空气调节制冷技术第一章

lgp 参 数 单位 1 P t h v 105 Pa ℃ kJ/kg m3 /kg
5.157 6
4
3
2
状态点 2
15.548 9
3
15.548 9
4
15.54 89
5
5.157 6
5
1
h
5
1756. 56 0.24
70
1915.2 6
40
1761.5 8
40
678.6 6
5
678.6 6
试求该理论循环的各项性能指标: （1）单位制冷量q0 （2） 单位容积制冷量qv （3）单位理论功wc（4）单位冷凝热 量qk （5）制冷系数ε（6）制冷效率ηr
1
Δq
Δq0
（二）蒸气回热循环
制冷量增加了Δq0
压缩机耗功增加了Δwc
制冷系数的变化与制冷剂的热物理 性质有关。一般节流损失大的如: R12、R22、R134a制冷系数提高
R11、R717制冷系数降低
作业:如lgP-h图所示的制冷循环是 R22制冷剂的制冷循环，其中 5 7 1-2-5-6-1是在冷凝器中有过冷的循 lgp 环, 3-4-5-6-3是一回热循环 ,请回答 下列问题并加以说明 （1）在同样的制冷压缩机情况下，哪 6 个循环需要的冷凝面积大些？ （2）哪个循环的单位压缩功大些？ （3）在同样的制冷压缩机情况下，哪 个循环的制冷量Φ 大些？
wc
q/0
wc 1/
Δwc
q/0
Δq0
1.制冷量增加 2.压缩机耗功增大
制冷系数下降
过热损失
三、多级压缩制冷循环
pk p2 p1 p0
（一）闪发蒸气分离器
lgP
压缩机
4 2/ 2 1
Pk
5
4
冷 凝 器
6 5
3
闪分 发离 蒸器 气
7
蒸 发 器
8
Pm
7 6
3 2/ 2
P0
8
1
h
（一）闪发蒸气分离器
/
压缩机 蒸发器
1
3
2
T0
/
T0 4 b q0 a 1 s
/
4/ Δq/
0
1 q/0
b b/
a
s
（二）代替的结果
2.增加耗功
T Tk
/
T 3 we 4 b ∑ w w c T0/ q0 a 1 s
Δw
/
2
Tk
3
wc=∑w 0 Δq/ 4
0
2
T0
/
0
q/0 b b/ a
1 s
3.制冷系数降低
节流损失
（三）制冷循环过程在压焓上的表示
（1）单位质量制冷能力 q0
q0 单位容积制冷能力 qv v1
（2）制冷剂质量流量 制冷剂体积流量 （3）冷凝器的热负荷 （4）压缩机的理论耗功
th c
Mr
0
q0
Vr M rV1 k M r qk
P th M r wc
（5）理论制冷系数 εth=q0/wc （6）制冷效率
高温级R22 低温级R13
冷 凝 器
蒸 发 冷 凝 器
蒸 发 器
R22 R13
高压级膨胀阀
低压级膨胀阀
1.4 蒸气压缩式制冷的实际循环 The Actual Vapor Compression Refrigeration Cycle
理论循环与实际循环相比，忽视了以下三 个问题：： 1. 压缩机中，气体内部和气体与气缸壁之 间的摩擦，以及气体与外部的热交换 2. 制冷剂流经进排气阀的节流损失 3. 制冷剂流经管道、冷凝器、蒸发器等设 备时，制冷剂与管壁或器壁之间的摩擦， 以及与外部的热交换。
(6)制冷效率
r
th 6.79 6.79 0.85 273 5 c 7.94
40 5
1.3 蒸气压缩式制冷循环的改善 Improvement to Vapor Compression Refrigeration Cycle
蒸汽压缩式制冷循环的改善

