空调用制冷技术.

空调用制冷技术陈汝冬主编同济大学出版社2020/5/2627制冷系统设计制冷系统的前提：1.用户情况，包括制冷系统的用途、冷负荷、使用场所、供冷方式、安装要求等。2.冷却水源、水量、水质和水温等3.气象条件：工程项目图纸和有关资料2020/5/263制冷设备选择氨系统氟利昂系统制冷系统的设计计算：1.制冷量2.冷凝、蒸发温度确定3.压缩机选型：包括类型、数量、大小以及各台机组系统间的互换、单双级、冷凝器及水量、蒸发器及流量、辅助设备等。2020/5/264机房布置包括在制冷系统设计中。必须符合《采暖通风与空调设计规范》GBJ19-87、《制冷设备安装工程施工及验收规范》GBJ66-84、《冷库设计规范》GBJ72-84等2020/5/265冷却水系统设计冷却水一般应循环使用，便利回收热量；水质应符合《工业冷却水处理设计规范》；水泵前应设置过滤器；循环冷却水应进行水质处理等。冷却水系统一般由冷凝器、水泵和冷却塔组成，冷却水泵选择：扬程与流量冷却塔选择：2020/5/266冷却塔选择冷却塔种类开式和闭式选用和布置原则以夏季空调室外计算湿球温度为准,上海冷却塔的出水温度为32度。2020/5/267制冷剂管道系统设计设计原则：补充：要有良好的回油系统。不能有气阻和液阻；氟利昂系统管道的设计：用紫铜或无缝钢管；焊接连接，20mm以下用丝扣连接；不能使用天然橡胶垫料；2020/5/268氨系统管道的设计：制冷设备与管道的保温：保温层外表面无凝结水，保温层外设保护层；难燃、导热系数小的材料。2020/5/2698冷热水机组目前常用的有压缩－冷凝机组和冷、热水机组。最常用的活塞式冷水机组：有一台或多台压缩机组装模块式冷水机组—微机处理控制系统螺杆式冷水机组与活塞式类似，优点运行平稳，能量无极调节等离心式冷水机组—多用在大型制冷系统中，在制冷量大于1163kW时的COP比螺杆机大1.2倍，但噪声大，无法进行转速调节。2020/5/2610热泵的含义及特点新国际制冷辞典（NewInternationalDictionaryofRefrigeration）的定义，热泵（HeatPump）就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统。（GB50115-1992）《暖通空调术语标准》中对热泵的解释是：能实现蒸发器和冷凝器功能互换的制冷机。热泵消耗电能或热能，将环境中蕴含的大量热能或工业废热，提升为满足用户要求的高温热能，根据热力学第一定律，热泵的热量关系表达式为：oocwqq'''1ecccooocchTTTwqwwq2020/5/2611热泵与制冷系统的区别1.两者的目的不同，制冷机与周围环境在能量上的相互作用是消耗机械功，从低温热源HeatSource吸热，然后放热至高温热源HeatSink，目的是或取冷量，即从低温热源吸热，就是制冷循环；目的是获得热量，即从放热于高温热源，就是热泵循环。2.两者的工作温度区不同，热泵将环境温度作为低温热源，而制冷是将环境温度作为高温热源。所以系统工作的温度区域显然高于制冷系统，COP值相对于制冷系统要大些。3.应用的领域不同2020/5/2612热泵的性能系数制热系数：除第二类热泵外热力系数均大于1。制热季节性系数HSPE（HeatSeasonalPerformanceFactor）HSPE=供热季节热泵总的制热量/供热季节热泵总的输入能量，具体的测定及计算可参阅美国空调制冷学会标准ARI210/240-89(ARIStandardForUnitaryAirConditionning&AirSourceHeatPumpEquipment)，由于测定和计算比较复杂，我国尚未作为法定指标被应用，根据经验，HSPE取1.7较为经济。NQk2020/5/2613热泵的热源热泵的热源分为驱动热源和热泵热源热泵的热源是指可利用的自然界低位能源，例如空气、地表水、地下水等以及生活和生产中的排热热源等。