制冷与空调作业

襄樊市高级技校特种作业培训1制冷与空调作业2007第一章制冷空调原理与制冷系统的基本构成第一节制冷与空调的基本知识一、制冷基本概念在制冷空调技术中所说的“冷”是相对与环境温度而言的。这里的环境是指自然界的空气和水。“制冷”是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个底温。实现制冷可以通过两种途径：一种是天然冷源。另一种是人工冷源。天然冷源是自然界在的冷源，天然冷源具有价廉、贮量大在特点，在使用中不需要复杂的技术和设备。人工源是利用制冷机进行冷量的生产，即利用人工的方法实现制冷，而且可以根据不同的要求获的不同的底温。按照制冷所到达的底温范围，制冷可以分成以下几个领域：普通制冷：120K以上；深度制冷：120～20K；底温制冷：20～0.3K；也可将120K一下的制冷统称为低温制冷。制冷技术在国民经济中的应用：1、用于空气调节的冷源随着社会的发展，空气调节已广泛的用于生活服务设施和工业生产中，对空气温度、湿度、空气流动速度、以满足人体舒适的工艺生产过程的要求。2、用于商业和食品工业现代的食品工业，从生产、贮远到销售已经形成完整的冷链。它所用的装置有速冻机或急冻间、冷库、冷藏汽车、冷藏列车、保鲜车、冷藏船、冷藏柜、冰箱等。3、用于工业、产品性能实验及科学研究在机械制造中，对钢进行—70～—90℃的底温处理，改变其金相组织，提高钢的硬度和强度。在化学工业中可以合成橡胶，合成塑料等。4、用于医疗卫生方面在一些医疗手术中，进行底温麻醉和手术。对一些疫苗、血液、药品等进行底温贮藏。襄樊市高级技校特种作业培训2制冷与空调作业2007实现人工制冷方法很多，常见的有以下四种：液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。其中液体汽化制冷的应用最广泛，它是在利用液体汽化时的吸收热效应来实现制冷的。蒸汽压缩式、吸收式、蒸汽喷射式和吸收式制冷都属于液体汽化制冷。二、空调基本概念空气调节简称空调。它是对室内空气环境的温度、相对湿度、空气流动速度、洁净度、空气度、空气的新鲜度进行人工调节，以满足人体舒适和工艺生产过程的要求。室内的空气环境一般受到两方面的干扰，一方面受到室外太阳辐射、外部气候变化及空气中有害物的干扰；另一方面是来自室内人体、照明设备、生产过程进行加热、却冷、加湿、除湿及净化等处理。由于空调房间各自的指在要求不同，应此对空气环境的参数及其控制精度的要求也不同。衡量空气工程的等级，常用空调的基数和空调的精度来规定。空调基数是指在空调区内，空气的温度和相对湿度的允许波动幅度。为了保持房间规定的空气参数，通常在空调房间内设定一个受控的工作区，即离地区2m,距外墙0.5m以内的空间，亦称空调区。根据使用对象不同，空调可以为“舒适性”和“工艺性”空调。舒适性空调，其目的是为人们提供良好的工作条件或舒适的生活环境，一利于提高良好的工作条件或保障人们的身体健康，主要用于公共与民用建筑中人体舒适状态由许多因素决定。从生理上看，所谓舒适就人体能维持正常的散热量和散湿量。通常人体舒适状态主要反映在冷热感觉，而冷热感觉与室内空气温度、相对湿度、人体附近的空气流速、围护结构内表面及物体表面温度有关外，还有人体活动量、年龄、习惯、衣着情况有关。根据我国GBJ19—1987《采暖通风与空气调节设计规定》中规定，舒适性空调内计算参数如下：夏季：温度24～28℃；相对湿度40%～65%风速0.3m/s冬季：温度18~22℃相对湿度40%~60%；风速0.2m/s工艺性空调，其目的是满足生产、科研等工艺过程所要求的空气参数，以保襄樊市高级技校特种作业培训3制冷与空调作业2007证产品质量。工艺性空调可以分为一般性空调，恒温温湿空调和净化空调等。恒温在空调对室内空气的温、湿度基数和精度都有严格要求。净化空调不仅对空气温、湿度提出一定的要求，而且对空气中所含尘粒的大小和数量有严格的要求。三、基础知识（一）物质与物态的变化具有一定质量及占有空间的任何物体称为物质。