1制冷空调基础

制冷就是采用人工的方法，使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境温度，并使之维持这个温度。实现制冷的两种途径：利用天然冷源和利用人工冷源。天然冷源是自然界存在的冷源，例如冰、雪、地下水等。特点是价廉、储量大。但其受时间、地区及运输条件等的限制，一般不能得到0℃以下的温度，且不宜控制与调节。人工冷源是利用各种类型的制冷机械进行冷量的生产，即利用人工的方法实现制冷。人工制冷需要比较复杂的技术机设备，而且生产冷量的成本较高，但是它可以根据不同的要求获得不同的温度。制冷方法蒸气压缩式蒸气吸收式蒸汽喷射式吸附式液体汽化汽液转化由压缩机实现，应用最广泛吸收剂吸收使液体不断气化工作蒸气制造低压，促使液体汽化采用的是固体吸附剂气体膨胀涡流管主要工质是空气，没有相变压缩气体产生涡流运动并分离成冷、热两部分，冷气流用来制冷电化学制冷、磁制冷、绝热放气制冷人工制冷的方法:1.利用液体汽化的吸热效应实现制冷。（蒸汽制冷）液体蒸发——吸热过程蒸气凝结——放热过程蒸汽制冷分为蒸汽压缩式、蒸汽喷射式、吸收式、吸附式制冷等类型。目前使用最广泛的是蒸汽压缩式制冷。2.利用气体膨胀产生的冷效应实现制冷。（气体膨胀制冷）高压气体绝热膨胀时对膨胀机做功，同时气体的温度降低，实现制冷。3.利用半导体的热电效应实现制冷。（热电制冷）两种不同的导体联接成闭合环路，自此环路中接入直流电源，当有电流通过环路时，则一个连接点的温度降低成为吸热端，而另一个连接点温度升高成为热端，利用这种效应实现制冷。人工制冷必须遵循两大基本定律：热力学第一定律：能量转换与守恒定律能量不能自生自灭，只能相互转换对于一个系统而言：吸入能量总和＝释放能量总和热力学第二定律：克劳休斯说法：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不发生其他变化。热量能自发的从高温物体转移到低温物体，不能自发的从低温物体转移到高温物体。蒸发器冷凝器热量转移到室外冷风或水减压膨胀阀加压压缩机高压区低压区空调制冷循环图空调制冷原理如图所示，空调工作时，制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至冷凝器；同时室外侧风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压、高温的空调制冷原理图制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过节流毛细管降压降温流入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量；同时室内侧风扇使室内空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后的变冷的气体送向室内。如此，室内外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。空调热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室内空气的，如图所示。空调在制冷工作时，低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压制冷剂气体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀来改变制冷剂的循环方向，使原来制冷工作时做为蒸发器的室内盘管变成制热时的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。四通阀是制冷制热转换的机构。空调热泵原理图热泵的基本原理：蒸气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。压缩机:压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。冷凝器:是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。节流阀:对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。蒸发器:是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。1.