空调制冷基本原理讲义 1.ppt

1、,热力学基本原理,及空调制冷的基本知识,主要内容,一、热力学及其基本定律、基本概念 二、制冷原理与制冷系统 三、准备：关于传热的知识 四、空气调节 五、单位换算,热力学及其基本定律、基本概念热力学的方法： 从宏观和微观角度,第一部分,比如：,宏观： 温度就是物体的冷热程度 微观： 从分子角度， 温度：是物质分子运动的剧烈程度,热力学,因此, 热力学： 就是用宏观和微观的方法 ，研究热能转化为机械能的方法和规律，以及提高转化效率的途径。 重点研究对象是气态，或液态物质。,热力学的基本定律：,热力学第一定律： 能量是可以转换的，可以传递的，能量的总量保持不变。 Q=W 物质吸收了热量膨胀，对外界作

2、功把一部份能量传给了外界，热能转化为机械能。 是人们在长期的实践中总结出来的原理，没有任何前提假设和推导；具有广泛的意义。,热力学的基本定律：,热力学第二定律： 物质从高温物体吸收热量只能部分作功转 化为机械能，剩余部分热量传给低温物体。 意义：1、能量传递和转换有方向性；热量从高温物体传向低温物体 时是自发的。 2、要有温差。从高温物体吸收热量要有部分送到低温物体， 只从单一物体吸收热量全部做机械功是不可能的。 本定律与第一定律相互之间独立；也是人们在长期的实践中总结出来的原理，没有任何前提假设和推导；具有广泛的意义。,燃烧：化学能转换为热能 冰棍溶化瀑布 是自发的过程反过来，热能转换为动能

3、：蒸汽机 水泵抽水热量从低温区域传到高温区域：空调 不是自发的，要人为地创造条件,我们生活中的经验：,他们都符合 第二定律！,制冷原理热泵,基本概念（一）,物质的热力状态： 热力状态有三个基本表达参数： 温度T：物质的冷热程度 物质的内能U和温度有关 体积V：一定质量的物体占有的空间大小 （比容：单位质量的物质占有的体积） 压力P：即单位接触面积上的承受力,基本概念（二） 能量 内能 、推动功,内能 ： 物质因大量分子剧烈运动而具有的内热能，和由于分子之间有吸力而具有的内位能之和。 推动功： 物质因流动性而具有的使本身质量迁移的能量，这部份能量我们称之为： 推动功=P（压力）V（体积） 气体受

4、热膨胀做功有能量形式转化（热能转化为机械能），热力状态也变化（压力P变小、体积V增大）；而推动功只有传递，即推动流体前移做功，热力状态也不变。,基本概念（三）能量焓,焓：也是热力状态参数之一 H=U+P V 焓=内能+推动功 物体流动时，不仅携带有自身的内能，还有从后面得到的推动自身移动的推动功。焓，更为全面地概括了物体具有的能量总和。 流体还具有一定的流动速度而具有的动能，和因具有一定的高度而具的势能。但在热力学中占的比例很小，一般可以忽略不计。,热力参数之间内在关系：状态方程、压焓图,状态方程 A、理想气体的状态方程： P V/T=常数 从上式我们可以看出：在一个密闭容器中，温度越高， 气

5、体的压力就越大。 B、实际气体的状态方程： （P+a/V2）(V-b)=R T 本公式虽然为实验所得公式，但在实际应用中仍有很 高的可靠性和准确性。,第二部分,制冷原理与制冷系统,压缩式制冷系统的基本组成,蒸发器 冷凝器 压缩机 膨胀阀,制冷剂,制冷剂: 是一种在制冷系统蒸发器的低温低压环境中吸热 , 在冷凝器的高温高 压环境中排热的一种特殊的流体 . 常用制冷剂：R22,制冷循环图,AB：制冷剂低温吸热 BC：压缩过程 CD：向高温空气排热 变为常温高压液体 DA：节流降压成为低 压常温液体,h,P,B,D,A,C,制冷循环指标,制冷量Q1：hB hA 压缩功W ： hC hB 排热量Q2：

6、hC hD 能效比： Q1/W Q2=Q1+W,h,B,D,A,C,P,制冷系统基本的组成部件,压缩式制冷系统的基本组成,蒸发器 经节流后的液态制冷剂在蒸发器中吸热汽化，使被冷却物质降温，实现制冷的目的。,蒸发器,蒸发器吸收热量,压缩式制冷系统的基本组成,冷凝器 在冷凝介质的作用下，使压缩机排出的过热饱和蒸汽冷凝为液态。,冷凝器盘管,2200 1,压缩式制冷系统的基本组成,压缩机 制冷循环的核心，是制冷剂在系统内循环的动力装置，使蒸发器中的制冷剂保持低压，冷凝器中制冷剂维持高温高压。,压缩机压缩过程,压缩式制冷系统的基本组成,膨胀阀 制冷剂循环流量的调节装置，它对高压液态制冷剂节流降压，使进入

