中央空调制冷原理.ppt

1,制 冷 原 理,b,a,a,b,c,c,s,e,d,压力,焓,f,2,课程内容,第一部分：制冷剂 第二部分：逆卡诺循环及相关术语 第三部分：制冷循环过程分析,3,1.过冷液体区 焓差 = 1 lb x (212-32) =180 2.混合区-饱和区 焓差 = 1 lb x (气化潜热) = 970 3.过热气体区 焓差 = 1 lb x (252-212) x 0.45 =18,温度- f,32,212,252,100%饱和液体,显热,潜热过程,显热,180,970,18,100%饱和气体,焓- btus / lb.,1,2,3,水 的 特 性,4,制 冷 剂,当前使用最多的是那些制冷剂？ 它们有什么优点？ 水也可以用作制冷剂，然而它的饱和压力太低，并且在320f时会结冰 制造商选择制冷剂 当前我们是如何使用制冷剂的？,5,制 冷 剂 应 有 的 特 性,不燃和无毒 高压侧压力应不至于要求过高的结构强度 低压侧压力应高于大气压 汽化潜热大 较小的比容 液态比热小 易于检测系统渗漏点 与常用润滑剂相容 传热系数和黏度应有利于传热 易于获得、成本低、易于处理 对系统常用的金属材料无腐蚀,6,应具有,不希望,成本低,易于获取,无毒,不燃,较大的汽化潜热,对温度有限制,需要很低的压力,大的比容,最可取的制冷剂应该有以下特征：,氟化烃已经成为最普通的市场选择,7,三个注意要点：,可燃性,毒性(人体健康),cl,h,f,side cl + f,interior cl + f + h,该类制冷剂的组成如下：,碳(基本成分) +,h,cl,f的化合物,如右图三角形所示,side h + f,side h + cl,氟 化 烃 类 制 冷 剂,8,cl,含cl量越多，毒性越强,含h量越多，易燃性越强,h,f,r-12,r-11,含cl和f的量的越多，完全被卤化(大气寿命长)；,r-123,r-22,r 134a,target zone,制 冷 剂 性 质,9,常 用 制 冷 剂,r-11 ccl3f 淘汰 r-12 ccl2f2 将淘汰 r-22 chclf2 将淘汰 r-134a cf3ch2f 替代品 r- 123 chcl2cf3 替代r- 11 r-410a ch2f2/chf2cf3 替代r- 22 r-717 ammonia nh3 工业应用,74.9 f,-21.6 f,- 41.4 f,- 15.1 f,82.2 f,- 62.9 f,- 28 f,制冷剂,化学方程式,沸点,备 注,10,制冷剂,关于制冷剂的名词： cfc hcfc hfc 制冷剂要考虑以下指标： 制冷系数cop 臭氧破坏指数odp 温室效应指数gwp,11,r-22,pressure,enthalpy,saturated vapor,saturated liquid,制冷剂-压焓图,过冷区,过热区,液态饱和区,气态饱和区,左边是液态饱和线 右边是气态饱和线 液态饱和线左边是过冷区 气态饱和线右边是过热区 拱形曲线以内区域为气液混合区 温度在临界点以上为过热蒸气,临界点,12,等压力线与横坐标平行 psia,见本节末的 r-22表,pressure,enthalpy,等焓线与纵坐标平行 btu/lb,在曲线内部饱和温度线与压力线平行,等温线在过冷区与纵坐标平行,等温线在过热区向下倾斜,等比容线specific volume在过热区向上倾斜 ft3/lb,等焓线constant entropy在过热区向上倾斜(理想压缩),40f,120f,entropy,specific volume,temp.,40f,120f,40f,制冷剂-压焓图-过热区,压力,焓,13,课程内容,第一部分：制冷剂 第二部分：逆卡诺循环及相关术语 第三部分：制冷循环过程分析,14,逆卡诺循环,15,循环的吸热量 q0=tl(s1-s4) 循环的放热量 q2= th(s3-s2) = -th(s1-s4) hqws 制冷剂完成一个循环 h0，净功为 制冷系数,16,逆卡诺循环 逆卡诺循环的制冷系数仅是工质温度的函数，与工质无关。 在相同温度区间工作的制冷循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最大。 制冷循环中，高温下放热量大于低温下吸热量。