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第二章汽车空调制冷技术基础第二章汽车空调制冷技术基础第一节热力学基础知识第二节制冷剂第三节冷冻机油第四节制冷系统的分类第五节汽车空调制冷系统的工作原理实训项目制冷系统组成与分类行车记录仪第二章汽车空调制冷技术基础第一节热力学基础知识一、温度温度是用来衡量物体冷热程度的物理量，测量温度的标尺称为温标。工程上常用的温标有：(1)摄氏温标：用符号t表示，单位为℃。它将标准大气压下冰的融点定为0℃，水的沸点定为100℃，两者之间平均分为100分度，每单位分度为摄氏1度，表示为1℃。(2)华氏温标：用符号F表示，单位为℉。它将标准大气压下冰的融点定为32℉，水的沸点定为212℉，两者之间均分为180分度，每单位分度为华氏1度，表示为1℉。第二章汽车空调制冷技术基础表2-1三种温标的比较和换算方法温度标定名称代号单位换算方法摄氏温度t℃t＝5(32)9F华氏温度F℉F＝9325t热力学温度TKT(K)＝t＋273＋第二章汽车空调制冷技术基础(3)热力学温标：热力学温标又称为绝对温标或开氏温标，用符号T表示，单位为K。这个温标所定义的热力学温度以绝对零度(－273.16℃)为基准。三种温标的比较和换算方法如表2-1所示。用于测量温度的仪表称为温度计。测试汽车空调性能常用的温度计有：压力表式温度计、热电偶式温度计和热敏电阻式温度计(数字式)，它们是利用蒸汽的饱和压力和饱和温度的对应关系(压力表式温度计)或某些材料的热电效应进行温度测量的。下面介绍干球温度、湿球温度、干湿球温差、露点温度、冷凝温度、蒸发温度的相关知识。第二章汽车空调制冷技术基础1.干球温度和湿球温度(1)干球温度是指用干球温度计测量空气温度时，干球温度计所指示的温度。它就是我们通常使用的温度计所测量的空气温度。(2)湿球温度是指在稳定条件下，湿球温度计所指示的温度。如图2-1所示，在感温球上包上纱布，并把纱布的一端放在水槽中，靠毛细管现象把水吸上去，使感温球湿润。由于湿纱布上的水分蒸发需要吸收相应的汽化潜热，因此湿球温度计上的读数将要比干球温度计上的读数低一些，此时湿球温度计所指示的温度叫湿球温度。标准湿球温度计应在感温球周围有3～5m/s的风速。第二章汽车空调制冷技术基础图2-1湿球温度的测定第二章汽车空调制冷技术基础2.干湿球温差用干、湿球温度计分别测量未饱和空气时，干、湿球温度计所显示的温度不同。湿球温度低于干球温度，二者形成的温差叫干湿球温差。这个温差越大，表明空气越干燥，反之，空气越潮湿。3.露点温度将我们周围一定量的空气冷却后，空气的绝对湿度便降低，当相对湿度达到100%时，即干球温度和湿球温度相同时，空气中所含有的水蒸汽便成为饱和状态，再进一步冷却，水蒸汽便不能以其原来的状态存在下去，其中一部分凝结成露水。于是，我们把湿度为100%时的温度叫做凝结成露水的温度——露点温度。第二章汽车空调制冷技术基础4.冷凝温度在空调系统中，冷凝器中的制冷剂在一定高压下由气态变为液态时的温度称为冷凝温度。5.蒸发温度在空调系统中，蒸发器中的制冷剂低压汽化时的温度称为蒸发温度。第二章汽车空调制冷技术基础二、湿度湿度用来表示空气的干湿程度。1m3湿空气中所含水蒸汽的重量，叫空气的绝对湿度。由于湿空气是空气和水蒸汽的均匀混合物，因此绝对湿度在数值上等于水蒸汽的含量，用rw表示。绝对湿度只能说明湿空气在某一温度下实际所含水蒸汽的重量，但不能说明湿空气的吸湿能力。因此，采用湿空气的相对湿度来说明空气的潮湿程度，或说明空气接近饱和的程度。相对湿度就是湿空气中实际所含的水蒸汽量与同温度下饱和湿空气所含的水蒸汽量的比值。用公式表示，即第二章汽车空调制冷技术基础%100swswPPrrΦ式中：rw——空气的绝对湿度；rs——饱和湿空气的密度；pw——空气中水蒸汽的分压力；ps——饱和湿空气中的水蒸汽分压力(简称饱和水蒸汽压力)。