自然界一切物资都是由大量分子组成的，组成物质的分子间有一定的距离，分子间存在着相互作用力；同时分子又在处在永不停息的无规则运动中，这中运动称之为热运动。由于分子又处在永不停息的无规则运动中，这种运动称之为热运动。由于分子之间的作用力及其热运动等原因，使物资在常态下呈现固态和气态。固态时，分子间的相互引力最大，固体中的分子紧密地排列在一起，热运动仅在平衡位置的附近微笑小的振动，不能作为相对移动。因此固态时的物资有一定的体积和形状，并具有一定的机械强度。物质在状态变化过程中，伴随着吸热或放热现象，这种形式的热量统称为潜热。汽化有两中形式，即蒸发和沸腾。在液体表面上进行的过程称为蒸发。在沸点温度下，在液体内部和表面同时发生剧烈的汽化过程称为沸腾。饱和蒸汽装在密闭容器里的液体，液体分子不断地从液面扩散到液体上面的气体中去，同时部分气体分子由于不规则运动又返回到液体中来，当两者达到平衡时称为饱和状态。在此状态下的蒸汽称为饱和蒸汽，与其对应的压力和温度称为饱和蒸汽压力和饱和蒸汽温度。过热蒸汽和过热度在饱和压力下，继续对饱和蒸汽加热，使其温度高于饱和温度高于饱和温度，这种状态称为过热。这种蒸汽称为过热蒸汽。过热气体温度和其饱和温度之差为过热度。临界温度和临界压力液体的饱和温度和过冷液体温度的温差称为过冷度。（二）流体的状态参数流体和气体统称为流体。流体的基本状态参数有温度、压力、比容、焓、熵和内能等。襄樊市高级技校特种作业培训4制冷与空调作业20071．温度温度是物质冷、热程度的标志，而不是热的量。常用温标有：（1）摄氏温标在标准大气压下，把水的冰点定为0℃，沸点定为100℃，两点之间均分为100格，每格为1℃（1摄氏度），以符号t表示，其测量单位记作为℃。（2）绝对温标（即热力学温标，又称开氏温标）在热工计算中常用绝对温度作为状态参数，符号T表示，单位为开（尔文），代号为K。理论上把物质中分子全部停止运动之点作为零点称为绝对零度。绝对温度T和摄氏温度T之间的关系是：T=t+273.5≈t+273K（3）花氏温标把它换成摄氏度的计算式为：t=95(F－32)℃2．压力单位面积上所受到垂直作用的力称为压力，物理中习惯称为压强。AF式中：=压力，Pa（帕斯卡，简称帕）F=作用力，N（牛顿）A=面积，2m有时Pa太小，常采用千帕（kPa）或兆（MPA）单位。PaMPakPa63101,101对于气体，压力是气体分子不断运送时碰撞容器器壁的结果。对于液体，自身重力也能产生压力。目前还常用液体柱高度H来表示压力，这是不允许的，现在已废除。液体柱和帕的换算关系为：.32.133)(1;806.9)(12PammHgPaommH毫米汞柱毫米水柱此外，在物理学中将0℃时760mmHg表示的压力为标准大气压（或称物理大气压）即在纬度45ä的海平面上，大气长年平均压力。用atm表示，其值襄樊市高级技校特种作业培训5制冷与空调作业20071atm=101325Pa.在我过法定计量单位中，工程大气压（atm）已废除。标准大气压作为标准大气压一个概念被保留，但不能作为压力的度量单位。曾因Pa值太小，以Pa510为1巴（bar）作为Pa的特殊表达式，但现在也不能作为计量单位。3．比容（容重）和比重物质所站有的体积与其重量之比称之为该物质的比容，比容符号为υ，其单位为m/kg。比容和比重互为倒数4．热量和热热量是表示物体吸热或放热多少的物理量。5．显热与潜热物质在加热（或冷却）过程中，温度升高（或降低）所吸收（或放出）的热量叫显热。物质在加热（或冷却）过程中，只改变原有的状态，而温度不变所消耗（或得到）的热量叫潜热。（三）热力学基本概念1、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒和转换定律在热力学中的应用。即能量可以从一种形式转变为另一种形式，但在转换中能量的数量保持不变。工学热力学主要研究热量与功的转换关系。内能（热力学能）是指以一定方式储存与物质内部的能量。焓和比熵焓是状态参数，在数值上等于系统的内能和压缩功之和，符号为H，单位为J。2、热力学第二定律热力学第二定律指出了热力过程的方向性，即热量能自发地从高温物体传向底温物体，而不能自行逆流。