膨胀阀前液态制冷剂 的再冷却
干压缩代 替湿压缩
代替的 原因
代替的结 果
（一）代替的原因

压缩机吸入湿蒸气时，低温湿蒸气与热的 气缸壁之间放生强烈的热交换，液珠蒸发 占据气缸的有效空间，压缩机吸入的制冷 剂质量，制冷量显著降低。 过多的液珠进入压缩机气缸后，很难立即 气化，既破坏压缩机的润滑，又会造成液 击，使压缩机遭到破坏。
(1) 单位制冷量 q0 =h1-h5=1756.56-678.66=1077.9 kJ/kg (2) 单位容积制冷量 qv =q0/v1=1077.9/0.24=4491.25 kJ/ m3 (3) 单位理论功 wc =h2-h1=1915.26-1756.56=158.7 kJ/kg (4) 单位冷凝热量 qk =h2-h4=1915.26-678.66=1236.6 kJ/kg (5)制冷系数 εth =q0/ wc=1077.9/158.7=6.79
制冷剂将热量q0从低温物体转移至 温度较高的冷却剂，同时所消耗的功∑W 也转变为热量而转移至冷却剂。
理想制冷循环
制冷系数ε= q0 / ∑W
性能指标
单位耗功所获得的冷量
理想制冷循环
T
T/
3/
k
3
2
逆卡诺循环 q0 = T/0 (S1 –S4)= T/0 (Sa –Sb) qk = T/k (S2 –S3)= T/k (Sa –Sb)
T Tk Tk/ 4
4’ Δtk 3
3’
T0 / T0
1 1’
b
Δt0q0 q/0
a
2 2’
a/
s
（二）传热温差存在的结果
<
二、蒸气压缩式制冷理论循环的 热力计算
（一）压焓图的应用
lgp h t s
v
P
x=o
x=1
h
（二）温熵图的应用
v
T s P
T h
x=o
x=1
s
（三）制冷循环过程在压焓上的表示
1.1 理想制冷循环 Ideal Refrigeration Cycle
理想制冷循环

逆卡诺循环
两个定温过程 两个绝热过程 理想过程 无温差
无摩擦损失
蒸气压缩式制冷的理想循环

基本过程 压缩 冷凝放热 膨胀 蒸发制冷
T/o 被冷却物温度 （工质吸热温度） T/k 冷却剂温度 （工质放热温度）

减小节流损失

膨胀机回收膨胀功

减小过热损失

多级压缩
一、膨胀阀前液态制冷剂的再冷却
（一）设置再冷却器
3
冷凝器
2
3 冷却水
冷凝器
再冷却器
3/
2
膨胀机
4 T Tk
/
压缩机 蒸发器
3 2 1 T Tk Trc T0 4 b q0 a 1 s
/
膨 胀 阀 蒸发器
3 3/ 2
压缩机
1
4/ ΔTrc
T0
/
理想制冷循环
T
T/
3/
k
3
2
Tk
T/0
4/ 4
T0
1
b
a
S
4-1等温吸热 （吸热量q0=Δ41ab4） 1-2绝热压缩 （消耗功WC =Δ123/4/1 ） 2-3等温放热 （放热qk =Δ23ba2 ） 3-4绝热膨胀 （向外界作功We =Δ344/3
理想制冷循环 q0 + WC = qk + We qk = q0 + (WC - We ) = q0 + ∑W
性能指标
单位耗功所获得的热量
1.2 蒸气压缩式制冷的理论循环
The Theory Vapor Compression Refrigeration Cycle
一、蒸气压缩式制冷的理论循环 二、蒸气压缩式制冷理论循环 的热力计算
一、蒸气压缩式制冷的理论循环

理想循环：两个定温过程；两个绝热过程；
无温差换热
（一）代替的原因
理想循环为了充分利用制冷剂从高压变
为低压状态的膨胀功，设有膨胀机。
液态制冷剂膨胀功不大。 机件小，摩擦损失相对较大。
鉴于此，用膨胀阀代替膨胀机。
（二）代替的结果
1.降低有效制冷能力
3
冷凝器
2
3
冷凝器 膨 胀 阀
2
膨胀机
4 T Tk
/
压缩机 蒸发器
3 2 4/ 1 T Tk
由于有了闪发蒸气分离器，既减 少了一级压缩的制冷剂流量，有降低 了二级压缩机进口的蒸气温度和比容， 从而降低了压缩机的功耗，故称闪发 蒸气分离器为经济器。
（二）中间冷却器
1.一次节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环
lgP
高压级压 缩机
4 2
低压级压 缩机
1
Pk
7
5
4
冷 凝 器
5 6
3
蒸 发 器
8
Pm
/
4/ Δq/
0
1 q/0
b b/
a
s
一、膨胀阀前液态制冷剂的再冷却
（二）蒸气回热循环
为了增大再冷度以减小节流损失，同 时又能保证压缩机吸入具有一定过热 度的蒸气，常常采用回热循环。
（二）蒸气回热循环
3
冷凝器
/ 2 2
2/
回 热 器
3/
Δwc 3/ 1/ 4/ q0 wc 1/
/ 4 4
蒸发器 Δq 0 = Δq
r
c
T0 Tk T0
（四）蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
已知空调冷负荷，蒸发温度、冷凝温 度、过热度及过冷度 求单位容积制冷能力、制冷剂的质量 流量和体积流量、冷凝器热负荷、压 缩机的理论耗功、理论制冷系数和制 冷效率。
例题1：有一台单级蒸气压缩氨制冷机在冷凝温度为 40℃，蒸发温度为5℃的条件下工作，其理论循 环如右下图所示，各状态参数为：