制冷量：表示制冷机在一定温度下，单位时间内从被冷却物体中吸取的热量，它是制冷机制冷能力大小的标志。2.制冷系数：制冷循环的性能指标，他表示消耗单位功量所能获得的制冷量。3.COP值：在冬季供热时，制热量（W）与输入功率（W）的比率定义为热泵的循环性能系数COP（W/W）;4.EER值：在夏季制冷时，制冷量（W或Btu/h）与输入功率（W）的比率定义为热泵的能效比EER。（W/W）;5.蒸发温度：是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度，它的高低取决于被冷却物体的温度及传热温差。6.冷凝温度：是制冷剂在冷凝器中的液化温度。他取决于所采用的冷却介质、冷凝器的构造和传热温差。一些基本概念：制冷剂是在值冷装置中进行循环的工作物质，所以也称为制冷工质。制冷剂常见的归纳起来可分为四类：无机化合物、碳氢化合物、氟利昂以及混合工质。1.无机化合物：可作为制冷剂的无机化合物有氨、二氧化碳、水等。2.氟利昂：饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。目前用作制冷剂的主要是甲烷和乙烷的衍生物。3.混合工质：是由两种或两种以上的制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物，分为共沸混合共质和非共沸混合工质。4.碳氢化合物：用来做制冷剂的碳氢化合物有烷烃类（如甲烷、乙烷、丙烷)和烯烃类(乙烯、丙烯）。关于氟利昂的限制和禁止使用：氟利昂是氟、氯、溴等部分或全部取代饱和碳烃化合物中的氢而生成新化合物的总称。CFC：不含氢的氟利昂，是公害物质，属于限制和禁止使用的物质。HCFC:含氢的氟利昂称作氢氯氟化碳，是低公害物质，属于过渡性物质。HFC：不含氯的氟利昂称作氢氟化碳，是无公害物质。根据《蒙特利尔议定书》：CFC物质对大气中臭氧以及地球高空的臭氧层有严重的破坏作用。发达国家1995年底停止使用，发展中国家2000年以前停止生产和禁止使用CFC；HCFC发达国家到2030年停止使用，发展中国家最迟2040年停止使用。压缩机的类型：压缩机为制冷系统中的核心设备，只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态制冷剂压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。压缩机容积式速度式往复式回转式离心式滚动转子式涡旋式螺杆式分类比较：一.容积式：靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。1.往复活塞式：靠活塞的往复运动来改变汽缸的工作容积。依外部构造分为：①全封闭：制冷量小于60KW，多用于空调机和小型制冷设备中。驱动电机和运动部件封闭在同一空间里，结构紧凑，密封性好，噪声低。但功率较小，不易维修。②半封闭：制冷量60～600KW，可用于各种空调﹑制冷设备中。由曲轴箱机体与电机外壳共同构成密闭的空间，工作稳定寿命长，制冷能力较大，可用于多种工况，可维修，但噪声稍高。分为单级压缩型（常规型，碟阀型，卸载型，连通型）和双级压缩型。③开启式压缩机和电机分别为两个设备于外部连接，结构复杂笨重，工作不稳定，已近于淘汰。2.回转式：靠回转体的旋转运动来改变汽缸的工作容积。依内部构造分类：①滚动转子式：制冷量8～12KW，多用于小型空调机和制冷设备中。为全封闭式，结构紧凑，密封性好，噪声低。但功率较小，不易维修。②涡旋式：制冷量8～150KW，可用于各种空调﹑制冷设备中。为全封闭式，结构简单紧凑，工作性能高，密封性好，噪声低，为今后主导机型。③螺杆式：制冷量100～1200KW，可用于大中型空调﹑制冷设备中。为半封闭式，结构紧凑，工作性能高，制冷能力大并可进行无级调节，但润滑油系统较复杂，噪声较高。分为单，双螺杆型。二.速度式：吸入气体获得高速，随之使之缓慢，使动量转化，压力升高再排出。离心式：靠离心力的作用，连续将吸入的气体压缩。制冷量最大可达30000KW，用于大型空调﹑制冷设备中。工作稳定，性能高寿命长，制冷能力大，可进行无级调节。第二代旋转式压缩机的活塞象一个在扁平圆盒子内旋转的转子一样，活塞装在扁心轴上沿汽缸侧壁面做平面滚动，作用于汽缸内的制冷剂。为了隔断吸气区与排气区，在气缸侧壁上开有一个垂直的槽，槽内装有一个与转子配合很好，可以被压进转子侧壁槽内的滑片。与活塞压缩机相比消除了进气伐片故障丶曲轴连杆这些将电机旋转运动转换为往复直线运动对效率的影响丶曲轴连杆部分的抱轴卡涩丶活塞余隙对效率的影响等问题。