1、 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束第六章第六章 制冷与空调制冷与空调 6.1 概述 6.3 制冷压缩机 6.2 蒸气压缩式制冷原理 6.4 冷水机组 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.5 吸收式制冷 6.7 空调系统 6.6 热泵技术及其应用 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 制冷和空调的应用已成为社会生存与发展不可或缺的一部分。制冷是一种冷却过程，除用于食品冷冻加工、化工和机械加工等工业制冷外，其最主要的应用是空调。空调中既有冷却，也有供暖、加湿、去湿以及流速、热辐射和空气质量的调节等。那么你知道常用的制冷方法有那些？它们是如何工作的
2、？各自有什么特点？如何利用制冷设备来组成空调系统?本章将从以下四部分来回答这些问题.1.蒸气压缩式制冷原理及压缩机；2.吸收式制冷原理及系统；3.热泵技术及应用；4.空调原理及系统。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束6.1 概述概述 6.1.1 制冷的定义与分类制冷的定义与分类 制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，保持并利用这个温度。按制冷的温度范围分，有：120K以上，普冷；（1200.3）K，深冷（又称低温）；0.3K以下，极低温。按制冷方法分，有：适用于普通制冷蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式制冷；适用于深度制冷（201
3、60K）气体膨胀制冷、半导体制冷、磁制冷等。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.1.2制冷的研究内容 循环;循环中使用的工质;所需的机械和设备;工艺过程;气体的液化和分离技术。6.1.2 制冷技术的应用制冷技术的应用（1）商业及人民生活（2）工业生产及农牧业（3）科学研究（4）医疗卫生（5）空间技术（6）低温物理研究 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束6.2 蒸气压缩式制冷原理蒸气压缩式制冷原理 6.2.1 理想制冷循环理想制冷循环 1.恒温热源的理想制冷循环逆卡诺循环（1）逆卡诺循环 图6-1a、b分别为制冷循环（或制冷机）的热力学原理图和以气体为工质的逆
4、卡诺循环的Ts图。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束高温热源T2低温热源T1Qk Qo T2 T1 制冷机（热泵）输入功W T0（即T1）Tk（即T2）3 4 1 2 s(kJ/kg.k)T(k)(a)T2T1（b）图6-1 制冷循环 热力学原理图和逆卡诺循环的Ts图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 通常以制冷系数或称性能系数作为制冷系统性能的评价指标 或COP。其定义为消耗单位功所获得制冷量，即 热力学第二定律中已经证明，由可逆过程组成的逆卡诺循环最经济，其制冷系数也最大。因此，它就是工作在两个恒定的热源温度之间的理想循环。这时，高温热源（即环境介质）的温
5、度T2、低温热源（即被冷却对象）的温度T1，分别等于可逆制冷机中制冷剂放热时的温度即冷凝温度Tk和吸热时的温度即蒸发温度T0。wqPWQ/000 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 由图61，逆卡诺循环的制冷系数为 低温热源的温度T1（或蒸发温度T0）对制冷系数的影响比高温热源温度T2（或冷凝温度Tk）更显著。00121411241100TTTTTTssTTssTwqkc 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束（2）对温度的限制及热力完善度 工作于相同热源温度间的实际制冷循环的制冷系数 与逆卡诺循环的制冷系数 之比，称为这个制冷循环的热力完善度，用 表示，即cc/总
6、目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束s(kJ/kg.k)T(k)TkT03 4 2 1 30315K(大气温度)25315K(冷室温度)图6-2 对制冷循环温度的限制 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 实际制冷循环的制冷系数，其值可以大于1或小于1。但热力完善度的数值恒小于1，故也称循环效率或卡诺效率。只是从热力学第一定律（能量转换）的数量角度反映循环的经济性，而 是同时考虑了能量转换的数量关系和实际循环中不可逆的影响程度。制冷剂在循环过程中与高、低温热源之间的传热必须要有温差。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 例6-1 设有热源温度T2=298
7、K，冷源温度（或称低温热源温度）T1=263K，求：1）在这两个温度间运转的可逆制冷机的制冷系数；2）当制冷剂与冷、热源的传热温差为10K时的制冷系数；3）具有10K传热温差的实际制冷机的热力完善度。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 解 1）对于可逆制冷机，无传热温差，故 2）当传热温差为10K时，制冷剂的最高温度即冷凝温度Tk308K，最低温度即蒸发温度T0253K，因而 可见，传热温差导致制冷系数的明显下降。51.7)263298/(263121TTTc60.4)253308/(25300TTTk 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3）当实际制冷机的传热
