《制冷與空調(diào)設(shè)備安裝與維修》課件-任務(wù)三 制冷基礎(chǔ)知識(shí)

任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)一、熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1什么是熱熱可以定義為可在兩個(gè)熱力系之間或熱力系與外界之間因溫度差而傳遞的一種能量形式。沒(méi)有溫差就沒(méi)有熱量的轉(zhuǎn)移。2什么是冷一個(gè)物體的熱散發(fā)掉以后，就成了冷。制冷是一個(gè)特殊的熱量傳遞過(guò)程，要將熱量從物體移走，使它達(dá)到人們想要的低溫，或保持這種低溫。熱量的國(guó)際單位是焦耳，要注意到它也是功的單位，由于功和熱是同一個(gè)物理性質(zhì)-能量的兩種不同形式，所以可用同一個(gè)單位來(lái)表示。在國(guó)際單位中，焦耳作為能量的唯一單位，千瓦作為功率的唯一單位。但在一些使用米制的國(guó)家，在制冷工作中，人們?nèi)匀粫?huì)使用卡或千卡作為熱能的單位。1卡是指將1克15℃的水的溫度升高1℃所需要的熱量。3什么是熱工熱工是工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的簡(jiǎn)稱(chēng)。其中工程熱力學(xué)主要研究熱力學(xué)機(jī)械的效率和熱力學(xué)工質(zhì)參與的能量轉(zhuǎn)換在工程上的應(yīng)用，如將熱力學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能推動(dòng)動(dòng)力機(jī)械做功以及其效率的學(xué)科，再如，空調(diào)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱力學(xué)能等；而傳熱學(xué)是研究熱量傳遞的一門(mén)學(xué)科，如反應(yīng)堆的導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射能的傳遞等。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)4熱力學(xué)基本定理(1)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律可以表述為：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變成熱；一定量的熱消失時(shí)，必然伴隨產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定的功時(shí)，必然產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)量的熱?；蛘哒f(shuō)：熱能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在它們的傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，總能量保持不變。Q=ΔE+W式中, Q--物體從外界吸收的熱量，J（焦耳）； ΔE--物體內(nèi)能的增加量，J； W--物體對(duì)外做的功，J。上式表明：物體從外界吸收的熱量Q，一部分使物體的內(nèi)能增加ΔE，另一部分用于物體對(duì)外做功W。熱力學(xué)第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(2)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律表述為：熱不能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體。5熱量的傳遞(1)熱傳導(dǎo)熱能通過(guò)物質(zhì)從高溫區(qū)向低溫區(qū)的流動(dòng)，是利用傳導(dǎo)作用(例如通過(guò)水壺底)進(jìn)行的熱能傳遞。熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳到另一系統(tǒng)的現(xiàn)象叫做熱傳導(dǎo)。固體、氣體或液體傳導(dǎo)。(2)熱對(duì)流液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過(guò)循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻的過(guò)程。對(duì)流是液體和氣體中熱傳遞的特有方式，氣體的對(duì)流現(xiàn)象比液體明顯。對(duì)流可分自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩種。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(3)熱輻射固體、液體和氣體因其溫度而產(chǎn)生的以電磁波形式輻射的能量。溫度越高,輻射越強(qiáng)。物體因自身的溫度而具有向外發(fā)射能量的本領(lǐng)，這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。熱輻射和熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流的區(qū)別。6什么是熱力系統(tǒng)系統(tǒng)、外界、分界面。開(kāi)口系統(tǒng)或控制體、封閉系統(tǒng)或閉口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)。自然界沒(méi)有絕對(duì)的封閉系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境間的能量和物質(zhì)的關(guān)系，可將系統(tǒng)進(jìn)行如下分類(lèi)。開(kāi)口系統(tǒng)： 3）閉口系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)： 4）絕熱系統(tǒng)：任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)7什么是系統(tǒng)的熱力狀態(tài)狀態(tài):某一時(shí)刻,系統(tǒng)中物質(zhì)表現(xiàn)在熱力現(xiàn)象方面的總狀況。

狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量?；緺顟B(tài)參數(shù)：系統(tǒng)狀態(tài)的變化一般表現(xiàn)為系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力、溫度、比容、內(nèi)能（焓和熵）這些物理量的變化，并且這些物理量的變化與變化的過(guò)程無(wú)關(guān)?；緺顟B(tài)參數(shù)有3個(gè)：溫度、壓力和比容。8密度、比容和比重(1)密度密度（d）是某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量（m），即d=m/V(2)比容比容（ν

