空调工程中的制冷技术复习资料大全.docx
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空调工程中的制冷技术复习资料大全
第一章 绪论
1.1
1.空气调节：
实现对某一房间或空间的温度、湿度、空气的流动速度、洁净度进行调节与
控制，并提供足够量的新鲜空气。
简称空调。
2.制冷技术：
它是研究低温的产生和应用，以及物质在低温条件下所发生的物理、化学和生
物学机理变化等方面的科学技术。
3.天然冷源：
自然界中存在的低温物质，如深井水、天然冰。
4.人工制冷：
借助一种“专门装置”，消耗一定的（外界）能量，迫使热量从温度比较
低的被冷却物体（或环境）向温度比较高的周围环境（或物体）转移。
5.制冷分类：
普通制冷：
＞-120℃
深度制冷：
-120℃～20K（-253℃）
低温和超低温：
＜20K
6.普通制冷分为：
高温区+5℃～50℃主要空气调节和热泵设备
低温区＜-100℃主要用于气体液化、低温物理、超导和宇航研究
中温区-100℃～+5℃主要用于食品冻结和冷藏，化工和机械生产工艺的冷却
过程和冷藏运。
1.2
1.制冷方法：
物理方法和化学方法
2.制冷方法：
相变制冷（溶解、汽化、升华）、气体绝热膨胀制冷、温差电制冷（热电制冷）
3.溶解常用于冷却房间或冷藏食品；汽化：
蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷用的此原理，还有
低温外科手术；升华可用于人工降雨、医疗中。
气体绝热膨胀制冷可用于飞机机仓里。
4.焦耳-汤姆逊效应：
实际气体焓值是温度和压力的函数，所以实际气体绝热节流后的温度
将发生变化。
至于温度升高还是降低与气体初始状态有关。
第二章 蒸汽压缩式制冷的热力学原理
2.1
1.制冷原理：
利用液体蒸发吸收热量而完成制冷。
2.蒸汽压缩式制冷的基本系统：
蒸发器、压缩机、冷凝器、节流机构（膨胀阀）
3.蒸发器
①里面制冷剂的汽化过程是一个等压沸腾过程。
②蒸发压力：
蒸发器制冷剂沸腾时的压力。
③蒸发温度：
相对应的饱和温度。
（沸点）
4.压缩机：
从蒸发器中抽吸出蒸发的制冷剂蒸汽并进行压缩的设备。
功能：
①从蒸发器抽吸出蒸发的制冷剂蒸汽，以维持蒸发器一定的蒸发压力，同时也就
维持了一定的蒸发温度。
②将吸入的蒸汽进行压缩，或者说将蒸汽的压力提高，以便在较高的温度下将蒸汽冷
却并凝结成液体，制冷剂得以循环使用。
③在制冷系统中起输送制冷剂的作用。
5.冷凝器：
制冷剂在里面凝结放出热量，这些热量由空气或水等介质带走。
冷凝器中用于冷
却制冷剂蒸汽的介质叫冷却剂。
水作为冷却剂时叫冷却水。
冷凝过程是等压过程。
冷凝温度：
对应的饱和温度。
冷凝压力：
制冷剂压力。
6.节流机构
功能：
①使高压液体转变为低压液体，创造在低温低压下汽化的条件。
②调节蒸发器的供液量。
7.影响蒸发压力的因素：
①压缩机的吸气能力：
若压缩机吸气能力大，必然导致蒸发压力下
降。
②蒸发器的传热能力：
若传热能力强，则液体汽化速度增加，压力
上升。
③节流机构的供液能力：
供液量减少，压力下降。
2.2
1.制冷剂种类：
卤代烃、饱和碳氢化合物、不饱和碳氢化合物、环状有机化合物、共沸混合
制冷剂、非共沸混合制冷剂、无机化合物。
2.无机化合物编号：
编号：
R+7+XX ；XX 为分子量的整数
这类制冷剂有：
NH3、H2O、CO2 等
代号：
R+XXX” ，R 后第一位数字为 7。
NH314+3R717
CO212+32R744
H2O2+16R718
3.卤代烃编号：
