Transcript 空调基本原理（点击下载）

空调技术基础培训
第一章
制冷原理
Shenzhen McQuay Air Conditioning Co., Ltd.
1
R&D 系列培训--制冷原理
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。
Shenzhen McQuay
2
R&D 系列培训--制冷原理
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
J
J/kg
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. º F
6. 干度：两相区中的工质气体的比份
Shenzhen McQuay
无量纲
3
R&D 系列培训--制冷原理
单位转换
Shenzhen McQuay
4
R&D 系列培训--制冷原理
二、 制冷机热力学基本原理
根据热力学第一定律：
Qo + W = Qk
根据热力学第二定律：
Qk
高温热源 Tc
（环境）
Qo
=
Tk
Qc
To
（理论工质、可逆循环）
Tk
所以
ε=
W
(COP)
Qo
W
制冷机
W
= 1+
To
即
εc =
Qo
1
Tk / To - 1
ε (COP) 达不到εc
存在效率因素 η= ε/ εc
实际制冷机的
Shenzhen McQuay
Qo
低温热源 To
（被冷却对象）
5
R&D 系列培训--制冷原理
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
Shenzhen McQuay
6
6
R&D 系列培训--制冷原理
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
6
Shenzhen McQuay
7
R&D 系列培训--制冷原理
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
Shenzhen McQuay
3
1
4
8
R&D 系列培训--制冷原理
qk
p
2
pk
3
p0
4
2‘
2
3
4
1
q0
h4
1
h1
w0
h
h2
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；
Shenzhen McQuay
9
R&D 系列培训--制冷原理
qk
p
2
pk
3
p0
4
2‘
2
3
4
1
q0
h4
1
w0
h1
h
h2
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。
Shenzhen McQuay
10
R&D 系列培训--制冷原理
图1-4中各状态点及各个过程叙述：
qk
p
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。
pk
3
p0
4
2‘
2
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。
q0
h4
Shenzhen McQuay
1
h1
w0
h
h2
11
R&D 系列培训--制冷原理
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。
Shenzhen McQuay
qk
p
pk
3
p0
4
2‘
q0
h4
1
h1
2
w0
h
h2
12
R&D 系列培训--制冷原理
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。
qk
p
pk
3
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）。
4
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。
Shenzhen McQuay
2‘
q0
h4
1
h1
2
w0
h
h2
13
R&D 系列培训--制冷原理
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。
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。
Shenzhen McQuay
qk
p
p0
2‘
3
4
q0
h4
1
h1
2
w0
h
h2
14
R&D 系列培训--制冷原理
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。
qk
p
pk
3
p0
4
q0
h4
Shenzhen McQuay
2‘
1
h1
2
w0
h
h2
15
R&D 系列培训--制冷原理
单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示
T
2
Td
2
Tk
3
2‘
3
4
1
To
4
s3 s4
Shenzhen McQuay
1
s1
s
16
R&D 系列培训--制冷原理
五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
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)
qk
p
pk
3
p0
4
2‘
2
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
q0
1
w0
h
h是比焓
h4
h1
h2
下标 1 和 2 分别表示流体流进和离开系统的状态点
Shenzhen McQuay
17
R&D 系列培训--制冷原理
1. 节流阀
qk
p
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
3
p0
4
2‘
2
P = 0 = qm (h4 – h3)
h4 = h3
q0
h4
Shenzhen McQuay
1
h1
w0
h
h2
18
R&D 系列培训--制冷原理
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
qk
p
pk
3
p0
4
2‘
2
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。
q0
h4
Shenzhen McQuay
1
h1
w0
h
h2
19
R&D 系列培训--制冷原理
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)
qk
p
pk
3
p0
4
q0
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。
h4
Shenzhen McQuay
2‘
1
h1
2
w0
h
h2
20
R&D 系列培训--制冷原理
4. 冷凝器
qk
p
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
pk
3
Qk = qm (h2 – h3)
p0
4
q0
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。
h4
Shenzhen McQuay
2‘
1
h1
2
w0
h
h2
21
R&D 系列培训--制冷原理
qk
p
5. 制冷系数
pk
3
p0
4
2‘
2
按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示
ε0 =
h1 – h3
q0
=
w0
q0
h2 - h1
h4
Shenzhen McQuay
1
h1
w0
h
h2
22
R&D 系列培训--制冷原理
六. 实际制冷循环的压焓图表示
p
h
Shenzhen McQuay
23