第七章 空调冷源.doc

第七章 空调冷源本章内容：空调冷源的种类：一、 天然冷源二、 人工冷源1.以蒸气压缩式制冷为基础的冷水机组；2.热泵机组；3.溴化锂吸收式冷水机组；4.冰蓄冷技术。空调冷源的种类：一、天然冷源1地下水地下水是常用的一种天然冷源。在我国大部分地区，用地下水喷淋空气都具有一定的降温效果。为了避免对地下水过分开采，导致地下水位明显降低，甚至造成地面沉陷，工程中常采用“深井回灌”技术。空调系统在夏季运行阶段，启动冷深井泵，把冷水送到喷水室去对空气进行减湿冷却处理，吸收了空气中的热量而使温度升高的回水经过滤后排入热深井贮存起来，以备冬季使用。待系统进入冬季运行阶段，启动热深井泵，对空气进行加热加湿处理，低温回水则经滤水器排入冷深井贮存起来，以备夏季使用。2地道风地道风也是一种天然冷源。由于夏季地道壁面的温度比外界空气的温度低很多，所以在有条件利用的地方，使空气穿过一定长度的地道，也能实现对空气冷却或减湿冷却的处理过程。3天然冰夏季空调时来自天然储冰池的冰水，经换热器吸收室内空气的热量而使温度升高后，返回冰池表面，在冰池放热降温后，在由冰池底部抽出使用。如此不断循环，直到夏季空调阶段结束。此外，还有深湖水、山涧水、溶洞水等都是可以利用的天然冷源。二、人工冷源人工冷源种类很多，空调工程中常见的有以下几种：7.1以蒸气压缩式制冷为基础的冷水机组蒸气压缩式制冷是电力驱动的以消耗机械能作为补偿，利用液体气化的吸热效应实现制冷的。制冷系统主要由制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个主要设备组成，并用管道相连接，构成一个封闭的循环系统。图7.1 蒸气压缩式制冷工作原理图1压缩机；2.冷凝器；3.膨胀阀；4.蒸发器蒸气压缩式制冷系统根据压缩机的不同类型，又分为活塞式制冷机、螺杆式制冷机、离心式制冷机多种。将全部或部分制冷设备组装成一个整体，接上电源则可以直接向用户提供所需低温冷水的制冷机组称为冷水机组。常用的冷水机组有活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组、离心式冷水机组以及模块式冷水机组等。7.1.1活塞式冷水机组以活塞式压缩机为主机的冷水机组称为活塞式冷水机组。它由活塞式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀等组成，并配有自动能量调节和自动安全保护装置。按冷凝器冷却介质来分，可分为水冷型冷水机组和风冷型冷水机组。风冷型冷水机组一般由半封闭式压缩机、风冷型冷凝器、干式蒸发器、热力膨胀阀以及自动控制装置等组成，其外形结构如图7.2所示。图7.2 活塞式风冷型冷水机组外形结构图机组可安装于室外地面或屋顶上，为空调用户提供所需要的冷水。风冷型冷水机组特别适合于干旱地区以及淡水资源匮乏的场合使用。水冷型冷水机组大多由开启式压缩机或半封闭式压缩机、卧式壳管式冷凝器、热力膨胀阀、干式蒸发器等组成，并配有自动能量调节和自动安全保护装置，其外形结构如图7.3所示。图7.3 活塞式水冷型冷水机组外形结构图1蒸发器; 2.冷凝器; 3.压缩机水冷型冷水机大多采用70，100，125系列制冷压缩机组装，为了扩大冷量选择范围，一台冷水机组可以选用一台压缩机，也可以选用多台压缩机组装在一起，分别称为单机头或多机头冷水机组，如图7.4所示。图7.4 多机头活塞式冷水机组外形结构图活塞式冷水机组常用的制冷剂为R22。标准规定的能效比如表7.1所示。表7.1 活塞式冷水机组标准规定的能效比 机组制冷量（kW）45116116水冷型3.43.53.6风冷型2.392.482.57 表7.2 LSJ系列冷水机组主要技术数据型号LSJ150LSJ200LSJ250LSJ500制冷量（kW）使用制冷剂制冷剂填充量（kg）151R2255198R2260290R2280580R22140压缩机型号额定转速（r/min）额定功率（kW）6FW10K960378FS10K960556FW10KG1440756FW10K(2台)144075X2冷凝器型号冷却水进口温度（）冷却水循环量（m3/h）冷却水进出口管径（mm）卧式壳管式3245D100卧式壳管式3260D100卧式壳管式3290D100卧式壳管式32160D150蒸发器型号冷水进口温度（）冷水循环量（m3/h）冷水进出口管径（mm）卧式壳管式730D80卧式壳管式740D80卧式壳管式750D80卧式壳管式7100D150蒸发器、冷凝器水侧阻力（MPa）0.0860.0860.0860.086机组重量（kg）2500300032006500外形尺寸（mm）3410X1380X20503410X1380X20503410X1380X21504700X2000X1900参考价格（元）64600792001365007.1.2螺杆式冷水机组以各种形式的螺杆压缩机为主机的冷水机组，称为螺杆式冷水机组。