氟利昂（ Freon）是饱和碳氢化合物（烷类）的卤族元素衍生物总称；
饱和碳氢 CmH2m+2，当氢 H2m+2 被氟（F）氯（Cl）或溴（Br）部分或全部
取代后，衍生物是 CmHnFxClyBrZ；分子通式：
n+x+y+z=2m+2
编号：
R（m-1）（n+1）（x） B（z）
注：
① 当 m=1 时，甲烷衍生物，m-1=0，“0”在第一位时略去
② 当 z=0 时，B 可省略
如：
CHF2Cl ：
m-1=0，n+1=2，x=2，z=0R22
CF2Cl2：
m-1=0,n+1=1,x=2,z=0R12
C2HF3Cl2R123
R13B1CF3Br
③ 同素异构体在代号后加字母“a”
如：
二氟乙烷C2H4F2R152
CH3CHF2R152a
四氟乙烷CHF2 CHF2R134
C2H2F4R134a
CF4R14
C2F6R116
CCl2F2R12
CClF3R13
CCl3FR11
CH3FR41
CH2F2R32
CH3ClR40
CCl4R1
4.饱和碳氢化合物
饱和碳氢化合物也按照氟利昂的编写方法书写
如：
甲烷：
CH4R50
乙烷：
C2H6R170
注：
但丁烷不按上述规则写。
C4H10R600
异丁烷R600 a
5. 环状化合物：
编号：
R+C+XXX
如：
六氟二氯环丁烷C4F6Cl2RC316
七氟一氯环丁烷C4F7ClRC317
6.非饱和碳氢化合物和它们的卤族元素衍生物：
编号：
R+1+XXX
如：
乙烯 CH2=CH2R1150
丙烯 CH2 CH2= CH2 CH2R1270
三氟一氯乙烯 CFCl= CF2R1113
四氟乙烯 CF2= CF2R1114
7.共沸制冷剂
由两种或两种以上互溶的单一制冷剂在常温下按一定的比例相互混合而成，在恒压
下具有恒定的蒸发温度，且气相和液相的组分也相同。
优点（与单一组分比）：
① 标准压力下，蒸发温度要比构成它的单一组分的低；
② 相同工况下，q0 比纯组分的大；
③ 压缩终温降低；
④ 可改善一些物理、化学性质。
编号：
R+5+XX，XX 为研制使用的先后次序
例：
R500R12（73.8%）+ R152a （26.2%）
特点：
① R12 沸点-29.8℃ ， R152a 沸点-25.0℃，R500 沸点-33℃；
② R500 的 qv 比 R12 大 20%左右;
③ 难溶水，需干燥，与润滑油能完全互溶。
8.非共沸制冷剂
由两种或两种以上互相不形成共沸制冷剂的单一制冷剂混合而成。
在一定压力下，
其蒸发温度或冷凝温度、以及气、液的组分浓度不能保持恒定。
特点：
当蒸发器和冷凝器进、出口温度一定时，采用非共沸制冷剂时：
①其冷凝压力较低，蒸发压力较高，循环耗功量减小；
②冷凝器出的热量增大，因此它适用于热泵系统。
编号：
用 R13/ R12 、 R12/ R22 方法，此方法尚未得到广泛认可。
2.4
1.制冷量：
指制冷机单位时间从被冷却物体或空间所提取的热量，即蒸发器所吸取的热
量。
用 Qe 表示，W 或 KW
英热单位/小时
1W=0.86kcal/h1kW=860kcal/h
1W=3.412Btu/h1 Btu/h=0.252kcal/h
1 美国冷吨=3517W=3024kcal/h=12000Btu/h
1 日本冷吨=3861W=3320 kcal/h
2．①制冷剂质量流量
mR
kg/s
②单位制冷量qeJ/kgkJ/kg
Qe = mR qe
③制冷系数
Q
W
④制冷机消耗的功率：
W
W kW
2.5
◆ 正卡诺循环：
热机的理想循环
◆ 逆卡诺循环：
制冷机的理想循环
1、由两个定温过程和两个绝热过程组成的，
