中央空调主机原理课件.ppt

中央空调主机原理 中央空调中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成 制冷系统为空气调节系统提供所需冷量 用以抵消室内环境的冷负荷 制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量 制冷系统是中央空调系统至关重要的部分 其采用种类 运行方式 结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性 高效性 合理性 中央空调原理 逆卡诺循环 工作原理根据逆卡诺循环基本原理 低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后 进入空气交换机中蒸发吸热 从空气中吸收大量的热量Q2 蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机 被压缩后 变成高温高压的制冷剂 此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分 一部分是从空气中吸收的热量Q2 一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1 被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器 将其所含热量 Q1 Q2 释放给进入热换热器中的冷水 冷水被加热到60 直接进入保温水箱储存起来供用户使用 放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构 节流降压 如此不间断进行循环 冷水获得的热量Q3 制冷剂从空气中吸收的热量Q2 驱动压缩机的电能转化成的热量Q1 在标准工况下 Q2 3 6Q1 即消耗1份电能 得到4 6份的热量 分解它由两个等温过程和两个绝热过程组成 假设低温热源 即被冷却物体 的温度为T0 高温热源 即环境介质 的温度为Tk 则工质的温度在吸热过程中为T0 在放热过程中为Tk 就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差 即传热是在等温下进行的 压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的 其循环过程为 首先工质在T0下从冷源 即被冷却物体 吸取热量q0 并进行等温膨胀4 1 然后通过绝热压缩1 2 使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk 再在Tk下进行等温压缩2 3 并向环境介质 即高温热源 放出热量qk 最后再进行绝热膨胀3 4 使其温度由Tk降至T0即使工质回到初始状态4 从而完成一个循环 对于逆卡诺循环来说 由图可知 q0 T0 S1 S4 qk Tk S2 S3 Tk S1 S4 w0 qk q0 Tk S1 S4 T0 S1 S4 Tk T0 S1 S4 则逆卡诺循环制冷系数 k为 T0 Tk T0由上式可见 逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关 只取决于冷源 即被冷却物体 的温度T0和热源 即环境介质 的温度Tk 降低Tk 提高T0 均可提高制冷系数 此外 由热力学第二定律还可以证明 在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环 以逆卡诺循环的制冷系数为最高 任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数 卡诺循环 卡诺循环 Carnotcycle 理想气体从状态a a a a 等温膨胀到状态b b b b 再从状态b绝热膨胀到状态c c c c 此后 从状态c等温压缩到状态d d d d 最后从状态d绝热压缩回到状态a 这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为卡诺循环 卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程 其高温热源的温度为 a 低温热源的温度为 b 这一概念是1824年N L S 卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的 卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量 没有散热 漏气 擦等损耗 为使过程是准静态过程 工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程 同样 向低温热源放热应是等温压缩过程 因限制只与两热源交换热量 脱离热源后只能是绝热过程 作卡诺循环的热机叫做卡诺热机 通过热力学相关定理我们可以得出 卡诺循环的效率 c 1 b a 由此可以看出 卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关 如果高温热源的温度 a愈高 低温热源的温度 b愈低 则卡诺循环的效率愈高 因为不能获得 a 的高温热源或 2 0K 273 的低温热源 所以 卡诺循环的效率必定小于1 空调系统分类 冷媒系统 挂壁机 水冷冷水机组 家用空调风管机VRV多联机直膨机 冷水系统 空调系统 柜机 冷却塔 地埋管 水源 水冷柜机 水冷 风冷 风冷冷水机组 空调系统按载体分类 主要组成部分分类 一 