空调用制冷系统.ppt

主编 张清 房屋卫生设备 第3版 单元3空调用制冷系统 模块3通风与空气调节 目录 3 3 1概述 制冷是以消耗一定的能量 机械能或热能 为代价 实现使低温物体的热量向高温物体转移的一种技术 制冷的方法有两种 一种是利用自然界的天然冷源制冷 另一种是人工制冷 天然冷源很多 适用于空调的主要是地下水和地道风 它具有价廉和不需要复杂技术设备等优点 但受时间 地域等条件限制 不宜用来大量获取低于0 的温度 目前由于地下水资源有限 必须节约和限制开采 而地道风也由于空气品质较差 所以使用不多 空气调节用制冷属于普通制冷范围 高于 120 主要采用液体气化 相变 制冷法 其中包括蒸气压缩式制冷 吸收式制冷和喷射式制冷 在空调系统中应用最广泛的是蒸气压缩式制冷和吸收式制冷 3 3 1概述 3 3 1 1蒸气压缩式制冷的工作原理液体气化过程要吸收周围物体的热量 而周围物体由于失去热量 自身温度下降 于是达到制冷效果 蒸气压缩式制冷的工作原理是利用某些低沸点的液体在气化时吸收热量而本身能维持不变的性质来实现的 例如 1kg的水 在8 72mbar压力下 饱和温度为5 气化时要吸收2489 05kj热量 1kg的氨液 在1 01325bar 1个大气压 下汽化时 需吸收1368 15kj的热量 可达 33 3 的低温 3 3 1概述 蒸气压缩式制冷系统由压缩机 冷凝器 节流阀 膨胀阀 和蒸发器等主要设备组成 如图3 3 1所示 它们之间用管道连成一个封闭系统 制冷系统的工作过程是 低温低压制冷剂液体 如氨 水 异丁烷 在蒸发器内蒸发为气体 同时吸收周围介质 例如水或空气 的热量后 被压缩机吸入气缸内 气体在气缸中经压缩 其温度和压力都要升高 然后进入冷凝器中 在冷凝器内高温 高压的制冷剂气体与冷却水或空气进行热交换 放出凝结热 并由冷却水或空气把热量带走 制冷剂气体则凝结为液体 再经节流阀变成低压 低温的液体 进入蒸发器汽化吸热制冷 3 3 1概述 3 3 1概述 图3 3 1压缩式制冷工作原理图 3 3 1 2制冷剂和载冷剂1 制冷剂制冷剂又称制冷工质 是制冷机内进行制冷循环的工作物质 对制冷剂的要求是 易凝结 冷凝压力不要太高 大气压力下 沸点较低 单位容积制冷量大 汽化潜热大 比体积小 无毒 不燃烧 不爆炸 无腐蚀 且价格低廉等 常用的制冷剂有氨 nh3 代号r717 氯二氟甲烷 r22 二氯三氟乙烷 r123 四氟乙烷 r134a r404a hfc混合物r125 143a 134a 44 52 4 r407c r32 r125 r134a r410a r32 r125 r507a r143a r125 等 3 3 1概述 制冷剂在安全与环境方面的要求 1 应有可接受的安全性 毒性 可燃性和爆炸性 2 破坏臭氧的潜值 odp 要符合国家环境法规要求 odp的大小表示制冷剂对大气臭氧的破坏大小 基准为r11的odp 1 3 全球变暖潜值gwp gwp是衡量制冷剂对全球气候变暖影响程度大小的指标 基准为r11的gwp 1 4 大气寿命 指制冷剂在大气中的存留时间 其寿命越长 则其潜在的破坏性越大 3 3 1概述 氨属无机化合物 应用广泛 其odp和gwp值均为0 即对臭氧无破坏作用 对全球气候变暖无影响 它压力适中 单位容积制冷量大 价廉 但有刺激性臭味 有毒 有燃烧和爆炸危险 co2 r744 是一种天然的为人们所重视的制冷剂 其odp和gwp值分别为0和1 比任何cfcs和hcfcs都小 如果是利用原本要排出的co2 则对全球变暖无影响 其特点是 化学稳定性好 不传播火焰 安全无毒 气化潜热大 流动阻力小 传热性能好 易获取 且价格低廉 但其临界点低 临界压力高 在制冷空调中应用时系统应有高承压能力和可靠性 3 3 1概述 氟利昂是饱和碳氢化合物氟 氯 溴衍生物的总称 氟利昂类制冷剂化学性能稳定 可燃性低 惰性大 基本无毒 它的应用促进了制冷技术的发展 然而 由于cfc hcfc等会使地球上的臭氧层衰减 