1、2目 录0.0.绪论绪论0.1.0.1.冷热源工程与建筑环境冷热源工程与建筑环境0.2.0.2.冷热源工程与生态系统冷热源工程与生态系统1.1.制冷基本知识制冷基本知识1.1.1.1.理想制冷循环理想制冷循环逆卡诺循环逆卡诺循环1.2.1.2.蒸气压缩式制冷的理论循环蒸气压缩式制冷的理论循环1.3.1.3.蒸气压缩式制冷的实际循环蒸气压缩式制冷的实际循环1.4.1.4.分析在制冷循环中的应用分析在制冷循环中的应用32.2.制冷剂及载冷剂制冷剂及载冷剂2.1.2.1.制冷剂制冷剂2.2.CFCs2.2.CFCs的使用与替代的使用与替代3.3.制冷压缩机制冷压缩机3.1.3.1.活塞式制冷压缩机活
2、塞式制冷压缩机3.2.3.2.螺杆式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机3.3.3.3.离心式制冷压缩机离心式制冷压缩机3.4.3.4.其他类型的制冷压缩机其他类型的制冷压缩机44.4.制冷系统设备与机组制冷系统设备与机组4.1.4.1.冷凝器与蒸发器冷凝器与蒸发器4.2.4.2.节流机构节流机构4.3.4.3.辅助设备辅助设备4.4.4.4.制冷机组制冷机组5.5.供热锅炉供热锅炉5.1.5.1.锅炉的基本知识锅炉的基本知识5.2.5.2.燃料燃料5.3.5.3.锅炉的热平衡锅炉的热平衡55.4.5.4.水管锅炉水循环及汽水分离水管锅炉水循环及汽水分离5.5.5.5.锅炉的燃烧方式与设备锅炉的燃烧方式
3、与设备5.6.5.6.锅炉的受热面的布置形式锅炉的受热面的布置形式6.6.其他热源其他热源6.1.6.1.电热式热源电热式热源6.2.6.2.常压热水机组常压热水机组6.3.6.3.太阳能热源太阳能热源6.4.6.4.其他可再生热源其他可再生热源7.7.热泵热泵67.1.7.1.热泵的分类及其热源热泵的分类及其热源7.2.7.2.热泵的能源利用系数热泵的能源利用系数7.3.7.3.热泵在空调供热系统中的应用热泵在空调供热系统中的应用8.8.吸收式制冷及设备吸收式制冷及设备8.1.8.1.吸收式制冷的工作原理吸收式制冷的工作原理8.2.8.2.直燃型溴化锂吸收式冷热水机组直燃型溴化锂吸收式冷热水
4、机组9.9.蓄冷技术蓄冷技术9.1.9.1.蓄冷技术综述蓄冷技术综述9.2.9.2.冰蓄冷技术冰蓄冷技术79.3.9.3.水蓄冷水蓄冷(热热)技术技术9.4.9.4.共晶盐蓄冷技术共晶盐蓄冷技术10.10.冷热源系统设计冷热源系统设计10.1.10.1.燃烧计算与烟气分析燃烧计算与烟气分析10.2.10.2.燃气供应系统设计燃气供应系统设计10.3.10.3.燃油供应系统设计燃油供应系统设计10.4.10.4.锅炉通风系统设计锅炉通风系统设计10.5.10.5.冷热源水处理系统冷热源水处理系统811.11.冷热源机房设计冷热源机房设计11.1.11.1.冷热源机组的选择冷热源机组的选择11.2
5、.11.2.冷源水系统冷源水系统11.3.11.3.热源机房的热力系统及设备热源机房的热力系统及设备11.4.11.4.冷热源机房设计冷热源机房设计90 绪论0.1 0.1 能源与冷热源工程能源与冷热源工程 冷热源工程主要涉及冷热设备的设计、工作原理、运行管理。设备是能源消耗与转化设备。实际工冷热源工程主要涉及冷热设备的设计、工作原理、运行管理。设备是能源消耗与转化设备。实际工程中，根据具体情况需要供应一定的冷量或热量以满足不同的需要。程中，根据具体情况需要供应一定的冷量或热量以满足不同的需要。冷量或热量的供应一般是通过中间载体实现的。称其为冷量或热量的供应一般是通过中间载体实现的。称其为冷媒
6、冷媒或或热媒热媒。生产冷量的设备称为冷源。生产冷量的设备称为冷源设备（制冷设备），生产热量的设备称为热源设备。设备（制冷设备），生产热量的设备称为热源设备。10空气调节的任务(AC Tasks)11空气调节系统组成12131415v能源与冷热源工程的关系能源与冷热源工程的关系v能源是发展工农业生产、提高人民生活水平的重要的物质基础。现代文明发展是建立在对物质和能源能源是发展工农业生产、提高人民生活水平的重要的物质基础。现代文明发展是建立在对物质和能源大量消耗的基础上的。大量消耗的基础上的。1 1）能源的形式）能源的形式 按能源的形态可分为太阳能、电能、化学能、核能、水力能、海洋能生物能等。按能
7、源的形态可分为太阳能、电能、化学能、核能、水力能、海洋能生物能等。分为一次能源：以原始状态存在于自然界中的能源，如煤炭、石油、天然气、水力等分为一次能源：以原始状态存在于自然界中的能源，如煤炭、石油、天然气、水力等 二次能源：把一次能源经各种方式加工转换后得到的能源，如电能、蒸汽、热水、太阳能是地球上能源二次能源：把一次能源经各种方式加工转换后得到的能源，如电能、蒸汽、热水、太阳能是地球上能源的主要来源的主要来源162 2）能源的重要性）能源的重要性 能源是现代社会生活和生产的物质基础，能源是现代社会生活和生产的物质基础，能源消耗量与国民生产总值同步增长。能源消耗量与国民生产总值同步增长。生活
