制冷基础及常用

1、Johnson Controls1目录目录1,1,制冷循环制冷循环2,2,冷水机组的分类冷水机组的分类3,3,制冷剂的分类制冷剂的分类4,4,空调负荷的估算办法空调负荷的估算办法5,5,空调水系统空调水系统6,6,冷水机组的启动方式冷水机组的启动方式7,7,常用资料常用资料Johnson Controls2 循环分析循环分析-影响制冷循环的几个重要因素影响制冷循环的几个重要因素环境气温环境气温过冷过冷过热过热吸气过热、蒸发压力及冷凝压力对循环的影响吸气过热、蒸发压力及冷凝压力对循环的影响Johnson Controls3过冷过冷Johnson Controls4标准制冷循环标准制冷循环压力压力

2、P冷凝冷凝蒸发蒸发制冷制冷量量输入功率输入功率压缩压缩膨胀膨胀过热过热过冷过冷Johnson Controls5单级压缩单级压缩&多级压缩多级压缩 Johnson Controls6过冷过冷&过热过热 Johnson Controls7 压压 力力焓焓吸气比容不变，制冷剂吸气比容不变，制冷剂 流量不变流量不变制冷量减小制冷量减小消耗的功率增大消耗的功率增大制冷系数降低制冷系数降低蒸发温度不变，冷凝温度增加Johnson Controls8 压压 力力焓焓吸气比容增大，制冷剂吸气比容增大，制冷剂 流量减小流量减小制冷量减小制冷量减小单位压缩功增大，压缩机功率与单位压缩功增大，压缩机功率与压比有关

3、压比有关制冷系数降低制冷系数降低冷凝温度不变，蒸发温度降低Johnson Controls9试在压焓图上（试在压焓图上（R-22）描绘某制冷系统在下表所示工况下的制冷循环描绘某制冷系统在下表所示工况下的制冷循环过程并计算制冷效果、压缩比功及制冷系数（过程并计算制冷效果、压缩比功及制冷系数（COP）。）。蒸发温度： 4， 冷凝温度： 40压缩机吸气过热度（假设过热发生在蒸发器内）：5冷凝器出口过冷度：5 压压 力力 焓焓123237404359ABCD查查R22对应的压焓图得到以下数据：对应的压焓图得到以下数据：A：温度4，比焓38Btu/lb，B: 温度9，比焓110Btu/lb，C: 温度6

4、6，比焓121Btu/lb，计算得到：计算得到：制冷效果hB- hA=110-3872Btu/lb压缩功hC- hB=121-11011Btu/lb制冷系数72/116.54练习Johnson Controls10 冷水机组的分类Johnson Controls11四大部件的形式四大部件的形式速度型速度型双螺杆双螺杆单螺杆单螺杆风冷式风冷式干式壳管式干式壳管式满液式壳管式满液式壳管式风冷式风冷式干式壳管式干式壳管式满液式壳管式满液式壳管式固定孔板固定孔板可变孔板可变孔板热力膨胀阀热力膨胀阀电子膨胀阀电子膨胀阀毛细管毛细管孔板节流孔板节流水冷式水冷式水冷式水冷式容积压缩容积压缩型型螺杆式螺杆式离

5、心式离心式涡旋式涡旋式旋转式旋转式活塞式活塞式制制冷冷系系统统四四大大部部件件换热盘管换热盘管换热盘管换热盘管压缩机压缩机冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器节流装置节流装置Johnson Controls12制冷剂应具备的一般性质制冷剂应具备的一般性质 化学性质：无毒性、刺激性、对人体健康无损害；具有化学稳定性，不化学性质：无毒性、刺激性、对人体健康无损害；具有化学稳定性，不 燃烧，在使用温度范围内不分解不复合成高沸点物质燃烧，在使用温度范围内不分解不复合成高沸点物质 热力学性质热力学性质 ：蒸发压力相近或稍高于大气压力（：蒸发压力相近或稍高于大气压力（101KPa），），减少空气渗减少空气渗 漏，降低