,17,1-2 可逆绝热压缩过程 ws=h2 h1 kj/kg 2-4 等压冷却、冷凝过程 q2=h4-h2kj/kg 4-5 节流膨胀过程 h5=h4 4-1 等压、等温蒸发过程 q0=h1 h5 kj/kg 制冷系数,焓值：查图、表或计算,18,若制冷剂的“制冷能力”为q0 kj/h，那么，制冷剂的循环量为 压缩机消耗的功率,19,课程内容,第一部分：制冷剂 第二部分：逆卡诺循环及相关术语 第三部分：制冷循环过程分析,20,蒸发器,冷凝器,压缩机,热气管,吸气管,热力膨胀阀,液体管,制 冷 循 环,21,机 械 制 冷 循 环,sdt = 122,sct = 120,40f set,38f sst,pressure,enthalpy,吸收热量,释放热量,焓,压力,运用机械压缩，热交换和制冷剂循环,典型的循环 低温吸热 高温放热,22,膨胀过程为某种装置控制,press,通过阀门的膨胀过程被称为节流,节流过程制冷剂与外界没有热交换,制冷剂进出节流阀的前后焓值没有变化,274.6,83.21,45.71,40f,enthalpy,膨 胀 过 程,节流装置： -热力膨胀阀 -手动阀 -毛细管 -其他固定的节流装置 -浮阀,蒸发器,23,在 “a” 点进入膨胀阀 (274.6 psi, 120 f 饱和温度, 45.71 焓),274.6,a-液态,120f饱和温度,b,在 “b”点离开膨胀阀 (83.21 psi, 40 f 饱和温度, 45.71焓),40f饱和温度,83.21,45.71,pressure,enthalpy,制冷剂蒸发 “从d到b” (21.42 到 45.71 btu/lb 在 40 f 时),108.14,c,d,蒸发所需热量来自制冷剂,液体被冷却 “从a 到 d” (120 f 到 40 f 饱和温度 ，21.42 焓),40f液态,% f.g. （闪蒸汽率）= 24.29/86.72= 28.0%,21.42,24.29,86.72,通过阀门时闪发气体的过程,24,在蒸发器中，热量由空气传递给制冷剂,temperature,b,c,制冷剂通过蒸发器,空气,q = u x a x mtd,制冷剂在b点进入蒸发器，在c点离开,制冷剂温度基于c点,平均温差 (mtd),制 冷 剂 温 度,制冷剂温度,通过蒸发器的过程,出口温差,热交换,25,1,2,3,a,b,c,coil pd,蒸 发 器 闪 发 气 体,制冷剂在“1”点进入蒸发器 在蒸发器进口处闪发气体量为“a” 制冷剂在“2”点离开蒸发器 盘管压降(1-2) 由于盘管压降的闪发气体量为“b” 总的闪发气体量 = “c” c=(a+b),如果盘管没有压降，制冷剂应在“3”点进入盘管 进入盘管闪发的气体量就应该是“c” 如果我们直接用制冷剂离开盘管时的温度，闪发出的气体是一样的，但简化了计算。,26,制冷剂混合物在(b) 点 ( 45.71 btu/lb)进入盘管,274.6,b,制冷剂在（c）点 (108.14 btu/lb)变成100%蒸气,83.21,45.71,制冷效果“refrigeration effect”为(111.0-45.71)=65.29btu/lb,108.14,c,d,40f液态,21.42,闪蒸汽,制冷效果= 65.29,制冷剂被过热150f 到 (c) 点(111.00 btu/lb),c,111.0,55f,a-液态,120f饱和温度,40f饱和温度,焓,压力,制 冷 效 果,27,28,蒸气在c点离开蒸发器 40 f ，83.21 psi ,274.6,吸气管损失20f (c) 到 (s) ,83.21,吸气管压降= (83.21 - 80.34) = 2.87 psi,108.14,蒸气在s点进入压缩机 38 f ，80.34 psi ,c,111.0,s,80.34,吸 气 管 的 压 降,焓,压力,40f饱和蒸发温度,38f饱和吸气温度,蒸发器,吸气管,29,压缩机具备两种功能： 1)抽出蒸发器里面制冷剂气体,2)提高制冷剂的温度和压力并将其压入冷凝器,如果压缩机抽气量大于蒸发器蒸发量，蒸发器压力和温度将下降,压 缩 机,冷凝器,蒸发器,压缩机,如果压缩机抽气量小于蒸发器蒸发量，蒸发器压力和温度将上升,30,压缩机对蒸气作功,功变成热，添加到蒸气中(压缩热),一般工况下压缩热=1.0bhp/ton,制冷工况下压缩热=3.0bhp/ton,h of c,s,superheat,压缩机排出的是过热制蒸气,saturated vapor,175 