第二章汽车空调制冷技术基础F值越小，表示湿空气离饱和状态越远，空气越干燥，还能再吸收水分；反之，若F值越大，则表示空气越潮湿，吸收水分的能力越差。当F＝0时，则为干空气；当F＝100%时，则为饱和空气，再也不能吸收水分了。湿空气在状态变化过程中，由于水分蒸发，水蒸汽凝结，其体积重量会发生变化。即使湿空气中的水蒸汽含量不变，由于温度变化，其体积也跟着变化，因此绝对湿度也将发生变化。第二章汽车空调制冷技术基础三、压力与真空度压力就是固体、液体或气体垂直作用于物体表面上的力。在实际应用中是以作用于物体单位面积上的力来表示的，常用P表示，其单位为帕斯卡，简称帕(Pa)。地球表面包围着一层很厚的空气层，我们称它为大气层，大气的重量对地球表面物体单位面积上所产生的压力称为大气压力(简称大气压)。我们把在地球纬度45°，温度为0℃时，大气对海平面的压力称为标准大气压，它相当于101.325kPa。第二章汽车空调制冷技术基础表示压力常用的方式有绝对压力、表压力和真空度。(1)绝对压力：它表示实际的压力值，是把完全真空状态作为零值。(2)表压力：通过压力表指示读出的压力值，称为表压力值。它是将标准大气压作为零值，在此基础上进行压力计量的结果。(3)真空度：低于大气压力的数值称为真空度。上述三种压力在制冷技术领域中经常应用，绝对压力在设计及查阅制冷剂、特性表时使用；表压力在观察系统运行状况时使用；真空度则在维修系统抽真空时使用。它们之间的关系如图2-2所示，用公式表示如下：表压力P表＝绝对压力P绝－大气压力B真空度P真＝大气压力B－绝对压力P绝第二章汽车空调制冷技术基础图2-2压力与真空度的关系第二章汽车空调制冷技术基础四、汽化与冷凝1.汽化物质由液态变为气态的过程称为汽化。 1kg液体转变为气体需要的热量(单位为J或kJ)，叫做该物质的汽化热。汽化过程有两种形式，即蒸发和沸腾。蒸发是指在任何温度下液体表面上所发生的汽化过程，蒸发过程一般为吸热过程。沸腾是一种在液体表面和内部同时进行的汽化现象。任何一种液体只有在一定的温度下才能沸腾，沸腾时的温度称为沸点。在一定压力下，蒸发可以在任何温度下进行，而沸腾只能在一定温度下发生。制冷剂在蒸发器内吸收了热量后，由液态汽化为蒸汽，这个过程就是沸腾。在制冷技术中，对蒸发一词通常理解为液体的沸腾过程。第二章汽车空调制冷技术基础在空调制冷系统中，主要是利用制冷剂在蒸发器内的低压下，不断吸收周围空气的热量进行汽化的过程来制冷的。这种过程通常是在蒸发器中以沸腾的方式进行，但习惯上称它为蒸发过程，并把沸腾时的温度称为蒸发温度，沸腾时所保持的压力称为蒸发压力。第二章汽车空调制冷技术基础2.冷凝冷凝是指气态物质经过冷却(通过空气或水等热交换方式)使其转变为液体的过程。冷凝过程一般为放热过程。在汽车空调制冷系统中，制冷剂在冷凝器中由气态凝结为液态的过程就是一个冷凝过程，同时放出热量，放出的热量由冷却空气带走。第二章汽车空调制冷技术基础五、饱和温度和饱和压力如果对制冷剂加热，则其中的一部分液体就会变成蒸汽；反之，如果制冷剂放出热量，则其中的一部分蒸汽又会变成液体(温度不变)。在这种制冷剂液体和蒸汽处于共存的状态下，液体和蒸汽是可以彼此转换的。处于这种状态的制冷剂蒸汽叫饱和蒸汽，这种状态下的制冷剂液体叫做饱和液体。饱和蒸汽的温度叫做饱和温度；饱和蒸汽的压力叫做饱和压力。汽化过程中，由饱和液体和饱和蒸汽组成的混合物称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。干饱和蒸汽是指在容器中的液体全部蒸发成蒸汽的状态。第二章汽车空调制冷技术基础通常所说的沸点都是指液体在一个大气压下的饱和温度。对于不同的液体，在同一大气压下，它的饱和温度也是不同的，如表2-2所示。表2-2几种液体在一个标准大气压下的正常沸点液体名称沸点/℃液体名称沸点/℃水100R22－40.8酒精78R134a－26.15R12－29.8R142b－9.25氨－33.4R405a－27.3第二章汽车空调制冷技术基础六、热量与热容1.