使地球上的生物遭到紫外线的损害 全球变暖 进而危及人类的健康与生存 因此 国际蒙特利尔议定书及其修正案要求 对这类制冷剂应逐步限制生产 禁用和加速淘汰 世界各国都在规划与行动 认为空调制冷中应采用无氯的碳氢氟化合物或氨作制冷剂 或采用吸收式制冷 3 3 1概述 2 载冷剂把制冷装置产生的冷量传递给被冷却物体的媒介物称为载冷剂或冷媒 对载冷剂的要求是 比热容大 可减少循环量 且温度变化小 凝固点低 在使用温度范围内不凝固 不气化 对金属的腐蚀性小 不燃烧 不爆炸 无毒 化学稳定性好 不污染环境 密度小 黏度小 降低流动阻力 能耗小 导热系数大 可减小传热面积 价格低廉且易获得等 常用的载冷剂有空气 水 盐水 有机化合物及其水溶液等 空调制冷装置中的载冷剂是水 这种水在空调技术中称为冷冻水 3 3 1概述 3 3 2制冷机组的四大设备 1 制冷压缩机制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重要设备 根据工作原理的不同 可分为两类 即容积式压缩机和速度式压缩机 图3 3 2为制冷与热泵用压缩机分类和结构示意图 1 往复式压缩机往复式压缩机一般称为活塞式压缩机 其应用最为广泛 但由于结构的限制 排气量不大 活塞式制冷压缩机单机功率范围为0 1 150kw 缸径为20 180mm 单机气缸数为2 16 按密封方式不同可分为开启式 半封闭式和全封闭式三种 2 转子式压缩机转子式压缩机容量为0 3 5kw 其特点是结构紧凑 零件少 质量轻 体积小 运转平稳可靠 噪声低 无过压缩和欠压缩问题 但气缸密封性要求高 零件制造 装配精度要求也很高 3 双螺杆压缩机双螺杆压缩机是应用广泛的制冷装置 其特点是形式多 可供制冷空调选择范围广 体积小 质量轻 占地面积小 结构简单 易损件少 运行可靠 易于维修 无液击危险 输气量可在10 100 内连续调节 但润滑油系统要求较高 应有高精度加工和装配的设备与手段 3 3 2制冷机组的四大设备 4 涡旋式压缩机涡旋式压缩机的功率范围为0 75 11kw 其特点是结构零件少 回转半径小 运行可靠 效率高 振动小 噪声低 工质流速低 有利于变频运行 且在0 75 7 5kw内可实现无级调节 部分负荷效率降低较小 但有较高的加工精度和安装技术要求 3 3 2制冷机组的四大设备 5 离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机通常用于蒸发温度较高 如空调制冷 和制冷量较大的场合 其特点是单机制冷量大 可达30000kw 效率高 结构紧凑 质量轻 占地面积小 运转平稳 噪声小 振动小 易损件少 工作可靠 维护费用低 用高压供电可节省投资30 50 但转速高 对材料强度 精度和制造质量要求也高 各种压缩机虽然有较高的效率和可靠性 但并非所有压缩机都能满足热泵用压缩机的应用要求 在应用时应注意热泵机组类型 制冷剂的特点 季节性环境温度变化等特点和要求 3 3 2制冷机组的四大设备 2 冷凝器 蒸发器和节流装置 1 冷凝器冷凝器是一种热交换设备 来自压缩机的高压过热气态制冷剂在此被冷却为饱和蒸汽 并进一步被冷凝为液态 除了水冷的冷凝器外 还有用空气来冷却的冷凝器 又称风冷式冷凝器 冷凝器多用于小型制冷机组 3 3 2制冷机组的四大设备 2 蒸发器蒸发器是制冷装置中的另一种热交换设备 对于制冷系统来说 它是制冷剂从系统外吸热的热交换器 在蒸发器中 制冷剂在较低的温度下沸腾 转变为蒸气 并吸收被冷却物体或介质的热量 所以 蒸发器是制冷系统中制取冷量和输出冷量的设备 空调用制冷装置中的蒸发器主要有两种类型 一种是直接用来冷却空气的 即直接蒸发式表面冷却器 这种类型的蒸发器只能用于无毒害的氟利昂制冷系统 它直接装在空调机房的空气处理室中 另一种是冷却盐水或普通水用的蒸发器 如氨制冷系统常采用一种水箱式蒸发器 或称冷水箱 其外壳是一个矩形截面的水箱 内部装有直立管组或螺旋管组 