）是密度的倒數(shù)，即ν=V/m任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(3)比重液體的比重定義為它的密度與相同體積的4℃的水的密度的比值。4℃的水的密度為1000kg/m3，所以比重為r=d/dw=d/1000式中,D--物質(zhì)的密度，kg/m3；Dw--4℃的水的密度，kg/m3。9溫度與溫標(biāo)溫度是表示物體冷熱程度的物理量，衡量溫度的標(biāo)尺即溫標(biāo),可分為攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，對(duì)應(yīng)的溫度分別為攝氏溫度、華氏溫度和熱力學(xué)溫度。常用的溫度計(jì)有玻璃溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、半導(dǎo)體溫度計(jì)。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(1)攝氏溫度攝氏溫度符號(hào)為t，單位為℃；攝氏溫標(biāo)規(guī)定，在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把純水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別定位為0℃和100℃，其間等分成100份，每一份即為1℃。(2)華氏溫度華氏溫度符號(hào)為tf,單位為℉；華氏溫標(biāo)規(guī)定，在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把純水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別定位為32℉和212℉，其間等分成180份，每一份為1℉。(3)熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度又稱(chēng)開(kāi)氏溫度或絕對(duì)溫度，符號(hào)為T(mén)，單位為K；熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定，在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把純水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別定位為273.16K和373.16K,其間等分成100份，每一份為1K。(4)三種溫標(biāo)之間的關(guān)系三種溫標(biāo)之間的關(guān)系如圖1.19所示。圖1.193種溫標(biāo)之間的關(guān)系T＝t＋273.15≈t＋273(K)t＝T-273.15≈T-273(℃)tf＝9/5×t＋32(℉)t＝5/9×(tf-32)(℃)任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)10壓力、絕對(duì)壓力、表壓、真空壓力(1)壓力壓力定義為施加在單位面積上的力，用公式的形式來(lái)表達(dá)就是P=力/面積=F/A壓力的單位為N/m2(牛頓/平方米)。1)國(guó)際單位1Pa＝1N/m2制冷技術(shù)中，通常用千帕（kPa）或兆帕（MPa）作為單位。1MPa＝103kPa＝106Pa2)工程單位1kgf/cm2＝9.8×104Pa≈0.1MPa任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)3)采用液柱高度為壓力單位。1mmHg＝1.33Pa(2)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓又稱(chēng)物理大氣壓，是指緯度為45°的海平面上，大氣常年的平均壓強(qiáng)。其值為760mmHg，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓用符號(hào)B（atm）來(lái)表示；工程上為了計(jì)算方便，把大氣壓力近似定為1千克力/平方厘米（1kgf/cm2）來(lái)計(jì)算，稱(chēng)為一個(gè)工程大氣壓（Patm）。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1B）=760mmHg1B＝1.033kg/cm2≈1kg/cm2≈0.1MPa工程上氣體的壓力分為絕對(duì)壓力、表壓力和真空度。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(3)絕對(duì)壓力定義絕對(duì)真空的空間里壓力為零，以零為起點(diǎn)的壓力，指容器內(nèi)的氣體或液體對(duì)于容器內(nèi)壁的實(shí)際壓力，用符號(hào)P絕表示。(4)表壓力以環(huán)境壓力（當(dāng)?shù)卮髿鈮海槠瘘c(diǎn)的壓力，即壓力表上讀取的壓力值，表示被測(cè)工質(zhì)的壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ牟钪?，用符?hào)P表表示。絕對(duì)壓力、表壓和大氣壓之間的關(guān)系如下。P表＝P絕-B任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(5)真空度當(dāng)流體產(chǎn)生的壓力和密閉容器內(nèi)氣體絕對(duì)壓力低于大氣壓力時(shí)，這個(gè)壓力與大氣壓之間的差值就稱(chēng)為真空壓力或真空度，用符號(hào)P真表示，反映在壓力表上為負(fù)壓力。絕對(duì)壓力、大氣壓和真空度之間的關(guān)系如下。P真＝B-P絕上述三種壓力與大氣壓力的關(guān)系如圖1.20所示。圖1.20絕對(duì)壓力、表壓力和真空度的關(guān)系任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)11功、功率和能（量）(1)功功是當(dāng)移動(dòng)一個(gè)物體時(shí)，施加在它上面的力所產(chǎn)生的效果?？梢杂孟旅娴墓絹?lái)表示功=力×距離1J=1N·m(2)功率功率是做功和所用時(shí)間的比,或者說(shuō)單位時(shí)間內(nèi)所做的功?？梢杂孟率奖硎竟β?功/時(shí)間