热量有热出入，温度就有变化，温度变化的大小和出入的热量成比例，这种热的量叫做热量。热量的单位为焦耳(J)。温度不同的物体接触时，热量从温度较高的物体传到温度较低的物体，或从同一物体内温度较高的部分传到温度较低的部分，直到温度趋于一致为止。热的传递有传导、对流和辐射三种形式。第二章汽车空调制冷技术基础(1)传导。在物体(固体)两点之间有温差时，热量将通过物体内部从高温点向低温点移动，这种现象就是热的传导。一般来说，金属是热的良导体；而一些非金属，如木头、石棉等导热能力极差，称为绝热材料。(2)对流。气体和液体依它本身的流动使热量转移，这种热的传递方式称为热的对流。冷凝器就是利用空气对流进行冷却的。(3)辐射。它是指发热源直接向其周围的空间散发热量，通过辐射波将热量传递给其他物体的过程。热辐射和电波的传播很类似，其特点是热量由热源表面以光(电磁波)的形式连续发射，以光速传播，可以不依靠其他物质。第二章汽车空调制冷技术基础2.热容把单位质量的物质的温度升高1 K所需要的热量称为热容。热容大的物体有不易热和不易冷的性质。热容的单位为J/K。第二章汽车空调制冷技术基础七、显热与潜热物体受热，温度就会上升，温度上升到一定程度物体状态就会发生变化。冰加热后融化成水(固体→液体)；水加热，温度上升到100℃开始沸腾汽化(液体→气体)，这时即使继续加热，温度也不再升高。在水未达到100℃之前，所加的热能使温度上升，这种热能感觉出来，我们称之为显热，能用温度计测出。达到100℃以后，继续加的热，用于使液体变成气体，这种热叫做潜热，是不能用温度计测出的，如图2-3所示。第二章汽车空调制冷技术基础图2-3显热与潜热第二章汽车空调制冷技术基础潜热按物体状态变化不同，可分为以下几种：(1)液化潜热：从气体变成液体时放出的热叫做液化潜热；(2)凝固潜热：从液体变成固体时放出的热叫做凝固潜热；(3)熔解潜热：从固体变成液体时吸收的热叫做熔解潜热；(4)蒸发潜热：从液体变成气体时吸收的热叫做蒸发潜热；(5)升华潜热：从固体变成气体时吸收的热叫做升华潜热。第二章汽车空调制冷技术基础八、节流在流体通路中，通道截面积突然缩小，流体压力便下降，如果此时产生气体，则总体积还要增大。这种变化只是状态的变化，与外界没有热和功的交换，因此流体的热量不变。这种状态变化称为节流，如图2-4所示。在空调制冷系统中，制冷剂在膨胀阀中的状态变化就是节流过程。制冷剂被膨胀阀节流后，如果压力下降得比饱和压力还低，部分液体将变成饱和蒸汽，体积急剧增大。这时的蒸汽发热是由液体本身供给的，所以液体温度下降较大。第二章汽车空调制冷技术基础图2-4节流示意图第二章汽车空调制冷技术基础九、制冷能力与制冷负荷1.制冷能力制冷机就是把热量不断地从低温物体转移给高温物体的装置。制冷能力的大小是以单位时间内所能转移的热量来表示的，单位为J/h。2.制冷负荷为了把汽车内部的温度和湿度保持在一定的范围内，必须将来自车外太阳的辐射热和车内人体散发出的热量排除到大气中去。这两种热量的总和就叫做制冷负荷。由于汽车制冷负荷受到车身形状及外界大气温度、湿度、车速等客观条件和乘员数量的影响，因此汽车空调系统的制冷负荷较大。第二章汽车空调制冷技术基础第二节制冷剂一、制冷剂的概念在制冷系统中用于转换热量并且循环流动的物质称为制冷剂。汽车空调是利用制冷剂蒸汽被压缩，压缩机驱动其循环流动实现制冷的。液体制冷剂在蒸发器低温下吸取被冷却对象的热量而汽化，使被冷却对象降温。然后，又在高温下把热量传给周围介质而冷凝成液体。如此不断循环，借助于制冷剂的状态变化，达到制冷的目的。第二章汽车空调制冷技术基础目前汽车空调系统使用的制冷剂通常有R12、R134a，英文字母R表示Refrigerant(制冷剂)，其数字代号使用的是美国制冷工程师协会(ASRE)编制的代号系统。制冷剂的种类很多，理论上只要能进行气、液两相转换的物质，均可作为蒸发制冷系统的制冷剂。但寻找制冷效率高，且对环境没有污染的制冷剂却很困难，目前使用的R134a只是R12的替代品，其排放物产生的温室效应