制冷技术基础知识

1、制冷技术与应用主讲：秦玉阳第一部分第一部分 制冷基本知识制冷基本知识 制冷就是用人工的方法制取低于周围环境的温度，并保持这个低温。一、什么是制冷：一、什么是制冷：高位容器水泵低位容器高温物体制冷机低温物体外界功外界功第一节 热力学基础知识水热量热量水应用：家用空调制冷空调把室内的热量通过室外机传给外界空气制冷是在蒸发器实现的二、工质与介质二、工质与介质工质：工质：就是工作的物质，在制冷技术中工质也 称为制冷剂，氟利昂R12、氟利昂R22、 R134a和R600a等。介质：介质：在制冷技术中，凡是可以传递热量和冷量的物质称为介质，如空气和水。三、压力三、压力P气体压力（即压强），单位是帕（帕斯卡

2、）（Pa）压力：垂直作用于物质表面的力称为压力。压强：物体单位面积上所受到的压力称为压强。在工程上将压强称为压力。用P表示。 P=F/SF气体对内壁的压力，牛顿（N）S压力F的作用面积，平方米（M2）帕斯卡Pa是我国压力的法定计量单位还有公斤/厘米2(Kgf/CM2)、标准大气压、工程大气压和毫米水银柱（mmHg）它们的关系转换：1kgf/cm2=98.0665*103pa=98.0665kpa0.1MPa1atm（标准大气压）=101.325kpa=760mmHg1at(工程大气压)=1Kgf/cm2=735.6mmHg1、表压力 是用压力表测出来的压力读数，用P表表示。 Mpa(g)2、绝

3、对压力 是指容器中的气体对于容器内壁的实际压力，用 P绝表示。 Mpa(a)三、温度三、温度 P表=P绝B（当地大气压力） P真空度=BP绝 Mpa(g)+当地大气压B =Mpa(a) 温度是表示物体冷热程度的物理量。1、摄氏温度（） 在1个标准大气压（760mmHg）下，以水的冰点为0，沸点为100，其间分100等分，每一等分为摄氏1度，摄氏温度以符号t表示。2、热力学温度（K） 在1个标准大气压（760mmHg）下，以水的冰点为273K，沸点为373K，其间也分100等分，每一等分为1K，用T表示。 可探测的最低温度？绝对零度？3、华氏温度 在1个标准大气压（760mmHg）下，以水的冰点

4、为32度，沸点为212度，其间分180等分，每一等分即为华氏1度，记为1 。三者关系为：F=（1.8t+32） t=(F-32)/1.8T=(273+t)k t=(T-273)热力学计算都是按照T来计算！四、热能物质所具有的热能即指该物质的分子所具有的动能和位能之总和，也即是内能。动能是分子无规则运动产生。热位能是由物质分子间的相对位置决定。五、热量五、热量热量Q是物质的热能转移多少的度量。单位：卡路里，简称为卡Cal。1Cal=4.2焦耳(J) kW为国际标准制冷量新单位1kW =3600kJ/h=1kJ/s=238Cal/s = 857KCal/h100万大卡=1000000KCal/h

5、1167kW六、比热六、比热使1公斤的某种物质温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量称为该物质的比热。 七、显热七、显热当物体吸热（放热），仅是使物体温度升高（降低）没有改变物质的形态，那么吸收（放出）的热称为显热。八、潜热当物体吸热（放热），仅是使物质状态发生改变，而其温度不变，那么它所吸收或放出的热就称为潜热。九、液体汽化物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化。汽化的方式：蒸发和沸腾。1、蒸发：是指在任何温度下液体表面液体表面发生的汽化现象。（喷淋水量过大不利于蒸发！）2、沸腾：是指在一定压力下液体的温度升高到某一温度时，液体内部和四壁上涌现大量气泡，整个液体剧烈汽化，在液体表面和内部同时