8、能源消费包括两部分：直接能耗、间接能耗生活能源消费包括两部分：直接能耗、间接能耗3 3）现有能源的有限性）现有能源的有限性 按现在消费增长率持续下去，今后按现在消费增长率持续下去，今后30-4030-40年内矿物燃料即将枯竭。世界人口的急剧增长，也加剧了能源年内矿物燃料即将枯竭。世界人口的急剧增长，也加剧了能源的消耗和枯竭。的消耗和枯竭。17 4 4）重视能源的可持续性）重视能源的可持续性 为保证能源供应的可持续性，必须大力开发新能源，大力提倡节约能源，提高能源的利用率为保证能源供应的可持续性，必须大力开发新能源，大力提倡节约能源，提高能源的利用率0.2 0.2 冷热源与生态环境冷热源与生态环
9、境 冷热源设备是大量消耗能源的能量转化设备，主要消耗电能及矿物质燃料。大量使用冷热源设备将导致冷热源设备是大量消耗能源的能量转化设备，主要消耗电能及矿物质燃料。大量使用冷热源设备将导致众多与生态环境有关的问题众多与生态环境有关的问题 1 1）臭氧层的破坏）臭氧层的破坏 人类大量使用冷冻剂、消毒剂、灭火剂等化学制品，向大气排放氟氯烃气体，紫外线分解其产生氯原子，人类大量使用冷冻剂、消毒剂、灭火剂等化学制品，向大气排放氟氯烃气体，紫外线分解其产生氯原子，其再把臭氧中的一个氧原其再把臭氧中的一个氧原18 子夺去，使臭氧变成氧，使其丧失吸收紫外线的能力。子夺去，使臭氧变成氧，使其丧失吸收紫外线的能力。
10、2 2）全球气候变暖与海平面上升）全球气候变暖与海平面上升 二氧化碳的大量排放形成温室气体使地球产生二氧化碳的大量排放形成温室气体使地球产生温室效应温室效应。为控制气候变暖，需采取下列措施：。为控制气候变暖，需采取下列措施：i:i:减少矿物燃料的使用，提高燃料的热效率减少矿物燃料的使用，提高燃料的热效率iiii：开发新能源，改变能源结构：开发新能源，改变能源结构iiiiii：提倡生物资源的可持续性利用，减少温室：提倡生物资源的可持续性利用，减少温室 气体的排放。气体的排放。193 3）酸雨蔓延）酸雨蔓延 酸雨是严重的污染物质，含多种无机酸和有机酸，以硫酸、硝酸为主。由燃料排放的二氧化硫、汽车尾
11、酸雨是严重的污染物质，含多种无机酸和有机酸，以硫酸、硝酸为主。由燃料排放的二氧化硫、汽车尾气的氮氧化物等进入大气后，经云内成雨过程转化为较大的酸雨雨滴。我国能源以煤炭为主，酸雨现气的氮氧化物等进入大气后，经云内成雨过程转化为较大的酸雨雨滴。我国能源以煤炭为主，酸雨现象较为普遍。酸雨对生态系统破坏严重，需采取措施减少二氧化硫、氮氧化物的排放，减少酸雨的危象较为普遍。酸雨对生态系统破坏严重，需采取措施减少二氧化硫、氮氧化物的排放，减少酸雨的危害。害。4 4）烟尘、废渣及噪音污染）烟尘、废渣及噪音污染 矿物燃料的燃烧排放大量的二氧化碳，硫化物、烟尘等造成大气污染，影响人类健康矿物燃料的燃烧排放大量的
12、二氧化碳，硫化物、烟尘等造成大气污染，影响人类健康200.3 0.3 能源的品位与利用能源的品位与利用1 1）能源的品位）能源的品位 能量的大小由其做功本领来描述，能量利用的过程实质就是能量的转化、传递过程。能量由一个状态状能量的大小由其做功本领来描述，能量利用的过程实质就是能量的转化、传递过程。能量由一个状态状转化为另一个状态时，因能源状态的不同，其转换效果也不同，因此，能源因其所处的状态不同，其转化为另一个状态时，因能源状态的不同，其转换效果也不同，因此，能源因其所处的状态不同，其价值也不同。价值也不同。i i：评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量，按质量可划分为高位能和低位能，理
13、论上可完全：评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量，按质量可划分为高位能和低位能，理论上可完全转化为功的能量称高位能。不能转化为功的能量称高位能。不能21 全部而只能部分转化为功德能量称为低位能。热源也分为高位热源和低位热源。全部而只能部分转化为功德能量称为低位能。热源也分为高位热源和低位热源。iiii：合理使用高位能：合理使用高位能 iiiiii：按热力学定律，能量既不能产生也不能消灭，只是从一种形式转换为另一种，在节约能量问题上，：按热力学定律，能量既不能产生也不能消灭，只是从一种形式转换为另一种，在节约能量问题上，要注重能量的贬值问题。要注重能量的贬值问题。2 2）热电冷联供系统）
