冷热源工程 课件全套 龙恩深 第1-10章 绪论、制冷基本知识.-冷热源工程设计

冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材第一章绪论心系人间冷暖、服务国家战略1.1能源与环境创造室内环境形成室外环境人类的生存与能源的关系：密不可分人类与环境的关系：鱼和水能源1.2建筑人工环境与冷热源能耗为了满足特定的人工环境要求，必须向室内供给一定的冷量或热量，而冷量和热量的产生都是以消耗一定的能源、排放温室气体等污染物为代价。故冷热源工程与建筑节能、减碳及碳中和密切相关。2030碳达峰&2060碳中和“双碳”目标是我国推动能源革命、实现可持续发展的重大战略我国建筑碳排放占全国总碳排放量约48%；其中建筑运行碳排放占22%；供暖空调及照明能耗占建筑运行能耗>50%1.2建筑人工环境与冷热源能耗1、建筑人工环境建筑是一种人为创造的环境，是人们从事各种活动的场所。建筑具有时空性、功能性、技术经济性、文化性和艺术性。建筑人工环境包括以满足健康舒适要求的民用建筑人工环境和以满足生产工艺和产品质量要求的工业建筑人工环境。传统建筑对环境的适应主要是被动方式1.2建筑人工环境与冷热源能耗1、建筑人工环境工业建筑：如半导体车间及数据机房等需要特殊环境控制。民用建筑环境的现状：夏热冬冷对环境的要求：冬暖夏凉实现的手段：暖通空调所需条件：供暖－热源；空调－冷源载体：热媒、冷媒1.2建筑人工环境与冷热源能耗2、冷热源能耗冷热源能耗占建筑能耗的30%—50%降低能耗的策略：1、提高设备的能效2、推广清洁能源3、优化设备的运行策略1.3气候变化及应对气候变化是人类共同关注的问题，中国政府提出“双碳”目标，体现了大国的责任与担当。1、气候变化的表现（1）全球变暖（2）臭氧层洞（3）酸雨蔓延1.3气候变化及应对2、应对策略（1）逐步减少直至取代化石能源（2）在冷热源设计中，应尽量优先选用无环境公害或环境公害轻微的设备，综合考虑技术可行性，经济适用性和环境效益，应用太阳能和其他可再生能源（3）大力推广节能技术1.4冷热源课程内涵“冷”与“热”是能源形式。分类维度建筑冷源建筑热源天然资源直接利用：天然冰、深井水、深湖水、深海水、水库底层水等（受地理/气候限制）。直接利用：高中温地热水、温泉。

间接利用：大气、水体及岩土中的蓄热。人工资源(按能耗分类)1.消耗电能：蒸气压缩式制冷。2.消耗热能：吸收式制冷。1.热泵驱动：电能驱动利用低品位空气/水能。2.直接电耗：电能直接转换为热能。3.燃料燃烧：化石燃料或生物质燃料的化学能转换。4.太阳能采集：通过集热装置获取。5.工业余热：收集生产废热（烟气、蒸汽等）。中间载体冷媒：制冷剂、水、盐水。热媒：水、水蒸气、空气。代表性设备蒸气压缩式制冷机组、吸收式制冷机组、热泵机组。锅炉、热泵机组、太阳能集热系统、余热回收装置。双碳背景策略因地制宜，优先利用天然冷源、废热和余热，采用可再生零碳能源，减少化石能源依赖。优先利用余热废热，充分发挥热泵技术利用低品位能源，整合太阳能等绿色热源。冷热源工程该课程与该专业的关系：1、前期已修和并列学习课程：传热学、流体力学、工程热力学、建筑环境学、流体输配管网、泵与风机等。2、与暖通空调课程密不可分，是暖通空调的冷量和热量的来源。3、对以后的工作影响深远。1、认真听课2、结合现场参观3、市场调查4、阅读样本5、课堂讨论6、课程总结那么如何学好本课程呢？冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第二章制冷基本知识心系人间冷暖、服务国家战略制冷发展简史

我国早在三千年前的周朝就有了用冰的历史。据《艺文志》记载：“大秦国有五宫殿，以水晶位柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开放”。这是我国最早的空调房间。

希腊人和罗马人早已知道建造地下雪窖，储藏压实的雪。印度人、埃及人把水放在浅的多孔陶器内，夜间放于地下洞穴中，利用水蒸发冷却空气。

1834年美国人帕金斯（Perkins）制成第一台用乙醚为工质的制冷机；1844年美国医生高里（Gorrie）用封闭循环的空气制冷机为发烧病人建立了一座空调站。威廉·西门斯（WilliamSiemens）在空气制冷机中确立了回热器原理。1860年法国人卡列（Carre）发明了氨水吸收式制冷系统；

到1874年林德（Linde）设计成功氨制冷机，被公认为制冷机的始祖，这些都对制冷技术的发展起了重大作用；

1913年美国工程师拉森制造出世界上第一台手操纵家用电冰箱；1918年美国开尔文纳特（Kelvinator）公司首次在市场上推出自动电冰箱；制冷基本知识1、了解相变制冷、温差电制冷及气体绝热膨胀制冷等物理制冷方法；2、掌握理想逆卡诺制冷循环组成、原理及评价指标；3、掌握蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算；4、了解CO2跨临界制冷的原理；5、熟悉制冷剂、载冷剂及润滑油在制冷中的作用及分类。本章学习目标：2.1制冷基本原理1、概述制冷的方法分为物理方法和化学方法。绝大多数的方法是物理方法。目前广泛应用的制冷方法有以下几种：（1）相变制冷融化制冷气化制冷升华制冷（2）气体绝热膨胀制冷（3）温差电制冷2.1制冷基本原理（1）相变制冷液体转变为气体、固体转变为液体、固体转变为气体都要吸收潜热，可以利用这个现象来实现制冷。融化制冷利用冰融化制冷气化制冷利用液体气化的制冷装置-70℃-78.9℃升华制冷利用固体升华实现制冷2.1制冷基本原理（2）气体绝热膨胀制冷一定状态的气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，它的温度降低，从而达到制冷的目的。气体绝热节流是通过节流阀来实现的。气体经过阀门时，流速大、时间短，来不及与外界进行热交换，可以近似地看成绝热过程。根据稳定流动能量方程，气体绝热节流后焓值不变。

利用物理现象的制冷方法很多，还有绝热放气制冷、涡流管制冷、绝热退磁制冷、氦稀释制冷等。（3）温差电制冷-帕尔贴效应2.1制冷基本原理制冷技术的分类：1、普通制冷（普冷）：低于环境温度至120K。冷库制冷技术和空调用制冷技术属于这一类。2、深度制冷（深冷）：120K至20K。空气分离的工艺用制冷技术属于这一类。3、超低温制冷（低温）：20K以下。4.2K是液氦的沸点。

2.1制冷基本原理2、理想制冷循环

理想制冷循环是在特定的条件下，系统消耗一定能源可实现最大制冷效果的循环。

理想制冷循环遵循热力学第二定律。

是判断和改善实际制冷系统节能减碳效果的依据。向空调区域供冷2.1制冷基本原理（1）逆卡诺循环

逆卡诺循环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成，循环沿逆时针方向进行，该循环过程的示意图和T-s图如下所示。（a）工作流程（b）理想循环2.1制冷基本原理（1）逆卡诺循环

在制冷循环中，制冷剂从被冷却物体中吸取的热量（即制冷量）与所消耗的机械功之比称为制冷系数，它是评价制冷循环经济性的指标之一。在逆卡诺循环中：此外，逆卡诺循环也可用来获得供热效果，例如冬季将大气环境作为低温热源，将供热房间作为高温热源进行供热。这样工作的装置称为热泵，也就是像泵那样把低位热源的热能转移至高位热源。供热系数为：