6、内部同时进行的汽化现象，相应的温度称为沸点。3 3、沸腾、沸腾 液体沸腾的温度叫沸点。不同液体的沸点不同。即使同一液体，它的沸点也要随外界的大气压强的改变而改变。 沸腾的条件：（1）达到沸点（2）能继续从外界吸热。4 4、蒸发（不同学科的定义）、蒸发（不同学科的定义） 定义1：物质从液态转化为气态的相变过程。 定义2：水由液态或固态转化为气态的相变过程。 定义3：发生在液体表面的汽化。 定义4：液态水转化为气态水，逸入大气的过程。 定义5：温度低于沸点时，从水面、冰面或其他含水物质表面逸出水汽的过程。 5、影响蒸发速度的因素是：液体的表面积，液体的温度，液体表面附近的空气流速；影响沸点的因素是

7、：液体表面上的气压，液体的纯净程度。 影响沸腾速度的因素：液体体积和原先的温度 6、沸腾时有气泡产生，而蒸发时则无气泡产生。 7、蒸发的微观本质为：由于分子的热运动，使液体表面的分子离开液体，进入空气中。 8、蒸发在任何温度都会进行，只是温度越高越快，反之越慢。而沸腾必须温度在沸点，且继续吸热。 在冷却塔上的体现？冬季不利于蒸发。 9、沸腾的微观本质为：由于汽化剧烈产生了气泡，不仅液体表面的分子要离开液体，液体内部气泡壁上的分子也要离开液体，进入空气中。沸腾现象中包含了蒸发现象，但蒸发现象却不包括沸腾现象。 气泡？气泡？ 白气？白气？ 沸腾时会产生气泡。实际上，沸腾前，加热到一定温度时（非沸点

8、），液体中也会产生气泡。 沸腾前液体中的气泡，并非液体汽化后的蒸气，而是原本溶解在液体中的空气。由于温度越高，气体在液体中的溶解能力就越弱，使部分原本溶解在液体中的空气在加热后无法溶解，而溢出液体。 所以鱼缸里养鱼不能用烧过的水！沸腾前的气泡，越到液体上面，就越小。原因是对液体加热时，液体上层温度比下层低，液体上层对气体的溶解能力也就比下层强。气泡中，部分在下层无法溶解在液体中的气体浮到了温度较低的上层，又溶解在了液体里，使气泡变小。沸腾前产生的气泡，绝大多数未到达液体表面就已变小消失。 而沸腾时的气泡，是液体汽化后的蒸气，这种气泡越到液体上层越大。这是因为下层的气泡在上浮的过程中，又与其它气

9、泡混合，使气泡越来越大。沸腾时产生的气泡会到液体表面后破裂。破裂后与周围沸腾的水形成水蒸气离开后遇冷液化成小水珠，即我们看到的“白气”。 在制冷技术中，氟里昂制冷剂在制冷系统蒸发器中所进行的汽化是沸腾过程而不是蒸发 过程。习惯上称为蒸发。 十、冷凝与汽化相反，当蒸气在一定压力下冷却一定温度时，它就会由蒸气状态转变化为液体状态，称这一过程为冷凝。 电冰箱的壳体里面的冷凝器发生冷凝过程。 空调室外机是冷凝器发生冷凝过程。IDC机房，冷却塔的水冷却的是冷凝器里冷凝发生的热量。吸收制冷剂冷凝的热量。冷却塔白烟冷却塔白烟 云是指停留大气层上的水滴或冰晶胶体的集合体。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太

10、阳照在地球的表面，水蒸发形成水蒸气，一旦水汽过饱和，水分子就会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围，由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。云 在水气充足、微风及大气层稳定的情况下，如果接近地面的空气冷却至某程度时，空气中的水气便会凝结成细微的水滴悬浮于空中，使地面水平的能见度下降，这种天气现象称为雾。雾的出现以春季二至四月间较多。 凡是大气中因悬浮的水汽凝结，能见度低于1千米时，气象学称这种天气现象为雾。 雾形成的条件： 一是冷却，二是加湿，增加水汽含量。它和云都是由于温度下降而造成的，雾实际上也可以说是靠近地面的云。 露水 露水是夜晚或清晨近地面的水气遇冷凝华成小冰晶然后

