第八章 制冷装置的设计及计算

第八章制冷装置的设计计算学习要点：1、掌握制冷装置设计的一般步骤及静态冷负荷计算法；2、掌握制冷装置的特性分析。第一节制冷装置的设计原则一、制冷装置设计基本原则1.按使用要求与使用条件进行设计2.保证在一定工况范围内的稳定性3.寻求性能与经济性优化二、制冷装置设计的一般步骤制冷装置设计时主要包括如下四个步骤：1.确定装置类型结构首先要选择制冷装置的类型，然后确定基本结构形式。2.按设计工况确定负荷3.制冷设备设计按设计工况下的负荷要求进一步进行制冷设备的设计，确定各部件的形式与大小。4.非设计工况进行校核制冷装置不仅应在设计工况下满足使用要求，在其他工况下也应满足使用要求。通常在使用的工况范围内取几个有代表性的工况作为校核工况，如果校核工况的计算表明，所设计装置不能在所有工况下达到要求，则必须修正原有设计。三、制冷装置的仿真技术简介1.仿真技术简介用模型代替真实系统做实验的方法称为仿真。在计算机仿真中，实际系统的运动规律是用数学形式表达出来，它们通常是一组微分方程或差分方程，然后用计算机来解这些方程。计算机仿真的步骤：(1)写出实际系统的数学模型。对于不同的要求可以采用不同的模型，对于热力系统的动态仿真，较多采用偏微分方程。(2)将它转变成能在计算机上进行运算的数学模型。比如要在数字计算机上进行仿真，应当将描述实际连续过程的方程，变成一组离散方程。(3)编出仿真程序。(4)对仿真模型进行修改、校验。2.仿真与常规设计的比较仿真是选定结构参数后检测性能的过程。通过仿真，可以知道多项性能，从而对所确定的结构参数是否合理作出较好的评价。为了寻求一组合理的结构参数，需要作不断的调整，不断的仿真，这是优化过程，可以通过配置优化程序完成。第二节冷负荷的计算冷负荷的组成：（1）围护结构渗入热：此量指因冷间内外温差（包括太阳辐射引起的过余温度）通过围护结构所传递的热量。（2）货物热：指货物（食品）在冷却或冻结过程中放出的热量，或者货物在冷加工过程中放出的热量。（3）换气热：指由于通风或开门，外界空气进入冷间而带进的热量。（4）操作热：指由于冷间内人员操作、各种设备发热工作而产生的热量。一、静态负荷计算方法1.渗入热的计算式中，为通过墙壁的渗入热;为通过地坪的渗入热;为通过屋顶的渗入热;为因太阳辐射所产生的渗入热。1Q2Q3Q4QWQgQcQRQ(1)围护结构的传热系数：式中，为外墙表面的对流传热系数，单位为;为各层材料的厚度，单位为m;为各层材料的热导率，单位为w/mk;为内墙表面的对流传热系数，单位为。（2）围护结构的传热面积：渗入热计算时，围护结构不同面的传热面积计算略有不同。（3）外界环境温度：可按如下经验公式选取：式中，为该地区十年中最热月份的月平均温度；为该地区极端最高温度。（4）冷间与邻间传热温差；（5）冷间地坪的渗入热；（6）太阳辐射热的计算。121、21、2AtBt第四节制冷装置的特性的图解分析一、压缩式制冷机组的性能分析1.压缩冷凝机组的性能分析（1）压缩机的工况图对于理论输气量为定值的制冷压缩机，其制冷量和轴功率是随冷凝温度和蒸发温度而变，并可用压缩机的性能曲线来表示。kt0t（2）冷凝热负荷的确定冷凝器的热负荷可表示为压缩机的制冷量和指示功率之和。因此，只要确定了压缩机的指示效率，就可根据性能曲线确定不同工况时的冷凝热负荷，如图所示。（3）冷凝器的工况图由以上的分析可知，制冷压缩机的确定方法是以蒸发温度和冷凝温度为自变参数以标明压缩机的制冷量和轴功率；而压缩一冷凝机组则是以蒸发温度和冷却介质流量不变时的进口温度为自变参数以标明机组的冷凝温度、制冷量和轴功率。