14、热电冷联供系统 锅炉产生蒸汽通过汽轮机做功发电，排气除满足各种热负荷，用于溴化锂吸收式制冷系统，可减少电力锅炉产生蒸汽通过汽轮机做功发电，排气除满足各种热负荷，用于溴化锂吸收式制冷系统，可减少电力的使用。的使用。22 冷热联供系统主要由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设备组成（见图冷热联供系统主要由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设备组成（见图0.30.3），其能源利用率和），其能源利用率和热经济性需从燃料消耗量、镛效率和经济镛效率热经济性需从燃料消耗量、镛效率和经济镛效率3 3个评价指标加以分析。此外还有投资回报率、环保、个评价指标加以分析。此外还有投资回报率、环保、社会效益、系
15、统可靠性等社会效益、系统可靠性等2324第第1篇冷源及冷源设备篇冷源及冷源设备第第1章章 制冷的基本知识制冷的基本知识 1.11.1概述概述 1.1.11.1.1制冷发展简史制冷发展简史 人们很早就懂得冷的利用。在我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可人们很早就懂得冷的利用。在我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可波罗在他的著作波罗在他的著作马可马可波罗游记波罗游记中，对中国制冷和造冰窖的方法有详细的记述。中，对中国制冷和造冰窖的方法有详细的记述。17551755年爱丁堡的化学教师库仑年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了利用乙醚蒸发使水结冰。
16、他的学生布拉克从本质上解释了25 融化和气化现象，提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。融化和气化现象，提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。在普冷方面，在普冷方面，18341834年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式申请了年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式申请了英国第英国第66626662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。18751875年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气
17、压缩式制冷机开始占有统治地位。在此期间，空气绝热膨胀会年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制冷机开始占有统治地位。在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。显著降低空气温度的现象开始用于制冷。26 18441844年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉廉西门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。西门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。18591859年，卡列发明了氨水吸收式制冷年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，申请了
18、原理专利。系统，申请了原理专利。19101910年左右，马利斯年左右，马利斯莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。27 2020世纪，制冷技术有了更大发展。全封闭制冷压缩机的研制成功；米里杰发现氟里昂制冷剂并用于蒸气世纪，制冷技术有了更大发展。全封闭制冷压缩机的研制成功；米里杰发现氟里昂制冷剂并用于蒸气压缩式制冷循环，以及混合制冷剂的应用；伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了压缩式制冷循环，以及混合制冷剂的应用；伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了制冷技术的发展。制冷技术的发展。在低温方面，在低温方面，18771877年卡里捷液化了氧气；年
19、卡里捷液化了氧气；18951895年林德液化了空气，建立了空气分离设备；年林德液化了空气，建立了空气分离设备；18981898年杜年杜瓦用液态空气预冷氢气，然后用绝热节流使氢气成为液体，温度降至瓦用液态空气预冷氢气，然后用绝热节流使氢气成为液体，温度降至20.4K20.4K；28 19081908年卡末林年卡末林昂纳斯用液态空气和液态氢预冷氦气，再用绝热节流将氦液化，获得昂纳斯用液态空气和液态氢预冷氦气，再用绝热节流将氦液化，获得4.2K4.2K的低温。杜瓦于的低温。杜瓦于18921892年发明的杜瓦瓶，用于贮存低温液体，为低温领域的研究提供了重要条件。年发明的杜瓦瓶，用于贮存低温液体，为低温