11、再熔化于物体上的水珠。 温度降低，空气含水汽的能力减小，大气低层的水汽就附在草上、树叶上等，并凝成细小的水珠，即露水。 露点温度露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。露点所处的温度是对应于蒸汽分压力的饱和温度。 十二、过热和过冷1、过冷水：比饱和温度低的水称为过冷。2、湿蒸气：饱和水和饱和蒸气的混合物。3、干蒸汽：水全部汽化为蒸气，而温度保持100不变，此时的蒸汽。4、过热蒸汽：干蒸汽继续加热，温度超过饱和温度100，此时的蒸汽。 5、过热：蒸汽压力一定，而温度高于该压力下相对应的饱和温度时就称为过热蒸汽。 当温度一定，而压力低于该温度相对应的饱和压力时，也称为过

12、热蒸汽。 电冰箱制冷系统中，压缩机的吸气管和排气管中流过的R12都属于过热蒸气。 6、过冷：在压力一定时，温度低于该压力下相对应的饱和温度就称为过冷。十三、湿度与露点湿度：是表征空气中含有水蒸气多少的物理量，分为绝对湿度和相对湿度。绝对湿度：是指1m3湿空气中所含水蒸汽的重量，单位：Kg/m3。相对湿度：是指某湿空气中所含水蒸汽的重量与同一温度饱和空气中所含水蒸汽的重量之比，用百分数表示。=4070较为人感到舒适。露点温度：在一定压力下，降低空气的温度，空气的相对湿度增大，当=100%对应的温度就称为空气的露点。结露在空调中的应用 在空调技术中，利用结露这一现象，使被处理的空气流过低于低于其露

13、点温度的表面冷却器其露点温度的表面冷却器，或用低于其露点温度的冷水去喷淋冷水去喷淋被处理空气，从而可获得使被处理空气冷却减湿冷却减湿的处理效果。 湿球温度：湿球温度：是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至100%相对湿度线上，对应点的干球温度。干球温度：干球温度：是空气的真实温度，可直接用普通温度计测出，称这种真实的温度为干球温度，简称温度。含湿量含湿量d湿空气中包含的水蒸气质量mv与干空气质量ma之比值称为含湿量，用符号d 表示。含湿量表示单位质量的干空气中所携带的水蒸气质量，其单位为kg / kg (A)或g/kg（A），其中k

14、g (A)表示每千克干空气。含湿量d 水蒸气质量mv干空气质量ma1m的空气有多重？密度和比容的区别？冷却塔风量对应的空气质量？蒸气压指的是在液体（或者固体）的表面存在着该物质的蒸气，这些蒸气对液体表面产生的压强就是该液体的蒸气压。 这个在水蒸气冷凝系统中经常用到。大气压力地球表面单位面积上的空气压力称为大气压力。大气压力通常用P和B表示，单位为帕或千帕。大气压力不是一个定植，它随着各地区海拔高度不同而存在差异，还随着季节的变化稍有变化。 标准大气压？水蒸气分压力水蒸气分压力 是空气中，水蒸气本身的压力。湿空气是指含有水蒸气的空气。完全不含水蒸气的空气称为干空气干空气。十四、节流 在流体通道中

15、，若流通截面积突然缩小，流体流过此处时，由于局部阻力会使液体压力降低，称为节流。在制冷系统中设置节流阀（毛细管、膨胀阀）。冷却塔管道中压力变化也主要是节流原因！在冷却塔相关计算中将计算管道助力计算。十五、焓和熵 焓：在热力学中将工质的内能与压势能之和定义为焓，用H或I表示。单位为千卡/千克，是一个状态参数。 熵：也是物质状态参数，用S表示。比焓h（在冷却塔通风量计算中讲解湿空气时具体讲） 基本定义：指1Kg干空气的比焓和d/1000Kg水蒸气的比焓的总和，单位KJ/Kg干空气，取0时空气的焓值为零，则 ： h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000 十六、热的传递方式热传导：热量从

