图文详解制冷基础知识

  制冷的主要方式

1、蒸汽压缩式制冷

原理：在蒸汽压缩制冷循环系统中，压缩机从蒸发器吸入低温低压的制冷剂蒸汽，经压缩机绝热压缩成为高温高压的过热蒸汽，再压入冷凝器中定压冷却，并向冷却介质放出热量，然后冷却为过冷液态制冷剂，液态制冷剂经膨胀阀（或毛细管）绝热节流成为低压液态制冷剂，在蒸发器内蒸发吸收空调循环水（空气）中的热量，从而冷却空调循环水（空气）达到制冷的目的，流出低压的制冷剂被吸入压缩机，如此循环工作。

系统循环

 
  焓：物质系统能量的一个状态函数。

等于工质的内能加上其体积与绝对压力的乘积。

即：H=U+pV

熵：物质系统状态的一个物理量(记为S)，它表示该状   态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加。

等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程；

等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程;

等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值相等;

等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。

制冷四大件：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置。

压缩机

功能：把制冷剂蒸气从低压状态压缩至高压状态，创造了制冷剂在冷凝器中常温液化的条件。被称为整个装置的“心脏”。

压缩机分类：

 
  冷凝器

功能：使压缩机排出的制冷剂 过热蒸气冷却，并凝结为制冷剂液体，在冷凝器内制冷剂的热量排放给冷却介质。

分类：水冷式冷凝器、风冷式冷凝器、蒸发式冷凝器。

风冷式冷凝器：使用和安装方便，不需要冷却水、热量由分机将其带入大气中。但同样传热系数低，相对其他类型重量偏大，翅片表面会积灰是散热能力下降，须及时清理。

 
  蒸发器

功能：依靠制冷剂液体的蒸发来吸收冷却介质热量的换热设备，它在制冷系统中的任务是对外输出冷量。

分类：满液式（沉浸式）蒸发器、干式蒸发器。

干式蒸发器：沉浸式蛇管、壳管式、板式、喷淋式等。

 

节流装置

功能

1、截流降压：高压常温的制冷剂液体流过膨胀阀后，就变为低压、低温的制冷剂液体。

2、控制制冷剂流量：膨胀阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。

3、控制过热度：膨胀阀具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，即保持蒸发器的传热面积的充分利用，又防止压缩机冲缸事故的发生。

 
  分类：手动节流阀、热力膨胀阀、毛细管、电子膨胀阀、浮球板、固定孔板、可变孔板。

2、蒸汽吸收式制冷

工作流体

以制冷剂-吸收剂为工作流体，称为吸收工质对。

常用工质对：溴化锂-水（制冷剂是水）、氨-水（制冷剂是氨）-低沸点工质是制冷剂。

装置：吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。

优点：

1、夏天需供应冷气，冬天需供应暖气的全年候空气调节地区，最适合使用吸收式系统。目前美国、日本的中央空调系统，吸收式系统的约占80% 以上。

2、运转安静，可减少磨损至最小(除液体泵运转外)，故障较少、维护简单。

3、不依赖电力。

4、容量控制容易，仅需控制发生器的热源。

5、系统安全性高，无爆炸。

6、系统满载与轻载效果相同，当负载改变时，只需调节发生器热源和水循环量即可。

7、当蒸发温度及压力减低时，吸收式容量仅有限度地减少，运转稳定。

(2) 缺点：

1、以水为冷媒时，无法获得低温（水冰点为0℃）。

2、操作不当时，溴化锂易生结晶。

3、蒸汽喷射式制冷

原理：由锅炉供给的压力较高的水蒸汽(称为工作蒸汽)进入主喷射器中,在拉瓦尔喷嘴中绝热膨胀，利用这一高速汽流不断从蒸发器中抽汽，在其中保持较高的真空，即较低的蒸发压力。从制冷装置来的冷水，经节流减压后进入蒸发器，其中一部分蒸发并吸收其余水的热量而使之温度降低。

降温后的冷水由泵输出，供给冷量之后反复使用。在喷射器中的工作蒸汽连同从蒸发器中抽吸的蒸汽，一起流经扩压管使压力升高到冷凝压力（仍为真空），进入冷凝器中与冷却水直接接触并凝结于冷却水中。冷凝器中的不凝性气体用一两级辅助喷射器抽除，以使冷凝器保持一定的真空度。图中的冷凝器称为混合式冷凝器。蒸汽喷射式制冷机也可使用管壳式冷凝器，这时进入冷凝器中的水蒸汽通过传热管被冷却并冷凝成水，凝结水即可用冷却水泵注入锅炉中，重复使用。

 

4、吸附式制冷

原理：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用，且吸附能力随吸附剂温度的改变而不同。通过周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。解吸时，释放出制冷剂气体，并使之冷凝为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。