6、制冷能力；冷凝压力不要过高，以提高冷凝器的安全性、密封性漏，降低制冷能力；冷凝压力不要过高，以提高冷凝器的安全性、密封性 冷凝压力和蒸发压力差值小，以减少压缩比和结构尺寸；冷凝压力和蒸发压力差值小，以减少压缩比和结构尺寸； 制冷剂制冷剂 蒸发温度蒸发温度 饱和蒸发压力饱和蒸发压力 冷凝温度冷凝温度 饱和冷凝压力饱和冷凝压力 压差压差 C Kpa C Kpa Kpa R123 5 41 40 154 113 R134a 5 350 40 1016 666 R22 5 531 40 1534 1003 制冷剂的性能Johnson Controls131987年年9月由在联合国环境属月由在联合国环境

7、属(UNEP)组织的组织的“保护臭氧层公约关于含氯氟烃议定书全权代表大会保护臭氧层公约关于含氯氟烃议定书全权代表大会”在加拿大蒙特利尔召开。来自在加拿大蒙特利尔召开。来自36个国家、个国家、10个国际组织的个国际组织的140名代表和观察员出席了会议。中国名代表和观察员出席了会议。中国政府也派出了代表参加。在大会上通过了政府也派出了代表参加。在大会上通过了关于消耗议定书臭氧层物质的蒙特利尔议定书关于消耗议定书臭氧层物质的蒙特利尔议定书确定主要的臭氧破坏物质为：确定主要的臭氧破坏物质为：n CFC-11, 12,113,114,115, 以及含有以上任何物质的混合工质例如：以及含有以上任何物质的混

8、合工质例如：R-500, 502制定了限制生产量时间表制定了限制生产量时间表到到1993年底已有年底已有112个国家加入了该协定个国家加入了该协定第一个国际性的为了防止环境的进一步恶化而制定的环境公约。第一个国际性的为了防止环境的进一步恶化而制定的环境公约。蒙特利尔协定Johnson Controls14CFC-11 = 1.0CFC-12 = 1.0R-500 = 0.74HCFC-22 = 0.055HCFC-123 = 0.02HFC-134a = 0.0R-717 = 0.0R-718 = 0.0已禁用的工质已禁用的工质过渡工质，禁用时间为过渡工质，禁用时间为2030年以后年以后发展中

9、国家滞后发展中国家滞后10年年无限期使用的工质无限期使用的工质Johnson Controls15冷负荷计算方法1.冷负荷系数法：是建立在传递函数法的基础上，以便于 在工程上进行手算的一种简化计算方法。2.冷负荷估算指标： Q=qFQ=qF Q-建筑物空气调节系统总冷负荷 W q-建筑面积的冷负荷指标 W/ m F-空调面积 m2 空调冷负荷的估算办法Johnson Controls16热负荷计算方法1.窗墙比公式法：当已知外墙面积、窗墙比及建筑面积时，采暖供热指标可按下式估算： q=1.163(6a+1.5)W(tn-tw)/F W式中 q-建筑物采暖负荷热指标，W/ m2； a-外窗面积与

10、外墙（包括窗）面积之比； F-总建筑面积，m2; W-外墙总面积（包括窗），m2 tn-室内采暖设计温度，； tw-室外采暖设计温度，2.单位面积热指标法：只知道建筑物面积 Q=qF Q-建筑物空气调节系统总热负荷 W q-建筑面积的热负荷指标 W/ m F-空调面积 m2 空调热负荷的估算办法Johnson Controls17冷水机组基本知识冷水机组基本知识定义n 热平衡 蒸发吸热量冷冻水流量(l/s)*4.18*T + 压缩机功耗1.732*U*RLA*COS - = 冷凝放热量=冷却水流量(l/s)*4.18*T 蒸发吸热量COP = - 压缩机功耗Johnson Controls18

