空调系统冷热源

空调系统冷热源什么是空调冷热源1.家用空调系统家用空调制冷原理制冷循环系统：冷凝器压缩机（压缩）外界空气（高温高压蒸气）高压液体节流装置（节流降压）蒸发器室内空气低压液体低压蒸气高温高压蒸气2.中央空调制冷系统中央空调制冷系统中央空调制冷系统冷凝器压缩机（压缩）冷却水系统（高温高压蒸气）高压液体节流装置（节流降压）蒸发器冷冻水系统低压液体低压蒸气高温高压蒸气中央空调制冷系统中央空调器制冷循环系统（三个）：制冷剂循环系统冷冻水循环系统冷却水循环系统制冷设备有：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及一些辅助设备。空调系统冷热源冷热源指根据条件需要能够提供大量冷量、热量的机械设备。例如：大型建筑中冷源指：冷水机组供冷热源指：锅炉供热空调冷热源工程提纲一、冷源设备二、热源设备三、冷热水机组四、冷热源辅助设备五、空调冷热源的选择与评价一、冷源设备1.制冷剂：（1）制冷剂：是制冷系统中的制冷工质，在制冷系统中，在低温下蒸发吸收热量，在高温下经过冷凝放出热量，将热量不断地从被冷却物体中取出并转移到周围环境中去，制冷剂是在一个封闭的制冷系统中不断循环流动。1.制冷剂（Refrigeration）（2）对制冷剂的要求和选用原则：理想制冷剂应具备：价格低廉，易得，安全，可靠。1.制冷剂（2）对制冷剂的具体要求和选用原则：a.临界温度较高，在常温或普通温度下能够液化；b.蒸发压力不能低于大气压力，避免空气漏入制冷系统，冷凝压力不能太高，避免压缩机和冷凝设备系统庞大；c.凝固温度低，以免制冷剂在蒸发温度下凝固；d.黏度和密度要小，以减小制冷剂在系统中的流动损失；e.热导率高，以提高系统中各个换热器制冷剂侧的传热系数；f.等熵指数小，以减小压缩过程中的耗功；g.液体比热小，使节流过程损失减小；h.不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不起化学作用，高温下不分解，对人体无害；i.价格便宜，便于获得；j.对人类生态环境无破坏作用1.制冷剂（3）制冷剂的种类及表示方法单一制冷工质氟利昂和烷烃类无机物混合物制冷工质共沸混合物制冷工质非共沸混合物制冷工质1.制冷剂烷烃类表达通式：CmH2m+2氟利昂通式：CmHnFxClyBrz两者的符号可表示为：R(m-1)(n+1)(x)B(z)如：二氟二氯甲烷(CF2Cl2)R12五氟乙烷（C2HF5）R125•单一制冷工质的表达方法无机物表达方法：编号首位为7，7后面的数字是该无机物的分子量。如：R717NH3R744CO2注：600系列制定用于一些有机制冷工质。如R600指丁烷，R600a指的是异丁烷1.制冷剂混合物制冷工质共沸混合制冷工质（呈现单一制冷工质的特性，起单一制冷工质的性质的作用）表达方法：以5开头的三位数如R500，R502非共沸混合制冷工质（混合制冷工质还保持组分物质的某些特性）表达方法：以4开头的三位数如：R410AR407C1.制冷剂（4）制冷剂的发展历程最早的制冷剂（1830～1930）乙醚（1805）二乙醚（1834）蒸气压缩式制冷循环二乙醚（1834）蒸气压缩式制冷循环乙醚（1805）橡胶馏化物混合物（1885）二氯乙烷异构体（R1130）第一台离心压缩机制冷剂的筛选由易获得性转向了安全性和性能参数1.制冷剂（4）制冷剂的发展历程CFC和HCFC（1930～1990）CFC(R12)与1931年开始商业化；成为20世纪制冷剂的主流CFC11(R12)于1932年也被商业化HFC和天然制冷剂（1990年以后）1.制冷剂（5）制冷剂的替代路线目前制冷剂存在的问题：对臭氧层的破坏作用及温室效应。替代路线：氟代烃自然工质氟袋醚第二节制冷理论循环制冷装置：将物体温降至环境温度之下，并维持此温度的装置，成为制冷装置。制冷循环：制冷装置中的工质循环。分类：压缩制冷循环、吸收式制冷循环、蒸汽喷射制冷循环以及半导体制冷等。1.卡诺循环热力学第一定律：进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加热力学第二定律：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机。