（四）传热学基本概念热量传递的基本方式两个冷热不同的物体如果放在一起，热的物体慢慢冷下来，冷的物体就会渐渐起来，这中现象叫做热传递。1．导热导热是物体各部分直接接触是发生的热量传递方式。导热是固襄樊市高级技校特种作业培训6制冷与空调作业2007体物质中最主要的传递形式。2．对流换热对流换热是指各部分或流体与固体壁面间发生相对位移时引起的热量传递。3．辐射换热辐射换热是以电磁波的形式传递热量。（五）气体物理性质1、理想气体所谓理想气体是忽略了气体分子的体积分子间的相互作用力，其内能只决定于温度的理想化气体。制冷机中的制冷剂，在气体状态时，是一种实际气体。但可近似地把它看为理想气体。2、混合气体制冷机系统中的空气或其它气体和制冷剂气体混合后，系统内压力会发生变化，失去了理想气体的性质，成为一种混合气体。3、湿空气湿空气（大气）是由空气和一定量的水蒸气混合而成。（1）含湿量由于绝对湿度（每3m湿空气中含有水蒸气的质量）是以体积为参数的，它随温度变化，不能反映湿空气中水蒸气含量多少。（2）相对湿度相对湿度是度量湿空气水蒸气含量的间接指标。其定义是湿空气中的水蒸气分压力与同温度下饱和空气的水蒸气压力之比。（3）湿空气的焓在空调中，空气压力变化很小，近似于定压过程，因此它可直接用空气的焓变化来度量热量的变化。（4）湿球温度在温度计的温包上，包上湿润的纱布所测得的温度叫湿球温度。（5）露点温度露点温度是未饱和的湿空气在含湿量不变的条件下冷却到饱和状态时的温度。当其表面温度底于周围空气的露点温度时，空气中的部分水能在冷表面上结露。因此它是判断空气结露的依据。襄樊市高级技校特种作业培训7制冷与空调作业2007第二节蒸汽压缩式制冷原理及典型系统一、蒸汽压缩式制冷原理（一）单级蒸汽压缩式制冷的基本原理它是由压缩机、冷凝器、膨胀阀（或节六阀）和蒸发器等四大设备组成。在这些设备之间用管道依次联接形成一个封闭系统。混合物中的蒸汽称为闪发蒸汽。在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷的冷剂蒸汽和形成蒸发器中底压的作用。它是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起着节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的流量，达到制冷目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。压缩机的耗功起了热力学第二定律中的补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸收，并向高温物体放热，从而完成了整个制冷循环。离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩过程；制冷剂通过膨胀阀节流时前后、后焓植相等；制冷剂在蒸发过程中没发有压力损失；在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷凝温度等于外部热源温度，蒸发温度等于被冷却物体的温度。（二）单级蒸汽压缩式制冷的实际循环制冷实际循环与理论循环之间存在的差别。1、液体过冷循环利用深井水将节流构前的制冷剂液体，冷却到比冷凝温度更低的温度称为过冷。在实际中冷凝器向远距离的蒸发器输送工质时还可以减少阻力引起闪发气体的影响。所以采用液体过冷循环总是有利的。2、蒸汽过热循环吸器过热有两中情况。一种情况是从蒸发器出来的低温制冷剂蒸汽，在通过吸入管进入压缩机前从周围环境中吸热而过热，它对被冷却物体不产生任何制冷效果，即“无效”过热。对于无效过热，在工况相同下的单位制冷量是相等的，但由于蒸汽比容的增加使单位容积制冷量减少，对给定压力缩机而言，将导致循襄樊市高级技校特种作业培训8制冷与空调作业2007环制冷量降低，单位理论功增大了，循环制冷系数必然减少。蒸发温度越底与环境温度与越大，循环经济性越差。为减小这种有害过热，可在吸热管上采取保温措施。另一中情况制冷剂蒸汽在蒸