它是由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、油分离器以及自控元件和仪表等组成的组装式制冷系统，如图7.5所示。图7.5 螺杆式冷水机组外形结构图螺杆式冷水机组的制冷压缩机为喷油螺杆，转子采用单边非对称摆线圆弧形线，具有较高的容积效率，没有能量调节装置，可使压缩机减荷起动和实现制冷量无级调节，能量调节范围为15%100%。压缩机内设有内压比可调装置，使机组在比较理想的工况下运行，其功率消耗小，运行经济。螺杆式冷水机组的能效比略高于活塞式冷水机组，常用的制冷剂为R22。单机制冷量较大，适合于制冷量在5801163kW的高层建筑、宾馆、饭店、医院、科研院所大中型空调制冷系统应用。图7.6螺杆式冷水机组外形图表7.3 JZS-KF系列螺杆式冷水机组主要技术数据型 号JZS-KF12.5-20JZS-KF12.5-30JZS-KF16-48 JZS-KF20-96 空调工况制冷量（kW）R22填充量（kg）噪声dB(A) 232.6807885348.91008689 558.2240891116.5400 91压缩机型号理论排气量（m3/h）传动方式 KF12.5-20264阳带阴 12.5-30396阴带阳 KF16-48552阳带阴 KF20-961068阳带阴额定转速（r/min）电压（V）额定功率（kW）29603806529603808529603801252960380250冷却水循环量（m3/h）冷却水程阻力（MPa）冷却水接管内径（mm）600.0390.05865900.0580.07765801200.041252400.09150冷水循环量（m3/h）冷水程阻力（MPa）冷水接管内径（mm） 45650.0390.05810060800.0580.077100 801200.041251602400.07150机组重量（kg）32003200490077007.1.3离心式冷水机组以离心式制冷压缩机为主机的冷水机组，称为离心式冷水机组。它是由离心式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、能量调节机构以及各种控制元件组成的整体机组，如图7.7所示。图7.7 离心式冷水机组外形结构图1.离心式压缩机; 2.电动机; 3.冷凝器; 4.蒸发器; 5.仪表箱离心式冷水机组常用工质为R123和R22以及R134a。机组具有叶轮转速高，压缩机输气量大，结构紧凑，重量轻，运转平稳，振动小，噪声较低，能实现无级调节，单机制冷量较大，能效比高等优点，适合于制冷量大于1163kW的大中型建筑物如宾馆、剧院、博物馆、商场、高层建筑、写字楼等大中型空调制冷系统应用。图7.8 离心式冷水机组外形国产FLZ系列离心式冷水机组的主要技术参数见表7.4。表7.4 FLZ系列冷水机组主要技术数据型 号FLZ-600FLZ-1000AFLZ-1000B制冷量（kW）制冷剂填充量（kg）压缩机转速（r/min）电机功率（ kW）750550922018012508007780315115010007780315 冷却水进口温度（）冷却水流量（m3/h）水侧阻力损失（MPa）冷却水进出口管径（mm） 321600.07D150322500.07D200 323000.07D200冷水进口温度（）冷水流量（m3/h）水侧阻力损失（MPa）冷水进出口管径（mm） 71200.06D15072000.06D200 72000.06D200 机组重量（kg）650010500140007.1.4模块式冷水机组模块式冷水机组以R22为制冷剂，由多台模块式冷水机单元并联组成，如图7.9所示。每个模块单元装有一套或两套独立的制冷系统，每套制冷系统均有一台全封闭式制冷压缩机及其配套的冷凝器、蒸发器、节流装置及控制器。制冷压缩机多为单速或双速活塞式压缩机,并配有高、低压力控制器和压缩机过载保护开关。与之匹配的冷凝器和蒸发器均采用板式热交换器，与一般壳管式热交换器相比，具有传热温差小、传热效率高等优点。模块式冷水机组特别适合在空调负荷变化比较大的建筑物内应用。图7.9 模块式冷水机组与其他形式的冷水机组相比较，模块式冷水机组具有许多突出的优点。