按负担室内热湿负荷所用的介质可分为 1 全空气系统2 全水系统3 空气 水系统4 冷剂系统二 按空气处理设备的集中程度可分为 1 集中式2 半集中式三 按被处理空气的来源可分为 1 封闭式2 直流式3 混合式 一次回风二次回风 主要组成设备有空调主机 冷热源 风柜风机盘管等等 1 舒适性空调 使空调房间满足人们生活的要求 以人体的舒适要求来控制房间的空气参数 2 工艺性空调 又称恒温恒湿空调 使室内空气温度 湿度 气流速度 洁净度等参数控制在一定范围内 以满足生产工艺的要求 3 制冷量 空调器进行制冷运行时 单位时间内 低压侧制冷剂在蒸发器中吸收的热量 常用单位为W或KW 4 热泵制热量 空调器进行热泵制热运行时 热泵辅助电加热器应同时运行 单位时间内送入密闭空间 房间或区域内的热量 5 性能系数 制冷 热 循环中产生的制冷 热 量与制冷 热 所耗电功率之比为性能系数 制冷时称为能效比 用EER表示 制热时称为性能系数 用COP表示 6 制冷剂 制冷剂即制冷工质 是制冷系统中完成制冷循环的工作介质 制冷剂在蒸发器内吸取被冷却的对象的热量而蒸发 在冷凝器内将热量传递给周围空气或水而被冷凝成液休体 制冷机借助于制冷剂的状态变化 达到制冷的目的 中央空调常用术语 空调名词术语 载冷剂 载冷剂 制冷剂 7 载冷剂 载冷剂是指在间接制冷系统中用以传送冷量的中间介质 载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却后 送到冷却设备冷却 吸收被冷却物体或环境的热量 再返回蒸发器被制冷剂重新冷却 如此不断循环 以达到连续制冷的目的 8 风机盘管 集中央空调系统中常用的换热设备 由肋片管和风机等组成 载冷剂流经风机盘管 管内 时与管处空气换热 使空气降温 风机盘管属于空气冷却设备 9 水冷冷水机组 水冷冷水机组属于中央空调系统中的制冷机组部分 其载冷剂为水 称为冷水机组 而冷凝器的冷却为利用常温水的换热降温来实现 故称为水冷机组 与水冷机相对的称为风冷机组 风冷机组的冷凝器由与室处空气的强制通风换热达到冷却目的 10 冷却塔 借助空气使水得到冷却的专用设备 一般安装在楼房的顶部 在制冷 电力 化工等许多行业中 从冷凝器等设备中排出的热的冷却水 都是经过冷却塔冷却后循环使用的 11 模块机 在VRV系统的基础上发展而来 在1985年 由澳大利亚捷丰集团发明并申请专 它将传统的氟利昂管路改变为水路系统 将室内外机合并为制冷机组 室内机改为风机盘管 利用载冷剂水的换热来实现制冷过程 模块机由于能够根据冷负荷要求自动调节启动机组数量 实现灵活组合而得名 12 活塞式冷水机组 活塞式冷水机组就是把实现制冷循环所需的活塞式制冷压缩机 辅助设备及附件紧凑地组装在一起的专供空调用冷目的使用的整体式制冷装置 活塞式冷水机组单机制冷从60到900KW 适用于中 不工程 13 螺杆式冷水机组 螺杆式冷水机组是提供冷冻水的大中型制冷设备 常用于国防科研 能源开发 交通运输 宾馆 饭店 轻工 纺织等部门的空气调节 以及水利电力工程用的冷冻水 螺杆式冷水机组是由螺杆制冷压缩机组 冷凝器 蒸发器以及自控无件和仪表等组成的一个完整制冷系统 它具有结构紧凑 体积小 重量轻 占地面积小 操作维护方便 运转平稳待优点 因而获得了广泛的应用 其单机制冷量从150到2200KW 适用于中 大型工程 14 离心式冷水机组 是由离心式制冷压缩机和配套的蒸发器 冷凝器和节流控制装置以及电气表组成整台的冷水机组 单机制冷量从700至4200KW 其适用于大 特大型工程 压缩机 中央空调四大部件 压缩机作用 l 从蒸发器中吸低压蒸气 以保证蒸发器内一定的蒸发压力 2 提高压力 压缩 以创造在较高温度下冷凝的条件 3 输送制冷剂 使制冷剂完成制冷循环 一 压缩机的种类很多 根据工作原理的不同 空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机 l 定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例提高的 它不能根据制冷的需求而自动改变功率输 而且对发动机油耗的影响比较大 它的控制一般通过采集蒸发器出风口的温度信号来实现 当温度达到设定的温度 压缩机停止工作 当温度升高后 压缩机开始T二作 定排量压缩机也受空调系统压力的控制 当管路内压力过高时 压缩机停止工作 2 变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出 空调控制系统不采集蒸发器出风风口的温度信号 而是根据空调管路内压力变化信号来控制压缩机的压缩比从而自动调节出风风口温度 在制冷的全过程中 压缩机始终是工作的 制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制 当空调管路内高压端压力过高时 压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比 这样就会降低制冷强度 当高压端压力下降到一定程度 低压端压力上升到一定程度时 压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度 冷凝器 冷凝器又称 液化器 是使蒸汽在其中放出热量而液化的交换器 在制冷系统中 它是制冷剂向系统外放热的热交换器 来自压缩机的制冷剂过热蒸汽进入冷凝器后 将热量传给周围介质 空气或水 而其自身放出潜热而凝结成液体 按所采取的冷却介质 冷凝器可分为风冷式和水冷式 2019 12 20 20 可编辑 蒸发器是液体制冷剂在其中蒸发的热交换器 在制冷系统中 