按吸附机理分类：物理吸附式制冷、化学吸附式制冷。

原理：吸附式制冷基本结构由太阳能集热器、冷凝器、储液器、蒸发器和阀门五个模块组成。吸附式制冷系统的运作机制为：在白天，集热器温度随着气温的升高而升高，制冷剂蒸发集热器中压力升高，气体进入冷凝器并冷凝、制成液体；在晚上，温度降低，吸附剂会吸收制冷剂蒸汽，蒸发器中压力降低，于是会有更多液体气化，蒸发中吸收热量降温。

 

5、热电制冷

热电制冷是利用热电效应(即帕尔帖效应)的一种制冷方法——又称温差电制冷、半导体制冷。

1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，另一个接头变冷，即两个接头处分别发生了吸放热现象。

 
  热电效应的大小取决于两种材料的热电势，纯金属材料的热电势很小，常用热电势较高的半导体材料来做小型热电制冷器。

 
  陶瓷平板型一级半导体制冷组件

一对N、P热电偶产生的制冷量很小，实际的热电制冷装置是将许多热电偶组成热电堆使用。

 

原理：电荷载体在不同的材料中处于不同的能量级，在外电场的作用下，电荷载体从高能级的材料向低能级的材料运动时，便会释放出多余的能量。反之，电荷载体从低能级的材料向高能级的材料运动时，需从外界吸收能量。能量在不同材料的交接面以热的形式放出或吸收。

 
  6、磁制冷、声制冷

磁制冷：基于“磁热效应”（MCE）的磁制冷是传统的蒸汽循环制冷技术的一种有希望的替代方法。在有这种效应的材料中，施加和除去一个外加磁场时磁动量的排列和随机化引起材料中温度的变化，这种变化可传递给环境空气中。

声制冷：基于所谓的热声效应，热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量，在声波稀疏时排出热量，则声波得到加强；反之声波稠密时排出热量，在声波稀疏时吸入热量，则声波得到削弱。当然，实际的热声理论远比这复杂的多。

制冷相关

1、   制冷剂     （点击看相关课件）

分类：

1、无机化合物：水，氨，二氧化碳

2、卤代烃：氟利昂

3、碳氢化合物：甲烷，乙烷、丙烷

4、混合制冷剂：公沸和非共沸

5、其他烃类：乙烯、丙烯

性质要求

1、具有优良的热力学特性，以便能在给定的温度区域内运行时有较高的循环效率。具体要求为：临界温度高于冷凝温度、与冷凝温度对应的饱和压力不要太高、标准沸点较低、流体比热容小、制冷剂绝热指数低、单位容积制热量较大等；

2、具有优良的热物理性能 具体要求为：较高的传热系数、较低的粘度及较小的密度；

3、具有良好的化学稳定性 要求工质在高温下具有良好的化学稳定性，保证在最高工作温度下工质不发生分解；

4、与润滑油有良好互溶性 ；

5、安全性工质应无毒、无刺激性、无燃烧性及爆炸性；

6、有良好的电气绝缘性 ；

7、经济性要求工质低廉，易于获得；

8、环保型性要求工质的臭氧消耗潜能值（ODP）与全球变暖潜能值（GWP）尽可能小，以减小对大气臭氧层的破坏及引起全球气候变暖。

环境亲和度的要求

1、臭氧衰减指数ODP(Ozone Depletionpotential )：

表示物质对大气臭氧层的破坏程度。应越小越好，ODP=0则对大气臭氧层无害。

2、温室效应指数GWP(Global warmingpotential)：

表示物质造成温室效应的影响程度。应越小越好，GWP=0则不会造成大气变暖。

1、CFCs：包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5 等氯氟烃物质；

（1）对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；

（2）对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。

2、HCFCs：包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等；

（1）对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，至2020年完全停用；

（2）对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。

3、HFCs:包括HFC134a，HFC125，HFC245。

2、能效等级

能效等级：是表示能效等级是表示家用电器产品能效高低差别的一种分级方法，按照国家标准相关规定，目前我国的能效标识将能效分为五个等级。等级1表示产品节电已达到国际先进水平，能耗最低；等级2表示产品比较节电；等级3表示产品能源效率为我国市场的平均水平；等级4表示产品能源效率低于市场平均水平；等级5是产品市场准入指标，低于该等级要求的产品不允许生产和销售。