它不但可以根据冷负荷变化，随时调整运行的模块数，使机组输出冷量与空调负荷达到最佳配合，最大限度地减少能耗，而且当模块式冷水机组中某一个单元内的制冷机组出现非正常运行状态时，电脑控制系统将会立即停止该机组运行，并命令另一套制冷机组起动补上，以保证系统制冷量不变。模块式冷水机组的最大缺点是对水质要求比较高。因为冷凝器和蒸发器均为板式热交换器，如果水质不好，一旦结垢阻塞，就会影响换热器的传热性能，甚至使电动机过载而烧毁。模块式冷水机组主要技术数据：表7.5 模块式冷水机组主要技术数据型 号RC130LS158M制冷量（kW）652792压缩机功率（kW台数）17220.32制冷剂R22填充量（kg）9.48.0冷水进/出水温度（）12.6/712/7水 量（t/h）19.827.2蒸发器水侧阻力/ kPa3870冷却水进/出水温度/29.4/3530/35水 量/（t/h）25.234.8冷凝器水侧阻力/ kPa5670外形尺寸（长宽高）/mm4601250162258010501620噪音dB(A)6575运行重量/ kg5426507.2热泵机组热泵就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷机。热泵循环也是以消耗机械能或热能作为补偿，完成自低温热源吸收热量并排向高温热源的逆卡诺循环过程的，所以，热泵循环从某种意义上来说就是制冷循环。只是当机组供冷时，称为制冷机组或冷水机组；当机组供热时，称为热泵机组或热水机组。热泵的形式和种类比较多，而且有多种不同的分类方法。常见的热泵装置有下列几种类型。7.2.1空气源热泵以空气作为低位热源来吸收热量的热泵称为空气源热泵（Air Source Heat Pump）。空气源热泵的主要系统形式是空气-空气热泵和空气-水热泵，其中空气-空气热泵在住宅、商店、学校、写字间等小型建筑物中应用十分广泛。空气-空气热泵工作原理如图7.10所示。 图7.10 空气-空气热泵工作原理图空气-水热泵的系统组成与空气-空气热泵一样，只是室内侧换热器的载热介质不是空气而是水。因为该机组夏天可以为空调系统提供冷水，冬天可以提供热水，所以也称为风冷式冷热水机组。空气-水热泵的工作原理如图7.11所示。 图7.11 空气-水热泵工作原理图1.压缩机;2.四通换向阀;3.风冷式冷凝器（蒸发器）;4.高压贮液器;5.干燥器;6.膨胀阀;7.蒸发器（水冷式冷凝器）;8.单向阀;9.轴流式风机空气源热泵具有结构简单，安装、使用都比较方便，空气对换热设备无腐蚀作用等许多优点，但也有如下几点主要缺点。（1）室外空气的状态参数随季节和地区的不同而变化，这对热泵的容量和制热性能影响很大。室外空气温度对空气源热泵供热性能系数的影响如表7.6所示。表7.6 室外空气温度对空气源热泵供热性能系数的影响 室外温度/室内温度/ 蒸发温度/ 冷凝温度/供热性能系数 5 20-5 45 3.7 0 20-15 45 3.0（2）由于空气的比热容小，为了自室外热源获得足够的热量，需要较大的空气量，因而使热泵的体积增大，风机的容量增大，机组的噪声也随之增大。一般说来，从室外空气中每获取1kW热能，当室外换热器中制冷剂的蒸发温度与室外空气进风温度差为10时，所需的空气流量约为1m3/s。（3）冬季室外温度很低时，室外换热器中制冷剂的蒸发温度也很低。当室外换热器表面温度低于空气露点温度时，空气中的水分在换热器表面就会凝结成霜。随着结霜量的增加，换热器传热热阻增大，空气通过换热器的阻力也随之增加，而使通过换热器的风量减少，从而导致换热器吸热量减少，热泵的供热量和供热系数下降。因此，空气源热泵必须定期除霜，否则过厚的霜层将导致热泵不能正常工作。常用的除霜方法有：暂时中断压缩机运行的空气除霜法、在室外换热器上装置电加热器的电热除霜法、利用压缩机的高温排气通过旁通管路或电磁换向阀直接送入室外蒸发器的热气除霜法以及用水直接冲淋蒸发器霜层的水力除霜法等。一般情况下，除霜能耗约占总能耗的2%左右，若加上除霜之前由于霜层的形成而造成换热器性能下降所造成的影响，结霜和除霜总共消耗的能量，大约占热泵系统总能耗的5%10%。所以，从节能的角度考虑，空气源热泵只适用于室外最低平均气温高于-10的地区。值得注意的是，在不同的室外温湿度条件下，室外换热器的结霜情况也不一样。研究表明，空气相对湿度变化对结霜情况的影响，大于温度变化对结霜的影响。通常当室外相对湿度为70%左右，温度为35时，结霜最为严重；当室外相对湿度低于65%时，单位时间的结霜量明显减少；当相对湿度低于50%时，不会结霜。