这些能源温度虽然较低，但能量大，通过热泵的提升，向生活和生产过程提供有用的热量。热泵的驱动热源是需要高品位能量的，这种能源来自石化燃料，经燃烧产生热量转化为电力，由电力驱动热泵或用燃料直接驱动。2020/5/2614热泵驱动热源的种类1.核能和太阳能、水力、风力等自然能亦可驱动热泵；2.为了有效使用热泵，在中大型建筑物中最好设置蓄热器或蓄热槽，由于有些热源温度变动大，使供热量有波动。3.采用电力驱动的热泵比直接使用锅炉供热所消耗的能源节约４０％，而且对城市的污染和排热量也大大减轻，但是电力的供应紧张以及有废热可利用的场合，采用热能驱动也不失为一种供能方式。2020/5/26152020/5/2616热泵型机组热泵机组的节能，回收、利用低位热能的有效手段之一。2020/5/2617空气源热泵（风冷热泵）2020/5/26182020/5/26192020/5/2620空气源热泵（风冷热泵）2020/5/26212020/5/2622水源热泵机组WaterSourceHeatPumpGB/T19409—2003《水源热泵机组》的定义：以水为热（冷）源，制取冷/热风或冷/热水的装置。包括一个使用侧换热设备、压缩机、热源侧换热设备，具有单制冷或制冷和制热功能。制热时以水为热源。制冷时以水为排热源。水源热泵类型：水源热泵按使用侧换热设备的型式区分类型：冷热风型水源热泵机组和冷热水型水源热泵机组；按冷热源类型分为水环式水源热泵机组、地下水式与地下环路式的热泵系统；另外还有地表水的闭式和开式热泵系统；闭式环路土壤热泵系统等。优缺点与风冷热泵相反。2020/5/26232020/5/2624水源热泵类型水源热泵按使用侧换热设备的型式区分类型：冷热风型水源热泵机组和冷热水型水源热泵机组；按冷热源类型分为水环式水源热泵机组、地下水式与地下环路式的热泵系统；另外还有地表水的闭式和开式热泵系统；闭式环路土壤热泵系统等。2020/5/2625第六章双级和复叠式蒸气压缩制冷采用自然条件下的空气或水冷凝制冷剂时，对于单级压缩式制冷循环能获得的最低蒸发温度约为-20℃～-30℃。当需要更低的蒸发温度时，单级制冷循环将难以实现，必须采用双级和复叠式制冷。这是因为在较低蒸发温度下使用单级蒸气压缩式制冷循环，会出现以下问题：1.节流损失增加，制冷系数下降；2.压缩机的排气温度上升，影响润滑，损坏机件；3.压缩机运行时的压力比增大，容积效率下降。2020/5/2626例题有一台制冷压缩机，工质为R22，相对余隙容积C=0.048，膨胀过程指数m=1.04，冷凝温度tk=40℃.求最低蒸发温度。解：容积系数λv的计算公式为式中π为压缩机的压力比pk/po当达到最低蒸发温度时，λv=0即：)1(11mvC0)1(11mC2020/5/2627例题当冷凝温度tk=40℃，冷凝压力pk=15.34(bar)时,最低蒸发压力p0为：与p0相对应的蒸发温度t0=-50.5℃，这就是蒸发温度的极限值。7.24)048.0048.01()1(04.1mCC)(621.07.2434.150barppk2020/5/2628第一节双级蒸气压缩制冷一、双级蒸气压缩制冷循环1）对活塞式压缩机来说，当压缩比大于8～10时，应采用双级压缩。具体来讲，对于氨制冷剂，压缩比大于8，蒸发温度低于-25℃；对于氟利昂制冷剂，压缩比大于10，蒸发温度低于-30℃左右时应采用双级压缩制冷。2）双级蒸气压缩制冷循环的具体形式主要包括一次节流、完全中间冷却的双级压缩制冷循环和一次节流、不完全中间冷却的双级压缩制冷循环。2020/5/2629一次节流、完全中间冷却的双级压缩循环过程：制冷剂顺序通过高压级和低压级压缩机里被压缩，使两级的压缩比均小于单级压缩，并在两级压缩之间设置了中间冷却器；特点：使用中间冷却器，使来自低压级压缩机的过热蒸汽完却冷却至饱和状态，故称为完全中间冷却。