1kW=1000J/s任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(3)能(量)能被定義為做功的能力，它是一個(gè)抽象的概念。12焓和熵(1)焓焓是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的能量參數(shù)，是物體在某種狀態(tài)（溫度和壓力）下所具有能量的總和。1kg的物質(zhì)(制冷工質(zhì))在某一狀態(tài)（溫度和壓力）時(shí)，所含的熱量稱(chēng)為該物質(zhì)的焓。通常也將這種以溫度和壓力所儲(chǔ)存的能量稱(chēng)為焓（H）。焓的單位是焦耳。比焓是單位質(zhì)量的物質(zhì)的焓，它的單位是J/kg。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)溫度與焓（熱含量）區(qū)別。能量可以分為流動(dòng)的能量和儲(chǔ)存的能量。(2)熵物理學(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。熵在熱力學(xué)中是表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一，通常用符號(hào)S表示。S=Q／T(kJ／kg)13濕度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度自然界的空氣由干空氣和水蒸氣兩部分組成，即空氣（濕空氣）=干空氣＋水蒸氣濕空氣按吸濕能力分為飽和濕空氣和未飽和濕空氣。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(1)濕度絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度及含濕量。每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量叫作空氣的絕對(duì)濕度，單位為kg/m3。濕空氣中每千克（kg）干空氣所含有的水蒸氣克數(shù)（g）叫作含濕量，單位為g/kg。(2)干球溫度和濕球溫度普通溫度計(jì)的溫包是干燥的，它所測(cè)出的溫度稱(chēng)為干球溫度。將溫度計(jì)的溫包用紗布包住，紗布另一端浸入水中，由于毛細(xì)作用使溫包濕潤(rùn)，這時(shí)測(cè)出的溫度稱(chēng)為濕球溫度。圖1.21干球、濕球溫度計(jì)任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)濕球溫度并不直接反映空氣的冷熱程度，而是反映空氣的干濕程度，所以常用干濕球溫度計(jì)（圖1.21）來(lái)測(cè)量空氣的相對(duì)濕度。(3)露點(diǎn)溫度濕空氣能容納的水蒸氣量與溫度有關(guān)，溫度越高，空氣能容納的水蒸氣量越大。若保持空氣中水蒸氣的含量不變，降低空氣溫度，空氣將逐漸接近飽和。若繼續(xù)冷卻空氣，便會(huì)有部分水蒸氣凝結(jié)為露滴從濕空氣中析出，濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度或空氣開(kāi)始結(jié)露時(shí)的溫度叫露點(diǎn)溫度，露點(diǎn)溫度簡(jiǎn)稱(chēng)露點(diǎn)。二、與制冷有關(guān)的熱力學(xué)狀態(tài)基礎(chǔ)知識(shí)1液體、蒸汽和狀態(tài)變化從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（沸騰），從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（冷凝）。2沸騰溫度與壓力的關(guān)系一般地，液體上所承受的壓力越大，它的沸點(diǎn)就越高；壓力越小，沸點(diǎn)越低。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)3飽和、過(guò)冷和過(guò)熱狀態(tài)發(fā)生沸騰的溫度和壓力條件稱(chēng)為飽和狀態(tài)，沸點(diǎn)從技術(shù)角度而言指的就是飽和溫度和飽和壓力。飽和蒸汽、飽和液體。過(guò)熱蒸汽、過(guò)冷液體。4顯熱、潛熱和蒸發(fā)制冷當(dāng)對(duì)一種物質(zhì)加熱，或?qū)崃繌闹幸瞥鰰r(shí)，導(dǎo)致其溫度發(fā)生變化，但如果物質(zhì)的狀態(tài)保持不變，那么在這種情況下該物質(zhì)的焓的變化就稱(chēng)為顯熱變化。如果對(duì)一種物質(zhì)加熱或?qū)崃恳瞥?，所?dǎo)致的結(jié)果是物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化而溫度不變，那么該物質(zhì)中的焓的變化就稱(chēng)為潛熱變化。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)物質(zhì)的狀態(tài)從液體變?yōu)闅怏w時(shí)，焓值的變化量稱(chēng)為汽化潛熱；從氣體變?yōu)橐后w時(shí)，焓值的減少量稱(chēng)為凝結(jié)潛熱，與汽化潛熱的值相等。伴隨著熔解和凝固過(guò)程的熱量稱(chēng)為熔解潛熱，伴隨著汽化和冷凝過(guò)程的熱量為汽化潛熱。5顯熱方程物質(zhì)的比熱定義：使1kg15℃的該物質(zhì)的溫度變化1℃所需要的熱量。遵循比熱的定義，要將質(zhì)量為m的物質(zhì)從一個(gè)溫度改變?yōu)榱硪粋€(gè)溫度所需的熱量為Q=m×c×ΔT=m×c×(t2-t1)（1.1）式中,