所以，一般说来，当室外相对湿度低于60%时，就可以忽略结霜对热泵性能的影响。7.2.2水源热泵以水作为低位热源来吸收热量的热泵称为水源热泵（Water Source Heat Pump），其工作原理与空气源热泵相同。水源热泵的主要系统形式是水-空气热泵和水-水热泵。水-空气热泵的工作过程如图7.12所示。制冷模式运行时，水冷式冷凝器将空调房间的余热释放给冷却水，达到房间降温的目的；制热模式运行时，水冷式冷凝器换作为水箱式蒸发器，蒸发器换作风冷式冷凝器，水箱式蒸发器吸取水中的热量并通过冷凝器释放给供热房间，完成自低温热源向高温热源排放热量的过程。图7.12 水-空气热泵工作原理图1.水冷式冷凝器（水箱式蒸发器）;2.换向阀;3. 压缩机;4.毛细管;5.送风机;6. 蒸发器（风冷式冷凝器）WPHD系列水-空气热泵的主要技术参数如表7.7所示。表10.11 WPHD水-空气热泵机组主要技术性能表图7.13表示在制冷工况下，水-空气热泵的制冷量与冷凝器供水温度t1的关系曲线，图中ARI-320标准是指美国空调和制冷协会标准。图7.13 水-空气热泵在制冷工况下的相对性能曲线图7.14表示在制热工况下，水-空气热泵的制热量与蒸发器供水温度t1的关系曲线。图7.14 水-空气热泵在制热工况下的相对性能曲线图7.15表示水-空气热泵的制冷量和制热量随供水流量的增加而增大；制冷量随供水温度的降低而增加；制热量随供水温度的提高而增加。图7.16表示水-空气热泵的回风温度与制冷量、制热量的关系曲线。图7.17表示水-空气热泵送风机的额定风量与制冷量、制热量的关系曲线。图7.18表示水-空气热泵的水流量和供水温度对输入功率的影响。显然，制冷与制热时的输入功率随供水温度提高而增加；制冷输入功率随水流量的增加而减少；制热输入功率随供水流量的增大而增大。 图7.15 水流量和供水温度对制冷量和制热量的影响 图7.16 回风温度与制冷量、制热量的关系 图7.17 额定风量与制冷量、制热量的关系图 7.18 水流量和供水温度对水-空气热泵输入功率的影响水-水热泵的系统组成与水-空气热泵基本相同，只是冷凝器和蒸发器均为壳管式或水箱式换热器。夏季空调模式运行时，壳管式蒸发器向空调房间的风机盘管系统提供冷水；冬季热供暖模式运行时，冷凝器换作蒸发器，蒸发器换作冷凝器，由壳管式冷凝器向供暖房间的风机盘管系统提供热水。图7.19 水-水热泵工作原理图1. 压缩机; 2.壳管式蒸发器（冷凝器）; 3.水冷式冷凝器（蒸发器）; 4.回热器;5.膨胀阀; 6.水泵;7.备用电加热器;8.膨胀水箱; 9.风机盘管换热器 水-水热泵系统平均供热系数大约为3.23.5，系统的蓄热能力比较大，而且由于供暖系统夜间负荷比较大，可以利用夜间的低谷电能，所以系统的运行费用比空气源热泵低。可供热泵作为低温热源的水有地表水、地下水、工业和生活废水等。（1）地表水：一般说来，只要地表水冬季不结冰，均可作为低温热源使用。（2）地下水：无论是地下热水或是深井水，都是热泵很好的低温热源。深井水的水温一般约比当地年平均气温高12，我国东北北部地区深井水水温约为4，中部地区约为12，南部地区约为1214；华北地区深井水水温约为1519，华东地区约为1820，中南地区浅井水水温约为2021。以地下水作为热源时，应采用“夏灌冬用”和“冬灌夏用”等技术措施。但应注意回灌对地下水污染问题以及地下水水质是否良好，若深井水的Ph值小于7，氧化铁含量大于0.15mg/L，含锰量大于0.1mg/L，则不宜开采使用。（3）生活废水：生活废是量大面广的低温热源，例如洗衣房、浴池、旅馆等排出的废水。 （4）工业废水：工业废水的种类较多而且数量可观。对于温度较高的工业废水，可直接作为高位热源使用，如冶金企业中的废热水，可直接作为供热的热媒，也可用作吸收式热泵的驱动能源。温度较低的工业废水如工业设备冷却水、火力发电厂凝汽器排水等，均可作为热泵的低温热源使用。水源热泵效率比较高，能效比EER值可达45，近来年发展很快，技术越来越趋成熟。7.2.3水环热泵水环路热泵（Water-loop Heat Pump ）水环热泵不同于水源热泵，该系统由用于传递热能的水循环管路和多个独立的设置在空调室内的水-空气热泵组成，所以也称为分散式热泵系统。水环热泵的低温位热源不是地表水、地下水、也不是生活废水或工业废水，而是循环水。系统的工作原理如图7.20所示。图7.20 水环热泵系统典型的运行状态图图7.20（a）表示，在炎热的夏季，建筑物内每个房间都需要供冷，所有的热泵机组都按制冷工况运行，每台机组都将空调室内的余热排放到了水循环环路，然后通过冷却塔释放到大气中。