高温热源T1EW0Q2Q1低温热源T2Q2揭示了热机循环热效率不能达到100%和实现低温物体向高温物体转移热量必须以耗功为其补偿。热效率最高只能达到多少？怎样提高热效率？卡诺循环是在一定温限范围内热效率最高的循环。有两个等温过程和两个等熵（绝热）过程组成的循环系统。1.1正向卡诺循环1.卡诺循环正卡诺循环的热力过程分析：（1）3—4等温过程工质由状态3等温压缩，并向恒温热源T2放出热量Q2而到状态4；（2）绝热过程绝热过程，工质由状态4通过绝热压缩达到状态1；（3）等温膨胀工质从状态1，在等温下由恒温热源T1吸取热量q1变化到状态2；（4）绝热膨胀工质由状态2进行绝热膨胀恢复到原来状态31.卡诺循环从卡诺循环热效率可得出结论：（1）卡若循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度，可采用增大高、低温差来提高热效率。（2）卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1。（3）当T1=T2时，即只有一个热源，则热效率等于0。即指单一热源的热发动机是不可能存在的，必须存在温差。（4）卡诺循环的热效率与工质的性质无关。卡诺循环是一种理想的可逆循环。在实际过程中，无法实现没有温差下的等温传热过程，也不可能实现没有摩擦损失的等熵过程。1.卡若循环可逆状态下的卡诺循环发动机是无法实现的。1.2逆卡诺循环1.卡诺循环1.卡诺循环1.2逆卡诺循环的热力过程分析：（1）4—1定温压缩过程工质在定温压缩过程中向高温热源放出热量为q1,同时熵减少了q1/T1;（2）2—3等温过程从低温热源中吸取热量为q2，循环所消耗的功为w，熵增加了q2/T2;根据热力学第一定律：q1=q2+w，整个循环可逆，总熵不变，则有：q1/T1=q2/T2=(q1+W)/T2过程功为：W=q2(T1-T2)/T2逆卡诺循环的制冷性能系数：逆卡诺循环的制热系数：逆卡诺循环的性能分析在已知的高温和低温热源温度下，逆卡诺循环具有最大的制冷性能系数，即在相同的制冷量下，消耗的功最少。冷、热源温差越大，制冷系数越小，制冷机的经济性越差。1.卡诺循环2.洛仑兹循环变温热源的可逆循环，洛仑兹循环的性能系数大于卡诺循环。3.蒸汽压缩制冷理论循环蒸汽压缩式制冷循环：等熵压缩过程（压缩过程）定压下冷却过程和定压定温下凝结过程（冷凝过程）等焓过程（绝热节流降压过程）定压定温吸热汽化过程（蒸发过程）3.蒸汽压缩制冷理论循环3.蒸汽压缩制冷理论循环3.单级蒸汽压缩制冷循环制冷循环的基本形式是：饱和循环，即压缩机吸入干饱和制冷剂蒸汽，冷凝终了的液体制冷剂为饱和液体。实际制冷循环过程：过冷循环、过热循环、回热循环。（1）过冷循环将节流阀前的液态制冷剂进行再冷却，使其温度降到冷凝温度以下称为液体过冷。3.单级蒸汽压缩制冷循环（1）过冷循环制冷循环过程分析：过冷度越大，制冷量越大；节流前后温差愈小，则节流损失越小，在实际制冷循环中多采用工质液体过冷的循环以减少节流损失，提高制冷系数。3.单级蒸汽压缩制冷循环3.单级蒸汽压缩制冷循环（1）过冷循环性能分析制冷量的增加量：△q0=h5-h5’=h4-h4’过冷循环的制冷系数：εr’=(h1-h5’)/(h1-h2)=[(h1-h4)+(h4-h4’)]/(h1-h2)=εr+c’△t/(h1-h2)（1）过冷循环实现液体过冷采取的措施：在冷凝器中过冷，当冷却介质温度较低，冷凝面积足够大时，制冷剂液体可得到过冷；专门设置一种过冷度换热器，但需要增加冷却水和深井水设置；用回热器过冷，利用从蒸发器出来的回气，冷却节流前的制冷剂液体。注：过冷循环较基本循环的投资增加了。3.单级蒸汽压缩制冷循环利用过冷循环的范围：当蒸发温度在-5℃以下时，对于大型的制冷装置采用液体过冷器在经济上是有利的；如果冷凝器采用温度较低的深井水，设计时采用液体过冷器进行过冷循环，其综合效益较好。3.单级蒸汽压缩制冷循环（2）过热循环压缩机吸入前的制冷剂蒸汽的温度，高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，成为吸气过热，具有吸气过热的循环称为过热循环。3.