制冷空调基础知识.ppt

,第二章 制冷空调基础知识,第一节 热力学定律,第二节 制冷压缩原理及制冷剂,本章小节,第三节 其他制冷方式,第四节 空气调节基础,一、工质的物理性质及基本状态参数,二、热力学定律及应用,三、制冷技术中常用的热力学名词,第一节 热力学定律,1物质的三态,固态、液态及气态，三态之间是通过吸热或放热来完成其状态转化的。,一、工质的物理性质及基本状态参数,（1）固态 该种状态的物质分子间的引力比其它两种状态大，且分子间的距离最小。固体具一定形状。,（2）液态 液态的物质分子间的引力较小而间距较大。分子间相互可移动，因此液体具有流动性而且无一定的形状。,（3）气态 和上述两种状态相比较，气态物体的分子间距离最大而分子间引力很小，分子间无相互约束，不停地进行着无规则的运动。因此，气体无形状，元固定体积。,物质的状态取决于分子之间引力的大小和其热运动的强弱。,2基本状态参数,热力学中常见的状态参数有（基本状态参数）温度 T、压力 p、密度 或比体积 v、比内能 u、比焓 h 等。,一、工质的物理性质及基本状态参数,（1）温度 描述热力系统冷热程度的物理量。热力学温度的符号用 T 表示，单位为 K（开）。热力学温度与摄氏温度之间的关系为,t = T - 273.15 K 或 T = 273.15 K + t,t 摄氏温度，。,（2）压力,F整个边界面受到的力，N；,一、工质的物理性质及基本状态参数,S受力边界面的总面积，m2。,绝对压力、工作压力和环境大气压力之间的关系为,pamb当地大气压力；,pe工作压力。,（3）比体积和密度 系统中工质所占有的空间称为工质的体积。而单位质量的工质所占有的体积称比体积，用 v 表示，单位为 m3/kg。决定压缩机制冷量的重要参数。与工质密度互为倒数。,一、工质的物理性质及基本状态参数,例 题,例 2-1 锅炉中蒸汽压力表的读数 pe = 32.3 105 Pa ；凝汽器的真空度值 pe = 9.5 104 Pa ，根据真空表读为 pamb= 1.013 25 105 Pa。若大气压力 ，试求锅炉及凝汽器中蒸汽的绝对力。,解： p = pamb + pe = 1.013 25 105 Pa + 32.3 105 Pa = 33.313 105 Pa,凝汽器（电压电容）中的绝对压力,p = pamb - pe = 1.013 25 105 Pa 9.5 104 Pa = 0.633 104 Pa,3理想气体状态方程式,一、工质的物理性质及基本状态参数,Rg气体常数,对于质量为 m（kg）的理想气体，其状态方程为,V质量为 m（kg）的气体所占有的体积，m3；其它各参数同前。,p v = R T,p V = mR T,能量守恒及转换定律：能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到一个系统。,二、热力学定律及应用,在实际的工质状态变化中，热力学第一定律的表达式为：,q 加给 1 kg 工质的热量，J/kg； u 1 kg 工质内能，J/kg； 机械功，J/kg。,q = u + ,热力学第二定律：,二、热力学定律及应用,（1）在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移。即在自然条件下这个转变过程是不可逆的，必须消耗功才能使热传递方向倒转过来。,（2）任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其它影响的条件下完全变成其它形式的能，这种转变在自然条件下是不可逆的。热变为机械功，一定伴随有热量损失。,1热量,二、热力学定律及应用,（1）热量的定义 热量是系统与外界之间通过界面传递能量的一种方式，单位 J（焦耳）。, 热量是能量在传递过程中的一种表现形式。 热量与热力过程有关，当热量传递给系统即系统吸热时符号为正号，反之取负。