2、是一个理想循环，各过程即无温差损失，又无摩擦损失。
设 1kg 工质完成一个循环从低温热源吸 q0 热量，向高温热源放 qk 热量，消耗∑w 功。
热力学第一定律
qk = q0 + ∑ w
T
T
3
2
∑w=w-w
qk
制冷系数：
ε 'c =
q0
∑ w
T
4
q
1
S
=
q0 = T0'（s1 - s4） T0'（sa - sb）
qk = Tk ' （ s2 - s3
） =
Tk ' （ sa - sb ）
◆ 逆卡诺循环的重要之处
1、它揭示了制冷循环的原理；
2、指出实际制冷循环的途径。
两个可逆定温过程而言，在湿蒸汽区：
定压液体的定压蒸发----吸热等温
蒸气的定压凝结----放热
k
T
w
pk
Tk
T0
3
w
4
∑w=w -w
2
1
p0
q0
S
1、无温差传热，要际中的蒸发器、冷凝器的面积无限大；
2、膨胀、压缩过程要求无摩擦且绝热也不能完全做到，但可以近似。
蒸发温度：
T0＜T0′； T0=T0′-
0
冷凝温度：
Tk＞Tk′； Tk=Tk′
Tk
使两种循环的制冷量相同，制冷循环变成 1-2-3-4-1
（有温差）， 面积 ba’1’ 4’ b=面积 ba14b。
T0T '0 - ∆T0
TK - T0（T 'K - T '0 ） + （ ∆TK + ∆T0 ）
T '0
T 'K - T '0
1、实际工程中温差是存在的；
2、可逆卡诺循环的制冷系数是不可能达到的，“理想”只是所追求的目标；
3、工程中应合理选择温差，使综合经济技术指标达到最佳（初投资和运行费）。
2.6
1.蒸汽式压缩机的饱和循环
饱和循环：
两个定压过程，一个绝热压缩过程和绝热节流过程组成。
与卡诺循环的差异：
①用膨胀阀代替膨胀机，设备简单了；
②干压缩代替湿压缩；
③两个传热过程为定压过程，有传热温差。
2.饱和循环分析
逆卡诺：
1-2’-3-4’-1饱和循环：
1-2-3-4-1
可见与逆卡诺循环比较，饱和循环多消耗了功 A1+A2，而单位制冷量减少 A3
差异原因：
①采用干压缩，并一直压缩到冷凝压力，多消耗了功 A1
②用膨胀阀代替膨胀机，膨胀功 A3 未回收。
制冷系数：
ε =
qe
w
=
qe.c - A3
wc + A1 + A3
< ε c
3.循环效率（制冷效率或热力学完善度）：
ηR =
ε
ε c
4.过热损失:
由于采用干压缩、并压缩到冷凝压力而使耗功增加和制冷系数下降的损失。
5.节流损失：
由于用节流阀代替膨胀机而使耗功增加、制冷量和制冷系数下降的损失。
R717 过热损失、节流损失、排气温度都很高。
R22 R12 R134a 上述三者都较低。
6.蒸发器的制冷量为
Qe = mR （h1 - h4 ）
单位制冷量：
qe =
Qe
mR
= h1 - h4
h1 h4 为蒸发器出进口焓
单位容积制冷量：
qv =
Qe
VR
qv J/m3
VR = mRv1
qe
qv =
v1
VR
制冷剂蒸汽在被压缩机吸入前的容积流量，m3/s
制冷剂蒸汽被压缩机吸入前的比容，m3/kg
7.冷凝器
放热量（冷凝器热负荷）：
Qc = mR （h2 - h3 ）
单位质量冷凝热：
qc =
Qc
mR
= h2 - h3
8.压缩机
消耗的功率：
W = mR （h2 - h1 ）
单位质量耗功（理论耗功）：
wth =
Qe
9.制冷系数：
ε =
W
W
mR
= h2 - h1
2.8
1.过冷：
是一种减少节流损失的措施。
过冷：
将饱和液体进一步冷却成未饱和液体。
过冷液体：
未饱和液体。
过冷温度：
过冷液体的温度。
过冷度：
饱和温度与过冷温度之差， ∆ts.c = tc - ts.c