图7.20（b）表示，在寒冷的冬季，建筑物内每个房间都需要供暖，所有的热泵机组都按制热工况运行，每台机组都要从水循环环路中吸取热量。由于此时循环水作为低温热源热量不足，所以必须启动辅助加热设备为循环水补充热量。图7.20（c）表示，在春秋过渡季节，建筑物的周边区已开始供暖（或供冷），而建筑物内区由于较少受外界气候影响还需要供冷（或供暖），此时内区供冷的热泵将其余热排放到水环路中，外区供暖的热泵则可从水环路中吸取热量，从而实现了热量回收的目的。如果内区排出的热量正好等于外区需要的热量，则该系统的循环水既不需要启动冷却塔散热，也不需要开启辅助加热设备，这将是最经济的运行工况。图7.20（d）表示，如果建筑物内某区因为有大量的电器设备、照明、人体等形成较多的冷负荷而需要全年供冷，另一些区域却需要供热，同样可以实现建筑物内部的热量转移。从热回收功能出发，水环热泵空调系统非常适合于在既需要供冷又需要供暖的建筑物，例如中间布置有带包间的餐厅或有明显的周边区和内区的商场、娱乐城、综合楼等建筑物内应用。此外，建筑物附近若有地表水或废水余热可供利用，也非常适合采用水环热泵空调系统。7.2.4土壤源热泵以土壤作为低位热源来吸收热量的热泵称为土壤源热泵（Soil Source Heat Pump）。土壤源热泵的主要系统形式是土壤-水热泵和土壤-空气热泵。土壤-空气热泵的系统组成与水-空气热泵一样，只是室外侧换热器的载热介质不是从水源中吸取热量，而是从土壤中吸取热量的。制冷模式运行时，冷凝器通过换热介质将空调房间的余热释放给土壤，达到房间降温的目的；制热模式运行时，凝器换作为蒸发器，蒸发器换作风冷式冷凝器，蒸发器通过换热介质吸取土壤中的热量再由风冷式冷凝器释放给供热房间，完成自低温热源向高温热源排放热量的过程。图7.21 土壤-空气热泵系统工作原理图1.冷凝器（蒸发器）; 2.换向阀; 3. 压缩机; 4.毛细管; 5.送风机; 6.蒸发器（冷凝器）; 7. 地热交换器土壤源热泵系统包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以U形管状垂直安装在竖井之中，将各个地沟或竖井中的热交换器并联连接，再通过不同的集管进入建筑物中，与建筑物内的热泵机组相连接，如图7.22所示。土壤耦合地热交换器内的传热介质一般是水、盐水或乙二醇，在冬季气温比较低的北方地区，为了防止系统内的换热流体冻结，应在系统内加入防冻液。图7.22 土壤源热泵系统实例土壤-水热泵的系统组成与水-水热泵基本相同。夏季制冷模式运行时，空调房间将余热释放给土壤；冬季热供暖模式运行时，冷凝器换作蒸发器，蒸发器换作冷凝器，蒸发器吸取土壤中的热量再释放给供热房间。图7.23 土壤-水热泵工作原理图1.压缩机; 2.蒸发器（冷凝器）; 3.冷凝器（蒸发器）; 4.回热器; 5.膨胀阀; 6.水泵; 7.备用电加热器; 8.膨胀水箱; 9.风机盘管换热器; 10.地热交换器土壤是热泵良好的低温热源，它像空气一样，处处皆有,并有一定的蓄能作用。通过水的流动和太阳辐射作用，土壤表层贮存了大量的热能，热泵可以从土壤表层吸收热量。土壤能源密度约2040W/m2，一般在25W/m2左右。土壤源热泵与空气源热泵相比具有下列优点：（1）土壤温度相对比较稳定，常年的温度波动比较小。夏季土壤温度比空气低，冬季土壤温度比空气高，所以热泵的制冷系数和供热系数均比空气源热泵高。（2）地热交换器埋于地下，不需要除霜，也不需要风机强化换热。（3）地热交换器冬季从土壤中取出的热量，在夏季可通过热传导由热泵系统排热以及太阳辐射热予以补充，土壤起到了蓄能作用。土壤源热泵的主要缺点是：（1）土壤的导热率小，地热交换器的传热系数小，需要较大的传热面积，因此金属消耗量和占地面积都比较大。例如：一台容量为10kW的热泵，当供热系数为3时，约需占地面积250m2。（2）土壤对金属盘管有腐蚀作用，埋地金属盘管应进行防腐处理或采用塑料管。所以土壤中埋设管道成本比较高，运行中发生故障不易检修。（3）地热交换器的埋深一般最少为0.5m，最深为1.52.0m，一般热泵工质不直接进入埋地盘管，而是采用盐水或乙二醇水溶液等中间介质在盘管中循环的形式，所以增大了工质与土壤之间的传热温差，影响热泵的经济性。土壤的传热性能取决于土壤的导热率、密度和比热容的大小。随着、和值的增加，传热性能提高，潮湿土壤的导热率比干燥土壤大，如果使颗粒状的土壤里含有大量的水，形成所谓的胶熔体，胶熔体的导热率则比干燥土壤大得多。