20、领域的研究提供了重要条件。19341934年，卡皮查发明了先用膨胀机将氦气降温，再用绝热节流使其液化的氦液化器；年，卡皮查发明了先用膨胀机将氦气降温，再用绝热节流使其液化的氦液化器；19471947年柯林斯年柯林斯采用双膨胀机于氦的预冷采用双膨胀机于氦的预冷。29 大部分的氦液化器现已采用膨胀机，在制冷技术的开发和实际使用中获得广泛的应用。大部分的氦液化器现已采用膨胀机，在制冷技术的开发和实际使用中获得广泛的应用。德拜和焦克分别在德拜和焦克分别在19261926年和年和19271927年提出了用顺磁盐绝热退磁的方法获取低温，应用此方法获得的低年提出了用顺磁盐绝热退磁的方法获取低温，应用此方法获
21、得的低温现已达到温现已达到(1(11010-3_-3_5 51010-3-3)K K；由库提和西蒙等提出的核子绝热去磁的方法可将温度降至更低，库；由库提和西蒙等提出的核子绝热去磁的方法可将温度降至更低，库提用此法于提用此法于19561956年获得了年获得了20201010-3-3 K K。19511951年伦敦提出并于年伦敦提出并于19651965年研制出的年研制出的3 3He-He-4 4HeHe混合液稀释制冷法，混合液稀释制冷法，30 可达到可达到4 41010-3-3 K K；19501950年泡墨朗切克提出的方法，利用压缩液态年泡墨朗切克提出的方法，利用压缩液态3 3HeHe的绝热固化
22、，达到的绝热固化，达到1 11010-3-3 K K。1.1.2 1.1.2 制冷的方法及分类制冷的方法及分类1 1）相变制冷）相变制冷i:i:融化制冷融化制冷IiIi：气化制冷：气化制冷IiiIii：升华制冷：升华制冷312）气体绝热膨胀制冷）气体绝热膨胀制冷323）温差电制冷）温差电制冷33 此外还有绝热放气制冷、涡流管制冷、绝热退磁制冷、氦稀释制冷等方法。此外还有绝热放气制冷、涡流管制冷、绝热退磁制冷、氦稀释制冷等方法。按照所获得的温度，通常将制冷的温度范围划分为以下几个领域：按照所获得的温度，通常将制冷的温度范围划分为以下几个领域：-100-100 以上为普冷；以上为普冷；-100-1
23、00 -200200 为深冷，为深冷，-200-200 -268.95 -268.95 为低温；为低温；4.24.2 K K以下为极低温。以下为极低温。1.1.3 1.1.3 制冷技术的应用制冷技术的应用1 1）空气调节工程）空气调节工程 舒适性空调为人们创造适宜的生活和工作环境。如家庭、办公室用的局部空调装置或房间空调器；其冷舒适性空调为人们创造适宜的生活和工作环境。如家庭、办公室用的局部空调装置或房间空调器；其冷源来自制冷技术。源来自制冷技术。342 2）食品的冷加工、冷藏和冷藏运输）食品的冷加工、冷藏和冷藏运输 食品冷冻冷藏和舒适性空气调节是制冷技术应用最为量大面广的领域。食品冷冻冷藏和
24、舒适性空气调节是制冷技术应用最为量大面广的领域。商业制冷主要用于各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售商业制冷主要用于各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。现代的食品工业，从生产、贮运到销售，有一条的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。现代的食品工业，从生产、贮运到销售，有一条完整的完整的“冷链冷链”。所使用的制冷装置有：。所使用的制冷装置有：35 各种食品冷加工装置、大型冷库、冷藏汽车、冷藏船、冷藏列车、分配性冷库，供食品零售商店、食堂、各种食品冷加工装置、大型冷库、冷藏汽车
25、、冷藏船、冷藏列车、分配性冷库，供食品零售商店、食堂、餐厅使用的小型装配式冷库、冷藏柜、各类冷饮设备、食品冷藏冷冻展示柜，直至家庭用的电冰箱。餐厅使用的小型装配式冷库、冷藏柜、各类冷饮设备、食品冷藏冷冻展示柜，直至家庭用的电冰箱。3 3）机械、电子工业）机械、电子工业 许多生产场所需要生产用空调系统，例如高温生产车间、纺织厂、造纸厂、印刷厂、胶片厂、精密仪器许多生产场所需要生产用空调系统，例如高温生产车间、纺织厂、造纸厂、印刷厂、胶片厂、精密仪器车间、精密加工车间、精密计量室、计算机房等的空调系统，车间、精密加工车间、精密计量室、计算机房等的空调系统，36 为各生产环境提供恒温恒湿条件，以保证