11、冷水机组基本知识冷水机组基本知识基本概念n kW = 机组功耗或制冷量。n 冷吨（Tons）是指蒸发吸热量。n 蒸发冷吨 = GPM x 温差 (F) / 24n 12,000 Btuhn 24小时内1吨零度的水变为零度的冰所需的冷量n 1冷吨3.516 kW=3024大卡n 1 kW860大卡n 制冷量kW=水流量（L/S）*温差（ 0C ）*4.184Johnson Controls19ARI 与机组效率与机组效率NPLV为非标准部分负荷效率。IPLV则为ARI标准工况下的部分负荷效率。 IPLV (NPLV)=1/（0.01/A+0.42/B+0.45/C+0.12/D）A=在100%负

12、荷时的 kW/tonB=在75%负荷时的 kW/tonC=在50%负荷时的 kW/tonD=在25%负荷时的 kW/tonJohnson Controls20单位转换单位转换Johnson Controls21 空调水系统吸入式和压入式空调水系统吸入式和压入式空调水系统中，水泵的安装方式通常有压出式和吸入式两种。见图6和图7，吸入式水系统吸入式水系统是高层建筑常用的空调水系统方式，其特点是能减小制冷机蒸发器及冷凝器承受的压力减小制冷机蒸发器及冷凝器承受的压力，因而被广泛采用。但吸入式系统并不适用于所有情况，如某工程建筑高度为20m，冷热水机组布置在一楼，冷却塔及膨胀水箱布置在屋顶，采用图6所示

13、的吸入式系统，因冷冻水、冷却水系统静压仅20m，而冷凝器、蒸发器的阻力损失为1418m，加上管道系统的阻力，导致循环水泵吸入口处出现负压，从而产生气蚀和水击现象，系统不能正常运行。将吸入式系统改为压出式系统后，水系统恢复正常。普通的制冷机的蒸发器和冷凝器工作压力一般为1MPa，笔者认为，静压小于50米的空调水系统采用压出式系统方式较合理，不会造成蒸发器和冷凝器承压过大，也不会产生气蚀，当空调水系统静压大于50米时，则采用吸入式水系统以降低系统工作压力。 Johnson Controls22水泵的布置位置对系统承压的影响水泵的布置位置对系统承压的影响 水泵布置在制冷机组的吸入侧，制冷机组水侧承压

14、为系统最高。水泵布置在制冷机组的抽出侧，制冷机组的水侧承压，将减少相当于水泵扬程的值，而系统的最高承压点也会减少稍大于制冷机组蒸发器水侧阻力的值。空调末端和膨胀水箱的承压没有改变。因此在高层的水系统设计中，可以通过改变水泵的布置，来解决制冷设备高承压的问题。 Johnson Controls23空调水系统形式空调水系统形式从舒适性角度分为从舒适性角度分为两管制两管制和和四管制四管制n 两管制：冷热水共用同一套系统，节省初投资，舒适性稍差。两管制：冷热水共用同一套系统，节省初投资，舒适性稍差。n 四管制：舒适性好，但初投资高四管制：舒适性好，但初投资高从阻力平衡角度分为从阻力平衡角度分为同程式同

15、程式与与异程式异程式n 同程式同程式：系统阻力平衡性好，易调试，初投资高：系统阻力平衡性好，易调试，初投资高n 异程式异程式：系统阻力平衡性差，不易调试，初投资低：系统阻力平衡性差，不易调试，初投资低Johnson Controls24热盘管冷盘管热水供水管 冷水供水管 冷水回水管 热水回水管RT温控器控制阀四管制系统应用四管制系统应用Johnson Controls25热水供水管 热水回水管 冷水回水管冷热共用盘管顺序阀 冷水供水管温控器RT两管制系统应用两管制系统应用Johnson Controls26同程管路布置同程管路布置Johnson Controls27异程管路布置异程管路布置Jo

