空氣調(diào)節(jié)工程第二章

第二章：制冷方法制冷方法-目錄物質(zhì)相變制冷氣體膨脹制冷其他形式制冷其他新型制冷方式制冷方法的選擇循環(huán)的熱力學(xué)分析物質(zhì)相變制冷相變制冷的原理及特點(diǎn)相變是指物質(zhì)集聚態(tài)的變化。物質(zhì)在發(fā)生相變時，由于分子重新排列和分子熱運(yùn)動速度改變，必然伴隨著吸收或放出一定的熱量，這種熱量稱為相變潛熱。相變制冷就是利用物質(zhì)由質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變（融化、蒸發(fā)、升華）時的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷的目的。相變制冷的分類固體融化固體升華

液體汽化固體融化制冷天然冰制冷冰鹽最早使用的降溫方法。現(xiàn)代制冷技術(shù)中大量應(yīng)用的純水冰都是制冷機(jī)制備的。工業(yè)上應(yīng)用最廣的是冰塊與工業(yè)食鹽NaCl的混合物。冰鹽冷卻過程包括冰融化吸熱和鹽溶解吸熱。0℃以下制冷固體融化制冷資料近年來，固體相變蓄冷技術(shù)在制冷空調(diào)中的研究和應(yīng)用日益廣泛，其目的在于緩解能量供求雙方在時間、強(qiáng)度和地點(diǎn)上的不匹配，合理利用能源和減少環(huán)境污染。例如，采用傳統(tǒng)的冰蓄冷，在冷量富足時通過制冰將冷量儲存到固態(tài)冰中，到冷量需求很大的時刻再以冰融化的方式將冷量釋放出來，從而解決制冷設(shè)備定常制冷量與用冷負(fù)荷起伏的不平衡矛盾。采用動態(tài)制冰技術(shù)制取冰水混合物（Iceslurry），便于輸送，在食品冷藏方面更是具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。固體融化制冷資料在蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于冷源溫度的需求不是很低，若采用冰蓄冷，系統(tǒng)中還需要增加中間換熱裝置，而且制冰過程中制冷機(jī)的效率要比正?？照{(diào)工況下的低。因此，目前很多研究者都致力于研究開發(fā)融點(diǎn)在4～10℃的相變材料作為空調(diào)蓄能用。這類材料通常叫做“高溫相變材料”，簡稱PCM。固體融化制冷資料目前這類材料的研究集中在兩方面：一是共晶鹽或復(fù)合鹽水合物，代表性的成果是由美國TRANSPHASE公司與哈佛大學(xué)生化研究所在1981年開發(fā)成功的T-47型(融點(diǎn)為8.3℃)和1988年調(diào)配成功的T-41(融點(diǎn)為5℃)型兩種產(chǎn)品；另一是氟利昂氣體水合物，其融點(diǎn)可通過調(diào)節(jié)氣體壓力達(dá)到，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)研究室和我國中科院廣州能源研究所都在這方面開展了研究固體升華常用制冷劑氬氖氮二氧化碳固體升華制冷食品工業(yè)冷藏運(yùn)輸醫(yī)療人工降雨機(jī)械零件固體升華制冷資料近代科學(xué)研究中，為冷卻紅外探測器，γ射線探測器，機(jī)載紅外設(shè)備等，采用固體制冷劑向高真空空間升華的制冷系統(tǒng)。它具有升華潛熱高、貯存密度大、固體制冷劑具有較低溫度，可提高紅外探測器的靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。液體汽化制冷利用液體汽化過程的吸熱效應(yīng)來制冷的方法叫做液體汽化制冷。與固體相變制冷不同的是，液體汽化制冷采用流體（液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)）作為制冷劑，通過一定的設(shè)備構(gòu)成制冷循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，因此它的應(yīng)用更加廣泛。液體汽化制冷是目前最主要的制冷方法之一。液體汽化制冷蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷在普通制冷溫度范圍內(nèi)，蒸氣壓縮式制冷是占主導(dǎo)地位的制冷方式。

屬于液體汽化制冷，依靠消耗一定的電能或機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)嵩捶艧?。系統(tǒng)組成膨脹閥冷凝器蒸發(fā)器壓縮機(jī)工作過程1324制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與被冷卻對象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對象的熱量并汽化產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器，放出熱量傳給冷卻介質(zhì)（一般是常溫的水或空氣），凝結(jié)成高壓液體高壓液體流經(jīng)膨脹閥（或其他節(jié)流元件）節(jié)流，變成低壓低溫的氣、液兩相混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸氣再次被壓縮機(jī)吸入利用制冷劑液體蒸發(fā)吸收潛熱而制冷以熱能為驅(qū)動能，利用適當(dāng)?shù)娜芤何盏蛪赫魵?，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，通過溶液泵升壓后，再以加熱的方式將低沸點(diǎn)組分從溶液中析出，變?yōu)楦邷亍⒏邏旱恼魵?，從而?shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。