26、产品质量或机床、仪表的精度。为各生产环境提供恒温恒湿条件，以保证产品质量或机床、仪表的精度。机械制造中，对钢进行低温处理，可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏体，提高钢的硬度和强度。机械制造中，对钢进行低温处理，可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏体，提高钢的硬度和强度。在机器的装配过程中，利用低温进行零件的过盈配合。化学工业中，借助于制冷，使气体液化、混合在机器的装配过程中，利用低温进行零件的过盈配合。化学工业中，借助于制冷，使气体液化、混合气分离，带走化学反应中的反应热。盐类结晶、润滑油脱脂、石油裂解、合成橡胶、生产化肥均需要气分离，带走化学反应中的反应热。盐类结晶、润滑油脱脂、石油裂解、
27、合成橡胶、生产化肥均需要制冷制冷374 4）医疗卫生事业）医疗卫生事业 在医疗卫生方面，冷冻医疗是可靠、安全、有效、易行和经济的治疗方法，特别是用于治疗恶性在医疗卫生方面，冷冻医疗是可靠、安全、有效、易行和经济的治疗方法，特别是用于治疗恶性肿瘤。用局部冷冻配合手术有很好的治疗效果，如：肿瘤、扁桃腺切除、心脏、皮肤、眼球移值，心肿瘤。用局部冷冻配合手术有很好的治疗效果，如：肿瘤、扁桃腺切除、心脏、皮肤、眼球移值，心脏大血管瓣膜冻存和移植，手术时采用的低温麻醉。细胞组织、疫苗、药品的冷保存，用真空冷冻干脏大血管瓣膜冻存和移植，手术时采用的低温麻醉。细胞组织、疫苗、药品的冷保存，用真空冷冻干燥法制作
28、血干、皮干、等等。可以说，现代医学已离不开制冷技术。燥法制作血干、皮干、等等。可以说，现代医学已离不开制冷技术。385 5）土木工程）土木工程 在挖掘矿井、隧道、建造江河堤坝时，或者在泥沼、沙水中掘进时，采用冻土法保持工作面，避免坍塌在挖掘矿井、隧道、建造江河堤坝时，或者在泥沼、沙水中掘进时，采用冻土法保持工作面，避免坍塌和保证施工安全。拌合混凝土时，以冰代替水，借冰的熔化热补偿水泥的固化反应热，这在制作大型和保证施工安全。拌合混凝土时，以冰代替水，借冰的熔化热补偿水泥的固化反应热，这在制作大型混凝土构件时十分必要，可以有效地避免大型构件因散热不充分而产生内应力和裂缝等缺陷。混凝土构件时十分必
29、要，可以有效地避免大型构件因散热不充分而产生内应力和裂缝等缺陷。396 6）体育事业）体育事业 如滑冰场地的建设等。体育、游乐场所除采用制冷提供空气调节外，还用于建造人工冰场。我国人工冰如滑冰场地的建设等。体育、游乐场所除采用制冷提供空气调节外，还用于建造人工冰场。我国人工冰场原集中在东北、华北。现在南方城市也相继建造了新型人工冰场，如广州溜冰俱乐部，冰场面积场原集中在东北、华北。现在南方城市也相继建造了新型人工冰场，如广州溜冰俱乐部，冰场面积10001000 m m2 2，年上冰人次已达，年上冰人次已达2020万；上海杰美体育中心的室内冰场，面积达万；上海杰美体育中心的室内冰场，面积达120
30、01200 m m2 2。7 7）日常生活方面）日常生活方面 家用冰箱已成必备品家用冰箱已成必备品401.1.4 1.1.4 空气调节用制冷技术的发展方向空气调节用制冷技术的发展方向 1 1）新型制冷工质的研究）新型制冷工质的研究 由于臭氧耗损和温室效应引起了严峻的环境保护问题，导致了由于臭氧耗损和温室效应引起了严峻的环境保护问题，导致了8080年代末开始全球禁止年代末开始全球禁止CFCsCFCs物质，进而波物质，进而波及到及到HCFCHCFC类物质，这既是一次历史性的冲击，同时又提供了新的发展机遇。近年来替代工质开发及其类物质，这既是一次历史性的冲击，同时又提供了新的发展机遇。近年来替代工质
31、开发及其热物理性质研究方面取得较大成就，继氟里昂和共沸混合工质之后，由于热物理性质研究方面取得较大成就，继氟里昂和共沸混合工质之后，由于19701970年石油危机，节能意识年石油危机，节能意识提到重要地位，在开发新工质上引人注目提到重要地位，在开发新工质上引人注目41 地研究出一系列非共沸工质，收到了节能的效果和满足一些特定需要。地研究出一系列非共沸工质，收到了节能的效果和满足一些特定需要。2 2）蓄冷技术和集中供冷）蓄冷技术和集中供冷3 3）制冷机的种类和形式）制冷机的种类和形式 为满足各种用冷的需要，新产品不断推出，商品化程度不断提高。压缩机以高效、可靠、低振动、低噪为满足各种用冷的需要，
32、新产品不断推出，商品化程度不断提高。压缩机以高效、可靠、低振动、低噪声、结构简单、成本低为追求目标，由往复式向回转式发展。如新型螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、声、结构简单、成本低为追求目标，由往复式向回转式发展。如新型螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、摆线式压缩机，都具有优良特性和竞争力。摆线式压缩机，都具有优良特性和竞争力。42 在压缩机的驱动装置上，将变频器用于空调、热泵及集中式制冷系统的变速驱动，带来了节能效果。在压缩机的驱动装置上，将变频器用于空调、热泵及集中式制冷系统的变速驱动，带来了节能效果。4 4）计算机在制冷技术上的应用）计算机在制冷技术上的应用 计算机和微处理器对制冷技术的最大影响在
