制冷基础知识

1、制冷基础知识一、制冷术语：什么叫工质？凡是用来实现热能与机械能的转换或用来传递热能的工作物质统称为工质。在制冷装置中，不断循环流动以实现能量转换的工作物质称为工质。也是制冷系统中完成制冷循环的工作介质。例如：氟利昂、氨、水等。什么叫制冷剂？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体。制冷机借助于制冷剂的状态变化，达到制冷的目的。什么叫载冷剂？载冷剂也称冷媒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，送到冷却设备中，吸收被冷却物体或环境的热量，再返回蒸发器被制冷

2、剂重新冷却，如此不断的循环，以达到连续制冷的目的。载冷剂传递冷量是依靠显热作用，而不象别的制冷剂那样依靠蒸发潜热来实现制冷。例如：空气、水、盐水、有机化合物及其水溶液等。二、制冷系统中的工作参数的概念1、温度：温度是表示物质冷热程度的量度。常用的温度单位（温标）有三种：摄氏温度、华氏温度、绝对温度1）摄氏温度（t,C）：我们经常用的温度。用摄氏温度计测得的温度。2）华氏温度（F，下）：欧美国家常用的温度。3）绝对温标（T,oK）:一般在理论计算中使用。三种温度单位之间换算：A、华氏温度F（下）=9/5X摄氏温度t（C）+32（已知摄氏温度求华氏温度）B、摄氏温度t（C）=华氏温度F（T）-32

3、X5/9（已知华氏温度求摄氏温度）例：F（下）t（C）2121003205-150C、绝对温标T（oK）=摄氏温度t（C）+273（已知摄氏温度求绝对温度）例：t（C）T（oK）-30243-10263273303302、压力（P）:在制冷中，压力是单位面积上所受的垂直作用力，即压强。通常用压力表、压力计测得。1）压力的常用单位有：Mpa（兆帕），Kpa（千帕），Pa（帕），bar（巴或巴帕）,kgf/cm2（平方厘米公斤力），atm或Bo（即标准大气压,一般看作是：1bar、），at（工程大气压）,mmHg毫米汞柱），mmHO（毫米水柱）。2）换算关系：1Mpa=1000Kpa=106Pa=

4、10bar=10atm=10at=mmHg=kgf/cm21B0=760mmHg=bar=Mpa工程上一般用：1bar（巴或巴帕）=（兆帕）=100Kpa（千帕）=105Pa（帕）弋1kgf/cm2（平方厘米公斤力）1atm或R（标准大气压尸1at（工程大气压尸760mmHg（毫米汞柱）1mmHg（毫米汞柱）=1托=Pa（帕）1mmH2O（毫米水柱）=Pa（帕）3）几种压力表示法：（1）大气压（BQ）空气对地球表面所产生的压力。大气压的大小与位置高度和温度有关，所以规定了标准大气压，其值为。绝对压力（Pj）：在容器中，分子热运动而对容器内壁产生的压力。用Pj或P绝来表示。制冷剂热力性质表中的压

5、力一般为绝对压力。（2）表压（Pb）:制冷系统中用压力表测得的压力。用Pb或P表来表示。一般认为：表压加上1bar、或，就是绝对压力。（3）真空度（H）:容器内的绝对压力小于当地大气压的数值，即当表压是负值时，它的绝对值就是真空度。对于制冷系统来说，就是制冷系统低于外界大气压力。用H或P真表示。H=B0-Pj或H=IPj-B0Io一般不加说明时压力均指表压。3、气化、蒸发、沸腾、沸点1）气化：是指物质从液态变成气态的现象。气化有蒸发和沸腾两种形式2）蒸发：是指在任何温度下的液体表面进行的气化现象。如盘中的水在室温下水量会慢慢的减少直至消失的现象，还有水变水蒸气的现象。3）沸腾：是指液体通过各种