2.过冷的变化
①压缩机的单位耗功并未变，但单位制冷量增加了，所以制冷系数增加了。
②单位容积制冷量也增加了，因为吸气比容并未变，而单位制冷量增加了。
③保证膨胀阀前液体不会汽化，有利于膨胀阀稳定工作。
3.冷却器增加会增加设备费，所以大型系统才采用。
小型的系统一般只加大冷凝器来实现少
量过冷。
4.节流损失大的制冷剂，采用过冷更好。
5.过冷度越大，单位制冷量，单位容积制冷量，制冷系数越大，但并不是过冷度越大越好，
因为越大，会使初投资增加。
2.9
1.少量的吸气过热是有利的，这样保证压缩机不会湿压缩，保证压缩机安全稳定的运行。
2.对于 R22R717 吸气过热是有害的，而且 R717 排气温度也会很高。
3.对于 R134a R502 R12 吸气过热有利。
4.若是在吸气管路中吸汽过热是无效的制冷量（会使 v 和 qv 下降），所以尽量对吸气管保温。
5.为了系统安全运行，氨可以取 5℃的过热度。
2.10
1.
①回热过程必须是与外界绝热的，否则为有害过热；
② 不是所有制冷剂都采用回热；
③回热会有压力损失，这将降低压缩机的吸气压力，增加压缩功。
2.由图
吸气过热量=液体过冷所释放出来的热量
h3’-h3=h1-h1’
这些热量即是回热器中每 kg 制冷剂的吸汽过热的热量或液体过冷的热量。
因此，回热器的
换热量为
Qsh = mR （h3' - h3 ） = mR （h1 - h1' ）
采用回热循环后，单位制冷量为
qe = h1' - h4 = h1 - h4'
注意：
R717 绝不能用回热循环 R22 可适量采用回热循环
R134a R123 R502 R12 都可以采用回热循环。
2.11
一、吸气管路 1’—1”
1、温度比环境低，虽有良好保温，但也存在有害过热；
2、流动中有压力损失。
◆ 过热单位容积制冷量，制冷系数降低，
◆ 排气温度升高；
◆ 流动阻力吸气压力降低、耗功增加
（二）、吸气阀门 1”—a
吸气阀门有节流作用压力降低P1” >Pa
绝热节流h1”=ha
（三）、压缩机的压缩过程 a—C ’
a—b 段，温度略升高，压力不变；
b—f 段，压力增加、熵增加（吸热）、到 f 点平衡
f—C’段，比熵减小，压力升至 P2
（四）、排气过程 C’—C
主要是对外散热压力不变、温度降低
（五）排气阀门 C— d
节流过程压力降低 Pc > Pd ； hc=hd
（六）、排气管路 d — 2’
压缩机冷凝器
1、向外散热，降低了冷凝器的负荷，有利；
2、流动阻力会使排气压力升高。
（七）、冷凝器 2’—3
1、冷凝器的温度一般比环境高，向环境放热（与结构还有关）；
2、冷凝过程并非等压过程，存在流动阻力，p2’>p3
（八）、高压液体管
冷凝器膨胀阀
1、温度：
（1）放热：
相当于再冷，可提高系统的制冷量和制冷系数；
（2）吸热：
减小过冷度，降低冷量和制冷系数；气化导致膨胀阀不稳定。
2. 压力：
（1）对系统的制冷量和制冷系数无不利影响；
（2）但如过冷度不大，存在液体气化问题；
（3）注意高压管路升高引起的压力降。
（八）、节流过程 3—4’
实际节流过程与外界有热交换
h3≠h4’；h4’ > h3
（九）低压液体（湿蒸气）管
膨胀阀到蒸发器
从外界吸热是有害的焓增保温
（十）蒸发器 4’—1’
1、温度：
通常 T0 比环境温度低吸热（若蒸发器不在被冷却的空间时是有害的）
（根据蒸发器的使用环境决定是否保温）
2、压力：
存在流动阻力非等压过程
若要保持平均温度不变降低吸气压力
二、实际循环的热力计算
1、简化：
（1）忽略冷凝器及蒸发器中的压力变化；
P2=Pk；P1=P0