2.1制冷基本原理（2）有温差传热的逆卡诺循环

实际上，制冷剂在吸热过程中，它的温度总是低于被冷却物体的温度；在放热过程中，它的温度总是高于环境介质温度。具有恒定传热温差的逆卡诺循环的T-s图如下所示。

有温差传热时，循环所消耗的功比无温差传热时多消耗功

因此有温差传热时的制冷系数小于无温差传热时的制冷系数，即2.1制冷基本原理（2）有温差传热的逆卡诺循环

由此可见，无温差传热的逆卡诺循环是具有恒温热源时的理想循环，在给定的相同温度条件下，它具有最大的制冷系数

。实际的逆向循环具有外部和内部的不可逆损失，其不可逆程度可用制冷效率

来衡量。值越接近于1，说明实际循环越接近可逆循环，不可逆循环损失越小，经济性越好。2.1制冷基本原理（3）具有变温热源的理想制冷循环—劳伦兹循环

在制冷循环实际工作时，有时会遇到热源的温度是变化的。例如，利用窗式空调器向房间供冷时，随着时间的延续，房间温度会降低。2.1制冷基本原理（3）具有变温热源的理想制冷循环—劳伦兹循环

为了达到变温条件下耗功最小的目的，制冷剂的循环过程应为12341，让制冷剂在吸、放热过程中其温度也发生相应的变化，做到制冷剂与热源之间的热交换过程为无温差传热，不存在不可逆换热损失。1-2和3-4过程仍分别为可逆绝热压缩和可逆绝热膨胀过程。这样，1-2-3-4循环为一个变温条件下的可逆逆向循环—劳伦兹循环。实现这一循环所消耗的功为最小，制冷系数达到给定条件下的最大值。劳伦兹循环的制冷系数等于一个以放热平均温度Tkm和吸热平均温度Tom为高低温热源温度的等效逆卡诺循环的制冷系数，仅取决于被冷却物和冷却剂的温度状况，而与制冷剂性质无关。2.1制冷基本原理逆卡诺循环的特点：1、性能系数与制冷剂无关2、性能系数与低温热源T0、高温热源Tk的温度有关3、热泵的逆卡诺循环供热系数大于1，制冷系数通常也大于14、逆卡诺循环的性能系数最大5、所有热力过程可逆，无温差，无摩擦涡流扰动等引起的压力降2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算关于逆卡诺循环的工程应用：1、无温差传热在工程上行不通。2、等熵压缩过程1-2在湿蒸气区进行危害大。3、等熵膨胀的3-4过程，膨胀机很难制作。4、蒸发器中1点的状态难以控制，干度难以检测。蒸气压缩式制冷理论循环的特点：1）用膨胀阀代替膨胀机；2）压缩过程在过热区进行，而不是在湿蒸气区进行；3）两个传热过程均为等压过程，且热源和制冷剂之间具有传热温差。2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷系统均由节流机构（如节流阀、膨胀阀、毛细管等）代替膨胀机。若压缩机吸入的是湿蒸气，在压缩过程中必然产生湿压缩。湿压缩会引起种种不良后果，严重时甚至毁坏压缩机，在实际运行中应严禁发生。单级蒸气压缩式理论循环蒸气压缩式理论循环由蒸发器、冷凝器、节流阀和压缩机四大部件构成。1、蒸气压缩式制冷的理论循环2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算2、蒸气压缩式制冷循环在温-熵图和压-焓图上的表示及热力计算1）压焓图一点：临界点二线：饱和液体线，饱和蒸气线三区：过冷液体区，湿蒸气区，过热蒸气区五种状态：未饱和水，饱和水，湿蒸气，干饱和蒸气，过热蒸气六条等参数线：等压线、等焓线、等温线、等熵线、等容线、等干度线2）制冷循环在温熵图和压焓图上的表示最简单的蒸气压缩式制冷循环是指离开蒸发器和进入压缩机的制冷工质为蒸发压力下的饱和蒸气；离开冷凝器和进入节流阀的液体是冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩；制冷工质的冷凝温度等于冷却介质的温度；制冷工质的蒸发温度等于被冷却物体的温度；系统管路中无任何损失，压力降仅在节流膨胀过程中产生。

2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环T-s图和lgp-h图3）热力计算热力计算的主要内容有：单位质量制冷量、单位容积制冷量、单位功、冷凝器单位热负荷、制冷系数和制冷效率等。

2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算（1）单位质量制冷量表示每kg制冷剂在蒸发器内完成一次循环所制取的制冷量，等于制冷剂进出蒸发器时的焓差。（2）单位容积制冷量表示压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）所制取的冷量。（3）质量流量和体积流量2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算（4）单位功压缩机压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为单位功，用

表示。（5）冷凝器单位热负荷表示1kg制冷剂在冷凝器中放给冷却介质的热量，可用制冷剂进出冷凝器的焓差表示。（6）制冷系数表示制冷循环的单位制冷量与单位功之比

。（7）制冷效率图中表示的理论循环仍是一个不可逆循环，它在制冷剂的节流过程中仍存在不可逆损失，其不可逆程度用制冷效率表示。2.2蒸气压缩式制冷循环及热力计算普通制冷范围内，制冷循环的冷凝压力远离临界压力称之为亚临界循环。低温制冷剂的制冷循环压缩机的排气压力位于制冷剂的临界压力之上，而蒸发压力位于临界压力之下，这种循环称为跨临界循环或超临界循环。2.3跨临界制冷循环1、跨临界CO2制冷循环基本流程CO2为制冷剂的空气源热泵及热水器就采用跨临界循环。CO2跨临界制冷循环仍属于蒸气压缩式制冷范畴。在蒸发器中换热过程是靠液体蒸发完成，压缩机的排气压力高于临界压力，冷凝器的换热过程在超临界区定压换热，依靠显热换热，所以冷凝器称为气体冷却器。2.3跨临界制冷循环（1）制冷剂优点（2）跨临界CO2制冷循环的能效较高（3）跨临界CO2制冷循环具有更佳排气压力（4）跨临界CO2制冷循环可以调热泵的效率2、跨临界CO2制冷循环的特点CO2跨临界制冷循环的热力计算CO2跨临界制冷循环的热力计算与常规亚临界循环的完全相同。2.4制冷剂及载冷剂

制冷剂是制冷循环中能够循环变化和发挥其冷却作用的工作介质。

载冷剂是在封闭系统里循环，把冷量输送到需要降温位置的工作介质。1、制冷剂制冷工质：制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。1）制冷剂的基本要求（1）热力学性质2.4制冷剂及载冷剂③单位容积制冷能力大。

④临界温度高：制冷剂的临界温度高，便于用一般冷却水或空气进行冷凝。此外，制冷循环的工作区越远离临界点，制冷循环一般越接近逆卡诺循环，节流损失小，制冷系数较高。①制冷效率：理论循环制冷系数与无传热温差的逆卡诺循环制冷系数之比