33、于高级自动控制系统的开发。这是一项综合性技术，涉及到计算机和微处理器对制冷技术的最大影响在于高级自动控制系统的开发。这是一项综合性技术，涉及到先进的控制方法、可靠的集成块芯片及专门的控制模块、精良的传感器。当前制冷系统采用电脑先进的控制方法、可靠的集成块芯片及专门的控制模块、精良的传感器。当前制冷系统采用电脑43 控制已极为普遍，控制模式正在发生变化，由简单的机械式控制发展到综合控制，为提高产品性能作出控制已极为普遍，控制模式正在发生变化，由简单的机械式控制发展到综合控制，为提高产品性能作出贡献。贡献。441.2 1.2 理想制冷循环理想制冷循环逆卡诺循环逆卡诺循环 制冷系统是利用逆向循环的能
34、量转换系统，通过能量补偿，使制冷剂在循环中不断地从温度较低的被冷制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统，通过能量补偿，使制冷剂在循环中不断地从温度较低的被冷却对象中吸取热量，并向温度较高的冷却介质排放热量。却对象中吸取热量，并向温度较高的冷却介质排放热量。451.2.1 无温差传热的逆卡诺循环v逆向卡诺循环由两个等温过程和两个等熵过程组成，如图逆向卡诺循环由两个等温过程和两个等熵过程组成，如图1.41.4所示。工质在循环中以所示。工质在循环中以T T0 0温度从低温热源温度从低温热源等温吸热等温吸热(过程过程4 41)1)，再等熵压缩到温度升至，再等熵压缩到温度升至T Tk k(过程过程1 12
35、)2)，又在，又在T Tk k下向高温热汇等温放热下向高温热汇等温放热(过程过程2 23)3)，然后等熵膨胀到温度降至然后等熵膨胀到温度降至T T0 0(过程过程3 34)4)，回到循环开始状态。，回到循环开始状态。4647v循环中的一些参数按以下公式确定：循环中的一些参数按以下公式确定：v 循环的吸热量循环的吸热量 v 循环的排热量循环的排热量 v 循环的净输入功循环的净输入功v v 制冷系数制冷系数v v 热泵供热系数热泵供热系数sTssTq04100)(sTssTqkkk)(32sTTqqwkk)(000000000TTTqqqwqkkc10000ckcwqwwq48 制冷系数制冷系数给
36、出卡诺制冷循环性能的表达式，它是相同的低温热源、高温热汇温度条件下制冷循环制冷系给出卡诺制冷循环性能的表达式，它是相同的低温热源、高温热汇温度条件下制冷循环制冷系数在理论上的最高值。表明：数在理论上的最高值。表明：（1 1）卡诺制冷循环的制冷系数）卡诺制冷循环的制冷系数只与热源和热汇的温度有关，而与制冷剂的性质无关。只与热源和热汇的温度有关，而与制冷剂的性质无关。（2 2）制冷系数）制冷系数的大小随的大小随T Tk k/T/T0 0改变，改变，T Tk k/T/T0 0越大则越大则越小。越小。T Tk k一定时，一定时，T T0 0越低则越低则越小。越小。49 以上结论对于评价制冷机经济性意义
37、在于：以上结论对于评价制冷机经济性意义在于：(1)(1)制冷机的制冷系数与热源和热汇的温度条件有关。制冷机的制冷系数与热源和热汇的温度条件有关。(2)(2)用制冷系数用制冷系数值来评价或比较制冷机的循环经济性时，只有指明值来评价或比较制冷机的循环经济性时，只有指明Tk、T0评价才有意义；只有在同样的评价才有意义；只有在同样的Tk、T0条件下，才可以用制冷系数值来比较两台或几台制冷机的循环经济性条件下，才可以用制冷系数值来比较两台或几台制冷机的循环经济性。(3)(3)循环效率的定义本身已包含了相同热源和热汇条件下的比较，所以根据其值的大小可以直接评价和比循环效率的定义本身已包含了相同热源和热汇条
38、件下的比较，所以根据其值的大小可以直接评价和比较各种制冷循环的经济性。较各种制冷循环的经济性。50逆卡诺循环还可用于供热，如热泵逆卡诺循环还可用于供热，如热泵供热量与耗功量的大小关系供热量与耗功量的大小关系 供热量永远大于所消耗的功量，是能源综合利用很有价值的装置供热量永远大于所消耗的功量，是能源综合利用很有价值的装置.热泵的工作原理与制冷机实际上是相同的。热泵的工作原理与制冷机实际上是相同的。两者的不同之处在于使用目的：两者的不同之处在于使用目的：制冷机吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；制冷机吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；而热泵则利用排放热量向对象供热。而热泵则利用排放热量向对象
39、供热。511.2.21.2.2有温差传热的逆卡诺循环有温差传热的逆卡诺循环一、特点：一、特点：关于热交换过程的传热温差关于热交换过程的传热温差TkTk 冷却介质的温度（如冷却水）冷却介质的温度（如冷却水）T0T0 被冷却介质的温度（冷冻水）被冷却介质的温度（冷冻水）v逆卡诺循环：逆卡诺循环：1 1-2-2-3-3-4-4-1-1Tk Tk 冷凝器中制冷剂的温度冷凝器中制冷剂的温度T0 T0 蒸发器中制冷剂的温度蒸发器中制冷剂的温度v有传热温差的循环：有传热温差的循环：1-2-3-4-11-2-3-4-1耗功量增加（阴影面积）耗功量增加（阴影面积）制冷量减少（制冷量减少（1-11-1-4-4-4