Q--熱量增加或減少的凈速率，kJ/s；

C--物質(zhì)的質(zhì)量流速，kg/s；

ΔT＝t2-t1--物質(zhì)的溫度變化,℃。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)6飽和溫度和飽和壓力(1)飽和狀態(tài)密閉容器中的液體吸熱汽化，逸出液面的分子數(shù)逐漸增多，當(dāng)蒸汽分子的密度達(dá)到一定程度時(shí)，在同一時(shí)間內(nèi)逸出液面和返回液面的分子數(shù)相等，氣液兩態(tài)達(dá)到動(dòng)平衡，這種狀態(tài)稱(chēng)為飽和狀態(tài)。(2)飽和溫度和飽和壓力飽和狀態(tài)時(shí)的溫度和壓力稱(chēng)為飽和溫度和飽和壓力。飽和溫度隨著飽和壓力的增大而增大，飽和壓力隨飽和溫度的升高而增大。(3)臨界溫度和臨界壓力當(dāng)溫度升高到超過(guò)某一特定數(shù)值后，即使壓力再大也不能從氣態(tài)液化變成液態(tài)，而只能處于氣態(tài)，這一特定溫度稱(chēng)為臨界溫度。與臨界溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力稱(chēng)為臨界壓力，臨界溫度和臨界壓力就是最高飽和溫度和飽和壓力。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)(4)過(guò)熱度和過(guò)冷度蒸汽在某壓力下的溫度高于該壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，這種蒸汽稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽所處的狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)熱狀態(tài)。過(guò)熱蒸汽比同壓力下飽和溫度高出的值，稱(chēng)為過(guò)熱度。液體在某壓力下的溫度低于該壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，這種液體稱(chēng)為過(guò)冷液體，這種液體所處的狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)冷狀態(tài)，或稱(chēng)未飽和狀態(tài)。7空氣調(diào)節(jié)空氣調(diào)節(jié)又稱(chēng)空氣調(diào)理，簡(jiǎn)稱(chēng)空調(diào)，8制冷量單位時(shí)間從密閉空間或區(qū)域移走的熱量叫制冷量。制冷量的單位是瓦(W，1W=1J／s)或千瓦(kW)。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)9能效比能效比是在額定工況和規(guī)定條件下，空調(diào)進(jìn)行制冷運(yùn)行時(shí)實(shí)際制冷量與實(shí)際輸入功率之比?？照{(diào)能效比越大，在制冷量相等時(shí)節(jié)省的電能就越多。三、制冷劑任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)制冷劑又稱(chēng)制冷工質(zhì)，在南方一些地區(qū)俗稱(chēng)雪種，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過(guò)其本身的狀態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周?chē)諝饣蛩淠?物理、化學(xué)和安全的要求黏度應(yīng)盡可能小。 2)導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)高。3)油的互溶性質(zhì)。4)對(duì)人身健康無(wú)損害、無(wú)毒性、無(wú)刺激作用。5)應(yīng)具有一定的吸水性。 6)應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性：任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)2制冷劑的分類(lèi)在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類(lèi)。1)按照化學(xué)成分，制冷劑可分為5類(lèi)：無(wú)機(jī)化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳?xì)浠衔镏评鋭⒉伙柡吞細(xì)浠衔镏评鋭┖凸卜谢旌衔镏评鋭?)根據(jù)冷凝壓力，制冷劑可分為3類(lèi)：高溫（低壓）制冷劑、中溫（中壓）制冷劑和低溫（高壓）制冷劑。3制冷劑的命名方法(1)無(wú)機(jī)化合物：R7()(2)鹵代烴和烷烴類(lèi)：R(m-1)(n+1)(x)B(z)

(3)非共沸混合制冷劑：R4()(4)共沸混合制冷劑：R5()(5)環(huán)烷烴、鏈烯烴以及它們的鹵代物：RC()(6)有機(jī)制冷劑：600序列任意編號(hào)任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)4常用制冷劑的特性(1)氨氨（代號(hào)：R717）是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當(dāng)夏季冷卻水溫高達(dá)30℃時(shí)，也絕不可能超過(guò)1.5MPa。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為520kcal/m3。氨作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)是易于獲得、價(jià)格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動(dòng)阻力小、泄漏時(shí)易發(fā)現(xiàn)；其缺點(diǎn)是有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。(2)氟利昂-12氟利昂-12（代號(hào)：R12）為烷烴的鹵代物，化學(xué)名稱(chēng)二氟二氯甲烷，分子式為CF2Cl2。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為288kcal/m3。任務(wù)三制冷基礎(chǔ)知識(shí)R12是一種無(wú)色、透明、沒(méi)有氣味，幾乎無(wú)毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。當(dāng)空氣中容積濃度超過(guò)80％時(shí)會(huì)使人窒息，與明火接觸或溫度達(dá)400℃以上時(shí)，則分解出對(duì)人體有害的氣體。吸水性極弱。(4)R-134aR-134a(代號(hào)：R134a）分子式為CH2FCF3

（四氟乙烷），分子量102.03。沸點(diǎn)-26.26℃，凝固點(diǎn)-96.6℃

，臨界溫度101.1℃，臨界壓力4067kPa。R134a作為R12的替代制冷劑，R134a的毒性非常低，是很安全的制冷劑。R134a的化