6、途径吸热使温度升到沸点时，在液体内部进行的剧烈气化现象。但在制冷过程中，制冷剂的汽化被习惯称为蒸发。4）沸点：是指液体在饱和状态下的饱和温度。也就是制冷技术中所说的蒸发温度。4、比热、显热、潜热1）比热：1克的物质温度升高1C所需的热量即为该物质的比热。单位为KJ/即千焦/千克K或Kcal/即千卡/千克C。2）显热：仅使物体温度升高或降低，但并没有改变物体的形态，那么物体所吸收或放出的热称为显热。如冷水变热水所吸的热为显热表压是容器内气体压力与大气压（B0）的差值Pb=Pj-B0:3）潜热：仅使物体状态发生改变，但其温度不变，那么物体所吸收或放出的热称为潜热。如制冷剂从液体变气体沸腾时所吸的热

7、就是潜热。单位为J/g（焦耳/克）或KJ/Kg（千焦/千克）。5、制冷剂热力性质表：制冷剂热力性质表列出了制冷剂在饱和状态的温度 （饱和温度） 和压力 （饱和压力） 等参数。R717 （氨） 、R22饱和状态温度、压力对照表.制冷剂在饱和状态的温度和压力是一一对应的。1）什么是饱和状态？饱和状态就是制冷剂气体和液体共存的状态。一般认为：蒸发器、冷凝器、气液分离器（氨分）、低压循环桶里的制冷剂是处于饱和状态的。处于饱和状态下的蒸汽（液体）称为饱和蒸汽（液体），饱和蒸气也称为干饱和蒸气；所对应的温度、压力称为饱和温度和饱和压力。在制冷系统中，对于一种制冷剂来说，其饱和温度与饱和压力是一一对应的，饱

8、和温度越高，饱和压力也越高。制冷剂在蒸发器中蒸发以及在冷凝器中冷凝都是在饱和状态下进行的，所以蒸发温度与蒸发压力、冷凝温度与冷凝压力也是一一对应的。对应关系可查制冷剂热力性质表。2）查表练习：（1）氨（R717）蒸发温度C蒸发压力（绝对）蒸发压力（表压）2MpaMPa-15MpaMPa-25MpaMpa-33MpaMpa-35MpaMpa(真空度为mmHg)冷凝温度c冷凝压力（绝对）冷凝压力（表压）30MpaMPa35MpaMPa40MpaMpa(2)氟里昂22(R20蒸发温度C蒸发压力（绝对）蒸发压力（表压）2MpaMpa-15MpaMpa-25MpaMpa-33MpaMpa-35MpaMp

9、a冷凝温度C冷凝压力（绝对）冷凝压力（表压）30MpaMPa35MpaMPa40MpaMpa7、蒸发、吸气、排气、冷凝的压力和温度1）蒸发压力（温度）：是指液体制冷剂在蒸发器内蒸发沸腾时的饱和压力（温度）。蒸发温度与蒸发压力呈一一对应关系。 蒸发温度可以通过回气压力表的读数换算成绝对压力后， 查制冷剂的热力性质表得到。蒸发温度一般比库温低10度左右。按设计规定：冷却间的蒸发温度为-810C；冻结物冷藏间的蒸发温度为-28C；冻结间的蒸发温度为-33C。制冷系统最佳的蒸发温度是根据制冷工艺要求而决定的，如以水或盐水为载冷剂时，则蒸发温度比载冷剂出口温度低46C；以空气为载冷剂用风机强制循环时，则

10、蒸发温度比空气温度低510C；当空气为自然对流时，则蒸发温度比库温低1015C。当在一定的冷凝压力下，蒸发温度过高或过低都是不利的。蒸发温度过高，满足不了系统的降温要求；蒸发温度过低，则制冷量下降，单位制冷量耗功增加。决定蒸发温度和蒸发压力的主要因素是制冷剂的蒸发量与压缩机吸气量之间的关系。 如果蒸发量等于压缩机的吸气量，则蒸发压力与蒸发温度会稳定不变。反之，则会引起蒸发压力与蒸发温度的升高或降低。影响蒸发量和吸气量的因素主要与库房的热负荷、蒸发器的传热面积和压缩机的容量有关。在实际操作中，通过节流器来改变蒸发量与吸气量之间的关系，是调节蒸发温度和蒸发压力的基本方法。在冷凝温度不变时，蒸发温度

