥3、線性浮浮閥4、孔板節(jié)節(jié)流裝置置5、毛細(xì)管管6、熱力膨膨脹閥7、電子膨膨脹閥第二節(jié)輔輔助助器件1、貯液器器2、氣液分分離器3、油分離器器4、干燥過過濾器5、安全閥閥6、視液鏡鏡7、壓力控控制器（（高壓、、低壓））8、壓力開開關(guān)9、換向閥閥10、能量調(diào)調(diào)節(jié)閥11、電磁閥閥12、截止閥閥13、單向閥閥14、針閥15、壓力表表16、分液頭頭17、壓力調(diào)調(diào)節(jié)閥18、過冷器器19、過熱器器20、不凝性性氣體分分離器等等第二節(jié)輔輔助助器件一、弱電電元器件件1、可編程程控制器器2、數(shù)字量量/模擬量輸輸入輸出出擴(kuò)展模模塊3、觸摸屏屏手操器器4、溫度傳傳感器5、防凍開開關(guān)6、溫度開開關(guān)7、水流開開關(guān)二、低壓壓電器元元件1、空氣開開關(guān)2、交流接接觸器3、熱過載載保護(hù)器器4、中間繼繼電器5、時間繼繼電器6、電源保保護(hù)器（（相序、、缺相））7、急停開開關(guān)第八章電電制制冷空調(diào)調(diào)機(jī)組分分類第一節(jié)冷冷水水機(jī)組冷水機(jī)組水冷冷水機(jī)組風(fēng)冷冷水機(jī)組活塞式水水冷水機(jī)機(jī)組：5KW~200KW螺桿式水水冷冷水水機(jī)組：：100KW~1400KW離心式水水冷冷水水機(jī)組：：350KW~35000KW水源熱泵泵冷水機(jī)機(jī)組渦旋式水水冷冷水水機(jī)組：：5KW~80KW活塞式風(fēng)風(fēng)冷冷（（熱）水水機(jī)組：：5KW~200KW渦旋式風(fēng)冷冷（（熱）水水機(jī)組：：5KW~80KW螺桿式風(fēng)冷冷（（熱）水水機(jī)組：100KW~800KW第二節(jié)空空調(diào)機(jī)組組空調(diào)機(jī)組家用空調(diào)商業(yè)及工業(yè)空調(diào)窗式空調(diào)機(jī)機(jī)分體式空調(diào)調(diào)機(jī)（壁掛掛、立柜等等）戶式中央空空調(diào)冷（熱熱）水機(jī)組組戶式中央空空調(diào)冷（熱熱）風(fēng)空調(diào)調(diào)機(jī)組戶式水源熱熱泵冷（熱熱）水機(jī)組組戶式水源熱熱泵冷（熱熱）風(fēng)空調(diào)調(diào)機(jī)組風(fēng)冷單元式式空調(diào)機(jī)組組水冷單元式式空調(diào)機(jī)組組屋頂式空調(diào)調(diào)機(jī)組計算機(jī)房空空調(diào)機(jī)組VRV空調(diào)機(jī)組按功能分：：單冷型電加熱冷熱熱型熱泵冷熱型型恒溫恒濕型型按結(jié)構(gòu)分：：立柜式風(fēng)道式第三節(jié)常常用冷量量單位一、常用冷冷量單位1kW（千瓦）=860kcal/h（大卡）1kcal/h（大卡）=1.163W（瓦）1RT（冷噸）=3516W（瓦）單位換算舉舉例：100×104kcal/h（萬大卡））=1163kW（千瓦）100RT（冷噸