例如，传递1.2kW的热量按干土壤计算时，对一定管径的埋地盘管，约需150m长；而按湿土壤计算，只需要50m；若按胶熔体土壤计算，仅需要15m管道就够了。所以，为了提高到热效率，防止盘管与周围土壤之间因冻结而溶化产生空隙，降低传热系数，一般采取将地热交换器埋入沙质土壤或胶熔体土壤中，也可以采用柔性盘管使它能够随周围土壤一起移动并能与土壤紧密地结合在一起而不会出现空隙。7.3 溴化锂吸收式冷水机组吸收式制冷：与蒸气压缩式制冷一样，都是利用液体在汽化时要吸收热量这一物理特性来实现制冷的，不同的是蒸气压缩式制冷是以消耗机械能作为补偿，而吸收式制冷是消耗热能作为补偿，完成热量从低温热源转移到高温热源这一过程的。工质：是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，通常称为“工质对”。目前常用的吸收式制冷装置有两种，一种是氨吸收式制冷机，工质对是氨-水溶液，氨为制冷剂，水为吸收剂。这种制冷机的制冷温度在1-45范围之内，多用来制取-15以下的盐水，为石油化工、医药卫生等工艺生产过程提供冷源。另一种是溴化锂吸收式制冷机，其工质对是溴化锂-水溶液，水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。溴化锂（LiBr）是一种具有强烈的吸水能力的无色粒状结晶物，其化学性质与食盐相似，性质稳定，在大气中不会变质分解或挥发，沸点为1265。溴化锂吸收式制冷机的制冷温度在0以上，多用来制取空气调节用冷水或为其它生产工艺过程提供冷却水。溴化锂吸收式制冷装置，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。溴化锂吸收式制冷装置主要由发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器以及吸收器等组成，如图7.24所示。其工作过程如下：图7.24 吸收式制冷装置工作原理图1.吸收器; 2.溶液泵; 3.发生器; 4.6. 膨胀阀; 5. 冷凝器; 7. 蒸发器 吸收式制冷装置的优点是设备简单、造价低廉、其工质对大气环境无害，而且可以利用工业余热作为发生器热源，能耗较低，但热能利用系数比较小。空调工程中常用的溴化锂吸收式制冷装置有蒸气型、热水型以及直燃型三种类型。7.3.1蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组蒸汽型溴化锂吸收式制冷机以蒸汽的潜热为驱动热源，其结构有单筒、双筒、三筒等几种形式。中、小型制冷装置，一般是将发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器等放置在一个筒体内，称为单筒式。大型制冷装置多是将发生器和冷凝器、蒸发器和吸收器分别放置在两个筒体内，称为双筒式。三筒式是将发生器与冷凝器分别放置在两个筒体内，而将蒸发器和吸收器则放置在同一筒体内，以满足某些特殊场合的需要，例如在轮船上工作时，考虑到轮船的摇摆、颠簸和震动，为了防止溴化锂水溶液进入冷凝器，而采用将发生器与冷凝器分开的三筒式。根据工作蒸气的品位高低，蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组分为单效和双效两种类型。由于受溶液结晶条件的限制，单效溴化锂吸收式制冷装置的热源温度不能很高，一般采用0.1MPa（表）的低压蒸汽，其热力系数仅在0.650.75之间，而蒸汽消耗量则高达约2.58kg/kW。为了提高热效率，降低冷却水和蒸汽的消耗量，在有较高压力的加热蒸汽可供利用的情况下，通常采用双效溴化锂吸收式制冷装置。双效溴化锂吸收式冷水机组是在机组中设有高压与低压两个发生器。在高压发生器中，采用压力较高的蒸汽（一般为0.250.8MPa）来加热，产生的冷剂水蒸气再作为低压发生器的热源。这样，不仅有效地利用了冷剂水蒸气的潜热，同时，又减小了冷凝器的热负荷，因此，装置的热效率较高，热力系数可达1.0以上。图7.25为双效溴化锂吸收式制冷装置的工作原理图。它由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、高温热交换器、低温热交换器、屏蔽泵和抽气装置等组成。图7.25 蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组循环原理图1.高压发生器; 2.低压发生器; 3.冷凝器; 4.蒸发器; 5.吸收器;6.蒸发器泵; 7.抽气装置;8. 发生器泵; 9.