7、蒸发器的制冷剂在要求的低压下吸热蒸发。同时根据被冷却介质的热负荷变化自动调节进入蒸发器的制冷剂的流量,膨胀阀作用,温控式膨胀阀 (TXV) 降低进入蒸发器制冷剂的压力. 控制流入蒸发器的制冷剂流量. 制冷剂流经膨胀阀时，节流作用使压力降 低，少量液态制冷剂蒸发吸热，使制冷剂的温 度也降低。节流过程不与外界发生能量交换。,循环过程,在由管道将四部分连接成的密闭系统内，制冷剂在这个密闭的系统中不断循环流动，发生相态的变化，与周围环境进行热交换，从而达到制冷的目的。 其工作过程是：液态制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物质的热量之后，汽化成低压、低温的蒸汽，被压缩机吸入压缩成高压、高温的蒸汽，然后进入冷凝器

8、向冷却物质放热而冷凝为高压、高温的液体，在经节流装置节流以后变为低压、低温的液态制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，从而起到循环制冷的目的。,典型的制冷系统,蒸发过程 (蒸发器),冷凝过程 (冷凝器),高压及低压,制冷系统的高压及低压,制冷系统中压力与温度的关系,制冷循环中制冷剂温度及压力的关系,部 件 制冷剂状态 压力变化 温度变化 蒸发器 液 汽 低压 低温 压缩机 汽 汽 低压 高压 低温 高温 冷凝器汽 液 高压 高温 常温 膨胀阀液 液/汽 高压 低压 常温 低温,典型系统的高压部分,典型系统的低压部分,典型系统组件分布图,第三部分,关于传热的知识,热量传递的三种方式,对流、传导、辐射

9、对流：通过流体流动把热量带走 吹风、水冷箱 传导：相互接触的物体之间或物体内部温差传热 辐射：物体通过发出红外线方式把热量散发出去,影响传热的因素,对流： A、流体的流动速度 流速越大，带走的热量就越多 B、流体的流动状况 紊流比稳流（层流）带走的热更多 C、流体的粘性（或流动性） D、换热面积 面积越大，热交换就越多 E、温差,影响传热的因素,传导： A、物体的持性 金属的导热性比非金属要好； 晶体的导热性比非晶体要好 B、接触面积 接触面积越大，传热就越多 C、温差,空调设备工作的分析,换热器： 换热方式：风扇强制对流 增大了对流速度 材料：铜管铝翅片 铜、铝是热的良导体；翅片结构大大增加

10、了换热面积；铜管的内螺纹结构增加了流体的扰动,第四部分,空气调节,物质的三相固相、液相、气相,相变： 固吸热 液相吸热 气相 相变加热过程：吸热、温度不变 非相变加热过程：吸热、温度升高,显热,显热 : 是物质分子运动的能量 , 它可以通过温度计进行测量 . 从分子角度，温度是分子运动的剧烈程度，因此显热会使温度升高,显热的计算公式,潜热,潜热 : 是物质分子分离与重组放出 ( 吸收 ) 的热量 , 它不能通过温度计进行测量 .,潜热的计算公式,物质总热量,总热: 就相当于显热量与潜热量相加之和 .,物质总热量,物质热容量比热容,比热容C： 单位质量的物质每升高一度吸收的热量。 该值与物质的种

11、类及状态有关。比如， 一公斤水升高一摄氏度吸收的热量为4.02kJ； 一公斤空气升高一摄氏度吸收的热量为1.02KJ。,物质的热交换量,物质的吸（放）热量： Q=CMT 即：吸热量=比热容 质量 温度变化 从中可以看出，要达到同样的制冷量，精密空调的制冷是采用大风量、小温（焓）差的过程；普通空调采用小风量、大温（焓）差的过程。,空调原理湿度,湿度-空气中所含水蒸气量的多少 绝对湿度每m3空气中含有的水蒸气量（Kg） 相对湿度空气中实际含有的水蒸气量与同温同压下能容纳的水蒸气的最大量之比，用百分比表示。 =Z/Zb100% 相对湿度总是和温度相关的，交换机房最适宜的温湿度为22 0C -24 0

12、C ，45%-55%。 含湿量每Kg干空气所含有的水蒸气量（g）,空调原理湿度,湿度的表示方法 相对湿度 干球温度与湿球温度 空气越干燥，吸收水分能力越 强，吸收的热量越多，湿球温 度计读数越低。t越大。根据 干球温度和干湿球温度的差值 便可查得相对湿度。,空调原理焓,空气的焓值-空气中含有的总热量，等于干空气焓值与水蒸气焓值之和。 以00C时干空气的焓值为零做基准。 根据各参数的相互关系，人们根据计算公式制成图表，简化了使用-焓湿图（h-d图）,空调原理焓湿图（h-d图）,第五部份,常用单位及换算,公英制热量单位,英制单位 BTU (英热单位缩写) 公制单位 kW,英热单位 (BTU),英热单位: 就是将1磅的水温度升高 ( 降低 ) 1华氏度所加进 ( 排除 ) 的热量.,热量单位 (CAL),热量单位: 就是将一克的水温度升高 ( 降低 ) 一摄氏度所加进 ( 排除 ) 的热量.,冷量单位：冷吨,1冷吨 就是将1吨0水在24小时内变成0 冰的冷冻能力；,公英制气流单位,英制单位 CFM ( 立方英尺 / 分钟 ) 公制单位 CMH (立方米 / 小时 ) 风量单位,公英制水流单位,英制单位 GPM ( 加仑 / 分钟 ) 公制单位 l/s ( 升 / 秒 ),加湿及除湿,精密空调设备具有加湿及除湿的功能 英制单位 Lbs. Per Hr. (