,（2）热量传递的方式, 热传导 热对流 热辐射,2焓、比热容,二、热力学定律及应用,（1）焓的基本概念 1 kg 的气体工质流入到装有一定状态工质的容器中后，带来的能量等于其全部内能与该气体流动功之和，其值称为焓。,h = u + pv,H = U + pV,二、热力学定律及应用,H 表示质量为 m 的工质的焓，h 表示 1 kg 工质的焓，称为比焓，习惯上统称为“焓”，h 的单位为 J/kg，H 的单位为 J。,H = U + pV = m ( u + pv ) = mh,H质量为 m 的工质的焓，J；U质量为 m 的工质的热力学能，J； p工质的压力，Pa；V工质的体积，m3；m工质的质量，kg； u1 kg工质的热力学能，J/kg；v工质的比体积，m/kg； h1 kg工质的焓，J/kg。,焓的变化量即是工质的热量，定压过程热和焓的表达式为,（q1-2）p = u2 u1 + p (v2 - v1) = h2- h1,二、热力学定律及应用,（2）比热容 1 kg 物质温度升高 1K 所需要的热量叫比热容，用 c 表示，其单位为 kJ/（kg K）。,比热容与热量和焓的关系式为：,在定压过程中：,在定容过程中：,q1-2 = u2 u1 = cV (T2 - T1),q1-2 = h2 h1 = cp (T2 - T1),例 题,例 2-2 在一个空气加热器中，空气的温度从 27 升高到 327，而空气的压力没有变化。试求加热 1 kg 空气所需的热量（按定值比热容计算）。,解 根据热力学第一定律方程式，查表空气的比定压热容为 cp =1.004 kJ/(kg K) 。T1 = 237 K + t1 = (273 + 27 )K= 300 K ， T2 = 237 K + t2 = (273 + 327 )K= 600 K ，所以 q1-2 = h2 h1 = cp (T2 - T1)= 1.004 （600-300） kJ/kg = 301.2 kJ/kg,二、热力学定律及应用,3熵,熵是状态参数。 标志着工质的温度对热交换起着推动作用的状态变化的参数称为“熵”。工程上经常将温度 T 和熵 S 作为一个坐标系（称温熵图），以反映系统在进行热交换过程中热量的变化。,三、制冷技术中常用的热力学名词,1显热和潜热,（l）显热 物质分子的动能变化而物质形态不变，这一过程吸收或放出的热能称之为显热。,（2）潜热 物质分子的位能变化，即物质的状态发生改变，温度不发生变化，这一过程中物质吸收或放出的热能称之为潜热。,2汽化与液化,（1）汽化 物质由液体转变成蒸气的过程就是汽化过程。 （2）液化 液化与汽化是相反的过程。,三、制冷技术中常用的热力学名词,3饱和温度和饱和压力,某种液体沸腾时所维持不变的温度称为沸点，热工学中又将其称为在某一压力下的饱和温度。饱和温度与饱和压力一一对应。压力升高，饱和温度升高，不同液体，同压力下饱和温度不同。,4过热与过冷,（1）过热 过热度即过热蒸气的温度与饱和温度之差。 （2）过冷 过冷也有过冷度的概念，过冷液体温度比饱和液体温度所低的数值，称为制剂液体的过冷度。,三、制冷技术中常用的热力学名词,5临界温度和临界压力,压力增加，气体的液化温度随之升高，温度升高到某一数值时，气体的液化温度与压力之间就不是正比的关系了，即使再增大压力不能使气体液化，此时的温度就叫做临界温度；与临界温度对应的压力被称之为临界压力。,一、制冷系统的组成,二、制冷循环,三、常用制冷剂,第二节 制冷压缩原理及制冷剂,四、新型制冷剂介绍,一、制冷系统的组成,蒸气压缩式制冷机的工作原理如图所示。,一、制冷系统的组成,制冷系统组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀（节流阀）、蒸发器及它们之间的连接管路等。,完成一个循环只经过一次压缩，称为单级压缩制冷循环。,制冷循环包括压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程。