小型制冷压缩机技术有了很大进步，效率有了很大的提高。但其滑片的密封及排气伐片的故障等问题并没有彻底解决。第三代涡旋式压缩机它的原理是由偏心轴带动运动滑盘绕固定滑盘的轴线摆动而完成进气和压缩的功能。与旋转式相比，涡旋式压缩机不仅同样没有曲轴连杆进排气阀等，而且无旋转式所必须有的滑片丶排气阀而极大地提高了工作的可靠性，使工作更加可靠。涡旋式压缩机的活塞就是那个绕固定滑盘的轴线摆动的运动滑盘。但涡旋式压缩机的制造加工要求非常高，加工成本直接影响了成本及应用。蒸发器和冷凝器均为热交换设备。冷凝器按冷却介质和冷却方式分为：水冷式、空气冷却式（风冷式）和蒸发式三种类型。一.水冷式冷凝器用水做冷却介质，使高温、高压的气态制冷剂冷凝的设备。常见的水冷式冷凝器有卧式壳管式、立式壳管式和套管式等类型。卧式壳管式冷凝器结构如右图示。优点:结构紧凑，占地和空间少；传热系数大，冷却水耗量少，操作管理方便。缺点：对水质要求高，冷却水流动阻力较大；清洗水垢不方便。二、风冷式冷凝器（右上图）风冷式冷凝器多为蛇管式，在盘管外加肋片，以增大空气侧传热面积，同时采用风机加速空气的流动。优点：结构简单，不需要冷却水；缺点：传热系数不高；翅片易于污脏，清洗困难。三、蒸发式冷凝器结构示意图（右下)是利用水的汽化潜热，带走气体制冷剂冷凝过程放出的冷凝热量。优点：省水。缺点：易结垢、易腐蚀、且维修困难。蒸发器：对制冷系统来说是一种吸热设备。在蒸发器中，制冷剂液体在较低的温度下沸腾，转变为蒸汽，并吸收别冷却的物体或空间的热量，达到制冷的目的。节流机构式制冷装置中的重要部件之一，它的作用是将冷凝器或贮液器中冷凝压力下的饱和液体节流后降至蒸发压力和蒸发温度同时根据负荷变化，调节进入蒸发器制冷剂的流量。常见的节流机构：手动节流阀、浮球节流阀、热力膨胀阀、热电膨胀阀、毛细管等。在蒸汽压缩式制冷系统中，除压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构等主要设备外，还包括一些辅助设备，如润滑油的分离及收集设备、制冷剂的贮存及分离设备、制冷剂的净化设备及安全设备等。这些辅助设备的作用是保证制冷装置的正常运转、提高运行的经济性和保证操作的安全可靠。下面介绍几种常用的辅助设备。干燥器贮液器视液镜气液分离器一、空气调节的基本概念1、空气调节概念：定义：空气调节（简称空调）是为满足人们的生产、生活要求，改善劳动卫生条件，通过对空气的处理使某区域范围内空气状态参数达到一定要求的技术。2、空气调节的内容空气调节是实现对室内空气状态（温度、湿度、洁净度、空气的流速等）参数的调节和控制。3、空气调节的任务采用人工的方法，创造和保持满足一定要求的空气环境。4、空气调节工作原理：当室内得到热量或失去热量时，从室内取出或像室内补充热量，使进出房间的热量相等，达到热平衡，从而保持室内一定温度。空气调节的分类1、按用途两类：①、舒适性空调—涉及到与人类活动密切相关的所有建筑领域；②、工艺性空调—各种生产工艺、操作过程或产品储存及科研场所。2、按空气处理设备的集中程度分类：①、集中式系统—空气集中在机房内进行处理（冷却、去湿、加热、加湿等），而房间只有空气分配装置。常用的全空气系统大部分属于集中式系统。②、半集中系统—对室内空气处理（加热或冷却、去湿）的设备分设在各个被调节和控制的房间内，而又集中部分处理设备，如冷冻水或热水集中制备或新风进行集中处理等。如全水系统、空气—水系统、水环热泵系统、变制冷剂流量系统等。③、分散式系统—对室内进行热水处理的设备全部分散于各房间内，如家庭中常用的房间空调器属于此类系统。3、按负担室内负荷所用的介质种类分类：①、全空气系统—是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统；②、全水系统—空调房间的热湿负荷全靠水作为冷热介质来负担。③、空气、水系统—同时使用空气和水来负担空调的室内负荷。④、冷剂系统—这种系统是将制冷系统的蒸发器直接放在室内来吸收余热余湿。4、根据集中式空调系统处理的空气来源分类：①、封闭式系统—所处理的空气全部来自空调房间本身，没有室外空气补充，全部为再循环空气。②、直流式系统—所处理的空气全部来自室外，室外空气经处理后送入室内，然后全部排出室外。③、混合式系统—综合以上两种系统，采用混合一部分回风的系统。一、概述首先明确几个概念。冷负荷—是指为了保持建筑物的热环境，在某时刻需向房间供应的冷量。热负荷—是指为了补偿房间