 
  3、单位换算

瓦特：符号：W，国际单位制的功率单位。瓦特的定义是1焦耳/秒（1J/s），即每秒钟转换，使用或耗散的（以焦耳为量度的）能量的速率。

BTU：1Btu就是将1磅水的温度升高1华氏度所需要的热量。1BTU约等于251.9958卡路里/1.055千焦。

卡路里：将1克水在1大气压下提升1℃所需要的热量。1千卡=1大卡=4.184千焦=1卡/克。

冷吨：1吨0℃的饱和水在24小时冷冻到0℃的冰所需要的制冷量。1美国冷吨=3024千卡/小时=3.517千瓦。

1日本冷吨=3320千卡/小时=3.861千瓦。

匹：就是输入功率为735W产生的制冷量。一个2级能效的1匹空调产生的制冷量为2352~2500W。

4、空气   焓湿     图

空气的组成：干空气的成分：主要成分是氮（N2）和氧（O2）。干空气中N2的体积分数约为78%；O2的体积分数约为21%；其余的1%左右时其他气体。

湿空气：由干空气和一定量的水蒸气混合而成的大气。大气中的水蒸气含量是不多的，它与干空气的质量比在千分之几到千分之二十几的范围内。虽然湿空气中水蒸气的含量少，但其变化会引起湿空气干、湿度变化，进而对人体感觉、产品质量、工艺过程和设备维护等都有直接影响：同时，湿空气中水蒸气含量的变化又会使湿空气的物理性质随之变化。因此，从空气调节的角度来说，空气的潮湿程度是我们十分关心的问题。

湿空气的物理性质除和它的组成成分有关外，还决定于它所处的状态。湿空气的状态通常可以用压力p、温度t、相对湿度φ、含湿量d及比焓h等参数来度量和描述。这些参数称为湿空气的状态参数。

一、空气的压力

根据道尔顿分压力定律：混合气体总压力等于各组成气体分压力之和。湿空气的总压力就等于干空气分压力和水蒸气分压力之和，即p=pg+ps。

湿空气中含水蒸气的分压力大小，是衡量湿空气干燥与潮湿程度的基本指标。标准大气压力是p=101325Pa。

二、空气的温度

干球温度：是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温 。

湿球温度：指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至100%相对湿度线上，对应点的干球温度 。

露点温度：在含湿量不变的条件下冷却空气，一直冷却到空气中的水蒸气开始凝结成水的那一时刻的温度。在冬天的玻璃窗上或夏季的自来水管上常常可以看到有凝结水或露水存在。这一现象可以用露点温度形成来解释。

干湿球湿度计：是测定气温、气湿的一种仪器。由两支规格完全相同的温度计组成，一支称为干球温度计，其温泡暴露在空气中，用以测量环境温度；另一支称为湿球温度计，其温泡用特制的纱布包裹起来，并设法使纱布保持湿润，纱布中的水分不断向周围空气中蒸发并带走热量，使湿球温度下降。水分蒸发速率与周围空气含水量有关，空气湿度越低，水分蒸发速率越快，导致湿球温度越低。可见，空气湿度与干湿球温差之间存在某种函数关系。干湿球湿度计就是利用这一现象，通过测量干球温度和湿球温度来确定空气湿度的。

 
  三、含湿量

含湿量d是指单位质量干空气中含有的水蒸汽量。

单位是kg/kg（干空气）或g/kg（干空气）。

含湿量d的数值计算：d=0.622ps/（p-ps）

四、相对湿度

相对湿度是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比，也称为饱和度。相对湿度反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。空气的相对湿度φ越大，也就是越潮湿。φ的最大值是1（或100%），这相当于饱和空气。如果φ =0，这表明空气中不含水蒸气（干空气）。

湿空气焓湿图

理论上，对于一定的大气压，只要知道空气的任意两个参数，就能算出所有其他参数。在工程应用中，用公式计算和用查表方法来确定空气状态和参数，比较繁琐，而且对空气的状态变化过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此，为了便于工程实际应用，通常把一定大气压力下，各种参数之间的相互关系作成线算图来进行计算。根据所取坐标系的不同，线算图也有好几种，国内常用的是焓湿图，简称h-d图。

这里需要强调的是，每一张h-d图都是按规定的大气压绘制的，因此在计算工作中，应选用与要求大气压相符的（或接近的）焓湿图。

 
   

6、水的压焓图

7、真空度

空气的危害：可能是冷冻机油氧化被黑，生成油污，并与制冷剂反应，析出水和酸，腐蚀制冷系统。空气还会使冷凝压力温度和压力升高，制冷能力下降，降低制冷效率

水分的危害：在工作使，由于节流装置出温度降低，使水分凝结，产生冰堵，使系统不能工作。水分同样会与制冷剂反应，造成不利影响。R134a和润滑油会大量吸收水分。

杂质的危害：杂质包括灰尘、金属和金属氧化物等 这些杂质可导致脏堵和机械 电路故障．同时氧化物可促进氟里昂的分解。

综上所述，通过提高制冷系统的真空度，会将以上的部分减少到一定程度，使制冷系统按照设计要求工作。

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