这样可以减少过热损失，降低排气温度，同时又利用中间冷却器使膨胀阀后的液态制冷剂再过冷，减少节流损失。图示：2020/5/26302020/5/2631一次节流、完全中间冷却的双级压缩如图示，从冷凝器出来的液态制冷剂先在中间冷却器盘管中过冷，然后进入蒸发器。同时，低压级排出的气体在中间冷却器中与注入的气液混合物接触，降温到饱和温度。从高压级排出的制冷剂处于状态4的气体，流经冷凝器后变成状态5的液体，再分成两路：一路经过节流阀进入中间冷却器，在吸收了充分的热量后，与低压级排出的气体一起，进入高压级吸气腔；另一路在中间冷却器中被过冷后，经过节流阀进入蒸发器，吸热蒸发后进入低压吸气腔。2020/5/2632一次节流、完全中间冷却的双级压缩求解经过中冷器前的膨胀阀的制冷剂流量MR2，可根据热平衡式：所以一次节流、完全中间冷却MRMR2MRMR1MR1MR1752368)()()(632751321hhMhhMhhMRRR16375322)()(RRMhhhhhhM2020/5/2633一次节流、不完全中间冷却的双级压缩采用注液进行中间冷却时，对于某些制冷工质是有利的，如R717和R22，能使排气温度降低，制冷系数升高。而对于某些制冷剂,增加高压级的吸气过热度,对于增加吸气量是有利的，例如R502，这时应采用中间不完全冷却的循环。图示：2020/5/26342020/5/2635一次节流、不完全中间冷却的双级压缩循环中吸气状态点4是由状态2和状态3这两种状态混合而得，根据热平衡所以43221hMhMhMRRR)(32133132132214hhMMhMhMhMhMMhMhMhRRRRRRRRR一次节流、不完全中间冷却MRMRMR2MR1MR1MR1MR22020/5/2636双级蒸气压缩制冷的中间压力中间压力p的确定，是双级压缩制冷的特有问题。在设计双级压缩制冷机，选定适宜的中间压力，可以获得最佳的运行经济性。一般情况下应以制冷系数最大作为原则确定中间压力，这样得出的中间压力称为最佳中间压力。寻找一个统一的表达式进行中间压力的计算比较困难，设计中应选择几个中间压力值进行试算。2020/5/2637双级蒸气压缩制冷的中间压力两个中间压力的计算公式1.该式适用于氨制冷剂，所求温度为最佳中间压力所对应的中间温度。2.当高低压缩机压缩比相等，可以使用该式。36.04.00tttkkppp02020/5/2638中间冷却器2020/5/26392020/5/2640带有经济器的压缩式制冷循环带经济器的螺杆式压缩制冷循环在汽缸的适当位置开进气孔实现二次吸气，又称为补气，二次吸气的压力大于蒸发压力，类似于一次节流中间不完全冷却的双级压缩制冷循环；带经济器的离心式压缩制冷循环在两级以上压缩式制冷循环时采用类似于中冷器的经济器。2020/5/2641第二节复叠式蒸气压缩制冷尽管理论上可以采用双级或三级压缩来达到较低的蒸发温度，但由于受到单种制冷剂本身物理性质的限制，能够达到的最低蒸发温度有一定限度，这是因为：1.蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点，否则制冷剂无法进行制冷循环。2.蒸发温度过低导致蒸发压力过低，易产生泄漏和系统中吸入空气，破坏制冷循环正常进行。3.蒸发压力很低时，气态制冷剂的比容很大，单位容积制冷能力大为降低，势必要求压缩机的体积流量很大。2020/5/2642复叠式蒸气压缩制冷循环综上所述，为了获取更低温度，需要使用一种新的制冷循环－－复叠式蒸气压缩制冷循环（图示）。该循环是由两个独立制冷循环组成，上部为高温级制冷循环，下部为低温级制冷循环。将两个制冷循环串联起来的装置叫蒸发冷凝器。它既是高温级的蒸发器，又是低温级的冷凝器，通过高温级的制冷剂的蒸发，吸收低温级制冷剂的潜热，使两个制冷系统都能正常运行。2020/5/2643高温压缩机低温压缩机2020/5/2644复叠式制冷系统的几个问