8、温差为10K时，其热力完善度为 若传热温差增加到20K，可以算出制冷系数为3.24，热力完善度为0.43。可以看出，随着传热温差的增加，循环的不可逆程度增加，热力完善度明显下降。61.051.7/6.4/c 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2.变温热源的理想制冷循环劳伦兹循环 为了减少在制冷机的冷凝器和蒸发器中不可逆传热所引起的可用能损失，制冷剂和传热介质之间应保持尽可能小的传热温差。就制冷机的一般工作条件来说，冷却介质及被冷却物体的热容量都不是无穷大，在传热过程中要发生温度变化，不能看作为恒温热源。此时，制冷剂的冷凝温度应略高于（在极限情况下等于）冷却介质的出口温度（图6
9、-3中的 ），但与冷却介质的进口温度（）间存在较大的温差。1T1T 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 同样，制冷剂的蒸发温度同被冷却介质的进口温度（）之间也存在较大的温差，如图6-3所示，对于变温热源来说，含有恒温热源的逆卡诺循环已不复存在，因此需要找到一种变温热源（而不是恒温热源）的理想循环，以改善制冷系数。变温热源间的可逆循环，可依据冷源和热源的性质而以不同的方式来实现。只要满足工质与变温冷源、热源之间热交换时的温差各处均为无限小，以及工质与对其作用的物体之间保持机械平衡的条件，则工质进行的循环即为理想制冷循环，劳伦兹循环就是这种变温热源时可逆的逆循环的形式。2T 总目录
10、总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 T s c b d a 1T1T2T2T图6-3 变温热源与逆卡诺循环 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 如图6-4所示，劳伦兹循环由两个等熵过程ab、cd和两个变温的多变过程bc、da组成。在实际中，要实现劳伦兹循环，冷凝器和蒸发器都必须是完全逆流式的；而且应用非共沸混合制冷剂作为工质，利用其在等压下蒸发或冷凝时温度不断变化这个特点，在传热温差无限小的极限情况下就可以实现完全可逆的劳伦兹循环，所以，劳伦兹循环是外部热源为变温热源时的理想制冷循环。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 T s c b d a 图6-4
11、 劳伦兹循环的Ts图 Tkm Tom 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 对于变温条件下的可逆循环，可利用平均当量温度的概念，则有 式中，、分别为两个变温热源的平均温度（K）；为制冷系数。omkmomLTTT/omTkmTL 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3.理想热泵循环 用来制冷的逆向循环称为制冷循环，而用来供热的逆向循环称为热泵循环。热泵循环的性能用供热系数 或COPh表示，它表示单位耗功量所获得的供热量，即 热泵循环的供热系数永远大于1，对节能有重要意义。1cokhwwqwqh 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.2.2 蒸气压缩
12、式制冷系统蒸气压缩式制冷系统 蒸气压缩式制冷系统，在普通制冷温度范围内具有较高的性能系数，它广泛用于工农业生产及人民生活的各个领域。1.蒸气压缩式制冷系统的理论循环（1）制冷系统的组成与制冷剂 1）制冷系统的组成 如图6-5所示。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1压缩机；2冷凝器；3节流阀；4蒸发器 图6-5 蒸气压缩式制冷系统组成示意图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2）制冷剂 制冷剂就是在制冷装置中进行制冷循环的工作物质.它不仅应具有优良的热力学、物理化学性能，还应该经济、安全，对人体无害，对环境无污染。制冷剂有多种,使用最为广泛的是氟利昂制冷剂.它
13、可分为氯氟烃（CFC）、氢氯氟烃（HCFC）、氢氟烃（HFC）三大类，见表6-1(如下)。氯氟烃（CFC）R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等等 氢氯氟烃（HCFC）R22、R123、R141b、R142b等等 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 氢氟烃类（HFC）R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等等 受臭氧层破坏、温室效应等环境因素的影响，人们开始逐步重视制冷工质对环境的负面影响,为此我国全面实现了CFCs消费的完全淘汰。当前，我国空调和冰箱中主要以R22、R134a、R410A、R407C、R142b作为制冷剂，各