。不同制冷剂节流损失和过热损失的大小不同。

②压力适中：制冷剂是在大气压力下沸点较低的物质。同时，常温下制冷剂的冷凝压力也不应过高。一般不要超过2MPa。①与润滑油的互溶性②导热系数、放热系数高③密度、黏度小④相容性好（2）物理化学的性质2.4制冷剂及载冷剂制冷剂R11R22R32R123ODP1.00.03400.012GWP46001700550120制冷剂对人的生命和健康应无危害，不具有毒性、窒息性和刺激性。不燃烧不爆炸；制冷剂应易于购买，且价廉；对环境无害。（4）其他（3）环境友好性能对臭氧层的破坏作用用ODP，消耗臭氧层潜值。是一个相对值，规定R11的ODP=1，其他制冷剂为相对值。温室效应影响指标GWP，全球变暖潜能值。也是相对值，以CO2的GWP=1其他制冷剂为相对值。2）安全标准和分类命名制冷剂的安全性分类包括毒性和可燃性。（1）安全性分类2.4制冷剂及载冷剂目前使用的制冷剂有很多种，归纳起来可分四类，即无机化合物、烃类、氟利昂、混合溶液。为了书写方便，国际上统一规定用字母“R”和它后面的一组数字或字母作为制冷工质的简写符号。字母“R”表示制冷工质的一般前缀符号，后面的数字或字母则根据制冷工质的分子组成按一定的规则编写。（2）分类命名2、润滑油对于制冷压缩机而言，润滑油对保证制冷压缩机的运行可靠性和使用寿命起着重要作用，其作用主要表现以下三个方面：1）减少摩擦2）带走摩擦热3）减少泄漏2.4制冷剂及载冷剂3、载冷剂制冷装置间接冷却被冷却物体，或者将制冷装置产生的冷量远距离输送，此时用到的中间介质，在蒸发器内冷却降温，再到被冷却物体去冷却，中间物质称为载冷剂。冷水机组与空调机组间2.4制冷剂及载冷剂1）对载冷剂的要求在使用温度范围内不凝固，不气化无毒，化学稳定性好，对金属不腐蚀比热大密度小，黏度小导热系数大来源充裕，价格低廉（1）水水可用来作为蒸发温度高于0℃的制冷装置中的载冷剂。由于水价格低廉，易于获得，传热性能较好，因此在空调装置及某些0℃以上的冷却过程中，广泛地用作载冷剂。它的缺点是不能用于0℃以下的系统。2.4制冷剂及载冷剂（2）盐水溶液盐水的冰点比纯水低，因此在蒸发温度低于0℃的制冷装置中可用作为载冷剂。它的主要缺点是对一些金属材料要产生腐蚀。（3）有机溶液某些有机化合物，如乙二醇水溶液、二氯甲烷、三氯乙烯等，具有较低的凝固温度，可用作温度较低场合的载冷剂。它们的主要缺点是相对于水而言比热容较小，某些化合物还有一定的毒性。2）常用载冷剂1）理想循环-逆卡诺循环2）蒸气压缩式理论循环3）理论循环的计算4）跨临界循环5）制冷剂6）润滑油7）载冷剂本章小结冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第三章蒸气压缩式制冷机组心系人间冷暖、服务国家战略蒸气压缩式制冷机组1、了解蒸气压缩式制冷压缩机组的构成、分类及特点；2、熟悉各类辅助设备的功能和作用；3、熟悉制冷压缩机的性能和应用；4、掌握制冷压缩机的工作原理和工作过程；5、掌握常见蒸发器和冷凝器的结构特点和工作原理；6、掌握节流机构的工作原理和特点。本章学习目标：3.1蒸气压缩制冷机组分类2、按冷凝器传热介质分类（1）水冷式机组直流式混合式循环式（2）风冷式机组1、按压缩机类型分类3、按蒸发器传热介质分类（1）冷水机组（2）直冷/冷风机组压缩机是蒸气压缩式制冷系统的重要设备，是制冷机组的心脏。在制冷系统中压缩机的作用为：提升制冷剂压力为制冷剂提供动力，完成循环3.2压缩机1、活塞式制冷压缩机活塞式压缩机利用气缸中活塞的往复运动来压缩气体，通常是利用曲轴连杆机构将原动机的旋转运动变为活塞的往复直线运动，故也称为往复式压缩机。1）活塞式压缩机的工作过程活塞式压缩机的理想工作过程与实际工作过程示功图3.2压缩机理想过程假设如下：①压缩机没有余隙容积；②吸、排气过程中没有阻力损失；③吸、排气过程中与外界无热交换；④没有制冷剂的泄漏。2）活塞式压缩机的输气系数由于各种因素的影响，压缩机的实际输气量(Vs)总是小于理论输气量(Vh)。实际输气量与理论输气量之比称为压缩机的输气系数。3.2压缩机输气系数的大小反映了实际工作过程中存在的诸多因素对压缩机输气量的影响，也表示了压缩机气缸工作容积的有效程度，故也称压缩机的容积效率。输气系数综合了四个主要因素，即余隙容积、吸排气阻力、吸气过热和泄漏对压缩机输气量的影响，为此可以将输气系数写成四个分系数乘积的形式。分别称为：余隙容积系数、压力系数、温度系数、泄漏系数。如前所述，由于余隙容积存在，少量高压气体首先膨胀占据一部分气缸的工作容积，从而减少了气缸的有效工作容积。

其中m为多变指数。由上式可知，压缩比越大，相对余隙容积越大，则容积系数越低。3.2压缩机（1）余隙容积的影响3.2压缩机（2）吸、排气的影响（3）吸入蒸气过热的影响压缩机实际工作时，从蒸发器出来的低温蒸气在流经吸气管、吸气腔、吸气阀进入气缸前均要吸热而使温度升高、比容增大。气缸的容积是一定的，因此蒸气比容的增大必然导致实际吸入蒸气的减少。压缩机吸、排气过程中，蒸气流经吸气腔、排气腔、通道及阀门等处，都会有流动阻力。阻力的存在势必导致气体产生压力降，使得实际吸气压力低于吸气管内的压力，排气压力高于排气管内压力，增大吸排压力差，并使得压缩机的实际吸气量减小。气体的泄漏主要是压缩后的高压气体通过气缸壁与活塞之间的不严密处向曲轴箱内泄漏。此外，由于吸排气阀关闭不严和关闭滞后也会造成泄漏。这些都会使压缩机的排气量减少。为了减少泄漏，应提高零件的加工精度和装配精度，控制适当的压缩比。泄漏系数一般约为0.95～0.98。3.2压缩机（4）泄漏的影响3.2压缩机活塞式压缩机广泛应用于冰箱、冷库、制冷空调、冷藏车、制冷船舶、冷冻食品加工设备、石油、化工用冷却设备等。活塞式压缩机的冷量范围相对较小，全封闭活塞式压缩机的单机制冷量为0.5~50kW，多用于家用、商用冰箱、空调。半封闭式活塞是压缩机的单机制冷量为60~600kW，可用于各种空调、制冷设备中。开启活塞式压缩机只用于冷库和极少数空调工况的冷水机组。活塞式压缩机的应用情况螺杆式压缩机按螺杆的数目，可分为单螺杆压缩机和双螺杆压缩机；按润滑方式，可分为无油式压缩机和喷油式压缩机；按驱动方式，可分为阴螺杆驱动压缩机和阳螺杆驱动压缩机。2、螺杆式压缩机3.2压缩机3.2压缩机1）基本构造及工作原理2、螺杆式压缩机工作原理：吸气过程压缩过程排气过程3.2压缩机螺杆式制冷压缩机的能量调节多采用滑阀调节，其基本原理是通过滑阀的移动使压缩机阳、阴转子齿间的工作容积，在齿间接触线从吸气端向排气端移动的前一段时间内，仍与吸气口相通，使部分气体回流至吸气口，即减少了螺杆有效工作长度达到能量调节的目的。

2）能量调节滑阀能量调节原理（a）全负荷位置；（b）部分负荷位置一般螺杆制冷压缩机的能量调节范围为10%～100%，且为无级调节。在能量调节过程中，其制冷量与功耗关系见图所示。从节能考虑，螺杆式制冷压缩机的负荷（即制冷量）应在50%以上的工况下运行为宜。

