蒸气压缩式制冷基础培训课件

蒸气压缩式制冷基础培训目标：能够用压焓图（P-H图）来分析简单的制冷过程。学会利用压焓图计算简单制冷循环的制冷效果、压缩功及制冷机COP值（制冷系数）。基本物理定律（简要介绍）专用名词：温度、压力、热量、饱和温度、饱和压力压焓图制冷循环制冷循环分析主要内容热力学第一定律：能量既不能创生也不能消亡，只能从一种形式转变为另一种形式，或从一个物体传递给另一个物体，在转变和传递的过程中，能量的总量不变。制冷过程中电能转化为压缩机机械能，机械能转化为制冷剂热能（能量的转变）。制冷剂在蒸发器中蒸发吸收的热量来自于冷冻水（能量的传递）。基本物理定律

热力学第二定律：热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。

基本物理定律

在夏季，我们靠空调维持室内低温，此时热量从室内（低温）移向室外（高温），违反了热力学第二定律？温度压力热量饱和温度饱和压力专用名词绝对压力标准大气压：海平面处的大气压：101325Pa14.7psia（Pound/SquareInchAbsolute）760mmHg压力热量：物质含有热能的量度。单位：焦耳。热量传递的两种形式：显然传热潜热传热热量显热加热水显热：物质不发生相变，仅由于温度改变而吸收/放出的热量。比热：单位质量物质升高单位温度所需的热量（kj/kg℃）。水的比热：1卡/克℃＝4.2kj/kg℃＝1Btu/lb.ºF举例：1kg水从60℃加热到70℃吸收的显热量为多少？潜热潜热：由于物质发生相变，而传递的热量。气化潜热量：单位质量液体蒸发成气体时所吸收的热量。

冷凝潜热量：单位质量气体冷凝成液体时所释放的热量。

举例：在24小时内，将1吨(2000磅)0℃的冰融化成0℃的水，所吸收的热量为1冷吨（3.516kw）。液态－气态相变过程中，物质的三种状态：过冷态（纯液态）——显热传热饱和态（气液混合态）——潜热传热过热态（纯气态）——显热传热饱和态（气液混合态）：某种物质当其处于气液状态共存时，称这种物质处于饱和态。当物质处于饱和态时，若压力维持不变，则温度也恒定不变，温度和压力之间存在一一对应的关系，我们称该温度（压力）为该压力（温度）对应的饱和温度（压力）。水在标准大气压下对应的饱和温度：100℃标准大气压标准大气压饱和态（气液混合态）举例:在一个标准大气压下，水的饱和温度（沸点）为100℃

。100℃升高饱和温度的方法——升高系统压力水沸腾举例：高压锅通过加热密封锅体使锅内压力升高。此时与该压力对应的饱和温度也升高。水的饱和温度（沸点）升高意味着水在100℃仍为过冷液体态。3psig230F

水沸腾举例：真空泵将空气抽出容器。使容器内压力下降。此时与该压力对应的饱和温度低于100℃，这意味水不到100℃就能烧开。真空度29.67”40F

真空泵降低饱和温度的方法——降低系统压力不同制冷剂饱和温度-饱和压力对应表压-焓图（P-H图）注意制冷剂类型注意压力单位绝对压力PSIA压焓图压焓图用来表示某种特定制冷剂的热力状态参数（压力，温度，比容，焓，熵）。注意：1）每张压焓图都对应某种特定的制冷剂（R134a，R22…），不同制冷剂对应的压焓图形状上相似但特性参数值不同。2）压焓图中单位均基于单位质量（kg或lb）制冷剂。如：焓（比焓）为单位质量制冷剂的焓值，比容为单位质量制冷剂的体积（容积）。压力比焓热容量（在热力过程中，可理解为单位质量制冷剂所具有的能量）(kJ/kg)压-焓图压-焓图压力焓100%液体饱和液体线压-焓图压力焓100%气体饱和气体线压-焓图压力焓汽液混合态—饱和态饱和液体线饱和气体线过冷液体态过热气体态压力，温度，比容，焓，熵中知道任意两个参数就可以确定制冷剂在压焓图中的位置，从而查出其它参数。知道制冷剂的参数后（确定制冷剂的位置后），根据该“香蕉图”，就可以知道制冷剂所处的状态（过冷A、饱和B、过热C）。ABC压-焓图——等温线压力焓等温线：过冷液体区为垂直线，两相区为水平线，过热区几乎为垂线。思考：A,B,C,D四点温度谁高，谁低？ABCD40℃60℃90℃压-焓图——等熵线压力焓等熵线等熵线：向右上方倾斜的曲线0.280.29压-焓图——等比容线压力焓等比容线等比容线：向右上方倾斜的曲线，斜率比等熵线平坦。2.03.0实际压-焓图（R22）压-焓图压力焓（kj/kg）汽化潜热100%液体100%气体举例：试利用压-焓图及查表两种方法求得R22在40°F时的饱和气体、饱和液体焓值。在40°F