,一、制冷系统的组成,蒸气压缩式制冷循环系统主要设备的功用及工质的状态变化,二、制冷循环,l热功平衡分析,电能热能,制冷剂吸收低温物体热量 q0，向高温介质释放热量 qk，（q0 qk）二者差值即压缩机制冷剂所作的功 w，如图。,二、制冷循环,2压焓（ph）图的构成如图，分析见图内标注。,二、制冷循环,3压焓图的应用,（1）查阅制冷剂的各参数。 （2）制冷理论循环，如图所示。,二、制冷循环,（3）制冷的实际循环, 过冷循环 在制冷工质在进入膨胀阀节流前具有一定过冷度的制冷循环，如图所示。,二、制冷循环, 过热循环 指压缩机吸入的是过热蒸气的制冷循环，如图所示。,二、制冷循环, 回热循环 为消除或减少有害过热的影响，在制冷循环内造成制冷工质液体过冷或蒸汽过热的制冷循环，如图所示。,三、常用制冷剂,1制冷机的种类。,（l）氟利昂类制冷剂 饱和碳氢化合物氟、氯、溴衍生物的总称。,R：制冷剂代号。,三、常用制冷剂,（2）无机化合物制冷剂 氨、水、空气和二氧化碳等。,R 表示制冷剂代号，后面加数字。,如 R717，7无机物；17表示氨相对分子质量的整数。,（3）共沸溶液制冷剂 不同工质按一定比例混合物。,R 加5，然后按实验成功顺序依次排列。,如 R500、R501、R502 等。,制冷剂按标准蒸发温度和常温冷凝压力的高低及温度应用范围，又可分高、中、低温制冷剂。,三、常用制冷剂,2对制冷工质各种性质的要求,（1）热力学性质要求 在标准大气压下汽化温度要低；工作温度范围内冷凝压力不宜过高；单位体积的制冷量要足够大；制冷机的临界温度高，凝固温度低。,（2）物理和化学性能的要求 较高热导率、粘度、密度要小、无毒无腐蚀性、有一定的溶由性和水溶性。,（3）使用注意事项 制冷钢瓶需安检；放置环境通风，防高温和太阳直射；分装和充加制冷剂时保证室内空气流通，佩戴防护设施；使用后关闭控制阀；禁止明火对制冷剂加热，可用 100 度以下的水热敷。,三、常用制冷剂,3制冷剂选用原则,考虑制冷机的工作压力、容积制冷量、对人体健康的影响及制冷剂的生产、价格、贮运等问题。,四、新型制冷剂介绍,无氟（HFC）制冷剂，如 R134a，但也有一些固有缺点，如渗透性强、饱和压力高、水溶性高、润滑性能不够等；R600a，中温制冷剂，热导率高。,一、吸收式制冷,二、半导体制冷,第三节 其他制冷方式,一、吸收式制冷,l吸收式制冷机的基本原理,机内有两种循环工质制冷剂和吸收剂。,系统图如图所示。,一、吸收式制冷,蒸气式压缩制冷剂的工作循环组成：压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程。,机内有两种循环工质制冷剂和吸收剂。,吸收式制冷也是上述四种工作循环。低压制冷蒸气进入吸收器被吸收剂吸收，维持低压，吸收过程中放热，热量被冷却介质带走，然后吸收剂与制冷剂的混合液送入发生器，升温，制冷剂又蒸发析出，高压的蒸气进入冷凝器冷凝，冷凝液体经节流减压，进入蒸发器进行蒸发制冷。,吸收制冷机由发生器、吸收器、溶液泵代替了压缩机。,一、吸收式制冷,2吸收式制冷机的工质和工质发生过程,两种工质：制冷剂和吸收剂工质对。,3单效吸收式制冷机的热力循环,溴化锂吸收式制冷机的热力循环图。,一、吸收式制冷,4双效吸收式制冷机的热力循环,一、吸收式制冷,5太阳能吸收式制冷机的制冷原理,氨水吸收式太阳能制冷系统。,一、吸收式制冷,水溴化锂吸收式太阳能制冷系统原理。,二、半导体制冷,1半导体制冷原理,当一个 P 型半导体元件和一个 N 型半导体元件连接成电偶时，若此电路上接上一个直流电源，电流通过接头时，就会发生能量转移，电偶的一个接头放出热量（即热端），另一个接头吸收热量（即冷端）。若极性相反（把电源倒过来）则冷热端就互相交换，原来的冷端变成热端，原来的热端变成冷端（吸放热端换）。,二、半导体制冷,2半导体制冷器的应用,用于微型冰箱和空调器，如图所示。,1. 冷风出口 2. 冷端散热片 3. 半导体电堆 4. 热端散热片 5. 