管内的制冷剂不断蒸发吸热 管外的水逐渐被冷却 3 3 2制冷机组的四大设备 3 节流装置节流装置是组成制冷系统的重要部件 为制冷系统四大部件之一 它的作用是 对高压液态制冷剂进行节流降压 保证冷凝器和蒸发器之间的压力差 以便使蒸发器中的液态制冷剂在要求的低压下蒸发吸热 从而达到制冷降温的目的 同时 使冷凝器中的气态制冷剂在给定的高压下放热 冷凝 3 3 2制冷机组的四大设备 调整供入蒸发器的制冷剂流量以适应蒸发器制冷量的变化 使制冷装置在经济工况下有效地运转 因此节流装置也称为流量控制机构 它能使高压液态制冷剂节流降压 使制冷剂一出阀孔就膨胀为蒸气 所以也称节流阀或膨胀阀 常用的节流机构有手动膨胀阀 浮球式膨胀阀 热力式膨胀阀以及毛细管等 空调系统普遍采用制冷机组 制冷机组就是将制冷系统中的部分设备或全部设备配套组装在一起 成为一个整体 制冷 热泵 机组按其供冷 热 的方式可分为冷 热 水机组和直接蒸发式空调机组 3 3 2制冷机组的四大设备 3 3 2制冷机组的四大设备 图3 3 2制冷与热泵用压缩机的分类和结构示意图 3 3 3空调用制冷机组 1 冷水 热泵 机组 1 冷水 热泵 机组分类 按机组功能分为单冷型 冷热两用型和热回收型 单冷型是常用的冷水机组 冷热两用型主要是指风冷热泵冷热水机组具有可在夏季供冷水和冬季供热水双重功能 不需要锅炉加热系统 特别适用于夏热冬冷地区 热回收型的特点是由两个冷凝器组成 按机组冷却方式分为水冷 风冷和蒸发冷却式三种 水冷式是冷凝器采用水冷冷凝器 其安装位置不受限制 但应注意冷却塔的噪声和水污染等问题 风冷式是采用空冷冷凝器 具有使用方便 节约用水 无冷却水系统投资 无需专用机房 节省建筑面积等优点 但冷凝器体积较大 机组价格较高 冬季应定期除霜 3 3 3空调用制冷机组 按机组结构形式分为单头式 多头式和模块式 单头式是由一台制冷压缩机组成独立回路 结构简单 价格低 多头式是机组有多台制冷压缩机 可共用一个回路 也可组成多个独立回路 形成多个制冷单元 在部分负荷下效率高 可停止部分制冷压缩机回路 但结构复杂 价格高 模块式是由模块化小型单元机组联合组成 每个模块单元由一台或两台全封闭型制冷压缩机 蒸发器 冷凝器和微机控制器等独立的制冷系统组成 可按工程实际情况选择多个模块现场组装成一台模块式机组 3 3 3空调用制冷机组 按空调工程中常用的机型可分为活塞式 螺杆式 离心式 溴化锂吸收式和风冷热泵型 2 冷水 热泵 机组的主要性能参数冷水 热泵 机组的主要性能参数包括名义工况主要性能参数 部分负荷工况主要性能参数 名义工况主要性能参数有名义制冷量 制热量 名义总消耗电功率 名义工况性能系数和水侧阻力 名义工况性能系数是机组的制冷量 制热量 除以总消耗功率所得的比值 单位为kw kw 表3 3 1 见p223 和表3 3 2 见p224 为规定的最小值 3 3 3空调用制冷机组 对于公共建筑 还应满足节能设计标准中有关性能系数的规定 3 溴化锂吸收式冷 热 水机组吸收式制冷和蒸气压缩式制冷一样 都是利用液态制冷剂在低压低温下气化以达到制冷的目的 二者的区别是 蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功 或电能 使热量从低温物体向高温物体转移 而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这一转移过程 又可分为蒸气型 热水型和直燃型三种 3 3 3空调用制冷机组 图3 3 3为蒸气双效型溴化锂制冷机示意图 图3 3 4为直燃双效三筒型溴化锂冷热水机组示意图 吸收式制冷使用的工质是两种沸点不同的物质组成的二元混合物 其中沸点低的物质为制冷剂 沸点高的物质为吸收剂 以水为制冷剂 溴化锂为吸收剂的吸收式制冷 简称为溴化锂吸收式制冷 装置在大型空调制冷中得到广泛应用 它是利用溴化锂水溶液具有在常温下强烈地吸收水蒸气 在高温下又能将所吸收的水分释放出来的特性 