94图解空调原理

制冷与空调技术基础制冷和空调是相互联系而又彼此独立的两个领域。为了使某一物体或某一区域的温度低于环境温度，并维持所需的低温，就需要不断地从其中取出热量，并转移到周围介质中去，这个过程就是制冷过程。而空调就是利用制冷技术对空气的温度、湿度等进行调节。因此要掌握空调器的原理与维修，就必须了解制冷与空调的基本原理，熟悉制冷与空调的热力学知识。制冷与空调技术热工知识一、温度温度在宏观上是描述物体冷热程度的物理量；温度在微观上标志物质内部大量分子热运动的激烈程度。我国法定计量单位规定采用的温度制为摄氏温度和绝对温度（也称热力学温度），而欧美国家采用华氏温度。1、温标测量温度的标尺称为温标，工程上常用的温标又可以分为3种：热力学温标、摄氏温标和华氏温标。（1）热力学温标。又称开尔文温标或绝对温标，符号为T，单位为K；热力学温标是在一个标准大气压下定义纯水的冰点温度为273.16K，沸点温度为373.16K，其间分为100等份，每等份称为绝对温度1度（1K）。（2）摄氏温标。又叫国际温标，符号为t，单位为°C；在一个标准大气压下，把纯水的冰点温度定为0°C，沸点温度定为100°C，其间分成100等份，每一等份就叫1°C。若温度低于0°C时，应在温度数字前面加“(”号。（3）华氏温标。其符号本书用θ表示，单位为°F。华氏温标是在一个标准大气压下把纯水的冰点温度定为32°F，沸点温度定为212°F，其间分成180等份，每一等份就叫1°F。3种温标的换算关系：t=T(273.16T(273（°C）θ=9/5t+32（°F）T=t+273.16t+273（K）二、压力工程上常把单位面积上受到的垂直作用力叫做压力，压力的法定单位是Pa（帕）。大气压力是指地球表面的空气对地面的压力；在工程上为使用方便和计算方便，把一个大气压按0.98×10∧5Pa来计算，称为一个工程大气压。压力有绝对压力、表压力和真空度之分。绝对压力是指被测流体对于容器内壁的实际压力，用P绝表示；当绝对压力高于大气压力（用B表示）时，压力计的示数叫做表压力，用P表表示；而系统抽真空时压力计的示数叫做真空度，用P真表示，它们之间的关系是：P绝=P表+B，P真=B-P绝三、湿度和露点空气是由干空气和水蒸气两部分组成的。在一定温度下，空气中所含水蒸气的量达到最大值，这种空气就叫做饱和空气。当空气未达到饱和时，空气中所含水蒸气的多少用湿度来表示，湿度常用绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点来表示。1.绝对湿度与相对湿度单位体积空气中所含水蒸气的质量，叫做空气的绝对湿度，单位为kg/m3。而相对湿度是指在某一温度时，空气中所含的水蒸气质量与同一温度下空气中的饱和水蒸气质量之百分比。在实际中直接测空气所含水分质量较困难，由于空气中水分产生的压力在100℃以下时与空气中含水量成正比，从而可用空气中水蒸气产生的压力表示空气中的绝对湿度。饱和空气的绝对湿度与温度有关，温度高（低），饱和空气的绝对湿度大（小），因此，在空气中水蒸气含量不变的情况下，可降低温度以提高空气的相对湿度。空气中的绝对湿度与相对湿度的关系是：100%饱和水蒸气压力)以水蒸气分压水蒸(绝对湿度度相对湿2.含湿量与露点在实际应用中，一般不使用绝对湿度，而使用“含湿量”这一概念。1kg干空气所含水蒸气的质量，叫做空气的含湿量，其单位是g/kg。在含湿量不变的条件下，空气中水蒸气刚好达到饱和时的温度或湿空气开始结露时的温度叫露点。在空调技术中，常利用冷却方式使空气温度降到露点温度以下，以便水蒸气从空气中析出凝结成水，从而达到干燥空气的目的。空气的含湿量大，它的露点温度就高，物体表面也就容易结露。三、饱和温度与饱和压力液体沸腾时维持不变的温度称为沸点或称为在某一压力下的饱和温度；而与饱和温度相对应的某一压力称为该温度下的饱和压力。饱和温度和饱和压力都是随着相应的压力和温度的增大而升高，一定的饱和温度对应着一定的饱和压力。