蒸氣吸收式制冷比較項(xiàng)目壓縮式吸收式結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)吸收器、液泵、發(fā)生器耗能類型機(jī)械能熱能（蒸汽、燃油、燃?xì)?、廢熱、余熱）工況特點(diǎn)冷凝壓力高冷凝壓力低制冷工質(zhì)制冷劑（氨、氟里昂）工質(zhì)對：吸收劑-制冷劑（溴化鋰-水、水-氨）熱力計(jì)算壓縮式制冷熱力計(jì)算溴化鋰吸收式制冷熱力計(jì)算吸收式優(yōu)缺點(diǎn)1.工質(zhì)環(huán)保2.以熱能為動力，節(jié)電效果明顯3.可以利用余熱廢熱1.價(jià)格無優(yōu)勢2.耗能大，機(jī)組笨重3.利用熱能加速全球變暖工作原理利用吸附劑在不同吸附溫度下具有不同吸附能力這一特性，周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之交替產(chǎn)生吸附和脫附過程。脫附時，釋放出制冷劑氣體，并使之凝為液體；吸附時，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。由熱能驅(qū)動，利用二元或多元工質(zhì)對實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。——與蒸氣吸收式制冷是相同的。吸收式制冷中采用液體吸收劑吸收和釋放制冷劑蒸氣。吸附式制冷是采用固體吸附劑對制冷劑氣體進(jìn)行吸附和解析。吸附式制冷①可以利用各種熱能驅(qū)動。②可以大量節(jié)約用電③結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行部件少，安全可靠。④以水、氨、甲醇等為制冷劑，對環(huán)境和大氣臭氧層無害。吸附和脫附過程比較緩慢，制冷循環(huán)周期較長；與蒸氣壓縮式和吸收式制冷機(jī)相比，制冷量相對較??；熱力系數(shù)較低，為0.5～0.6。知識拓展第一臺蒸氣噴射式制冷裝置出現(xiàn)在1901年，但直到20世紀(jì)20年代才開始用于工業(yè)。使用熱能驅(qū)動，靠液體汽化來制冷。只用單一物質(zhì)為工質(zhì)，利用噴射器完成從蒸發(fā)器中抽取并壓縮蒸氣。理論上使用工質(zhì)的范圍較廣（比如使用氟利昂獲得較低的制冷溫度），但目前只有以水為工質(zhì)的蒸氣噴射式制冷機(jī)得到實(shí)際應(yīng)用。蒸汽噴射式制冷氣體絕熱節(jié)流膨脹制冷絕熱節(jié)流過程實(shí)際氣體的節(jié)流效應(yīng)絕熱節(jié)流制冷循環(huán)節(jié)流液化循環(huán)氣體絕熱節(jié)流膨脹制冷氣體等熵膨脹制冷氣體等溫膨脹制冷渦流管制冷工作過程：經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的氣體（空氣、CO2、N2等進(jìn)入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射向渦流室，形成自由渦流，自由渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近則越大，由于角速度不同，環(huán)形氣流的層與層之間產(chǎn)生摩擦，外層氣流的角速度逐漸升高，動能增加，又由于與管壁之間的摩擦，將部分動能變成了熱能，故從控制閥流出的氣體具有較高的溫度；而中心層部分的角速度逐漸降低，失去能量，從孔板流出時溫度較低，用于制冷。控制閥部分渦流管相當(dāng)于氣體噴射器出現(xiàn)冷熱分流現(xiàn)象全關(guān)全開過程為不可逆節(jié)流過程；不存在冷熱分流現(xiàn)象渦流管制冷3效率太低，氣流噪聲大結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、啟動快、使用靈活12對冷、熱端溫度值得定量地理論計(jì)算困難熱電制冷熱電效應(yīng)是指在兩種不同導(dǎo)體組成的閉合回路中通以直流電，當(dāng)電流流過不同導(dǎo)體的界面時，就會使一個節(jié)點(diǎn)變冷，從外界吸收熱量；一個節(jié)點(diǎn)變熱，向外界放出熱量，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，即帕爾帖效應(yīng)。熱電制冷利用的是熱電效應(yīng)（帕爾帖效應(yīng)Peltire）的原理達(dá)到制冷目的的。熱電制冷材料空穴型（P型）電子型（N型）熱電制冷按能量轉(zhuǎn)換方向一二是用熱能來產(chǎn)生聲功，即由熱能驅(qū)動的聲振蕩，對應(yīng)的熱聲機(jī)械為熱聲發(fā)動機(jī)（也可稱作熱聲驅(qū)動揮著熱聲壓縮機(jī)）是用聲能來產(chǎn)生熱流，即由聲能驅(qū)動的熱量傳輸。氦稀釋制冷目前，為了獲得0.1-0.04K的低溫，在個別情況下為了獲得1mK的超低溫，常利用氦稀釋制冷方法。這種方法是利用3He-4He溶液在低溫下的特性來制冷的，它的基本原理是黨3He與4He的混合物在0.87K以下溫度時會發(fā)生相分離，即分為兩相：上相為3He的濃相，下相位4He的濃相?；瘜W(xué)制冷以上討論的制冷方法都是采用物理原理的方法，當(dāng)然利用某些化學(xué)反應(yīng)的吸熱效應(yīng)也可以進(jìn)行制冷，這些都屬于化學(xué)制冷方法。制冷方法的選擇操作維護(hù)的方便性消耗能量的形式運(yùn)行安全性和可靠性環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)初投資運(yùn)行管理的費(fèi)用合適的制冷溫度和制冷量范圍制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析為考核制冷機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，使用獲得的制冷量與付出的能量補(bǔ)償量的比值來衡量。對于機(jī)械能或電能驅(qū)動制冷機(jī)，引入制冷系數(shù)，即從被冷卻對象中吸收的熱量（制冷量）Q0與制冷機(jī)的輸入功W的比值，來衡量其效率；對于