11、越高，制冷量应增加。2）压缩机的吸气压力（温度）：压缩机吸气口处制冷剂气体的压力（或温度）。可以通过压缩机吸气压力表（或温度计）观测到。由于回气管道存在流动阻力，所以吸气压力比蒸发压力略低，而吸气温度总是高于蒸发温度（其差值称为过热度），一般高出510C。氟利昂系统吸气过热度增加可使制冷量略有增加，一般控制在515C；氨系统吸气过热度过高是有害的，一般控制在58C。在制冷系统中，如果吸气压力过低，将引起压缩比增大、油压过低和制冷效率降低等不良后果。因此，压缩机的安全保护上都装有低压控制器，以保证压缩机运行的经济性和安全性。引起吸气压力过低的主要原因有：蒸发压力过低、回去管道堵塞或吸气阀开得过小

12、等。而吸气温度过低，则有可能吸入湿蒸汽，导致压缩机发生液击；如吸气温度太高，必将提高压缩机的排气温度，使制冷量下降，功耗增大；因此吸气过热度太大或过低，都会对系统不利。制冷系统开始调试时，调节节流机构的开启度，只要排气压力允许，压缩机能正常运行，应尽量提高吸气压力。3）排气压力（温度）：是指制冷剂蒸汽经压缩机压缩后排出排气口处的压力（温度）。可以通过压缩机排气压力表（或温度计）观测到。排气温度也可以用吸气状态和排气压力在压始图上查得。由于冷凝器盘管的管道阻力，使排气压力比冷凝压力略高。排气温度取决于吸气压力Po、排气压力PK、压缩比（PK/PO）、吸气过热度和干度，吸气温度过高或压缩比较大，都

13、会使排气温度升高。在其他参数不变的情况下，压缩机吸、排气压差越大，排气温度越高；吸气过热度越大，排气温度越高。压缩比是指气体被压缩后的绝对压力与压缩前的绝对压力之比，称为压缩比，又称“压力”比。在制冷压缩机中，通常以冷凝压力（绝对压力）与蒸发压力（绝对压力）之比代替。为方便起见，制冷系统的蒸发压力与冷凝压力都在压缩机的吸、排气口检测。即通常称为压缩机的吸、排气压力。在使用氟利昂制冷剂的单级活塞压缩机的压缩比一般不超过10,而使用氨的单级活塞压缩机的压缩比一般不超过8;对于单级螺杆压缩机，因采用喷油冷却，其压缩比比活塞压缩机的大一些；对于单级离心式压缩机的压缩比比活塞压缩机的小得多，即使用氟利昂

14、也只能达到4左右。如果压缩比过高将会使压缩机的吸气量减少，相应的输气量减少；压缩终了的温度过高，相应的排气温度升高，造成润滑油变稀甚至挥发分解和碳化，则会降低传热效果和恶化压缩机的润滑条件；制冷剂经节流损失增大，节流后制冷剂的干度增大，制冷量和制冷性能下降；故对压缩机的可靠性和经济性均不利。在通常情况下，压缩机冷凝压力一般变化不大，而压缩比增大的主要原因是蒸发温度低引起蒸发压力降低所致。排气温度过高，会引起润滑油黏度下降，使润滑效果变差，易造成运转部件的损坏。另外当排气温度升高到接近润滑油闪点时，还容易出危险。为了保证压缩机的安全正常运行，规定R12系统的排气温度不能超过130C；R22、R7

15、17和R502以及氨单机系统不能超过150C。对于螺杆压缩机，R22和R717系统不能超过105C；R12不能超过90Co4）冷凝压力（或温度）：是指制冷剂在冷凝器内由气体冷凝成饱和液体时的压力（或温度）。冷凝温度可以通过冷凝压力表的读数和查制冷剂的热力性质表求得。它对系统运行的经济性、安全性都有直接、重大的影响。据计算在蒸发温度不变的情况下，冷凝温度在2540c内，每升高1C增加耗电量%右。如冷凝温度过高，将使排气温度过高，润滑油大量挥发进入换热器，造成换热效率降低。止匕外，冷凝温度过高相应会使冷凝压力过高，将使系统失去安全运行的保证，所以规定R22和R717制冷系统冷凝温度不得高于40C,