（二）代替的结果
pk 2/ p0 p0 wc pk
wc
q/0
Δwc
1/ Δq0
q/0
1.制冷量增加 2.压缩机耗功增大
制冷系数下降
过热损失
存在传 热温差
原因
结果
（一）传热温差存在的原因
理想制冷循环要 求制冷剂与被冷 却物和冷却剂之 间必须在无温差 条件下进行可逆 换热。
（二）传热温差存在的结果
T/0
4/ 4 1
∑W= qk-q0 = (T/k - T/0 )(Sa –Sb) ε = T/0 (Sa –Sb)/ (T/k - T/0 )(Sa –Sb) = T/0 /(T/k - T/0 )
b
a
S
理想制冷循环
逆卡诺循环ε = T/0 /(T/k - T/0 ) 热泵供热系数μ = qk / ∑W= ε+1
实际制冷循环
c/ 3 冷凝器 2/ c 2/ d 1// c a 1/ c/ b P0 4/ 蒸发器 4 Pk 2 3 4/ 1 1/ 1// a b d
实际制冷循环
蒸发
1. 吸热蒸发. 2. 由于管道阻力使压力 有较小下降
3.下图为闪发分离器的R134a双级压缩制冷循环，问流经蒸发器和冷凝器 制冷剂质量流量之比为多少？（制冷剂比焓h3=410.25kJ/kg， h6=256.41kJ/kg， h7=228.50kJ/kg，）
2 4
1
3
h
（4）哪个循环的制冷系数ε大些？
二、回收膨胀功
T Tk
/
T 3 we 4 b ∑ w w c T0/ q0 a 1 s
Δw
/
2
Tk
3
wc=∑w 0 Δq/ 4
0
2
T0
/
0
q/0 b b/ a
1 s
制冷量增加了Δq/0 净耗功减少了Δw
制冷系数提高
三、多级压缩制冷循环
pk 2/ p0 pk p0
lgp 3 Expansion valve
冷凝器 Condenser
2 Pk
3
2
膨 胀 阀 4
压缩机 Compressor
蒸发器 Evaporator
1 P0 4 1
1-2 绝热压缩 理论耗功wc=h2-h1 2-3 等压放热 放热量qk=h2-h3 3-4 绝热膨胀 h3=h4 4-1 等压吸热 制冷量q0=h1-h4 h3= h 4 h1 h2 h
3 6 2
P0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMR2 MR1
中间冷却器
8
1
7 h
（二）中间冷却器
2.一次节流不完全中间冷却的双级压缩制冷循环
高压级压 缩机
4 3 2 1
低压级压 缩机
t
4
Tk
7 8 Tm
5
冷 凝 3/ 器 中间冷却器
5 6
0
2 6 3/ 3
蒸 发 器
9 7 8
T0
1 9 0
MR2 MR1
回热器
s
四、复叠式制冷循环
蒸气压缩式制冷的
热力学原理 Refrigeration Theory
蒸气压缩式制冷的热力学原理
制冷目的
低温环境
吸收余热
液体气化
低压条件
低温条件下气化
制冷循环
制 冷 段 液 化 段
制冷的主要设备
制冷剂在压缩机、冷凝器、节流（膨 胀）装置和蒸发器等热力设备中进行压缩、 放热冷凝、节流和吸热蒸发四个主要热力 过程，以完成制冷循环。
R717，R22或R134a作为制冷剂的蒸气压缩式制 冷装置尽管采用多级压缩比单级压缩可获得较低的温 度，但由于受制冷剂本身物理性质的限制，能够达到 的最低蒸发温度有限，这是因为：
1. 1. 蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点 2. 蒸发温度过低时，蒸发压力也很低，空气易渗入
3.蒸发温度很低时，比容很大，单位容积制冷能力降 低，压缩机的体积流量很大。
四、复叠式制冷循环
为了获得-60～-70 ℃的蒸发温度，常采用R13、R14 制冷剂，其特点是： 1. 凝固温度很低 2. 低温条件下饱和压力仍很高 3. 临界温度很低，采用一般冷却水冷凝 不下来 ，必 须附设人造冷源使这种制冷剂冷凝
所以不能单独工作，需要另一台制冷装置与之联 合运行。
四、复叠式制冷循环
3 Condenser Expansion machine
2
Compressor
4
Evaporator
1
蒸气压缩式制冷的理论循环
蒸气压缩式制冷理论循环与理想循环的区别: 1. 膨胀阀代替膨胀机 2. 干压缩代替湿压缩 3. 两个传热过程为等压过程，并 存在传热温差
膨胀阀代 替膨胀机
代替的 原因
代替的结 果