风机 6. 空气进口 7. 风机电动机 8. 冷却水进入端 9. 冷端散热片 10. 电绝缘导热层 11. 半导体电堆 12. 固定螺栓,二、半导体制冷,两种半导体空调。,1. 风机 2. 半导体元件 3. 热（冷）端散热片 4. 冷（热）端散热片 5. 室内回风 6. 室外进风口 7. 向室外排风口 8. 送风口 9. 调风门,一、空气调节内容,二、焓-湿图及其应用,第四节 空气调节基础,一、空气调节内容,1空气调节中室内空气参数的基本要求,空气调节其室内的空气参数包括：空气的温度 t，相对湿度 ，空气流速、清洁度和允许的噪声等。,按其调节对象的不同，分为舒适性空调和工艺性空调。,我国对一些民用、公共建筑及特殊的生产工艺过程的空调基本要求：,一、空气调节内容,2湿空气的物理性质,空气的基本组成,（湿）空气 = 干空气水蒸气,与空气调节密切相关的湿空气的物理参数压力、温度、湿度、含湿量、焓和密度（或比体积）。,（1）压力 即大气压力（pamb）,pamb= pg + pq,（2）温度 温度是表示空气冷热程度的标尺。,一、空气调节内容,（3）湿度 湿度是表示空气干湿程度的物理量。,绝对湿度（Z）：l m3 湿空气中含有水蒸气的质量，称为空气的 “绝对湿度”。,Z（湿）空气的绝对湿度，kg/m3； mq水蒸气的质量，kg； V湿空气的总体积，m3。,一、空气调节内容,相对湿度表示的是湿空气接近饱和的程度。, 值越小，空气越干燥，远离饱和状态，吸收水蒸气的能力就强。,含湿量（d）：即湿空气中，伴随 1 kg 干空气的水蒸气质量（g），其单位为 g/kg。其表达式为,d湿空气的含湿量，g/kg（d.a）；mq湿空气中水蒸气的质量，kg；mg湿空气中干空气的质量，kg。,含湿量确切表示空气中实际含有的水蒸气的多少。,饱和绝对湿度（ZB）：大气压力下，具有定温的定量空气中；所能容纳的水蒸气量达到了最大值，这时空气的湿度称为饱和绝对湿度，单位为kg/m3。,一、空气调节内容,（4）密度,（湿）空气的密度，kg/m3； m（湿）空气的质量，kg； V（湿）空气的体积，m3。,密度的倒数称为空气的比体积（v）。,一、空气调节内容,（5）焓 1 kg 干空气的焓与（0.001d）kg 水蒸气焓的和，称为（1 + 0001d）kg 湿空气的焓，单位为 kJ/kg（d.a），其表达式为,h湿空气的焓值，kJ/kg（d.a）； hg1 kg 干空气的焓，kJ/kg； hq1 kg 水蒸气的焓，kJ/kg。,一、空气调节内容,（6）露点温度（tL）露点温度简称为“露点”，在给定含湿量的前提下，使空气冷却到饱伏态（ 100 %）时的那个温度。空气温度低于露点，空气中部分水蒸气即结露；当温度于0时，则结为霜。,二、焓-湿图及其应用,湿空气的焓-湿（h - d）图即性质图，是空气调节设计计算和运行管理的主要工具。,1h d 图的基本构成与内容，如图所示。,二、焓-湿图及其应用,湿空气的 h d 图是用斜坐标构成的。,纵坐标湿空气的焓值。,与纵坐标成 135夹角的斜坐标表示湿空气的含湿量d，作一水平辅助轴代替实际轴。在辅助轴上取一定的间距作为1g含湿量之值。通过各点作含湿量不变的垂线（d = 常数）。,在纵轴上，同样取一定的间距作为焓值，并规定0点以上的焓为正值，0点以下的焓为负值。通过既得各点引平行于实际轴线，且 h = 常数的直线，这些直线与 d = 常数的直线相交成 135的角度，这些平行的斜线表示等焓线。,二、焓-湿图及其应用,2湿空气 h d 图的应用,第一，决定湿空气的状态参数：在给定大气压力下，根据湿空气任意两个已知量在 h d 图上确定的状态点，可求得其它状态参数。,第二，表示湿空气的状态变化过程：在空气调节工程中，不仅要在h - d图上确定某一空气的状态参数，还要研究某一状态下的空气在加热、冷却、加湿或减湿过程中的状态变化。,热湿比 ,二、焓-湿图及其应用,（1）露点温度在 h d 图上的表示，从露点温度的形成过程可知，保