16、冷凝压力不得高于表压；R12制冷系统冷凝温度不得高于50C,冷凝压力不得高于表压。在蒸发温度不变时，冷凝温度升高，制冷量应减少。在蒸发温度不变时，冷凝温度升高，压缩机消耗功率应增加。在蒸发温度不变时，冷凝温度升高，压缩机排气温度应增高。冷凝温度的高低，取决于冷凝器的传热面积、热阻、冷却介质的温度、流量和流速，以及压缩机的排气温度和排气量等。 在压缩机和冷凝器选定之后， 水冷式冷凝器的冷凝温度主要取决于冷却水温度和冷却水量。如果出水温度高，冷凝温度和冷凝压力也高，从而增加压缩机的耗电量；但是用水量减少，水泵可省电。因此，通常水冷式冷凝器的冷凝温度一般比冷却水的出水温度高35c。风冷式冷凝器的冷凝

17、温度一般比空气温度高1015c.5）中间压力（温度）：在两级压缩的系统中，制冷剂在中间冷却器上的压力和对应的饱和温度。可从中间冷却器上压力表的读数，查制冷剂的热力性质表得到。中间压力和温度在一定范围内随高、低压级压缩机的工作容积、冷凝压力和蒸发压力的变化而变化。在系统运行操作中，中间压力和温度不能随意调节，只能控制中间冷却器的供液量，以保证中间冷却器的正常液面。8、过热蒸汽和过热度、过冷液体和过冷温度：1）在一定压力下，蒸汽的温度高于对应压力下的饱和温度，称为过热蒸汽。为保证压缩机的安全运转，防止液击现象，吸气温度（即吸入压缩机进气阀处的制冷剂温度）必须比蒸发温度要高一点，也就是要使制冷剂气体

18、变成过热气体，应有一定的过热度（即压缩机吸气温度与蒸发器内饱和蒸发温度的差值）。2）吸气温度超过饱和蒸发温度的差值称为吸气过热度。A、在氨制冷系统中，为了保证压缩机完全运行，防止液击，并且使回气管绝热层的造价不至于过高，允许吸入气体稍有过热，一般情况下，吸气过热度一般要求控制在510COB、在氟利昂制冷系统中，对于没有回热器或气液过冷器的情况下，吸气温度应比蒸发温度高5c左右；对于有回热器或气液过冷器的情况下，吸气温度应比蒸发温度高15C左右；但其吸气温度最高不得超出15Co如吸气过热度太大，必将引起压缩机的排气温度过高，使冷凝器热负荷增加，制冷量下降，功耗增大；如吸气过热度过低，则有可能吸入

19、湿蒸汽，导致压缩机发生液击；因此吸气过热度太大或过低，都会对系统不利。3）在一定压力下，液体的温度低于对应压力下的饱和温度，称为过冷液体。制冷剂蒸气在冷凝器中被冷却水或空气完全冷凝成液体时，此时的液体是饱和液体。饱和液体若在冷凝器（或过冷器）中进一步冷却，其温度低于饱和温度.就成为过冷液体。4）饱和液体温度和过冷液体温度之差称为过冷度、制冷剂的过冷度一般为5c左右液体温度低于饱和温度的数值称为液体过冷度。过冷度可从节流装置前液体管上测得。制冷剂的过冷对提高制冷系数是很有益的。在一般的制冷机中，进入节流装置的制冷剂液体一般都不是饱和液体，而是过冷液体。采用过冷液体是为了增加制冷量，提高制冷系数。