14、工质的特性见表6-2(略)。原本用于替代CFCs、HCFCs类制冷工质的HFCs制冷工质已被京都议定书定为温室气体，开发、选择制冷剂时应关注的因素见图6-6。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 图6-6 选择制冷工质时需要考虑的因素 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3）载冷剂 在以间接冷却方式工作的制冷装置中，它吸收被冷却物体或空间的热量，传递给制冷剂。作为载冷剂的条件有：在使用温度范围内不凝固，不汽化；无毒,化学稳定性好，对金属不腐蚀等。常用的载冷剂有空气、水、盐水、有机化合物及其水溶液等。如仅考虑工作温度,则工作在5以上的载冷剂系统，一般都采用水作载冷剂
15、；工作温度在5-50,则用氯化钠水溶液及氯化钙水溶液;工作温度低于-50，则用碳氢化合物;如工作温度范围较广，则应采用相应的合适物质为载冷剂.总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束（2）蒸气压缩式制冷系统的理论循环逆卡诺循环的修改 按逆卡诺循环的蒸气制冷系统在实际运行中无法实现。图6-7为修改后的蒸气压缩式制冷的理论循环 。1134212 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束s(kJ/kg.k)T(k)TkT03 4 2 1 图6-7 蒸气压缩式制冷的理论循环 124 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 它的修改是：1）用干压缩代替湿压缩 干压缩是蒸气
16、压缩制冷机正常工作的一个重要标志。采用干压缩，经济性有所损失，但对于制冷机的安全运行却是必要的。2）用节流阀代替膨胀机 虽然会损失膨胀机的膨胀功，但装置简单。此外,在图6-7冷凝器中发生的过程是由冷却 和冷凝 两过程组成的.总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束（3）理论循环的性能指标 1）单位质量制冷量 和制冷剂的质量流量 制冷剂的汽化潜热越大或节流所形成的蒸气越少，则循环的单位制冷量就越大。制冷系统的制冷量 常为已知，因此，制冷系统中制冷剂的质量流量可由下式得到0qRmq,31410hhhhq041000,/hhqqRm 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2）
17、单位体积制冷量 和制冷剂的体积流量 制冷系统中制冷剂的体积流量是指压缩机每秒吸入制冷剂蒸气的容积，即 由上面两式又可以得到蒸发器中制冷量的另一个计算公式 制冷剂的质量流量或体积流量，与压缩机的尺寸和转速有关；单位质量制冷量或单位容积制冷量，与制冷剂的种类和工作条件有关，与装置的大小无关。VqRVq,01141/Vqqvhhv,1V Rm RqqvVRVqq,0 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3）单位冷凝热量 和冷凝器的热负荷 1kg制冷剂蒸气在冷却（显热阶段）和冷凝（潜热阶段）两过程中放出的热量，称为单位冷凝热量 所以冷凝器的热负荷（输出热量）为kqk32hhqk32,h
18、hqqqRmkRmk 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 4）单位理论压缩功 和压缩机消耗的理论功率 对于单级压缩蒸气制冷机的理论循环来说，单位理论压缩功可表示为 压缩机消耗的理论功率 单级蒸气压缩式制冷机的单位理论功也是随制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。0w0P120hhw12,0hhqPRm 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 5）制冷系数 对于单级蒸气压缩式制冷机，其理论循环的制冷系数000000/wqP 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2.蒸气压缩式制冷系统的实际循环及其性能指标（1）蒸气压缩式制冷系统的实际循环 把实际循环
19、叠加在理论循环的压焓图上，如图6-8所示，可以看出它们的差别：1）实际压缩过程不是等熵过程。2）冷凝和蒸发过程中都存在传热温差，所以过程也是不可逆的；3）制冷剂通过管道、吸排气阀、冷凝器、蒸发器时存在压力损失；4）实际循环中存在液体过冷、蒸气过热。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-8 蒸气压缩实际循环与理论循环的比较 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-9 简化后的实际循环 h 3 p 1 0 4 5 2a 2 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束（2）实际循环的性能指标 工程设计中常进行简化，则实际循环可表示为图6-9中的0123450
20、1，其中12是实际的压缩过程。1）单位质量制冷量、单位体积制冷量、单位理论功、制冷剂循环流量和理论功率为 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束41510hhhhq01/Vqqv120hhwa00,/qqRm0,0wqPRm 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 制冷量 通常由设计任务给出，得到制冷剂的循环流量后，可以求得压缩机实际输气量 （为压缩机在单位时间内，按进气条件所排出气体的实际容积，即体积流量）以及压缩机的理论输气量，即体积流量0sVq,sVq,hVq,总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 式中，为实际输气量与理论输气量的比值，称为输气系数。