3.2压缩机能量调节范围与性能3.2压缩机螺杆式压缩机广泛应用于化工、石化、塑料、橡胶、纺织、食品、医药等行业工业制冷领域，商用冷柜、冷冻展示柜、制冷空调等商用制冷领域，为大型商业、办公、工业建筑提供制冷和供暖服务的集中空调系统；还可用于船舶制冷领域以及发电机组的冷却。螺杆式压缩机的应用情况涡旋式压缩机的压缩机构简图1—动盘;2—静盘;3—机体;4—防自转环;5—偏心轴;6—进气口;7—排气口涡旋式压缩机工作原理示意图1—压缩室;2—进气口;3—动盘;4—静盘;5—排气口;6—吸气室;7—排气室;8—压缩室3、涡旋式制冷机组3.2压缩机偏心滚动转子式压缩机结构示意图1—汽缸;2—转子;3—排气孔;4—排气阀;5—滑片;6—弹簧;7—吸气孔滚动转子式压缩机工作过程示意图4、滚动转子式压缩机3.2压缩机离心式压缩机是一种速度型压缩机，通过高速旋转的叶轮对气体做功，将气体的动能转换为压力能。5、离心式压缩机3.2压缩机1）结构及工作原理单级离心式压缩机简图1-机体

2-叶轮3-扩压器4-蜗壳5-主轴6-导流叶片能量调节装置2）工作特性3.2压缩机D点为设计点，离心式压缩机在此工况点运行时效率最高，偏离此点效率均要降低，偏离越远，效率降低越多。E点为最大输气量点，又称堵塞点。输气量增加至此点，离心式压缩机叶轮进口流速达到音速，输气量不可能进一步增加。S点为喘振边界点。当压缩机的流量减少至S点流量以下时，由于制冷剂通过叶轮流到的能量损失增加较大，离心式压缩机的有效能量头不断下降，这时压缩机出口以外的气态制冷剂将倒流回叶轮。3）性能调节（1）制冷量调节压缩机吸入管道上节流转动吸气口导流叶片调节改变冷凝器冷却水量3.2压缩机（2）反喘振调节离心式制冷压缩机发生喘振的主要原因是冷凝压力过高或蒸发压力过低；当调节压缩机制冷量，其负荷过小时，也会出现喘振现象。旁通调节法是反喘振调节的一种措施。当要求压缩机的制冷量减小到喘振点以下时，可从压缩机排出口引出一部分气态制冷剂不经过冷凝器而流入压缩机的吸入口。这样可以防止喘振发生。6、压缩机性能提高技术1）变频压缩机2）磁悬浮压缩机3.2压缩机压缩机的输入功率与等熵压缩功率之间的关系为：7、压缩机的耗功率耗功率是表征压缩机的能耗指标，是指将该压缩机用于制冷或热泵装置中，在给定工况下运行时所消耗的功率。对于封闭式压缩机：对于开启式压缩机：3.2压缩机7、压缩机的耗功率（1）指示效率

表征压缩机实际压缩过程偏离等熵过程的程度。（2）机械效率

指示功率与轴功率的比值，各种摩擦损失及润滑油泵功耗。（3）传动效率

电机输出功率传递到压缩机轴过程中能量损耗情况。（4）电机效率

指电机输出与输入功率之比，表征电机电能转换机械能的效率。冷凝器和蒸发器是制冷系统的基本换热设备。多采用表面式换热器，其中应用较为普遍的有壳管式、蛇管式、螺管式、翅片管式、板式等。制冷换热器结构形式的选择取决于用途、传热介质（包括制冷剂、载冷剂和冷却介质）的种类特性及流动方式。3.3冷凝器与蒸发器1、冷凝器冷凝器的作用是将系统中的热量排出到外界环境中。按照冷却介质和冷却方式的不同有：水冷式冷凝器空气冷却式冷凝器蒸发式冷凝器（1）壳管式冷凝器3.3冷凝器与蒸发器1）水冷式冷凝器（2）套管式冷凝器套管式冷凝器结构3.3冷凝器与蒸发器2）空气冷却式冷凝器（1）空气自由流动（2）空气强制流动3）蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器结构原理2、蒸发器蒸发器也是一种换热设备，低温液态制冷剂在蒸发器内蒸发，吸收被冷却介质放出的热量，从而使温度降低，为间接换热设备。按照被冷却介质不同有：冷却液体、冷却空气3.3冷凝器与蒸发器1）冷却液体介质的蒸发器（1）满液式壳管式蒸发器卧式满液式壳管式蒸发器结构（2）干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器结构（3）水箱式蒸发器直管式、螺旋管式蒸发器及其制冷剂的循环流动情况1—载冷剂容器;2—搅拌器;3—直管式(或螺旋管式)蒸发器;4—集油器;5—汽-液分离器3.3冷凝器与蒸发器（1）自由流动空气3.3冷凝器与蒸发器2）冷却空气的干式蒸发器冷却自由运动空气的干式蒸发器（2）强制流动空气1—传热管;2—肋片;3—挡板;4—通风机;5—集气管;6—分液器板式换热器可作为冷凝器，也可作为蒸发器使用。3、板式换热器3.3冷凝器与蒸发器节流机构的作用为将冷凝器或贮液器中冷凝压力下饱和或过冷液体节流降压至蒸发压力，同时可根据负荷变化调节进入蒸发器的制冷剂流量。分类为：可调节流量节流机构不可调节流量节流机构3.4节流机构1、可调节流量节流机构1）手动节流阀多用于氨制冷装置。2）浮球节流阀适用中型及大型氨制冷装置。3.4节流机构3）热力膨胀阀工作原理：通过蒸发器出口蒸气过热度的大小调整热负荷与供液量的匹配关系，以此控制节流孔的开度大小，实现蒸发器供液量随热负荷变化而改变的调节机制。内平衡式热力膨胀阀工作原理图1—阀芯;2—弹簧;3—调节杆;4—感温包3.4节流机构3）热力膨胀阀主要用于氟利昂制冷系统及中间冷却器的供液量调节。外平衡式热力膨胀阀工作原理图1—阀芯;2—弹簧;3—调节杆;4—感温包外平衡式热力膨胀阀将内平衡式热力膨胀阀膜片驱动力系中的蒸发压力p0，改为由外平衡管接头引入的蒸发器出口压力pw，以此来消除蒸发器管组内的压降∆p0所造成的膜片力系失衡，使膨胀阀失去调节能力的不利影响。3.4节流机构热力膨胀阀的选择与使用为了稳定蒸发器的工作，在确定热力膨胀阀容量时，一般应取膨，蒸发器热负荷的1.2~1.3倍。为了保证感温包采样信号的准确性，当蒸发器出口管径小于22mm时，感温包可水平安置在管的顶部；当管径大于22mm时，则应将感温包水平安装在管的下侧45°的位置，然后外包绝热材料。感温包绝不可随意安装在管的底部，也要注意避免在立管，或多个蒸发器的公共回气管上安装。外平衡式热力膨胀阀的外平衡管应接于感温包后约100mm处，接口一般位于水平管顶部，以保证调节动作的可靠性。为了使热力膨胀阀节流后的制冷剂的液体均匀地分配到蒸发器的各个管组，通常在膨胀阀的出口管和蒸发器的进口管之间设置一种分液接头。电子脉冲式膨胀阀的结构1—进液管;2—阀孔;3—阀体;4—出液管;5—丝套;6—转轴(阀芯);7—转子;8—屏蔽套;9—尾板;10—定位螺钉;11—限位器;12—定子线圈;13—导线热电膨胀阀工作原理图3.4节流机构4）电子膨胀阀热电膨胀阀和电子脉冲式膨胀阀两种。2、不可调节流量节流机构毛细管节流：流体在一定几何尺寸的管道内流动产生摩阻压降改变其流量。3.4节流机构油分离器、贮液器、热交换器、干燥器和过滤器。氟利昂制冷系统流程图1—压缩机;2—空气冷却器;3—蒸发式冷凝器;4—油分离器;5—贮液器;6—热交换器;7—热力膨胀阀;8—电磁阀;9—过滤器;10—干燥器;11—防振管;12—放气阀;13—放油阀;14—均压管1）氟利昂制冷系统3.5典型制冷系统及辅助设备1）氟利昂制冷系统3.5典型制冷系统及辅助设备1、油分离器（润滑油）在压缩机排气管设置油分离器，防止其进入蒸发器与冷凝器，影响传热系数。2、贮液器在制冷系统中有稳定流量的作用，并可贮存液态制冷剂。3、热交换器回热器是回热循环系统中高压液态制冷剂与压缩机吸入蒸气的换热设备。1）氟利昂制冷系统3.5典型制冷系统及辅助设备4、过滤器用于清除制冷剂中的固体杂质。通常装于节流装置，自动阀，压缩机，润滑油泵等设备前。5、干燥器装在氟利昂制冷系统的节流机构前，吸收制冷剂中的游离水。防止节流机构发生冰塞。3.5典型制冷系统及辅助设备图中包含氨管道系统、润滑油、冷冻水和冷却水管道系统。氨制冷系统流程图1—压缩机;2—油分离器;3—冷凝器;4—贮液器;5—过滤器;6—膨胀阀;7—蒸发器;8—不凝性气体分离器;9—安全阀;10—紧急泄氨器;11—放油阀;12—集油器;13—充液阀2）氨制冷系统氨制冷系统运行安全的角度：安全阀-在冷凝器，蒸发器，贮液器上装设，并排气至室外。紧急泄氨器-将贮液器与蒸发器内的氨液分两路至此，与水混合排至下水管道。本章小结1）压缩机2）冷凝器3）蒸发器4）节流机构5）氟利昂制冷系统6）氨制冷系统冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第四章蒸气压缩式制冷循环的性能心系人间冷暖、服务国家战略蒸气压缩式制冷循环的性能1、理解蒸气压缩式制冷循环的改善方法及实际循环。2、了解多级压缩式制冷循环及复叠式循环。3、掌握蒸气压缩式制冷压缩系统的性能评价。4、掌握影响蒸气压缩式制冷系统性能的内在参数。5、了解影响蒸气压缩式制冷系统性能的外在因素。本章学习目标：在前面的循环分析中做了一些假定，构成了蒸气压缩的“理论循环”。事实上，它与实际循环之间存在着许多差别。例如，理论循环没有考虑制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响；压缩机中的实际压缩过程并非等熵过程；冷凝和蒸发过程中存在着传热温差等。4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环1、液体过冷制冷剂节流后湿蒸气干度的大小直接影响到单位质量制冷量的大小。在冷凝压力一定的情况下，若能进一步降低节流前液体的温度，使其低于冷凝温度而处于过冷液体状态，则可减少节流后产生的闪发蒸气量，提高单位质量制冷量。