蒸发器是产冷设备 它属于间壁式热交换器 被冷却介质的热量通过管壁使板壁传给制冷剂 制冷剂在低温下蒸发 把热量从蒸发器中带走 制冷系统中的蒸发器按冷却方式不同 可分为直接冷却式和间接冷却式量大类 前者冷却空气或冷却物体 后者先冷却载冷剂 盐水或淡水 在去冷却空气或冷却物体 前者降温快 冷量损失小 结构紧凑 主要用于小型制冷设备和各种空调机种 后者用于较大型的空调和冷冻设备中 蒸发器 膨胀阀 热力膨胀阀是组成制冷装置的重要部件 是制冷系统中四个基本设备之一 它实现从冷凝压力至蒸发压力的压降 同时控制制冷剂的流量 它的体积虽小 但作用巨大 它的工作好坏 直接决定整个系统的运行性能 但是在实际工作中 热力膨胀阀的运行情况往往被忽视 使热力膨胀阀成为设备维护中的一个死角 而定期检查和调整热力膨胀阀 对制冷设备的运行寿命 节约能源 降低运行成本 却有着重要的意义 2热力膨胀阀的工作过程分析2 1热力膨胀阀工作原理热力膨胀阀是通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量 按照平衡方式不同 热力膨胀阀分为外平衡式和内平衡式 在工业冷却设备中 一般采用外平衡式热力膨胀阀 热力膨胀阀由感应机构 执行机构 调整机构和阀体组成 感应机构中充注氟利昂工质 感温包设置在蒸发器出口处 其出口处温度与蒸发温度之间存在温差 通常称为过热度 感温包感受到蒸发器出口温度后 使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb 该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯 在压力腔上部的膜片仅有Pb存在 膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0 三者处于平衡时有Pb Pt Po 当蒸发器热负荷增大时 出口过热度偏高 Pb增大 Pb Pt Po 合力使顶杆 阀芯下移 热力膨胀阀开启增大 制冷剂流量按比例增加 反之 热力膨胀阀开启变小 制冷剂流量按比例减小 因此 制冷设备是由热力膨胀阀通过控制过热度实现制冷系统的自我调整 地源热泵 冬天热泵中制冷剂正向流动 压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量 相变为高温高压的液体 再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器 从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端 由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环 如此循环往复将地下低温热能 搬运 到集水器 从而不断的向用户提供45 50 的热水 如图3所示 夏天热泵中制冷剂逆向流动 与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水 7 12 提取热能 与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量 循环液中热量再向地下低温区排放 如此循环往复连续地向用户提供7 12 的冷水 各种中央空调系统 地源热泵系统原理图 主机 室内部分 冷冻水系统 冷却部分 地源热泵 主机 室内部分 冷冻水系统 冷却部分 水源热泵 地源热泵中央空调系统的特点 地源热泵中央空调系统是利用地下浅层的热资源 也称热能 通过少量的高位能源 如电能 将低温位能向高温位能转移 以实现既可供热又可制冷的高效节能系统 它与传统的燃气或耗电空调相比具有热效率高 管道占用空间小 高层建筑不需要多级压力箱的优点 单独一套地埋管系统 孔深50 80米 孔间距3000mm 3000mm 汇集管穿地下室侧墙进入机房 结合地源热泵设计施工经验土壤换热器形式设定如下 土壤耦合器采用单井单U形埋管 钻孔直径为 110 考虑井之间相互热干扰 埋管间距为3m 3m 水平管连接方式为同程连接 钻孔深度 结合工程地质情况初定50 80m 可根据实际钻孔情况调整 空气源热泵原理图 空气源热泵空气源热泵又称热泵热水器 由热泵吸收空气热源制取热水 节能效率是电热水器的4倍以上 比太阳能热水器还要节能 是目前世界上最为先进的节能环保热水系统 工作原理热泵用逆卡诺原理 以极少的电能 吸收空气中大量的低温热能 通过压缩机的压缩变为高温热能 传输至水箱 加热热水 所以它能耗低 效率高 速度快 安全性好 环保性强 源源不断的供应热水 作为热水系统它具有无以比拟的优点 热泵热水机组遵循能量守恒定律和热力学第2定律 运用热泵的原理 只需要消耗一小部分的机械功 电能 将处于低温环境 大气或地下水等 下的热量转移到高温环境下的热水器中 去加热制取高温的热水 热泵可以与水泵相比拟 水是不能自发地从低处流向高处 要将低处的水输送到高处 必须用一台水泵 消耗一部分电力 才能将水送到高处的水箱中 同样 根据热力学第二定律 热量也是不能自发地从低温环境向高温环境中转移 传送 而要实现这个目的 必须要有一台机器 消耗一部分机械功 例如电能 才能将低温环境中的热量传送到高温环境中去 这样的机器就称之为 热泵 热泵的作用是将空气中或低温水中的热量取出 连同本身所用的电能转变成的热能 一起送到高温环境中去应用 风冷热泵 风冷热泵 是空调行业内区别于风冷冷水机组的一种空调机组 除具备风冷冷水机组制取冷水的功能外 风冷热泵机组还能切换到制热工况制取热水 风冷热泵的基本原理是基于压缩式制冷循环 利用冷媒做为载体 通过风机的强制换热 从大气中吸取热量