21、根据 即可选配合适的制冷压缩机。,10 100/V sm RvqqvvqqVsVhVqqq/0,hVq,总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2）压缩机的指示功率 、轴功率 及实际制冷系数 为指示效率。为机械效率，在0.80.95之间。从而可求得实际制冷系数iPePiiPP/0imiePP/meP/0 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3）单位冷凝热量 式中点2状态的比焓值使用下式计算 从而可求出冷凝器的热负荷 4）热力完善度（卡诺效率）kq42hhqk1122/hhhhiakRmkqq,c/总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3.蒸气压缩式制冷
22、系统的主要影响因素与工况（1）主要影响因素的分析 1）液体过冷、蒸气过热对循环性能的影响 2）蒸发温度、冷凝温度对循环性能的影响 见图6-10a、b。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束0，P0 0，P0 Tk T0 00P0 P0 a）T 0不变Tk变化 b）Tk不变T0变化 图6-10 蒸发温度和冷凝温度对制冷装置性能的影响 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束（2）蒸发压缩式制冷系统的工况 所谓工况，是指确定制冷装置运行情况的温度条件，一般应包括蒸发温度、冷凝温度、过冷温度和压缩机吸气温度等。我国规定了下列几种工况(表6-3)：1）标准工况 通常所说的制冷机的
23、制冷量和功率，是指标准工况下的制冷量和功率。2）空调工况 它规定了制冷机在作空调使用时的温度条件。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束表表6-3 标准工况、空调工况、最大功率工况和最大压差工况标准工况、空调工况、最大功率工况和最大压差工况 制冷工况制冷工况 制冷剂制冷剂蒸发温度蒸发温度/吸气温度吸气温度/冷凝温度冷凝温度/过冷温度过冷温度/标准工况 R22 R717 -15 15 -10 30 25 空调工况 R22 R717 5 15 10 40 35 最大功率工况 R22 R717 5 15 10 40 35 最大压差 工况 R22 R717 -40 -30 0 -15 40
24、 35 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3）最大压差工况 这一工况是在设计压缩机时需要使用的。制冷压缩机在运转中所承受的压差不得大于这一规定值。4）最大功率工况 对于没有起动卸在装置的压缩机，要根据这一工况来确定驱动压缩机的原动机的功率。此外，在设计压缩机时，某些零件的摩擦也要按这一工况条件下的数据进行计算。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 4.蒸气压缩式制冷系统的典型流程 以如下氟利昂制冷系统流程图6-11为例，其特点是：1）设置干燥器；2）油分离器与曲轴箱之间没有自动回油管路；3）氟利昂制冷系统一般采用非满液式蒸发器；4）氟利昂制冷系统一般采用回热循环
25、，故设有换热器。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1压缩机 2压力继电器 3油分离器 4冷凝器 5水量调节阀6干燥过滤器 7热力膨胀阀 8温度继电器 9蒸发器 图6-11 氟利昂制冷系统流程图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束6.3 制冷压缩机制冷压缩机 6.3.1 制冷压缩机的种类及形式制冷压缩机的种类及形式 制冷压缩机按工作原理分，有容积式（如，活塞式）和速度式（透平式）两类。按压缩机的级数分，有单级、双级和多级压缩机。按压缩机的密封方式分，有开启式、半封闭式和全封闭式压缩机。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.3.2 活塞式压缩机的工
26、作原理活塞式压缩机的工作原理 1.活塞式压缩机的结构与组成 见图6-12。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1气缸体 2曲轴 3曲轴箱 4连杆 5活塞 6排气管7排气腔 8排气阀 9吸气阀 10吸气腔 11吸气管 （a）结构示意图）结构示意图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 （b）立式两缸活塞式压缩机剖面图 图6-12 活塞式压缩机结构 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束插图6-1 全封闭活塞式压缩机组 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2.活塞式压缩机的理想工作过程与理论
