空调技术基础培训 第一章 制冷原理

1. 空调技术基础培训第一章 制冷原理 Shenzhen McQuay Air Conditioning Co., Ltd.

2. R&D 系列培训--制冷原理 一、 基本定律和概念 基本定律 热力学第一定律：即能量守恒定律Q = ΔU + W其中：Q 从外界吸入的热量ΔU 内能的增量W 外界所作的功 热力学第二定律： 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 Shenzhen McQuay

3. R&D 系列培训--制冷原理 1. 温度：标志物体冷热的程度t (℃)= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t ℃ + 32°2. 压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）Pa，MPa，bar, kgf/cm2，psia(g)表压=绝对压力 - 大气压力 真空度=大气压力 - 绝对压力3. 焓：H=U+pV 工质内能与推动功的和 J 1kg工质的焓称为比焓 J/kg4. 比容：单位质量物质所占的容积kg/m35. 比热: 单位质量物质升高1 ℃吸收的热量 J/kg℃，Btu/lb. º F 6. 干度：两相区中的工质气体的比份 无量纲 基本概念 Shenzhen McQuay

4. R&D 系列培训--制冷原理 单位转换 Shenzhen McQuay

5. R&D 系列培训--制冷原理 二、 制冷机热力学基本原理 高温热源 Tc（环境） 根据热力学第一定律： Qo + W = Qk 根据热力学第二定律： Qk Qo = Qc Tk To （理论工质、可逆循环） Qo ε = 制冷机 W W 所以 Tk W (COP) = 1 + To Qo 1 Qo 即 εc = 低温热源 To（被冷却对象） Tk / To - 1 实际制冷机的ε (COP) 达不到εc存在效率因素 η= ε/ εc Shenzhen McQuay

6. R&D 系列培训--制冷原理 三、压焓图 温熵图 4 3 5 1 2 压焓图：1. 等压线2. 等焓线3. 等温线4. 等熵线5. 等容线6. 等干度线 6 Shenzhen McQuay

7. R&D 系列培训--制冷原理 1 2 5 3 4 温熵图：1. 等压线2. 等焓线3. 等温线4. 等熵线5. 等容线6. 等干度线 6 Shenzhen McQuay

8. R&D 系列培训--制冷原理 四、 单级蒸汽压缩式制冷的理论循环 理论循环组成：1. 压缩机2. 冷凝器3. 节流装置4. 蒸发器 2 3 1 4 Shenzhen McQuay

9. R&D 系列培训--制冷原理 qk p 2‘ 2 3 2 pk 3 p0 4 1 1 4 q0 w0 h h4 h1 h2 对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：a. 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气 (1) 是处于蒸气压力下的饱和蒸气；b. 离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体 (3) 是处于冷凝压力下的饱和液体；c. 压缩机的压缩过程 (1-2) 为等熵压缩； Shenzhen McQuay

10. R&D 系列培训--制冷原理 qk p 2‘ 2 3 2 pk 3 p0 4 1 1 4 q0 w0 h h4 h1 h2 d. 制冷剂通过膨胀阀节流 (3-4) 时，其前、后焓值相等；e. 制冷剂在蒸发 (4-1) 和冷凝 (2-3) 过程中没有压力损失；f. 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；g. 制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。 Shenzhen McQuay

11. R&D 系列培训--制冷原理 图1-4中各状态点及各个过程叙述：点 1 表示制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度t0的饱和蒸气。根据压力与饱各温度的对应关系，该点位于 p0 的等压线与饱和蒸气线（χ=1）的交点上。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

12. R&D 系列培训--制冷原理 点 2 表示制冷剂排出压缩机的状态，也就是进冷凝器时的状态。过程线 1-2 表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力 p0 升高到冷凝压力 pk。因此该点可通过 1 点的等熵线和压力为 pk 的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点 2 表示过热蒸气状态。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

13. R&D 系列培训--制冷原理 点 3 表示制冷剂出冷凝器时的状态。它是与冷凝度 tk 所对应的饱和液体。过程线 2-2’-3 表示制冷剂在冷凝器的冷却（2-2‘）和冷凝（2’-3）过程。由于这个过程是在冷凝压力 pk 不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点 2‘），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点 3）。因此，压力 pk 的等压线和 χ=0 的饱和液体线的交点即为点 3 的状态。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

14. R&D 系列培训--制冷原理 点 4 表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。过程线 3-4 表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由 pk 降到 po，温度由tk 降到 to 并进入两相区。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示 3-4 过程。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

15. R&D 系列培训--制冷原理 过程线 4-1 表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿等压线 po 向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点 1，从而完成一个完整的理论制冷循环。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

16. R&D 系列培训--制冷原理 单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示 T 2 Td 2 3 Tk 2‘ 3 To 4 1 1 4 s3 s4 s1 s Shenzhen McQuay

17. R&D 系列培训--制冷原理 五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算 根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为Q + P = qm (h2 - h1) Q和 P是单位时间内加给系统的热量和功qm是流进或流出该系统的稳定质量流量h是比焓下标 1 和 2 分别表示流体流进和离开系统的状态点 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

18. R&D 系列培训--制冷原理 1.节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功， Q = 0， P = 0，故P = 0 = qm (h4 – h3)h4 = h3 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

19. R&D 系列培训--制冷原理 2.压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量Q = 0， 故P0= qm (h2 - h1) 式中 (h2 - h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用 w0 表示。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

20. R&D 系列培训--制冷原理 3. 蒸发器被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为蒸发器不作功，P = 0 ，故Q0 = qm (h1 – h4) = qm (h1 – h3)式中 (h1 – h4) 称为蒸发器单位热负荷，用 q0表示。它表示1kg制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

21. R&D 系列培训--制冷原理 4. 冷凝器假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为Qk，因为冷凝器不作功，P = 0故Qk = qm (h2 – h3) 式中 (h2 – h3) 称为冷凝器单位热负荷，用 qk表示。它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。 qk p 2‘ 3 2 pk p0 4 1 q0 w0 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

22. R&D 系列培训--制冷原理 5.制冷系数按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示ε0 = qk p 2‘ 3 2 pk q0 h1 – h3 p0 4 = 1 q0 w0 w0 h2 - h1 h h4 h1 h2 Shenzhen McQuay

23. R&D 系列培训--制冷原理 六.实际制冷循环的压焓图表示 p h Shenzhen McQuay