具有液体过冷的制冷循环1—压缩机;2—冷凝器;3—贮液筒;4—过冷器;5—节流阀;6—蒸发器4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环

由图可看出：此式说明过冷循环增加的制冷量等于液态制冷剂放出的热量。过冷度越大，单位质量制冷量也越大，而循环的压缩功并未增加，故液体过冷的制冷循环的制冷系数提高了。但必须增加工程初投资和设备运行费用。1、液体过冷4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环1、液体过冷液体过冷实现方式有三种：①对于冷冻冷藏等（蒸发温度较低）的制冷系统，单独设置再冷却器②对于空调用制冷系统（蒸发温度较高）适当增大冷凝器面积，使冷却介质与制冷剂呈逆流换热，以实现再冷。③采用回热循环。在制冷循环中，压缩机吸入蒸气处于过热状态，如图：具有蒸气过热的制冷循环4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环2、蒸气过热及回热循环在相同压力下，蒸气过热后的温度与饱和温度之差称为过热度。由图可知，蒸气过热循环在单位质量制冷量相同情况下会使单位压缩功增加，从而导致冷凝器的单位负荷增加，进入压缩机蒸气的比容增大，单位容积制冷量减少，制冷装置的制冷能力和制冷系数都将降低。分析说明，吸入蒸气在管道内过热是不利的，称为有害过热。蒸发温度越低，蒸气与周围环境空气间的温差越大，有害过热也就越大。利用气-液热交换器（又称回热器）使节流前的常温液态工质与蒸发器出来的低温蒸气进行热交换，这样不仅可以增加节流前的液体过冷度提高单位质量制冷量，同时保证压缩机吸入一定过热度的蒸气。回热循环1—压缩机;2—冷凝器;3—回热器;4—节流阀;5—蒸发器4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环2、蒸气过热及回热循环常采用的循环称为回热循环，如图：

在无冷量损失的情况下液体放出的热量应等于蒸气所吸收的热量，即为回热器的单位热负荷：

4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环2、蒸气过热及回热循环回热循环的单位制冷量和单位压缩功都比理论循环增大，因而不能直接判断制冷系数是否提高。小型氟利昂空调装置一般不单独设回热器，而是将高压液体管与低压回气管包扎在一起，以起到回热的效果。不同种类的制冷剂在压力比增大后的节流损失和过热损失。为了改善大压力比对制冷循环带来的不利影响，采用双级或多级压缩的循环是有效的措施。多级压缩制冷循环4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环3、多级压缩制冷循环多级压缩制冷循环虽然可以提高循环的制冷系数，却要增加压缩机等设备的投资和系统的复杂程度，一般在压缩比pk/p0大于8时采用，且多采用双级压缩。1）采用中间冷却器的双级压缩制冷循环4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环完全中间冷却不完全中间冷却2）采用闪发蒸气分离器的双级压缩制冷循环4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环为了降低冷凝压力，就必须附设人造冷源，使这种制冷剂冷凝，这就是所谓的复叠式蒸气压缩制冷。1）复叠式制冷循环4、复叠式制冷循环4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环2）内复叠式制冷循环实际循环与理论循环的差异，主要表现在设备与管道中均有流动阻力，与外界的热交换。5、蒸气压缩式制冷的实际循环4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环吸入管道中的热交换和压力降直接影响到压缩机的吸入状态。压力降使得吸气比容增大、单位容积制冷量减少、压缩机的实际输气量降低、压缩功增大、制冷系数下降。1）吸入管道压缩机的排气温度均高于环境温度，向环境空气传热能减少冷凝器热负荷。管道中的压力降增加了压缩机的排气压力及功耗，使得实际输气量降低、制冷系数下降。

4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环2）排气管道如果管路中部分液体气化，则会导致制冷量下降。冷凝温度低于环境空气温度，都引起液体气化。引起管路中压力降的主要因素在于液体流动高度的变化。因此希望出冷凝器的制冷剂液体带有一定的过冷度，避免因液位差而出现的气化现象。4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环3）冷凝器到膨胀阀之间的液体管道热量的传递将使制冷量减少。管道中的压力降对性能没有影响。因为压力的降低无论发生在节流机构本身，还是发生在管路中，是没有区别的。

4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环4）膨胀阀到蒸发器之间的管道改变蒸发过程中的平均温度，则出蒸发器时制冷剂的压力应稍有降低，吸气比容增大，压缩比提高，这样将导致制冷量减少、制冷系数下降。4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环5）蒸发器假定出冷凝器时制冷剂的压力不变，为了克服冷凝器中的流动阻力，必须提高进冷凝器时制冷剂的压力，必然导致压缩机排气压力升高，压缩比增大，压缩机耗功增大，制冷系数下降。4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环6）冷凝器冷凝器和蒸发器中传热温差的存在会使循环的制冷系数下降，但不会改变制冷剂状态变化的本质，只是使实际的冷凝压力比理论循环的冷凝压力高，蒸发压力则比理论循环的蒸发压力低。4.1蒸气压缩式制冷循环的改善和实际循环7）冷凝、蒸发过程单级蒸气压缩制冷实际循环1）蒸气压缩式制冷的工况由蒸气压缩式制冷循环构成的制冷系统，制冷机在确定的条件下运行时，其性能即确定，这个运行条件包括5个因素，即蒸发温度t0,冷凝温度tk,过冷温度tg,吸气温度tn，压缩机所在环境温度te，这样的一组参数常称为制冷机的运行工况。4.2蒸气式压缩机制冷的性能1、蒸气压缩式制冷的工况及性能参数