16、hnson Controls28冷水机组系统形式冷水机组系统形式定流量一次系统n 末端采用三通阀或无水流量调节装置一次/二次系统n 机组水流量恒定，末端水流量变化一次变流量系统n 水流量变化范围有限Johnson Controls29一次定流量系统一次定流量系统Johnson Controls30一次定流量系统一次定流量系统Johnson Controls31一次定流量系统一次定流量系统一般用于小冷量系统末端没有变流量措施或采用三通阀变流量运行机组能耗较高Johnson Controls32一次一次/二次系统二次系统Johnson Controls33一次一次/二次系统二次系统Johnson

17、Controls34一次一次/二次系统二次系统Johnson Controls35一次一次/二次系统二次系统Johnson Controls36一次一次/二次系统二次系统应用广泛节能效果明显负荷控制n 负荷降低时，变频水泵减小二次侧水流量，部分水流量通过旁通管流回冷水机组，冷水机组水流量恒定。n 当二次侧水流量大于一台机组的水冷量时，关掉其中一台冷水机组及水泵，其它机组正常运转n 反之负荷增加时，通过旁通管的温度控制启动机组n 系统控制需要在旁通管上加流量计及温度传感器来控制机组起停，同时在末端远端需要压力传感器用于控制二次泵Johnson Controls37一次变流量系统一次变流量系统Jo

18、hnson Controls38一次变流量系统一次变流量系统应用普遍控制逻辑n 冷水机组铜管内流量控制在0.9-3m/s之间。n 在中国的常规空调系统中，冷水机组为整个空调系统的耗电主体，冷冻水泵一般只占到空调系统耗能的10%左右，因此冷水机组的节能是空调系统节能的重点，而且对于采用单级压缩的离心机制造厂家来说，电机通过齿轮传动，压缩机叶轮转速较高，有很大的节能空间。 n 水泵首先随负荷减少而降低流量，当流量降低到最低流速限制时，保持流量。当经过旁通管的流量大到一台机组流量时，关掉其中一台机组，流量继续随负荷变化，直到最小水流量。n 系统需要水流计感知旁通管流量，同时需要温度传感器，感知水温以

19、用于负荷提升过程。Johnson Controls39一次泵变流量系统的控制逻辑Johnson Controls40冷水机组的启动方式冷水机组的启动方式传统启动器现代软启动器直接启动星三角自耦软启动变频启动电流58Ie1.82.6Ie1.74Ie05Ie01.5Ie启动转矩0.51.5Te0.5Te0.40.85Te01Te01.5Te启动方式恒压恒压分步恒压分步恒流，线性斜压变压变频启动特性冲击力矩大2次冲击转矩2次冲击转矩力矩均匀平滑恒转矩冲击电流很大，1次2次2次及以上1次1次启动级数122次及以上连续无级连续无级启动时间不可调可调可调可调可调执行元件开关开关自耦元件晶闸管变频器John

20、son Controls41冷水机组冷水机组传统星三角起动方式接线示意图传统星三角起动方式接线示意图接油泵1.5KW 星三角启动柜6根动力线接电机接线盒8根2.5MM2铜线接外电接地线 Johnson Controls42离心式冷水机组离心式冷水机组变频变频/固态软起驱动方式接线示意图固态软起驱动方式接线示意图 3根动力线接变频/固态启动柜 接地线 05102040满载电流满载电流100%200%300%400%500%电机满负荷电流电机满负荷电流 FLA (%)时间时间 (sec)星三角起动器星三角起动器Millennium 变频驱动器变频驱动器67倍冲击电流固态软起动Johnson Controls44常用资料常用资料1,冷水机组的基础图2,冷水机组的维修空间要求3,冷水机组的水质要求4,空调末端产品的接管方向判断5,空调机组的存水弯示意图 6,空调机组的基础示意图Johnson Controls45机组的基础尺寸图及基础制作要求机组的基础尺寸图及基础制作要求Johnson Controls46机组