单级蒸汽压缩制冷循环（2）过热循环性能分析：过热度有害过热：低压蒸汽在吸气管处吸收周围环境空气的热量而过热。造成的危害：A.有害过热会使制冷剂蒸汽温度升高，是吸入蒸汽的比容增大，压缩机的质量排气量减少，制冷量减少；B.单位压缩功和单位冷凝负荷增加，导致单位容积制冷量和制冷系数下降。有效过热：低压蒸汽在吸气管处吸收被冷却物质的温度而过热。效果：过热循环的单位制冷量增大了。3.单级蒸汽压缩制冷循环3.单级蒸汽压缩制冷循环（2）过热循环性能分析：单位制冷量的增加量：△q0=h1’-h1循环的理论功的增加：△W0过热循环的制冷系数：εh’=q0’/w=(q0+△q0)/(w0+△w0)（2）过热循环过热循环系统的选择：与制冷剂的有关,氟利昂制冷剂配用热力膨胀阀时，制冷剂会在蒸发器内产生一定的过热度，这部分过热为有效过热。常用于R22.氨制冷系统中由于氨制冷装置的容量较大，回气管道较大，与环境的热交换不可避免，总是存在有害过热。为了防止出现湿压冲程，其过热度一般为5℃，同时尽量缩短从蒸发器到压缩机的回气长度，并对回气管采取适当的隔热措施，减少能量损失。3.单级蒸汽压缩制冷循环（3）回热循环在压缩机的吸气管道上设置一个换热器，使节流前的制冷剂液体和来自蒸发器的低温蒸汽进行热交换，使液体过冷，蒸汽过热，称之为回热。3.单级蒸汽压缩制冷循环3.单级蒸汽压缩制冷循环（3）回热循环性能分析不计回热器与环境空气之间的热交换，则液体的过冷的热量等于使蒸汽过热的热量，即：h4-h4’=h1’-h1c’(tk-t4’)=Cp0(t1’-t0)制冷系数εh=(q0+△q0)/(w0+△w0)=ε0(1+Cp0△tr/q0)/(1+△tr/T0)Cp0T0q0适用于回热系统（3）回热循环回热循环系统的选择：R22和R502采用回热循环时，制冷系数提高，并可减轻回气管的有害过热，使吸入蒸汽中夹带的油滴所溶解的氟利昂在回热器中汽化，以回收其冷量等优点。氨制冷系统不适采用回热循环，否则使，制冷系数降低，同时使压缩机的排气温度过高。一、单级蒸汽压缩制冷循环第三节蒸汽压缩式制冷机组蒸汽压缩式制冷机组的组成：基本部件：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构四个基本部件加上制冷剂组成一个基本的制冷循环；辅助设备：油分离器、贮液器、能量调解机构、控制和保护装置等辅助设备。第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机容积型：低压气体直接受到压缩，体积被强制缩小，达到提高压力的目的。压缩机速度型：气体压力的提高是由气体的速度转化而来的，气体的动能转变为气体的位能螺杆式滚动转子式涡旋式离心式轴流式活塞式回转式第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机1.活塞式压缩机工作原理：是曲柄连杆机构，带动活塞在汽缸内作往复运动而进行压缩气体的装置。适用范围：往复运动零件引起了震动和机构的复杂性，限制了它的最大制冷量，一般小于500KW。第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机1.活塞式压缩机分类：（1）按使用的制冷剂分类氨压缩机不允许使用铜制零件（磷青铜除外）氟里昂压缩机渗透性较强，对有机物有膨胀作用，对压缩机的材料及密封机构均有较高的要求二氧化碳压缩机第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机1.活塞式压缩机分类：（2）按气缸布置方式分类（3）按压缩机的密封方式分类卧式直立式角度式密封式开启式半封闭式全封闭式第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机1.活塞式压缩机分类：（4）按制冷量的大小分类（5）按气体压缩的级数分类单级压缩多级压缩小型活塞式制冷压缩机电动机功率不小于0.37kw，气缸直径小于70mm的压缩机中型活塞式制冷压缩机气缸直径在70~170mm压缩机第三节蒸汽压缩式制冷机组一、压缩机1.活塞式压缩机活塞式制冷压缩机的特点：（1）高速，多缸：压缩机的转速高，结构紧凑，开启式和半封闭系列的压缩机是2，4，6，8缸四种气缸数