40、-1-4-1）有传热温差的制冷循环的制冷系数小于有传热温差的制冷循环的制冷系数小于逆卡诺循环的制冷系数逆卡诺循环的制冷系数0000wqwqc52v热力完善度：工作于相同温度间的实际制冷循热力完善度：工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值。环的制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值。v v的大小反映了实际制冷循环接近逆卡诺循环的大小反映了实际制冷循环接近逆卡诺循环的程度。的程度。1c531.2.3 1.2.3 具有变温热源的理想制冷具有变温热源的理想制冷循环循环-劳伦茨循环劳伦茨循环v劳仑兹循环是在两个变温热源之间进行的理想制冷循环。劳仑兹循环热源的热容量是有限的，在与制
41、劳仑兹循环是在两个变温热源之间进行的理想制冷循环。劳仑兹循环热源的热容量是有限的，在与制冷工质进行热量交换过程中，冷工质进行热量交换过程中，热源的温度也将发生变化，即被冷却物体（冷源）的温度将逐渐下降，热源的温度也将发生变化，即被冷却物体（冷源）的温度将逐渐下降，环境介质（热源）环境介质（热源）的温度将逐渐上升。的温度将逐渐上升。54551.1.特点：特点：v为了达到变温条件下耗功最小的目的，应使制冷工质在吸、为了达到变温条件下耗功最小的目的，应使制冷工质在吸、排热过程中其温度也发生变化，而且变化趋势与冷、热源排热过程中其温度也发生变化，而且变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一样，的变化趋势完全
42、一样，使制冷工质与冷、热源之间进行热使制冷工质与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限小，没有不可逆换热损交换过程中的传热温差始终为无限小，没有不可逆换热损失失v另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程56 1-2-3-4-11-2-3-4-1即为一个变温条件下的可逆逆向循环即为一个变温条件下的可逆逆向循环-劳仑兹循环。劳仑兹循环。显然，实现这一循环所消耗的功为最小，制冷系数显然，实现这一循环所消耗的功为最小，制冷系数达到在给定条件下的最大值。达到在给定条件下的最大值。制冷系数制冷系数 T0m工质的平均吸热温度工质的平均吸热
43、温度TKm工质的平均放热温度工质的平均放热温度 即相当于工作在即相当于工作在T0m，TKm 之间的逆卡诺循环的制冷系数之间的逆卡诺循环的制冷系数。)()(4132SSTSSTqkmkmkmkmmrTTT0057v其热力完善度为其热力完善度为r58例题例题1.1 1.1 设热源温度设热源温度t tk k=30,=30,冷源温度冷源温度t t0 0=-10=-10。求可逆制冷机的制冷系数；当制冷剂与冷、热源的。求可逆制冷机的制冷系数；当制冷剂与冷、热源的传热温差均为传热温差均为10 10 时的制冷系数及热力完善度时的制冷系数及热力完善度解：解：可逆制冷机（无温差传热）的制冷系数为：可逆制冷机（无温
44、差传热）的制冷系数为：具有传热温差具有传热温差的制冷系数为：的制冷系数为：热力完善度为热力完善度为58.626330326300TTTkr22.4)10263()10303()10263(00TTTk64.058.622.4r59v例题例题1.2已知已知1台制冷机的热源温度为台制冷机的热源温度为303k，冷源温度为，冷源温度为248k，制冷系数，制冷系数 ；另一台制冷机的热源；另一台制冷机的热源温度为温度为308k，冷源温度为，冷源温度为233k，制冷系数，制冷系数 。试证明哪一台制冷机的经济性好。试证明哪一台制冷机的经济性好v解：第一台制冷机的逆卡诺循环制冷系数和热力完善度分别为解：第一台制
45、冷机的逆卡诺循环制冷系数和热力完善度分别为v第二台制冷机的逆卡诺循环制冷系数和热力完善度分别为第二台制冷机的逆卡诺循环制冷系数和热力完善度分别为v由计算结果可见，虽然由计算结果可见，虽然 ，但两者工作温度区间不同，但两者工作温度区间不同，说明第二台制冷机的不可逆损失程度小，循环经济性较好，所以拿不同工作温度区间的制冷系数，说明第二台制冷机的不可逆损失程度小，循环经济性较好，所以拿不同工作温度区间的制冷系数加以比较是没有意义的加以比较是没有意义的5.42483032481r78.05.45.3111r1.32333082332r84.01.36.2222r5.316.222112601.3 1.