20、它还能减少经过节流部件时的节流损失，提高制冷系数。为使制冷剂过冷，除确保冷却水的流量和压力外，还要尽量采用温度低的冷却水；对于风冷式冷凝器，就要保证空气流速和流量，并尽可能采用较低温度的空气。液体过冷一般发生在冷凝器底部、蒸发器内、中间冷却器内。制冷剂液体经过再冷却后，其单位质量制冷量增加；因此，节流阀前液体过冷有利于提高制冷效率。如液体过冷度小，侧会使制冷剂液体出现闪发气体（即液体制冷剂中的一部分因突然降低而汽化所生成的气体），造成膨胀阀供液量不足，降低制冷能力。9、温差：1）传热温差：指传热壁两侧的两种流体的温度差。温差是热传递的推动力。比如：制冷剂与冷却水；制冷剂与盐水；制冷剂与库房的空

21、气之间均存在温差。由于传热温差的存在，使得被冷却物温度比蒸发温度高；冷凝温度比冷凝器冷却介质温度高。10、湿度：湿度是指空气的潮湿程度。湿度是影响换热的一个因素1）湿度的三种表示方法:（1）绝对湿度（Z）:每立方米空气含有水汽的质量。（2）含湿量（d）:一千克干空气含有的水汽量（g）0（3）相对湿度（小）:表示空气实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。在一定温度下，一定量的空气只能容纳一定的水汽，超过这一限度，多余的水汽就会凝结成雾，这种一定限量的水汽量称为饱和湿度。在饱和湿度下，有对应的饱和绝对湿度ZB,它随空气温度变化而变化。在一定温度下，空气湿度达到饱和湿度时称为饱和空气，它不能再接受更多

22、的水汽；能够继续接受一定量水汽的空气称为未饱和空气。未饱和空气的绝对湿度Z与饱和空气绝对湿度ZB的比值即相对湿度。（I）=Z/ZBX100%用它来反映实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。11、什么是体积、比体积、相密度？（1）体积是工质所占据的空间，。常用v（即大V）表示。对于7体和固体，v就是体积动的空间。（2）比体积是体积除以质量，即单位质量的工质所占有的体积。符号为v（即小v,工程热力学中约定用小写字母表示单位质量工质的参数），单位为nVkg。如果质量为m的工质占有的体积为V,则工质的比体积为：v=V/m0由于工质的比体积随温度和压力而变化，实用中往往需要规定某一状况为标准状态。国际上把

23、压力为101325Pa,温度为0c（即）的状态规定为标准状态。(3)密度是质量除以体积，即单位体积工质的质量称为密度，符号为P,单位为kg/m3。显然，比体积与密度互为倒数，即：p=vp=1。比体积和密度都是说明工质在某一状态下分子疏密程度的物理量，二者互不独立，通常以比体积作为状态参数。12、热量、热能和功功和热量是系统与外界之间通过边界(即系统与外界的分界面)进行能量传递的两种本质不同的方式。功和热量都不是系统的状态参数，而是过程量。(1)热能是物质内部的分子不停地作无规则的运动所具有的能能量。热能的大小用温度来表示。温度越高，分子运动越剧烈，物体的热能也就越多；温度低，分子运动就缓慢，物

24、体的热能就少。温度就是表示物体热或冷的程度，热和冷是相对的，它们都是表示物体所含热能的多少。增加物体的热能叫做加热；移去物体的热能叫做制冷。(2)热量是能量的一种形式。它是表示物体吸热或放热多少的物理量。当温度不同的两个物体相接触时，两者温度逐步趋于一致，发生了热能从温度较高的物体向温度较低的物体转移，此时物体所放出或吸收的能量称为热量。 在法定计量的符号为Q,单份为J(焦耳)0因温度变化而引起的热量变化的计算式为Q=mCp(tt2)式中Q一热量(J);m一物体的质量(k5);ti、t2物体的初始与终了温度（K）o热力学中规定，当物体吸热时热量取正号；放热时取负号。米制的热量单位为cal（卡）