2）蒸气压缩式制冷的性能参数（1）制冷量

（2）耗功量1）性能系数COPc（CoefficientofPerformance）和EER（EnergyEfficiencyRatio）

4.2蒸气式压缩机制冷的性能2、评价性能的表征参数

2）综合部分负荷性能系数（IPLV,IntegratedPartLoadValue）

A—100%负荷时的性能系数（W/W），冷却水进水温度30℃/冷凝器进气干球温度35℃；B—75%负荷时的性能系数（W/W），冷却水进水温度26℃/冷凝器进气干球温度31.5℃；C—50%负荷时的性能系数（W/W），冷却水进水温度23℃/冷凝器进气干球温度28℃；D—25%负荷时的性能系数（W/W），冷却水进水温度19℃/冷凝器进气干球温度24.5℃；3）电冷源综合制冷性能系数（SCOP,SystemCoefficientofRefrigerationPerformance）对于采用冷却塔、风冷或蒸发冷却的空调冷源系统，评价整个冷源系统的能效水平时，引入电冷源综合制冷性能系数（SCOP），是指设计工况下，电驱动的制冷系统的制冷量与制冷机组、冷却水泵及冷却塔净输入能量之比（不包括冷水泵）。电冷源综合制冷性能系数考虑了机组和冷却水输送设备及冷却塔的匹配性，相对全面地反映了冷源系统中主要耗能设备选型的合理性。4.2蒸气式压缩机制冷的性能4）其他4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况1、运行工况及影响制冷机工作参数（即蒸发温度、冷凝温度、过冷温度、吸气温度）常称为制冷机的运行工况。压缩机的性能要随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化，其中蒸发温度的变化对性能的影响更大。

当工作温度发生变化时，循环的单位质量制冷量、单位压缩功、制冷剂的循环量都将变化，从而制冷机的制冷量、功率消耗等也相应改变。在给定冷凝温度及蒸发温度的情况下，制冷量及理论功率可分别由下式求出。分析蒸发温度对循环性能的影响时，假定冷凝温度不变，这种情况相当于制冷机在环境条件一定时用于不同目的或制冷机启动运行阶段。

蒸发温度对循环性能的影响

4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况2、蒸发温度对循环性能的影响蒸发温度降低：1）单位质量制冷量减小(q'0<q0)；2）压缩机吸气比容增大了(v'1>v1)，因而单位容积制冷量及制冷系数都在减小;3）单位压缩功增大了(w'0>w0)。以上分析可知，当冷凝温度为定值，随着蒸发温度下降，制冷机的制冷量减小，功率变化则与压缩比有关。

4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况在分析冷凝温度对循环性能的影响时，假定蒸发温度不变，这种情况属于用途既定的制冷机在不同地区和季节条件下运行。4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况3、冷凝温度对循环性能的影响冷凝温度对循环性能的影响

蒸发温度不变，冷凝温度上升。当冷凝温度提高：1）循环的单位质量制冷量减少了(q'0<q0)；2）单位压缩功增大了(w'0>w0)；3）虽然进入压缩机的蒸气比容v1没有变化,但由于q0减小为q'0，单位容积制冷量qv也减少了，制冷系数下降。综上所述，随着蒸发温度的降低，制冷循环的制冷量、制冷系数均明显下降。因此，在运行中只要能满足被冷却物质的温度要求，总希望制冷机保持较高的蒸发温度，以获得较大的制冷量和较好的经济性。由于冷凝温度的升高会使制冷循环的制冷量及制冷系数下降，故运行中要尽量选用温度较低的冷却介质以降低冷凝温度，提高循环的经济性和安全性。4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况制冷机的性能曲线：不同温度下制冷量和功率消耗的变化曲线。工程中常利用这种性能曲线作为选择制冷压缩机的依据。

4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况节流机构可将冷凝器或贮液器中冷凝压力下的饱和液体（或过冷液体）节流降至蒸发压力和蒸发温度；同时，可调节流量的节流机构如热力膨胀阀、电子膨胀阀等具备调节流量的能力，来适应负荷变化。这种调节流量的反应速度及调节原理，影响制冷系统的循环性能。

4、节流机构对循环性能的影响4.3影响蒸气压缩式制冷机组性能的运行工况在空调中应用的制冷机主要有：一种由空气带走热量排放到外界空气环境中，另外一种由水带走热量，并以循环的方式排放到大气、水体或者土壤中等。从制冷机组的运行性能角度，接收这些排热的环境状态会影响制冷机组的性能。4.4影响性能的环境因素1、空气干球温度对于风冷式冷水机组及其他以空气为直接换热介质的制冷机组，室外环境空气干球温度是影响制冷机组性能的因素。对于利用冷却塔排放冷凝热的空调用制冷机组，冷却塔所在环境的空气湿球温度是影响冷却水出水温度的一个因素。省份城市湿球温度干球温度出水温度陕西延安22.127.228.97甘肃兰州19.327.227.35甘肃酒泉1827.225.69甘肃武都21.928.528.81宁夏中宁20.928.228.06内蒙古赤峰21.927.628.83宁夏银川21.227.328.37甘肃天水21.327.128.62四川西昌21.127.128.26甘肃民勤18.427.126.49冷却塔的出水温度受到干湿球温度的影响，当干球温度一定时，湿球温度越低，冷却塔出水温度越低；当湿球温度一定时，干球温度越低，其出水温度也相对较低。4.4影响性能的环境因素2、空气湿球温度水源温度对机组性能的影响，是针对冷却水来自地表水及地下水的场合，通过影响换热效果及冷凝温度来影响制冷机组的制冷量及输入功率从而影响能效比的。在制冷工况下，当冷冻水的出水温度一定时，随着冷凝器的进水（冷却水）温度的提高，机组的制冷量减少，耗功逐渐增加4.4影响性能的环境因素3、水源温度岩土温度是针对制冷机组的冷却用水来自岩土中循环的场合，通过影响换热效果及冷凝温度来影响制冷机组的制冷量及输入功率从而影响能效比的。4.4影响性能的环境因素4、岩土温度对于不同类型的制冷机组，其蒸发器所在位置的环境温度对制冷性能有不同程度的影响。当蒸发器置于空调房间内及空调机组内，其环境温度为空间环境的空气温度，其环境温度的高低影响着制冷机组的蒸发温度。对于冷水机组，其蒸发器与冷凝器、压缩机等整机处于机房中，蒸发器所在的环境温度即制冷机房的环境温度。蒸发器的外壳的温度通常低于机房的环境温度，环境向蒸发器传热，实际上损失了制冷量，制冷性能下降。4.4影响性能的环境因素5、蒸发器所在环境温度本章小结1）制冷循环的改善过冷与回热循环多级压缩复叠式制冷2）蒸气压缩式制冷循环的性能评价指标及标准3）影响性能的因素内部因素：蒸发温度、冷凝温度、节流机构外部因素：空气干湿球温度，水源、岩土温度，蒸发器环境温度冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第五章吸收式制冷及设备心系人间冷暖、服务国家战略吸收式制冷及设备1、了解吸收式制冷工质对的特点，掌握吸收式制冷的工作原理；2、掌握单效溴化锂吸收式制冷理论循环及其热力计算；3、熟悉单、双效溴化锂吸收式制冷流程；4、了解余热型吸收式冷（热）水机组的流程和特点；5、熟悉吸收式机组性能特性及能量调节方式；6、掌握吸收式机组的选用原则。本章学习目标：5.1吸收式制冷原理吸收式制冷机主要由四个热交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，它们组成两个循环环路：制冷剂循环与吸收剂循环。1）简单吸收式制冷循环1、吸收式制冷基本原理吸收式制冷是蒸气制冷的一种，和蒸气压缩式制冷相比存在两个非常不同之处。（1）能量补偿方式不同（2）使用工质不同