16、物体的高温部分传到低温部分。热对流：借助液体或气体的对流流动而进行的热传递。 对流可分为自然对流和强制对流两种。自然对流是由于温度不均匀而引起的。强制对流是由于外界因素对流的影响而形成的。冷却塔的盘管散热是热传导过程包括水-管内壁水膜-管内壁-管-管外壁水膜-管外水湿空气这个在冷却塔传热学应用计算里面讲解他们的计算过程。不饱和气体不饱和液体敞口容器敞口容器密闭容器密闭容器出多进少，直到蒸发到木有分子永远处于运动中、液体永远处在蒸发状态（ -273.15绝对零度时静止除外 ）同一时间内液体表面飞出的分子数等于飞回的分子数（蒸发凝结），这时密闭容器内的液体处于饱和状态。液面上的蒸汽称为饱和蒸汽、液

17、体称为饱和液体。容器内的蒸气压力称为饱和压力。对应的气液温度称为饱和温度。水的热力性质 饱和压力 P=1at=101325pa时，饱和温度t=100饱和压力 P=0.31at=31160pa时，饱和温度t=70饱和压力 P=0.0092at=934.5pa时，饱和温度t=6水可以吸收燃烧的热量。在锅炉和核电高温热源中，水也是一种制冷剂，蒸发（沸腾）为水蒸气，再冷凝后重复利用。但是水的沸点高，热力性质不适宜做为普通制冷剂。氨和氟利昂的热力性质比水更适合。氨：氨：沸点（bp）：-33.34 C 自然环境下，就可达到沸腾状态。氟利昂广泛应用于空调系统中，氨主要应用于冷库和化工制冷系统中。氟利昂基本无

18、毒，但是破坏臭氧层，所以氟利昂里面R22快禁止使用了。经济性氨好，但氨有毒经两次爆炸一般冷库也开始用氟利昂替代氨禁用：中华人民共和国国务院令（第573号）：消耗臭氧层物质管理条例已经2010年3月24日国务院第104次常务会议通过，自2010年6月1日起施行。按照议定书最新的调整案规定，2013年生产和使用分别冻结在2009和2010年两年平均水平，2015年在冻结水平上削减10%，2020年削减35%，2025年削减67.5%，2030年实现除维修和特殊用途以外的完全淘汰。R22因为对臭氧层危害很大所以逐渐被R410A代替, R410A成为现在主流的冷媒。但由于R410A温室效应方面不够环保

19、，所以它也注定会逐渐被其他更环保的新型冷媒代替，例如R290、R32、CO2 这些不但没有危害臭氧层、对温室效应的影响也极小，压缩机厂商例如GMCC美芝、格力、华意等都在着力研发此类冷媒的压缩机。问题是R290目前还是测试阶段，因为R290属于易爆易燃的化学物质，同时也是我国自己研发的制冷剂。冷却塔的玻璃钢将来也会是R22的下场！ 制冷剂的压焓图制冷剂的压焓图定义定义:压焓图的结构如下图所示。压焓图的结构如下图所示。 以压力的对数值为以压力的对数值为纵坐标，以焓值为横坐标所构成。纵坐标，以焓值为横坐标所构成。 图中任一点代表制冷工质的某一状态；任一线代表图中任一点代表制冷工质的某一状态；任一线

20、代表工质经历的一个过程；任一封闭曲线代表制冷工质工质经历的一个过程；任一封闭曲线代表制冷工质进行的一个循环。进行的一个循环。 结构：由一点（临界点）、结构：由一点（临界点）、 二线（饱和液体线和干二线（饱和液体线和干 饱和蒸气线）、三区（饱和蒸气线）、三区（ 未饱和液体区、湿饱和未饱和液体区、湿饱和 蒸汽区、过热蒸汽区）、蒸汽区、过热蒸汽区）、 五状态（未饱和液体、五状态（未饱和液体、 饱和液体、湿饱和蒸汽饱和液体、湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽和过热蒸汽）干饱和蒸汽和过热蒸汽）十七 压焓图 以及六个等值线簇（等压力线簇、等焓线簇、等温线簇、等容线簇、等熵线簇和等干度线簇）组成。 这两条粗实线将图分为

21、三个区域：饱和液这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液体线的左边是过冷液体区，该区域内的液体体线的左边是过冷液体区，该区域内的液体称为过冷液体，过冷液体的温度低于相同压称为过冷液体，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的右边是力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的右边是过热蒸气区，该区域内的蒸气称为过热蒸气，过热蒸气区，该区域内的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度；它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域内处于气，液混合状态。域内处于气，液混合状态。等压线等压线水平线水平线；等焓线等焓线垂