管道上的压力损失较大时，要考虑
Pk=P2 -
2；P0=P1+
1
2----- 排气管压力损失；
1----- 吸气管压力损失。
（2）压缩过程简化为一个有损失的简单压缩过程；
（3）节流认为是绝热过程 h3=h4 。
简化后的循环：
1-2-3-4-1
2、热力计算
（1）单位制冷量和理论耗功
qe = h1' - h4
qv =
qe
v1
wth = h2a - h1
（2）制冷剂循环流量（质量流量）
mR =
Qe
qe
Qe ----- 总制冷量，由设计给出，kW。
体积流量
Q
qv
（3）理论排气量
定义：
容积效率（输气系数 ）
Q0
VR
ηv
ηv qv
ηv =
VR
Vh
（4）压缩机的理论耗功率
Pth = M R wth
定义：
指示功率用于压缩气体所消耗的功率 Pi
定义：
指示效率
ηi =
P th
i
P
Pi = =
Pth
ηi
M R wth
ηi
M R （h2 - h1） =
M R （h2a - h1）
ηi
定义机械效率（摩擦效率）：
Pe----- 轴功率， kW
ηm =
P
P
e
P =
i
P
ηm
=
M R wth
ηmηi
（5）冷凝热负荷
qk = h2 - h3
h2 = （ h2a - h1 ） / ηi + h1
Qk = M Rqk
ηv 、hi、ηm 可通过手册、资料、压缩机样本查得。
2.12
其他几种制冷方式
1.吸收式制冷
制冷原理
利用液体蒸发吸收热量而完成制冷。
与蒸汽压缩式制冷的主要区别
吸收式制冷是利用溶液的特性来完成工作循环制取冷量的。
它用吸收器和发生器代替了压缩
机，压缩机是消耗的机械能，而吸收式制冷机消耗的是热量。
完成循环的是：
由两种工质（吸收剂，制冷剂）构成的二元溶液，能够组成二元溶液的两种
物质称为工质对。
例如：
溴化锂制冷吸收式制冷：
（LiBr）和水（H2O）组成的工质对。
1．标准沸点相差很大；
溴化锂----吸收剂沸点1265℃（大气压下）
水-----制冷剂沸点100℃（大气压下）
2．同时溴化锂比它温度低的水或水蒸汽有强烈的吸收作用；
3．两种物质不起化学反应。
循环过程：
循环包含两个循环回路，
右半部分：
蒸发器，膨胀阀，冷凝器组成，循环的是制冷剂（水）
左半部分：
吸收器、发生器、液泵组成，循环的是吸收剂（溴化锂）
制冷过程：
逆循环（制冷循环）
蒸发器吸收器循环泵发生器冷凝器节流阀
正循环（溶液循环）
吸收器循环泵发生器节流阀
2.蒸汽喷射式制冷
制冷原理
利用液体蒸发吸收热量而完成制冷。
蒸汽喷射器代替了压缩机
利用一定压力（一般为 0.4~0.7MPa）蒸汽喷射，吸引（引射作用）和扩压来实现对制冷剂
的压缩，它和吸收式制冷一样，也是消耗热能来工作的，不同之处是它使用的是单一工质。
喷管出口速度可达超音速（1000~1200m/s）
3.气体膨胀制冷法
制冷原理
利用利用气体膨胀过程温度降低完成制冷。
特点：
在这种制冷过程中无相变过程----纯气相
注意：
1、不是所情况下气体膨胀温度都降低的，存在
一个“转变温度”；
2、气体节流膨胀冷却效果较差，只有温度接近
临界时较明显。
这时可用于深度制冷。
如低温工程，气体液
化等场
4.热电制冷法
西伯克 Seebeck 效应
两种不同导体组成一个开路，如果导体的两个结点存在温差，开路中将产生电动势，如果是
闭路，则产生电流。
伯尔帖 Peltier 效应
两种不同的导体组成的环路中接入直流电源，则其中一个节点的温度降低（吸收外界热量）
而另外一个节点温度升高（向外界放出热量）。
2.13
制冷系统中，当制冷剂选定，Pk 和 P0，分别由 Tk 和蒸发温度 T0 确定。