时，R22的气化潜热值为多少？查图 查表106.5Btu/lb

108.142Btu/lb21Btu/lb 21.422Btu/lb85.5Btu/lb86.720Btu/lb汽化潜热100%液体100%气体21Btu/lb106.5Btu/lb制冷循环蒸发器冷凝器截流元件压缩机冷却塔制冷剂的制冷循环末端设备冷却水冷冻水采用压焓图进行制冷循环分析——1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程压力焓蒸发器中的蒸发过程——等压蒸发制冷剂进入蒸发器：A点A压力焓制冷剂从冷冻水吸收热量蒸发器中的蒸发过程——等压蒸发A采用压焓图进行制冷循环分析——1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程压力焓制冷效果制冷量?蒸发器中的蒸发过程——等压蒸发AB制冷剂离开蒸发器：B点采用压焓图进行制冷循环分析——1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程思考：制冷效果指单位质量制冷剂在蒸发器中吸收的热量，制冷量指冷冻水经过制冷机蒸发器时释放的热量。假设整个传热过程没有能量损失（蒸发器中冷冻水释放的热量完全被制冷剂吸收），则两者存在什么关系？机组的容量控制指机组通过控制机组内的制冷剂质量流量实现不同的制冷量，从而满足负荷变化时的要求。制冷量和制冷效果的关系是什么？显而易见了吧！采用压焓图进行制冷循环分析——1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程制冷剂在压缩机内沿等熵线压缩焓压力ABC等熵压缩：理想的可逆压缩过程，没有能量损失，压缩机的压缩功完全转换为制冷剂的能量（体现为制冷剂的焓值从hB增加到hC）。hBhC采用压焓图进行制冷循环分析——2.制冷剂在压缩机内的等熵压缩过程压头思考：制冷剂经过压缩机后（从B点进入，从C点离开），热力参数（温度、压力、焓）及热工状态如何发生变化？B、C之间的焓差和压缩机压缩功,电机耗电量之间存在什么关系？焓压力ABC采用压焓图进行制冷循环分析——2.制冷剂在压缩机内的等熵压缩过程压力焓制冷剂进入冷凝器的状态点为C点，离开冷凝器的状态点为D点。思考：该图中D点处于什么状态：过冷？饱和？过热？制冷剂把热量传给冷却水，自身能量降低，体现为焓值由hC降到Hd.ADCBhDhC采用压焓图进行制冷循环分析——3.制冷剂在冷凝器内的等压冷凝过程压力焓节流装置热力膨胀阀固定孔板可变孔板压力ADBC节流过程－等焓过程：液态制冷剂经过节流设备时压力降低，压力降低会导致很小一部分液态制冷剂蒸发，蒸发的制冷剂吸收气化潜热由液态变为气态，焓值增加，未蒸发的制冷剂为蒸发部分的制冷剂提供了能量，温度降低，焓值降低。就整个制冷剂而言，在节流过程中蒸发的能量来自制冷剂本身，制冷剂焓值（单位质量制冷剂所具有的能量）不变。经过节流，制冷剂压力降低，含气量增加，温度降低采用压焓图进行制冷循环分析——4.制冷剂在节流装置内的等焓节流过程压力焓(h)节流装置制冷循环分析—能量分析冷凝器压缩机蒸发器ABCD单位制冷剂从冷冻水吸收的热量单位制冷剂所需的压缩功单位制冷剂向冷却水释放的热量②①③收益＝＝h1h2h3＝h2－h1制冷系数（COP）＝代价制冷效果单位制冷剂压缩功①②h3－h2＋＝

压力

焓7表冷器1232°

冷却塔37°冷冻水冷却水蒸发器小温差：冷冻水出水温度－蒸发温度冷却器小温差：冷凝温度－冷却水出水温度蒸发温度4℃冷凝温度40℃小温差取决于换热器性能，该例中小温差均为3℃。制冷循环分析排液过冷吸气过热排液过冷、吸气过热对制冷循环的影响蒸发压力及冷凝压力对制冷循环的影响排液过冷对制冷效果的影响压力焓蒸发冷凝压缩节流装置没有过冷过冷度＝对应的饱和温度－离开冷凝器的制冷剂温度排液过冷对制冷效果的影响压力焓过冷度冷凝过冷对制冷效果的影响：提高制冷量：B－A’>B－A减少制冷剂在节流元件处产生的闪发气体（由于压力降低而导致的小部分制冷剂蒸发），避免“气蚀”对节流装置的影响。ABA’12过冷度（℃）：T1－T2吸气过热对制冷效果的影响需要一定过热度的原因:避免液态制冷剂进入压缩机——会造成压缩机“液击”压力焓压力焓过热度饱和气体过热气体吸气过热对制冷效果的影响压力焓过热在蒸发器中发生（干式蒸发器），称为有效过热。在吸气管道中产生，称为无效过热。无效过热时：单位质量功耗增大单位制冷量(制冷效果)不变冷凝器单位热负荷增大吸气比容增大，制冷剂质量流量下降制冷效果下降压力焓吸气比容不变(2点)，制冷剂质量流量不变。单位质量制冷剂制冷效果减小（由2-1减小到2-1’）。消耗的压缩功率增大（由3-2增加到3’-2）

COP值降低冷凝温度升高对制冷效果的影响：211’44’3’3制冷循环由原来的1-2-3-4,变为1’-2-3’-4’压力焓吸气比容增大，制冷剂质量流量减小。单位质量制冷剂制冷效果降低（由原来的2-1降为2’-1’）。压缩功增大（由原来的3-2，增大到3’-2’）。

COP值降低。蒸发温度降低对制冷效果的影响：2’1’34123’制冷循环由原来的1-2-3-4,变为1’-2’-3’-4练

习试在压焓图上（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℃

压力

焓1232°37°40℃4℃35℃9℃ABCD查R