22、直线；垂直线；等温线等温线液体区几乎为垂液体区几乎为垂直线。直线。 两相区内，因制冷剂状态两相区内，因制冷剂状态的变化在等压，等温下进的变化在等压，等温下进行，故等温线与等压线重行，故等温线与等压线重合，是水平线。合，是水平线。 过热蒸气区为向右下方弯过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；曲的倾斜线；等熵线等熵线向右上方倾斜的向右上方倾斜的实线；实线；等容线等容线向右上方倾斜的向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；虚线，比等熵线平坦；等干度线等干度线只存在于湿蒸只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与气区域内，其方向大致与饱和液体线式饱和蒸气线饱和液体线式饱和蒸气线相近，视干度大小而定。相近，视干度大小而定

23、。湿空气的焓湿图焓湿图的组成 以比焓h纵坐标，以含湿量d横坐标，表示大气压力B一定时湿空气各个参数之间的关系。包含五种线群：等焓线(为使图线不过密，两坐标轴间夹角为135)等温线(干球温度线)等相对湿度线水蒸气分压力线Pq热湿比线作用作用： 1.确定湿空气的状态参数状态参数； 2.表示湿空气的状态变化过程状态变化过程。湿空气焓湿图湿空气焓湿图等干球温度线等干球温度线等湿度线等湿度线(水蒸气分压力线水蒸气分压力线)等焓线等焓线热湿比热湿比等相对湿度线等相对湿度线可通过计算或软件查询相关状态参数可通过计算或软件查询相关状态参数第二部分 各种制冷方式常见制冷方法： 蒸汽蒸汽压缩式压缩式 a a、 液

24、体汽化制冷液体汽化制冷: 蒸汽吸收式蒸汽吸收式 蒸汽喷射式蒸汽喷射式 b b、 气体膨胀制冷气体膨胀制冷 蒸汽吸附式蒸汽吸附式 c c、 涡流管制冷涡流管制冷d d、 热电制冷热电制冷 蒸汽压缩式制冷最为常见蒸汽压缩式制冷首先认识四大件：压缩机、冷凝器、膨胀阀（节流阀）、蒸发器 制冷剂液体在蒸发器内以制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进入冷排出的高压气态制冷剂进入冷凝器

25、，被常温的冷却水或空气凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。的低压蒸汽再次被压缩机吸入。一、蒸汽压缩式制冷一、蒸汽压缩式制冷冷凝器和蒸发器大型中央空调包括IDC机房一般是管壳式换热器，家用小空调的是翅片式换热器汽车空调原理图汽车空调原理图二、蒸汽吸收式制冷（1）氨水吸收式制冷机）氨水吸收式制冷机 ：氨为制冷剂氨为制冷剂 ，

26、水为吸收剂，水为吸收剂（2）溴化锂吸收式制冷机：）溴化锂吸收式制冷机：水为制冷剂水为制冷剂 溴化锂为吸收剂溴化锂为吸收剂吸收式制冷机和蒸气压缩式吸收式制冷机和蒸气压缩式制冷机都是利用制冷剂的气制冷机都是利用制冷剂的气化潜热制取冷量的。化潜热制取冷量的。 蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。 整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。 系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称它为吸收是制冷的工质对。吸收剂使液体，它对制冷剂有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液加热又能放出制冷剂气体。因此，我么

27、可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸汽吸收式制冷循环。 在蒸汽吸收式制冷中，吸收器好比压缩机的吸入侧；发生器好比压缩机的排出侧；对发生器内溶液进行加热，提供提高制冷剂蒸汽压力的能量。 制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器组成。高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝，产生的高压制冷剂液体经节流后到蒸发器蒸发制冷。溶液回路由发生器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过加热是溶液中的制冷剂重新蒸发出来，送入冷凝器。另一方面，发生后的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸汽。吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要冷却吸收液。 在蒸汽吸收式制冷中，吸收器好比压缩机的吸入侧；发生器好比压缩机的排出侧；对发生器内溶液进行加热，提供提高制冷剂蒸汽压力的能量。