2）吸收式制冷与蒸气压缩式制冷的比较5.1吸收式制冷原理5.1吸收式制冷原理2、吸收式和制冷剂特性吸收式制冷使用两种沸点相差较大的物质组成二元溶液，利用吸收剂在常温下能强烈吸收水蒸气（氨蒸汽），在高温下又能将所吸收的水分（或氨）释放出来的特性。制冷剂——低沸点工质吸收剂——高沸点工质1）工质对二元溶液浓度常用工质对：5.1吸收式制冷原理吸收式制冷循环（两个）：

制冷剂循环、吸收剂循环工艺用制冷(1～-15℃)—氨吸收式制冷机工质对水------------氨溶液

吸收剂

制冷剂空调用制冷(0℃以上)—溴化锂吸收式制冷机

工质对溴化锂---------水溶液吸收剂

制冷剂1、吸收式制冷工质对两组分的沸点不同2、吸收剂要对制冷剂有强烈的吸收性能3、吸收式制冷二元溶液的浓度二元溶液的状态需要除温度与压力以外的组分关系来表现，即质量浓度。习惯上二元溶液以水为溶剂，氨或溴化锂作为溶质来评价其浓度。5.1吸收式制冷原理*二元溶液二元溶液：两种互相不起化学作用的物质组成的均匀混合物。均匀混和合物指其内部压力温度浓度密度等参数在各处都完全一致。混合现象：两种液体混合时混合前后的容积和温度一般都有变化。不同液体混合后的容积可能缩小也可能增大。5.1吸收式制冷原理不同液体混合后的温度可能上升也可能下降。即混合的过程可能是吸热也可能是放热的过程。混合前的比焓：混合后的比焓：*溴化锂与水混合，氨水混合都是放热，混合热为负值。5.1吸收式制冷原理2）二元溶液的压力-饱和温度图5.1吸收式制冷原理封闭容器内活塞加重物维持压力不变。（a）为1状态未饱和二元溶液。浓度、温度。定压下加热，温度逐渐升高。当温度达到t2，内部产生气泡达到饱和状态，即2。溶液在定压下继续加热，温度上升，产生蒸汽，形成湿蒸汽状态。达到3状态。温度为t3，浓度为饱和液与饱和蒸汽组成的浓度。5.1吸收式制冷原理在定压下继续加热温度不断上升液体逐渐减少，达到t4时，溶液全部变成蒸汽。状态4为干饱和蒸汽浓度与状态1的浓度相等。温度t4称为该温度下的饱和蒸汽温度（冷凝温度或露点）。继续被加热则蒸汽将在等浓度下过热。达到5状态。等压饱和液线，等压饱和蒸汽线分成三个区，过冷液体，湿蒸汽区，过热蒸汽区。tⅠ

，tⅡ分别为该压力下纯物质的饱和温度。5.1吸收式制冷原理不同压力下重复实验，可以得出右图。当P3>P2>P1则，饱和温度t3>t2>t1。纯物质在一定压力下只有一个饱和温度而二元溶液在定压下饱和温度与浓度有关。随着溶液的气化，低沸点的物质含量减少其温度将逐渐升高。湿蒸汽中饱和液与饱和气的浓度不同，温度相同。对于一定浓度的二元溶液，饱和温度随压力的增加而上升。5.1吸收式制冷原理图中左侧第一根斜线是纯水的压力与饱和温度的关系；最右侧的折线为结晶线，它表明在不同温度下溶液的饱和浓度。温度越低，饱和浓度也越低。因此，溴化锂水溶液的浓度过高或温度过低时均易于形成结晶，这点是设计和运行中必须注意的问题。从图中可见，在一定温度下溶液面上水蒸汽饱和分压力低于纯水的饱和分压力，而且溶液的浓度越高，液面上水蒸汽饱和分压力越低。以溶液的温度

t为横坐标，同压力

p下水的沸点T’（或lgp）为纵坐标。5.1吸收式制冷原理3）工质对二元溶液状态氨水及溴化锂水溶液h-ξ图溴化锂-水溶液的比焓-浓度图下部仍为液态区，绘有等压线和等温线，上部的气态区没有饱和蒸气的等压线，只有一组辅助线。这是因为蒸气中不含溴化锂，是纯水蒸气，即浓度为零。5.2吸收式制冷机组左边是制冷循环，右边是吸收剂循环。在发生器和吸收器之间的溶液管路上增加了一个溶液热交换器。1）单效溴化锂吸收式制冷循环1、溴化锂吸收式制冷单效溴化锂吸收式理论循环的比焓-浓度图5.2吸收式制冷机组吸收式制冷循环各设备作用制冷剂循环过程：发生器加热出制冷剂→冷凝器冷凝→节流降压→蒸发器制冷→吸收器把制冷剂吸回溶液→溶液泵打回发生器，循环往复。5.2吸收式制冷机组1.发生器（Generator）作用：加热稀溶液，让制冷剂蒸发出来输入：外部热源（蒸汽、热水、烟气、燃气等）输出：高压高温制冷剂蒸气、浓度变高的浓溶液2.冷凝器（Condenser）作用：将制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压液体3.膨胀/节流阀（ExpansionValve）作用：节流降压4.蒸发器（Evaporator）作用：真正制冷的地方5.吸收器（Absorber）作用：用浓溶液“吸收”低压制冷剂蒸气把来自蒸发器的低压制冷剂蒸气溶解到浓溶液中溶液重新变稀，同时放出热量，由冷却水带走输出：稀溶液6.溶液泵（SolutionPump）作用：将稀溶液从吸收器加压送到发生器完成溶液循环，维持连续工作7.溶液热交换器（HeatExchanger）作用：回收热量、提高效率让高温浓溶液（从发生器到吸收器）预热低温稀溶液（从吸收器到发生器）减少发生器加热量和吸收器冷却负荷5.2吸收式制冷机组吸收式制冷机的经济性常以热力系数作为评价指标。热力系数是吸收式制冷机中获得的制冷量φ0与消耗的热量φg之比。热力系数吸收式制冷机热力计算5.2吸收式制冷机组吸收式制冷系统与外界的能量交换图中发生器中热媒对溶液系统的加热量为φg，蒸发器中被冷却物质对系统的加热量（即制冷量）为φ0，泵的功率为PkW，系统对周围环境的放热量为φe（等于在吸收器中放热量φa与在冷凝器中放热量φk之和）。由热力学第一定律得：φg+φ0+P=φa+φk=φe

5.2吸收式制冷机组设该吸收式制冷循环是可逆的，发生器中热媒温度等于Tg，蒸发器中被冷却物温度等于To，和环境温度等于Te，并都是常量。则吸收式制冷系统单位时间内引起外界熵的变化为：对于发生器的热媒是：对于蒸发器中被冷却物质是：对周围环境是：5.2吸收式制冷机组由上式可得≥由热力学第二定律可知，系统引起总熵的变化应大于或等于零，即或ΔS=ΔSg+ΔS0+ΔSe≥05.2吸收式制冷机组最大热力系数为≤

上式表明，吸收式制冷机的最大热力系数等于工作在温度T0和Te之间的逆卡诺循环的制冷系数，与工作在Tg和Te之间的正卡诺循环的热效率ηc的乘积。热力系数与最大热力系数之比称为热力完善度，即热力系数为5.2吸收式制冷机组决定吸收式制冷热力过程的外部条件是三个温度：热源温度tg，冷却介质温度t0和被冷却介质温度te。