冷凝温度在很
大程度上是受环境限制的，当要求 T0 较低时，就会造成压缩比很大，由此引起：
1、压缩机的容积效率降低，压缩比高到一定程度，压缩机会不再吸气；
2、过热损失和节流损失增大；
3、压缩机的排气温度升高。
4、单位容积制冷量减少
解决办法是：
采用双级（多级）压缩式制冷循环或复叠式制冷循环
（一）一次节流、完全中间冷却
特点：
（1）完全冷却减少了过热损失；
（2）降低了排气温度；
（3）两级压缩比都减少了；
（4）一般用于 R717、R22。
完全中间冷却：
被冷却到饱和蒸汽
（二）一次节流，不完全中间冷却
特点：
（1）保证吸入气体有一定的
过热度；
（2）回热器保证高压级过冷、
低压级吸气过热；
（3）用于 R12、R502、R134a 等。
（三）两次节流、中间完全冷却
特点：
与一次节流、中间完全冷却比，降低了低温级节流损失。
（四）两次节流、中间不完全冷却
特点：
与一次节流、中间不完全冷却比，降低了低温级节流损失。
二、双级蒸气压缩式制冷的中间压力
双级循环中最主要问题是中间压力的确定，合理的确定中间压力，可收到最佳的运
行经济效果。
1、以制冷系数最大为原则
这样确定的中间压力，称为最佳中间压力，因循环的方式不同，制冷系数的表达式
也不一样，因此，难以用统一的式子来确定。
2、通过最佳温度确定
通常在-40℃～40℃的温度围，R717、R12 系统可按下式确定最佳温度：
t=0.4tc+0.6te+3℃
再求得 t 对应饱和压力，即为中间压力。
3、以高低压级具有相同的压缩比为原则
这样确定的中间压力虽不是最佳，但可使压缩机气缸工作容积利用程度最高，具有
一定的实用价值。
（一）一次节流、完全中间冷却
M R1 =
Q0
h1 - h8
由热平衡方程：
M R2 =
（h2 - h3 ） + （h5 - h7 ）
（h3 - h6 ）
M R1
2
M R h3 h6 = M R1（h2 h3 ）+ M R1（h5 - h7 ）
高压级流量
M R = M R1 + M R2 =
低压级理论耗功率
h2 - h7
（h3 - h6 ）（h1 - h8 ）
Q0
Pth1 = M R1（h2 - h1） =
高压级理论耗功率
h2 - h1
h1 - h8
Q0
Pth2 = M R （h4 - h3 ） =
总理论耗功率
（h2 - h7 ）（h4 - h3 ）
（h3 - h6 ）（h1 - h8 ）
Q 0
Pth = Pth1 + Pth2 =
理论制冷系数
（h3 - h6 ）（h2 - h1 ） + （h2 - h7 ）（h4 - h3 ）
（h3 - h6 ）（h1 - h7 ）
Q0
ε th = =
Q0
Pth
（h7 - h6 ）（h1 - h7 ）
（h3 - h6 ）（h2 - h1） + （h2 - h7 ）（h4 - h3 ）
例题：
氨双级压缩一次节流完全冷却制冷循环。
如图 t0=-30℃，tk=30℃。
冷凝器、蒸发器
出口均为饱和状态，t7=7℃，制冷量为 Q0，求 Pth 和εth
解：
1.由 R717 过热蒸气表可查得
t0=-30℃，p0=119.36kPa
h1=1343.023kJ/kg，
s1=3.62055kJ/kg.K
tk=30℃，tk=1169.0kPa
h5=h6=264.787kJ/kg
由 t7=7℃
h7=h8=155.107kJ/kg
2.中间温度
t=0.4tk+0.6t0+3=-3℃
取 t=0℃，p=430.17kPa
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