吸收器泵; 10.低温热交换器;11.调节阀; 12.高温热交换器在高压发生器中，送入0.250.8MPa的高压蒸汽，使稀溶液第一次发生。发生后的高温溶液经高温热交换器和凝结水换热器进入低压发生器，在低压发生器中，被来自高压发生器的高温冷剂水蒸气加热，再次发生，产生第二次冷剂水蒸气，溶液的浓度进一步提高。高温浓溶液经低温热交换器进入吸收器，与吸收器中的溶液混合，组成中间溶液。高压发生器产生的高温冷剂水蒸气，加热低压发生器中的溴化锂溶液后进入冷凝器，与低压发生器中产生的二次冷剂水蒸气一起被冷却水冷却而成为冷剂水。冷剂水经U形管节流降压后进入蒸发器，喷淋在蒸发器的管簇外表面上，吸收管簇内冷水的热量而汽化成为冷剂水蒸气。冷剂水蒸气进入吸收器，被吸收器泵喷淋的中间溶液所吸收，形成稀溶液。稀溶液由发生器泵送至低、高温热交换器，温度升高后进入高压发生器，再次被高压蒸汽加热。蒸发器管簇内的冷水因失去热量而温度降低，从而达到制冷的目的。双效溴化锂吸收式制冷机与单效制冷机相比，热效率提高了50%，蒸汽消耗量降低了30%，释放出的热量减少了25%，因此，冷却水消耗量相应减少，装置的经济性大为提高。双效溴化锂吸收式制冷机的主要缺点是高低压差较大，设备结构复杂，发生器溶液温度较高，高温下的防腐问题是一个值得注意的问题。7.3.2热水型溴化锂吸收式冷水机组热水型溴化锂吸收式制冷机以热水的显热为驱动热源，一般说来，工业余热、废热、地热以及太阳能等低品位热源，均可作为其驱动热源。根据热源温度不同，可分为单效和双效两大类。单效热水型溴化锂吸收式冷水机组的结构形式与单效热水型溴化锂吸收式冷水机组相似，可以采用单筒式，也可以采用双筒式。单效热水型溴化锂吸收式冷水机组因为加热热水温度不同又分为中温型和低温型两种形式，中温型的热水温度为80105，可制取10冷水；低温型的热水温度为105140，可制取7冷水。单效热水型溴化锂吸收式冷水机组以150200热水为热源，这种类型的冷水机组尚不多见。7.3.3直燃型溴化锂吸收式冷热水机组直燃式溴化锂吸收式冷热水机组以燃料的燃烧为驱动热源。根据所用的燃料种类分为燃油型、燃气型、双燃料型等类型。燃油型以轻油和重油为燃料；燃气型以液化气、城市煤气和天然气为燃料；双燃料型既可使用燃油也可以使用燃气。直燃式溴化锂吸收式冷热水机组这种冷热水机组一般均为双效型，其制冷循环与蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组相同，只是它的高压发生器相当于一个火管锅炉，依靠燃料燃烧生成的烟气来加热。这种机组的最大优点是夏天可用来制冷，冬天可用来供热。直燃式溴化锂冷热水机组工作原理如图7.26所示。图7.26 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组循环原理图溴化锂吸收式冷水机组具有加工简单，操作方便，可实现无级调节，运动不减少，噪声低，振动小，对臭氧层无破坏作用以及成本低，对热源品位要求不高，运行费用少等许多优点，但这种机组节电而不节能，系统COP值低，单效型热力系数仅为0.6左右，双效型为1.2左右，直燃型可达1.6左右，所以这种冷水机组只适用于有余热或电厂废热可以利用的场合。图7.27 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组外形图7.4 冰蓄冷技术冰蓄冷技术是一种显热与潜热同时利用的蓄冷方式。利用冰蓄冷设备，首先将来自蒸发器的冷水由12降至0，每公斤冷水可储存显热50kJ,再继续使0的水结成0的冰，可得到334kJ的相变潜热，两者合起来，每公斤水大约可储存384kJ的冷量。若有1m3的冰（约为924kg），则可储存355103kJ的冷量，其蓄冷能力大约是水蓄冷系统的7.7倍。7.4.1.冰蓄冷系统的种类冰蓄冷系统的种类很多，简单地可分为制冷剂直接蒸发式及载冷剂循环式两大类。（1）制冷剂直接蒸发式冰蓄冷系统制冷剂直接蒸发式冰蓄冷空调系统如图7.28所示。图7.28 制冷剂直接蒸发式冰蓄冷系统（2）载冷剂循环式冰蓄冷系统载冷剂循环式冰蓄冷系统是通过制冷剂在蒸发器中冷却载冷剂，再由载冷剂通过盘管冷却管外的冷水，使之在管壁外表面上结冰，经过两次热交换过程来实现蓄冰的。载冷剂循环式冰蓄冷过程如图7.29所示图7.29 载冷剂循环式冰蓄冷系统载冷剂循环式冰蓄冷空调系统如图7.30所示。图7.30 载冷剂循环式冰蓄冷空调系统（a）夜间制冷蓄冰过程流程图，（b）给空调系统供冷的溶冰过程流程图。