f,d,s,d,220 psia,80 psia,80 psia, 60 f,220 psia, 175 f,压 缩 热,31,蒸气在d点离开压缩机 122 f &，129.24 btu/lb ,274.6,通过排气管时温度降低2 f (d) 到 (d),热气管压力损失= (281.71 - 274.60) = 7.11 psi,d,蒸气在d点进入冷凝器 120 f & 129.24 btu/lb ,d,80.34,281.71,129.24,冷凝器,d,d,排 气 管 压 力 损 失,1220f饱和排气温度,1200f饱和压缩温度,热气管,焓,压力,32,估 算 压 缩 机 排 气 点,理想压缩沿等熵线进行 (s) 到 (1) ,(1) 点焓= 126.5 btu/lb, 现假定压缩效率为85%,129.24 hd 和281.71 psi 压力线交点 =压缩机排气点,d点的焓hd = 111.0 + (126.5 - 111.0)/ 0.85 = 129.24,d,111.0,s,80.34,281.71,1,126.5,129.24,压缩机排气温度 200 f,200 f,1220f饱和排气温度,380f饱和制冷温度,焓,压力,33,(s)点压缩机吸气压力= 80.34 psia,(d)点压缩机排气压力= 281.71 psia,压缩比c.r. = (281.71 / 80.34) = 3.5,压缩比= 排气压力/吸气压力,d,s,80.34,281.71,压 缩 比,1220f饱和排气温度,380f饱和吸气温度,焓,压力,34,d,e,a,首先，冷凝器排出气体的过热(d-e)，蒸气变成饱和(e),除过热,然后，制冷剂蒸气被冷凝(e-a)，蒸气变成饱和液体(a),最后，液体被过冷150f(a-a),a,129.24,112.78,45.71,40.85,120 f,105 f,d,e,a,a,冷 凝 过 程,；,过冷,冷凝,压缩,35,蒸气在 (d)点进入冷凝器 274.60 psia ,d,274.60,264.60,理想冷凝到(1)点并过冷到 (2),1,2,45.71 btu/lb,实际冷凝到(a)点 并过冷到(a),a,a,实际冷凝过程通常有10psi压降,117.1 f,44.76,(45.71 - 44.76) = 0.95 btu/lb,从(1)点到(a)点，损失过冷 0.95 btu/lb,假设理想压缩线-足够接近,sct = 120 f,alt = 105 f,sc = 15 f,alt=actual liquid temp,冷 凝 过 程,；,36,制冷剂的温度必须高于冷凝介质(通常为水或空气)的温度,制冷剂冷凝时释放出热量,制冷剂蒸气冷凝时的饱和温度称为“饱和冷凝温度(sct)”,消 除 过 热,冷 凝 过 程,过 冷,冷凝温度,流过冷凝器的空气,流过冷凝器的制冷剂,通过冷凝器的过程,热交换过程,进口温差,出口温差,温 度,37,过冷液态制冷剂在(a)点离开冷凝器 105 f ， 40.85 btu/lb,274.6,液管损失20f 从(a) 点到(5)点,83.21,40.85,液管压力损失= (274.6 - 267.63) = 6.97 psi,过冷液态制冷剂在 (5 )点进入节流阀txv 105 f ， 40.85 btu/lb ,a,267.63,5,液 管 的 压 力 损 失,焓,压力,1200f饱和冷凝温度,以1180f饱和温度进入节流阀,液管,冷凝器,为了达到较好的节流效果， 进入节流阀入口的制冷剂必须处于焓湿图的液态区域。,38,120f sct,45.71,40f set,111.0,无过冷, % flash gas = (45.71 - 21.42)/(108.14 - 21.42) = 28.0%制冷效果= (111.0 - 45.71) = 65.29 btu/lb,21.42,40.85,108.14,re = 65.29,有过冷, % flash gas = (40.85 - 21.42)/(108.14 - 21.42) = 22.4%制冷效果= (111.0 - 40.85) = 70.15 btu/lb,re = 70.15,无须增加功耗，提高循环效率 (45.71 - 40.85) = 4.86 btu/lb,15f sc-typical,105f,129.4,过 冷 的 影 响,39,cop = (循环输