如在一个大气压（约0.1MPa）下水的饱和温度为100℃；水在100℃时的饱和压力为一个大气压，而在0.048MPa的绝对压力下，水的饱和温度为80℃，即80℃时水的饱和压力为0.048MPa。饱和温度和饱和压力对制冷系统有重要的意义。在蒸发器中，制冷剂液体在（与蒸发器内压力相对应的）饱和温度下进行吸热、沸腾；而在冷凝器中，制冷剂蒸气的冷凝温度即是所处压力下的饱和温度。在整个凝结过程中，尽管蒸气还是不断受到冷却，但饱和温度始终维持不变（因冷凝器内压力不变）。四、临界压力与临界温度当饱和气体的温度不变，压力升高，比容值减小，随着压力的不断升高，气态的比容值逐渐接近液态的比容；当压力增加到一定值时，气态和液态之间就没有明显的区别了，这种状态叫做临界状态。此时所对应的压力和温度分别叫做临界压力、临界温度。在临界温度以上的气态，无论加多大的压力都不能使它液化。因此，对于制冷剂来说，为了使制冷剂在常温下能够液化，其临界温度应较高一些。五、物态变化1.物质的状态在自然中，物质的状态通常是固态、液态和气态。在一定的条件下，这3种物态之间可以相互转化，此转化过程叫做相变。物态变化与热量转移如图所示。物质从固态变成液态叫融解（熔解），融解过程要吸收热量；而物质从液态变成固态叫凝固，凝固过程会放出热量。物质从固态变成气态叫升华，升华过程要吸收热量；而从气态变成固态叫凝华，凝华过程会放出热量。物质从液态变成气态叫汽化，汽化过程要吸收热量；而物质从气态变成液态叫液化，液化过程会放出热量。气体液体固体凝固熔解升华凝华冷凝蒸发2.汽化汽化有蒸发和沸腾两种形式。蒸发是只在液体表面进行的汽化现象，它可以在任何温度和压强下进行。沸腾是在液体表面和内部同时进行的强烈汽化，沸腾时的温度叫沸点。在一定的压强下，某种液体只有一个与压强相对应的确定沸点，压强增大沸点升高，压强减小沸点降低。因此，在制冷设备中常用调节制冷剂的沸腾压强来控制制冷温度。在相同的压强下，不同的物质具有不同的沸点。如在标准大气压下，水的沸点是100°C；氟里昂12（R12）的沸点是-29.8°C，在制冷行业中，习惯上把沸腾称为蒸发，同时把沸腾器、沸腾温度和沸腾压强分别叫做蒸发器、蒸发温度和蒸发压力。3.液化气体液化的方法是将气体的温度降到临界温度以下，并且增大压力。每种物质都有自己特定的临界温度和临界压力。如果某种气态物质的温度超过它的临界温度，无论怎样增大压力，都不能使它液化。如果蒸气跟产生这种蒸气的液体处于平衡状态，这种蒸气叫做饱和蒸气。饱和蒸气的温度、压力分别叫饱和温度、饱和压力。一定的液体在一定温度下的饱和气压是一定的。但随着温度的升高（或降低），饱和气压及饱和蒸气的密度一般会随着增大（或降低）。而在空气含湿量不变的情况下，将空气的温度降到露点，未饱和蒸气也就变成饱和蒸气。因此，在制冷装置中常利用制冷剂的饱和温度与饱和压力一一对应的特性，通过调节压力来调节温度。六、过冷与过热1、过冷在制冷技术中，过冷是对液体而言的。将冷凝后的液体制冷剂在压力不变的情况下继续冷却，其温度就会比冷凝时的饱和温度更低。这种现象称为过冷。这时的液体称为过冷液体，其温度称为过冷温度。饱和温度（即冷凝温度）与过冷温度之差称为过冷度。2、过热在制冷技术中，过冷是对气态制冷剂而言的。让蒸发器中的干饱和蒸气继续定压吸热的热力过程称为过热。过热蒸气温度称为过热温度，其比干饱和蒸气的饱和温度高，两者之间的温度差称为过热度。在蒸气压缩式制冷系统中，压缩机吸入和排除的蒸气都是过热蒸气。空调中为了限制节流气化，从冷凝器出来的液态制冷剂应进一步降温，使其过冷；而为了防止液击，气态制冷剂进入压缩机前，应吸热升温，使其成为过热蒸气。因此常常将毛细管和压缩机低压回气管套在一起，使低压回气管中的低温低压干饱和蒸气状态的制冷剂与毛细管中的高压常温饱和状态的制冷剂进行热交换，一方面降低了节流前制冷剂的温度，使之变成比饱和温度低的过冷液，另一方面又让蒸发器流出来的低温低压干饱和蒸气吸收热量，变成为低温低压的过热蒸气，这样就大大提高了制冷系统的制冷量。