*被冷却介质温度决定了蒸发压力（蒸发温度）；*冷却介质温度决定了冷凝压力（冷凝温度）及吸收器内溶液的最低温度；*热源温度决定了发生器内溶液的最高温度。进而，蒸发压力和吸收器内溶液的最低温度又决定了稀溶液浓度ξw；冷凝压力和发生器内溶液的最高温度决定了浓溶液浓度ξs。5.2吸收式制冷机组溶液的循环倍率f是制冷剂-吸收剂溶液的质量流量F（吸收器溶液进入发生器的质量流量-泵入量）与制冷剂质量流量D之比，表示了溴化锂吸收式制冷机每产生单位质量流量的制冷剂水蒸气，所需要循环的稀溶液质量。溶液的循环倍率越小，设备尺寸就减小，溶液泵的耗电减少，循环的经济性越好。循环倍率5.2吸收式制冷机组放气范围大，溶液循环倍率小，运行经济性好，但溴化锂-水溶液浓度大，易产生结晶。放气范围和溶液的循环倍率这两个参数很重要。溴化锂吸收式制冷的四大性能指标指的就是热力系数、热力完善度、放气范围和溶液循环倍率。由于从溴化锂水溶液中汽化出来的冷剂水蒸气中不含有溴化锂，故根据溴化锂的质平衡方程可导出：—称为“放气范围”，表示浓溶液与稀溶液的浓度差。

5.2吸收式制冷机组热力计算例热力计算的原始数据有：制冷量φ0，加热介质温度th，冷却水温度tw和冷冻水温度tcw。可根据如下一些经验关系选定设计参数。在溴化锂吸收式制冷机中的冷却水，一般采用先通过吸收器再进入冷凝器的串联方式。冷却水出入口总温差取8～9℃。冷却水在吸收器和冷凝器内的温升之比与这两个设备的热负荷之比相近。一般吸收器的热负荷及冷却水的温升稍大于冷凝器。冷凝温度tk比冷凝器内冷却水出口温度高3～5℃；蒸发温度t0比冷冻水出口温度低2～5℃；吸收器内溶液最低温度比冷却水出口温度高3～8℃；发生器内溶液最高温度t4比热媒温度低10～40℃；热交换器的浓溶液出口温度t5比稀溶液侧入口温度t2高12～25℃。5.2吸收式制冷机组[例题5.1]如图5.5所示溴化锂吸收式制冷系统。已知制冷量φ0=1000kW，冷冻水出口温度tcw2=7℃，冷却水入口温度tw1=32℃，加热用饱和蒸气温度th=119.6℃。试对该系统进行热力计算。吸收器冷却水出口温度tw2=tw1+5=37（℃）吸收器溶液最低温度t1=tw2+6.2=43.2（℃）发生器溶液最高温度t4=th-17.4=102.2（℃）热交换器最大端部温差t5-t2=25（℃）[解]1、根据已知条件和经验关系确定如下设计参数：冷凝器冷却水出口温度tw3=tw1+9=41（℃）冷凝温度tk=tw3+5=46（℃）冷凝压力pk=10.9kPa蒸发温度t0=tcw2-2=5（℃）蒸发压力p0=0.87kPa5.2吸收式制冷机组2、确定循环节点参数将已确定的压力及温度值填入表5.2中，利用h-ξ图或公式求出于饱和状态的点1（点2与之相同）、4、8、10、3g和6a的其他参数，也填入表中。状态点p/kPat/℃ξ/%h/（kJ∙kg-1）1233g4566a789100.8710.0910.0910.0910.0910.090.870.8710.0910.090.870.8743.2约43.2-92.0102.268.2-52.497.1465559.559.559.559.564.064.064.064.00000281.77约281.77338.60-393.56332.43332.43-3100.33611.11611.112928.675.2吸收式制冷机组3、计算溶液的循环倍率热交换器出口浓溶液为过冷液态，由t5=t2+25=68.2℃及

ξs=64%求得焓值h5=332.43kJ/kg，h6≈h5。热交换器出口稀溶液点3的比焓由热交换器热平衡式求得：h3=h2+（h4-h5）[（

f-1）/f]=281.77+（393.56-332.43）（14.2-1）/14.2=338.601(kJ/kg)5.2吸收式制冷机组4、各设备单位热负荷qg=f(h4-f3)+h7-h4=14.2(393.56-338.60)+(3100.33-393.56)=3487.20(kJ/kg)qa=f(h6-h1)+h10-h6=14.2(332.43-281.77)+(2928.67-332.43)=3313.61(kJ/kg)qk=h7-h8=3100.33-611.11=2489.22(kJ/kg)q0=h10-h9=2928.67-611.11=2317.56(kJ/kg)qt=(f-1)(h4-h5)=(14.2-1)(393.56-332.43)=806.92(kJ/kg)总吸热量

qg+q0=5804.8(kJ/kg)总放热量

qa+qk=5804.8(kJ/kg)由此可见，总吸热量=总放热量，符合能量守恒定律。5.2吸收式制冷机组6、各设备的热负荷及流量5、热力系数冷剂循环量：稀溶液循环量：

F=fD=14.2×0.4315kg/s=6.1271(kg/s)浓溶液循环量：

F-D=（f-1）D=13.2×0.4315kg/s=5.6956(kg/s)各设备的热负荷:发生器

φg=Dqg=1504.7(kW)吸收器

φa=Dqa=1430.6(kW)冷凝器

φk=Dqk=1074.1(kW)热交换器

φt=Dqt=806.9(kW)5.2吸收式制冷机组7、水量及加热蒸汽量冷却水量（冷凝器）

Gwk=φk/Δtwk=231.3(t/h)或冷却水量（吸收器）

Gwa=φa/Δtwa=246.4(t/h)二者的冷却水量基本吻合。冷冻水量，设蒸发器入口冷冻水温tcw1=12℃，Gc=172.2(t/h)加热蒸汽消耗量（汽化潜热r=2202.68kJ/kg）5.2吸收式制冷机组8、热力完善度若取环境温度te=32℃，被冷却物温度t0=7℃，热源温度tg=119.6℃，则最大热力系数热力完善度5.2吸收式制冷机组5.2吸收式制冷机组典型结构与流程1-吸收器2-稀溶液囊3-发生器泵4-溶液热交换器5-发生器6-浓溶液囊7-挡液板8-冷凝器9-冷凝器水盘10-U形管11-蒸发器12-蒸发器水盘13-蒸发器水囊14-蒸发器泵15-冷剂水喷淋系统16-挡水板17-吸收器泵18-溶液喷淋系统19-发生器浓溶液囊20-三通阀21-浓溶液溢流管22-抽气装置溴化锂吸收式制冷机在高度真空下工作，结构的密封性显得尤为重要，要求结构安排必须紧凑，连接部件尽量减少。通常把发生器等四个主要换热设备合置于一个或两个密闭筒体内，即所谓单筒结构和双筒结构。5.2吸收式制冷机组单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的循环系统热源回路冷却水回路冷水回路冷剂水回路溶液回路工作过程：①发生器水蒸气→冷凝器冷凝成水→U型管节流→蒸发器制冷②发生器浓溶液→节流降压→吸收器吸收水蒸气→泵升压→发生器（压缩机的功能）冷凝器与发生器在一容器中；蒸发器与吸收器在一容器中。5.2吸收式制冷机组如前所述，由于溶液结晶条件的限制，单级溴化锂吸收式制冷机的热源温度不能很高。当有较高温度热源时，应采用多级发生的循环。如有表压0.6～0.8MPa的蒸汽或有燃油、燃气作热源时，通常采用双效型溴化锂吸收式制冷机；分别称为蒸汽双效型和直燃双效型。2）双效溴化锂吸收式制冷机（1）多级发生当其他条件一定时，随着热源温度的降低，吸收式制