2.单元制冷机组的特性分析这里所说的单元机组是由一台压缩机、一只冷凝器、一只蒸发器和一只节流机构组成的制冷机组，包括冷风机、冷水机组及热泵机组等。(1)蒸发器的工况图。分析蒸发器的热平衡方程和传热方程也可得出：其中，和分别是被冷却介质（水或空气）的流量、比热容和进入蒸发器时的温度；和是蒸发器的传热系数和传热面积。根据上式可绘制蒸发器的工况图。eeGC、eiteKeF(2)单元制冷机组的工况图将压缩一冷凝机组的工况图与蒸发器的工况图结合起来就可得到单元制冷机组的工况图。按图可由冷却介质和被冷却介质的进口温度来确定单元制冷机组的制冷量和蒸发温度，进而再按压缩冷凝机组的工况图确定冷凝温度，按压缩机的性能曲线确定压缩机的轴功率。在绘制蒸发器及单元机组的工况图时，若、和均在变化，则必须进行优化设计。与前面压缩冷凝机组一样，要分析影响因素。此外，在绘制单元机组的工况图时，对于冷却空气的蒸发器，还需要考虑除湿量。若除湿量小时，和可用被冷却空气的干球温度；但当除湿量大时，则需用被冷却空气的湿球温度。用外部参数表示的单元机组的工况图eKeFeGeiteot二、热泵特性分析1.风冷热泵的特性分析图8-17给出风冷热泵的特性图。当蒸发器的进风湿球温度℃，冷凝器的进风温度时,查图可知，这时热泵的吸热量为；若，相同的下，可提高到82kw，对应的蒸发温度为。18stCta45kwQ670Cts24at0QC5.122.热泵制冷量与膨胀阀容量的关系如图所示，冷凝温度线与吸气饱和温度线的交点处所对应的阀的前后压力差值要比热泵压力差（）的值低（图中对R22系统，取其低0.24Mpa)。从图中可以看出，随着冷凝温度的下降，尽管吸气压力也下降，而热泵装置的容量仍有所增加（如曲线1所示),一直增加到膨胀阀容量的限制值。此后，进一步下降时，热泵的容量和吸气温度的变化则受膨胀阀容量的限制而迅速下降，在图中沿着机组容量曲线从右到左，对应的冷凝温度逐渐降低，使冷凝器与蒸发器之间的压力差下降，蒸发压力和蒸发温度下降，致使蒸发盘管的表面温度降到冰点以下，盘管表面结霜，由此而引起机组的容量降低，如图中曲线3所示。0ppkkt2.风冷热泵容量的确定图中，一条为热泵装置的供热能力线（不同容量热泵曲线不同），另一条为建筑物的耗热量特性曲线。两线呈相反的变化趋势，交点称为热泵装置的平衡点，相对应的横坐标温度称为平衡点温度。当环境温度高于平衡点温度时，热泵供热量有余；当环境温度低于平衡点温度时，热泵供热量不足。不足部分则由辅助加热设备供热。当压缩机的输气量可调时（如利用变频器调节压缩机转速），则供需关系就能得到满足。此外，采用多台热泵并联工作时，也能较好地满足供需的平衡。图示出采用压缩机变频或多台热泵来满足供需平衡。热泵设计原则：一般在热泵设计时，应选定该工程的经济合理的平衡点，以便配置热泵主机的额定容量。通常将平衡点温度取得高于室外冬季采暖设计温度，以保证压缩机选配的容量不致过大，并在大部分时间能在较高的效率下运转，这样不仅可以节省初投资，而且运行费用也降低。当环境温度较低时，可增设辅助加热器或蓄热器来补充热泵的不足热量。第八章思考题1、简述压缩冷凝机组的（1）制冷量随蒸发温度及冷却介质进口温度的变化；（2）冷凝热负荷随蒸发温度及冷却介质进口温度的变化。2、单元制冷机组的制冷量是如何确定的？它与冷凝器介质的进口温度有何关系，而与蒸发器的被冷却介质的进口温度又有何种关系?3、画出风冷热泵的供暖特性图并根据它来分析热泵设计的基本原则。