七、热量热量是能量变化的一种量度，表示物体在吸热或放热过程中所转移的热能。热量有显热和潜热两种形式。1.显热显热是指物质在只改变温度而不改变其状态的过程中所转移的热量，如水的温度从20°C升至80°C，这时水吸收的热量为显热。2.潜热潜热是指物质在只改变状态（如熔解、液化等），而不改变温度的过程中所转移的热量。如将100°C的水变为100°C的水蒸气时，需要吸收的热量。依据物态变化,潜热可分为汽化潜热、液化潜热、熔化潜热和凝固潜热等。•在实际应用中，潜热与显热的关系如图所示。热量八、制冷量制冷量是单位时间内制冷剂在制冷系统所吸收的热量。单位为瓦（W）或千瓦（KW),它是衡量制冷装置制冷能力的主要参数。现在空调销售行业中习惯用“匹”作为制冷量的单位，所谓的1匹大约相当于2300W的制冷量，1.5匹约3450W，2匹约为4600W。空调匹数冷量适用面积㎡空调匹数冷量适用面积㎡小1P≤230010-12小2P＞3500＜500022-34整1P250012-152P500024-35大1P＞2500≤280012-16大2P＞5000＜600026-38小1.5P＞2800≤320015-182.5P6000左右32-46整1.5P350015-223P及以上≥700040以上制冷与空调技术基础一、制冷的分类和制冷的方法根据制冷产生的环境温度的不同，制冷技术大致可分为普通制冷：环境温度以下到-153.15°C深度制冷：-153.15°C到-253.15°C低温和超低温制冷：-253.15°C到接近绝对零度，即-273.15°C空调器中的制冷属普通制冷。制冷的方法很多，所获得的低温温度范围也不同。普通制冷常用的制冷方法有相变、节流、膨胀、半导体制冷等。1.相变制冷物质在状态变化过程中，如熔解、汽化和升华等，都要吸收热量，因此都有制冷作用。利用相变制冷，系统所能达到的温度取决于物质相变的温度，而系统所获得的制冷量，取决于该物质的相变潜热。为了连续获得一定的制冷量，使系统保持所要求的低温，就必须不断补充相变物质。而相变物质的补充方式有单向和循环两种方式，固体熔解和升华属单向制冷，液体汽化可实现循环制冷，因为汽化后的相变物质可采用一定方法使之重新液化，供循环使用。由于汽化、液化的潜热很大，因而制冷能力很强。目前，广泛采用的相变循环制冷方式:蒸气压缩制冷循环。将蒸发器出来的蒸气冷却加压后，重新冷凝为液体，然后再蒸发，如此不断循环，这就是蒸气压缩制冷循环。电冰箱和家用空调器采用这种制冷方式。蒸气压缩制冷循环原理如图所示。将制冷用的工质充灌在一个密封的系统内，液态工质经节流装置节流降压后，在蒸发器中等压汽化吸热，变为低温、低压蒸气，然后经过压缩机绝热压缩成高温高压蒸气，最后在冷凝器中液化放热，并再进入节流装置，从而完成一个制冷循环。蒸气压缩制冷循环2.节流制冷一定压力的流体在管内流动过程中，若管子的某一部分的横截面积突然缩小，则流体会由于局部的作用而降压，这种现象称为节流，节流后流体温度会降低。因此，节流后的低温气体可以作为制冷源，而且节流降温还可能使气体液化。3.膨胀制冷高压气体绝缘膨胀一方面可以降低温度，产生制冷作用；另一方面膨胀过程还会对外做功，回收能量，提高制冷装置的效率。气体在节流与膨胀过程都有降温制冷作用，但气体绝热节流制冷的初温必须低于转换温度，而气体绝热膨胀后温度总是降低的。因此实际应用中常根据需要来选择适当的制冷方式。例如，在高温高压或高温中压时，通常选用绝热膨胀制冷；而在温度较低时，采用节流制冷效果较好；至于气体液化，往往将两种方法结合起来，组成气体液化系统。4.半导体制冷利用某种半导体材料的热电效应实现制冷。产生热电效应的原因是：不同材料传导电荷能量不同，当不同材料组成回路，电荷在接触面处从一种材料移到另一种材料时，能量发生变化，而能量变化取自材料本身内能，使接触面温度升高或降低，从面产生放热、吸热。二、空调技术基础空调技术在实现温度调节时，用到了制冷技术，但它不等同于制冷技术，它