以及水在真空状态下蒸发时具有较低的蒸发温度来实现制冷的 3 3 3空调用制冷机组 溴化锂吸收式冷 热 水机组是空调领域中应用较多的机型之一 可分为蒸汽型冷水机组 热水型冷水机组 直燃型冷 热 水机组 其中蒸汽型和直燃型应用更广泛 机组负荷一般在25 100 范围内调节 且热效率比满负荷时高 国产的直燃溴化锂冷 热 水机组可以直接燃用柴油 重油 煤气 天然气 油制气和液化气 同时或单独为所有建筑物提供夏季制冷 冬季供暖和一年四季的卫生热水 制冷量或制热量为350 9300kw 这种机组可以不用锅炉 不需要电力增容 而且投资省 占地少 安全耐用 3 3 3空调用制冷机组 4 风冷热泵型冷 热 水机组风冷热泵型冷 热 水机组在我国夏热冬冷地区的中 小型工程甚至大型工程中被广泛应用 其性能特点是机组利用空气作为供冷时的冷却介质和供热时的热源 因空气的比热容小 室外侧的蒸发器传热温差小 故要求风量大 机组体积也大 也受当地气候条件的影响 风冷热泵型冷 热 水机组使用方便 只需接上电源和空调水管 不需要水冷却系统 即不需要冷却塔 冷却水管系统和冷却水泵 而且也不需要燃料输送管道和输送费用 运行管理简单 但机组比水冷型机组和相同容量的制热设备贵 3 3 3空调用制冷机组 2 直接蒸发式空调机组 1 多联式空调 热泵 机组多联式空调 热泵 机组类似于分体式空调机 是由一台或多台室外机与多台室内机组成 用制冷剂管道将制冷压缩机 室内外换热器 节流机构和其他辅助设备连接而成的闭式系统 3 3 3空调用制冷机组 按机组压缩机的调节方式分为定容 变频调速和变容调节方式 因变频调速 变容调节方式使系统制冷剂循环量变化 故称为变制冷剂流量 vrv 制冷系统 主要产品有定频一拖多 变频多联 数码涡旋 变容调节 和排气旁通等调节方式的机组 其特点是具有节能 舒适 运行平稳等优点 制冷剂管路占用空间小 且各房间可单独调节 但系统要有良好的控制功能 制作工艺和施工要求较高 初投资较高 3 3 3空调用制冷机组 2 水源热泵机组水源热泵机组是采用流动于共用管路中的水及从水井 湖泊或河流中抽取的水或在地下盘管中循环流动的水为冷 热 源 制取冷 热 风或冷 热 水的设备按使用侧换热设备分为冷热风型水源热泵机组 水 空气型热泵机组 冷热水型水源热泵机组 水 水型热泵机组 按机组冷 热 源侧水的来源及类型分为水环式热泵机组 地下水式水源热泵机组 地下环路式水源热泵机组 也叫地源或土壤源热泵机组 和地面水水源热泵机组 3 3 3空调用制冷机组 冷热风型机组的形式按功能分为冷风型和热泵型 按结构形式分为整体型和分体型 按送风形式分为直接吹出型和间接风管型 按机组冷 热 源类型分为水环式 地下水式 地下环路式和地面水式 3 3 3空调用制冷机组 3 3 3空调用制冷机组 图3 3 3蒸气双效型溴化锂制冷机示意图 3 3 3空调用制冷机组 图3 3 4直燃双效三筒型溴化锂冷热水机组示意图 a 制冷循环 b 采暖循环 3 3 4空调用冷 热 机房布置 1 机房尺寸机房尺寸与设备容量 台数 布置方式 设备形式等有关 并应考虑设备的日常操作 检修 维护等的要求 1 制冷机房制冷机房的面积可按表3 3 3 见p226 的方法估算 2 换热站换热站的面积大小可按表3 3 4 见p226 进行估算 3 管道 设备等间距一般情况下 检修 操作和维修面的净尺寸不宜小于1m 对于冷水机组等要求抽管检修的设备 其检修空间长度大于抽管长度 制冷机组突出部分配电柜净距或主通道净宽应大于1 5m 机组间或机组与其他设备间净距宜大于1 2m 机组与墙净距或非主通道宽宜大于1 0m 机组与其上方管道 烟道或电缆桥架净距应大于1 0m 3 3 4空调用冷 热 机房布置 机房的净高与总制冷量 管道布置方式等有关 较大机房管道占用空间1 1 5m 管道下至少应留出2m以上的人员通行和检修空间 同时还应考虑机电系统设备和管线设施的要求 4 冷却塔冷却塔与建筑物的间距 单塔为2m 组合塔为2 5m 3 3