46、3 蒸气压缩式制冷的理论循环蒸气压缩式制冷的理论循环 1.3.11.3.1蒸气压缩式制冷的理论循环蒸气压缩式制冷的理论循环逆卡诺循环难以实现：逆卡诺循环难以实现：湿蒸气区域内进行湿蒸气区域内进行 湿压缩（不允许）湿压缩（不允许）v设备：设备：蒸发器蒸发器 无传热温差（不可能）无传热温差（不可能）冷凝器冷凝器 无传热温差（不可能）无传热温差（不可能）压缩机压缩机 无摩擦运动（不可能）无摩擦运动（不可能）膨胀机膨胀机 不经济，且难以加工不经济，且难以加工(不经济不经济)61因此因此膨胀阀代替膨胀机膨胀阀代替膨胀机干压缩代替湿压缩干压缩代替湿压缩两传热过程为有两传热过程为有温差的等压传热过程温差的等
47、压传热过程1-2：等熵压缩；：等熵压缩；2-3：等压放热；：等压放热；3-4：绝热节流；：绝热节流；4-1：等压吸热：等压吸热。621.3.2 1.3.2 蒸汽压缩式制冷循环在压焓图和温熵图上的表示蒸汽压缩式制冷循环在压焓图和温熵图上的表示v1）压焓图）压焓图3h2ph021pkp0h1蒸气压缩制冷理论循环p h图4h3=h4理论制冷循理论制冷循环的压焓图环的压焓图1-2 1-2 等熵等熵 压缩压缩 2-3 2-3 等压等压 放热放热3-4 3-4 绝热绝热 节流节流 4-1 4-1 等压等压 吸热吸热632）单级蒸汽压缩式制冷循环在压焓图和温熵图）单级蒸汽压缩式制冷循环在压焓图和温熵图641
48、.3.31.3.3蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 用循环特性指标反映单位质量用循环特性指标反映单位质量(1kg)(1kg)制冷剂和单位体积制冷剂和单位体积(以压缩机吸入状态计以压缩机吸入状态计1m1m3 3)制冷剂完成一个循环时，制冷剂完成一个循环时，各个过程中的功与热量的转换与变化。循环特性还包括循环中的一些重要特征参数。理论循环的特性各个过程中的功与热量的转换与变化。循环特性还包括循环中的一些重要特征参数。理论循环的特性指标如下：指标如下：(1)(1)单位质量制冷量单位质量制冷量q0(简称单位制冷量简称单位制冷量)表示表示1kg1kg制冷剂完成循环时从低温
49、热源所吸收的热量。取蒸发器为隔离体，它等于制冷剂在蒸发器出制冷剂完成循环时从低温热源所吸收的热量。取蒸发器为隔离体，它等于制冷剂在蒸发器出口处与入口处的比焓之差，即口处与入口处的比焓之差，即652)2)单位容积制冷量单位容积制冷量q qv v 表示以压缩机吸入状态计，单位体积表示以压缩机吸入状态计，单位体积(1m(1m3 3)制冷剂完成一个循环时，从低温热源所吸收的热量，即制冷剂完成一个循环时，从低温热源所吸收的热量，即 kJ/m3(1.6)1(50510 xrhhq15110vhhvqqv663 3）制冷剂的循环质量流量和体积流量）制冷剂的循环质量流量和体积流量 kg/s (1.7)m3/s
50、 (1.8)4)4)单位功单位功 kJ/kg (1.9)00qQMRvRRqQvMV0112hhw675)5)单位冷凝热负荷单位冷凝热负荷qk 表示表示1kg1kg制冷剂完成循环时向高温热汇所排放的热量。它等于制冷剂在冷凝器出口处与入口处的比焓制冷剂完成循环时向高温热汇所排放的热量。它等于制冷剂在冷凝器出口处与入口处的比焓之差，即之差，即 kJ/kg (1.10)冷凝器负荷（冷凝器负荷（KWKW）v (1.11)42hhqkkRKqMQ686)6)制冷系数制冷系数 表示制冷循环的单位制冷量与单位功之比表示制冷循环的单位制冷量与单位功之比v (1.12)(1.12)7 7）热力完善度）热力完善度