25、，英制单位为Btu（英热单位）。它们与法定计量单位之间的关系为：cal（卡尸1Btu（英热单位）=1055J（3）功热力学中，功是指除温差以外的其他不平衡势差所引起的系统与外界之间传递的能量。热力学所涉及的功包括容积功和流动功。A、容积功是在工质与外界间的压力差的作用下，工质的容积发生变化，工质对外界所作的功（膨胀功）或外界对工质所作的功（压缩功）的统称。B、流动功是在制冷和空调中，系统中的工质流动时所作的功。13、什么叫冷吨？单位如何换算？冷吨是冷冻吨的简称，是指1吨0c的水在24h内变为0c的冰所需的制冷量。表示空调的制冷能力。进口设备有采用此单位的。冷吨不是法定计量单位，各国冷吨的实际大

26、小也不一致。它们与法定计量单位的换算如下：1USRT（美国冷吨）=3024kca1/h（千卡/时）；1BRT（英国冷吨）=3.923kW=3373kca1/h（千卡/时）；lJRT（日本冷吨）=3320kca1/h（千卡/时）1冷吨=3000kcal（大卡即千卡）Cp比定压热容J/（kgK）；1kW（千瓦）=860kcal/h（千卡/时）1kcal（千卡）=Btu（英热单位）lBtu（英热单位）=252cal（卡）1kcal（千卡）=427kgm匹克米）14、什么是热力学能（内能）热力学能也称内能。热力学能是指以一定方式储存于物质内部的能量。从微观上看，热力学能包括分子移动、转动、振动的动能及

27、分子间由于相互作用力的存在而具有的位能。热力学能的符号为U,单位为J。通常将零摄氏度状态的气体的热力学能定义为零，各种状态下工质的热力学能可在有关图表中查得。对于热力学封闭系统，U=Q十W式中4U-系统热力学能的变化量（J）;Q传给系统的能量（J）;W对系统所作的功（J）。在理想压缩过程中，制冷剂蒸气得到外界的压缩功，根据热力学第一定律，这些能量必然转换成内能储存在制冷剂内部、使其温度、压力升高，从而能够通过冷凝器把热量释放给周围的冷却介质。15、什么是始和比始？始是状态参数.在数值上等于系统的热力学能和压缩功之和。也就是一个内能与压力位能之和的复合状态参数。是随物质一起转移的能量。始的符号为

28、H.单位为JoH=U十PV式中U内能(J);P压力(Pa),V一一容积(m3)o显然，P、V及U均为状态参数，故H也是一个状态参数。制冷系统的分析计算中常用比始(质量始)，即单位质量工质的始。比始是始除以质量，符号为h,单位为J/kg。比始具有能量的意义。16、什么是嫡和比嫡?嫡是一种导出的热力状态参数。嫡的符号为S,单位为J/K。当温度为T的系统接受微小的热量dQ时，如果系统内未发生不可逆变化，则系统的嫡增为dQ/dT,即dS=dQ/dTo与始一样，只需了解工质状态变化时的嫡值变化即可。从系统嫡的变化，可反映可逆过程热交换的方向及不可逆程度。比嫡(质量嫡)是嫡除以质量， 符号为S,单位为J/

29、(kgK)o各种状态下工质的比嫡可在有关图表中查得。1kg工质在热力学温度T下与外界热交换量q,工质在热交换前后的比嫡分别为SI与S2,则对于理想可逆过程,因此，可用比嫡来表示热交换量的计算式。当SS12S时，为嫡增过程，qo,工质从外界吸收热量；当时，为嫡减过程qo,工质对外界放出热量：当Si=S时，为等嫡过程，q=o。显然，制冷剂的理想绝热压缩过程是一个等嫡过程。17、什么是热容和比热容？当一个系统由于加给一微小的热量Q而使温度升高dT时，Q/dT即是热容。热容的符号为c,单位为J/K。系统在容积不变时的热容为定容热容，用Cv表示。系统在等压过程的热容为定压热容，用Cp表示。比热容（质量热容是热容除以质量，符号为C,单位为J/（kg-K）。比热容也分比定压热容Cp和比定容热容Cv。第二节制