载冷剂循环式冰蓄冷系统常用的载冷剂有无机盐类如氯化钠、氯化钙等水溶液，有机物如甲烷、乙烷、甲醇、乙醇、乙二醇、乙烯乙二醇、丙烯乙二醇等的水溶液。含量为25%30%的乙二醇水溶液，是目前冰蓄冷空调系统中最常用的载冷剂，这种载冷剂在0下运行不会结冰。乙二醇的物理性质如表7.7所示。表7.7 乙二醇的物理性质分子式分子量0时比重（Mg/m3）沸点（0.1MPa）冻结点（质量浓度）100%50%30%25%粘度（MPa.s）-5-10比热（kJ/kg. ）-5-10导热系数(W/m. )-5-10水中溶解度直观毒性C2H4(OH)262.01.115198-12.7-37-16-115.07.33.783.560.500.47100%无色透明液体轻微毒性7.4.2结冰形式（1）静态蓄冰静态蓄冰是指在蓄冰过程中，冰层始终附着于盘管壁外或蓄冰介质的容器内，冰层由薄到厚，直至蓄冰过程结束，冰层不断增厚而不发生脱离。随着冰层的逐渐增厚，冷却介质与水之间的传热热阻也逐渐增大。因此，静态蓄冰系统在蓄冰过程的初期，冷却介质进、出蓄冰槽的温度约为-3和0，到了蓄冰过程末期，则冷却介质的进、出温度约降低到了-6和-3，而且冰层越厚，温度越低。所以静态蓄冰系统的缺点是压缩机的蓄冰效率随着结冰厚度的增大而逐渐下降。（2）动态蓄冰动态蓄冰多采用制冷剂直接蒸发式系统。通常将蒸发器制成板片状，蓄冰槽位于蒸发器下方。当蓄冰过程开始时，由泵将蓄冰槽内的水送到蒸发器上方，水自上而下顺着板片状蒸发器的四壁流下，当水温降低至0时，即结成冰并附着在板壁上。当冰层厚度达到510mm厚时，制冷剂改变回路，将压缩机出口的高温制冷剂蒸气引入蒸发器，蒸发器板片表面被瞬时加热，使附着在板片上面的冰层内表面受热而碎裂脱落，落入蒸发器下面的蓄冰槽中。落冰完成后，制冷剂恢复原来的回路，经膨胀阀节流降压的液态制冷剂又进入蒸发器，在蒸发器内吸热制冷，水泵则继续抽取蓄冰槽中的水到蒸发器上方沿板片洒落下去，继续进行制冰过程。7.4.3.冰蓄冷设备冰蓄冷设备形式很多，根据制冰方法不同大致可分为静态制冰冰蓄冷设备和动态制冰冰蓄冷设备两大类。静态制冰冰蓄冷设备包括冰盘管式和封装件式，动态制冰冰蓄冷设备包括冰片滑落式和冰晶式等。（1）冰盘管式蓄冰设备 蛇形盘管的结构如图7.31所示。钢制连续卷焊而成的立置式蛇形盘管，盘管放置在用钢板、玻璃钢或钢筋混凝土制成的蓄冰槽内，槽体表面覆有保温层。图7.31 蛇形盘管组合结构 圆形盘管蓄冰设备的结构如图7.32所示。盘管为聚乙烯管，蓄冰桶为整体式结构，桶体材料为高密度聚乙烯板，外设保温层，内加保温材料，耐腐蚀。图7.32 圆形盘管蓄冰桶结构图a）结构示意; b）盘管内载冷剂流向 U形盘管蓄冰设备的结构如图7.33所示。盘管由耐高温和低温的聚烯烃石蜡脂喷射成型。每片盘管由200根外径为6.35mm的中空管组成，管两端与直径50mm的集管相联接。U形盘管置于钢制或玻璃钢制槽体内，也可置于钢筋混凝土槽体或筏基内，构成整体式蓄冰槽。图7.34 U形盘管蓄冰设备a）单元结构; b）盘管布置在钢筋混凝土槽体内（2）封装件式蓄冰设备这是将蓄冰介质封装在球形或板形小容器内，并将这些小容器密集地放置在密闭罐或开式槽体内，组成蓄冰设备，如图7.35所示。系统运行时，载冷剂在小容器外流动，将小容器内的蓄冰介质冻结或融化。图7.35 封装件式蓄冰设备结构示意图封装蓄冰介质的小容器有冰球、冰板和蕊心冰球等几种类型。 冰球如图7.36所示，冰球为硬质塑料空心球，球内注水，预留9%的膨胀空间，水在球内冻结蓄冷。图7.36 冰球结构示意图 冰板 中空冰板由高密度聚乙烯制成，板中充注去离子水，水在板中冻结蓄冷。冰板有秩序地放置在蓄冰槽内，如图7.37所示，冰板约占槽体积的80%。图7.37 冰板堆放示意图 蕊心冰球 又称摺囊冰球，如图7.38所示。冰球外壁由高弹性高强度聚乙烯材料制成摺皱结构，以便冰球的膨胀和收缩。球内有中空双金属蕊心作为配重，避免冰球因结冰而漂浮起来。球内充注95%的去离子水和5%的添加剂，以提高冻结效率。图7.38 双金属蕊心冰球结构示意图（3）冰片滑落式蓄冰设备冰片滑落式蓄冰设备是动态蓄冰采用的一种设备，主要由制冰机、蓄冰槽、泵及管道等组成，如图7.39所示。蓄冰时，通过泵将蓄冰槽内的水自上而下喷洒在制冰机的板状蒸发器表面，使其冻结成薄冰片。当冰层达到一定厚度时，通过制冰机上的四通换向阀，将高温制冷剂蒸气引入蒸发器，融化蒸发器表面的冰层，使冰片靠自重滑落至蓄冰槽中。图7.39 冰片滑落式蓄冰设备的工作过程a)制冰蓄冰过程; b) 融冰供冷过程（4）冰晶式蓄冰设备 冰晶式蓄冰过程是通过冰晶制冷机将乙烯乙二醇的水溶液（体积含