27、输气量 见图6-13。压缩机的理论输气量（m3/s）可按下式计算 活塞式制冷压缩机的理论输气量也称为压缩机的活塞排量。由 可以算出理论质量流量（也称质量输气量）为240/2,SnZDqhVmqhVq,1/mV hqqv 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-13 活塞式制冷压缩机理想工作过程 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3.活塞式压缩机的实际工作过程与输气系数 图6-14为工作过程在 图上的表示（虚线01230为理想工作过程），也称为实际示功图。压缩机的输气系数（亦称容积效率），用 表示，即 输气系数
28、 是一个小于1的数，它表示气缸工作容积实际利用的程度。影响 的因素对于确定的某一台压缩机而言，主要是运行过程中的压缩比。Vp hVsVqq,/总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-14 活塞式制冷压缩机实际工作过程 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.3.3 活塞式压缩机的性能活塞式压缩机的性能 1.活塞式压缩机的制冷量 可用下式计算 工况改变时，压缩机的输气系数 和制冷剂的单位容积制冷量 都随之而变。机器铭牌上标出的制冷量一般是标准工况下的制冷量。如果是专门为空调配用的压缩机，则铭牌上的制冷量为空调工况下的制冷量。0,0,01/m RV hVV hqqq
29、qqqvVq 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2.活塞式压缩机的耗功率 在蒸气压缩制冷理论循环的热力计算中，已计算过压缩机的理论耗功率，即 制冷压缩机的轴功率计算式为12,0hhqPRmsePP/0 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 为压缩机的总效率，。对于活塞式，约为0.650.75。压缩机在实际使用中配用的电动机的输入功率 ，还应考虑到传动效率 及电动机效率 ，即smissinPd00/deinPP 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束6.4 冷水机组冷水机组 冷水机组是制造低温冷冻水的设备，广泛应用于中央空调的制冷系统。冷水机组通过制冷
30、剂在蒸发器中蒸发吸收水的热量，产生出512左右的冷冻水。冷冻水通过空气处理装置（热交换器）产生空调所需要的冷风。冷水机组有活塞式、螺杆式、离心式、模块式等形式。6.4.1 离心式冷水机组离心式冷水机组 以离心式压缩机为主机的冷水机组，称为离心式冷水机组。其系统示意图如图6-15所示。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1冷凝器 2抽气管 3放空气管 4制冷剂回收装置 5制冷剂回收管6蒸发器 7电动机 8增速器 9压缩机 10进口导叶11高压浮球阀 12一挡液板 图6-15 离心式冷水机组系统 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 离心式冷水机组主要应用于大型的空调制
31、冷系统。图6-16是三级离心式冷水机组结构图。图6-17是FJZ-1000离心式冷水机组制冷系统示意图。该冷水机组以R11为制冷剂，当蒸发温度为4，冷凝温度为38时，制冷量为872kW。由于R11制冷剂在空调工况时的蒸发压力低于大气压，为了防止空气渗入制冷系统，离心式压缩机做成半封闭式。在冷水机组的制冷系统中，配有一台2F4.8型的压缩机.主要作用是抽真空、试压、排除进入系统的空气和回收系统的制冷剂。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 图6-16 三级离心式冷水机组结构图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1离心式压缩机 2蒸发器 3冷凝器 4高压浮球阀 52F
32、4.8型压缩机 6油分离器 7气液分离器 8放空气阀 9干燥器 10油箱 11油过滤器 12油冷却器13油泵 图6-17 FJZ-1000离心式冷水机组制冷系统 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束插图6-2 离心式冷水机组 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束插图6-3 离心式制冷压缩机模型 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.4.2 螺杆式冷水机组螺杆式冷水机组 螺杆式冷水机组具有传动平稳，制冷量可以在额定制冷量10100的范围内无级调节，结构紧凑、质量轻等优点，广泛地应用于宾馆、饭店、医院等中等制冷量的空调系统中。图6-18是BLK-130
33、M半封闭式螺杆式冷水机组的外形图。图6-19是BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组系统示意图。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1压缩机 2控制箱 3冷凝器 4蒸发器 图6-18 BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-19 BLK-130M半封闭式螺杆式冷水机组系统 1吸气过滤器 2半封闭式螺杆 式压缩机 3贮油器 4集油管组 5油精滤器 6转子油泵7油粗滤器 8油冷却期 9卧式冷凝器 10干燥过滤器 11干式蒸发器 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束插图6-4 螺杆式制冷压缩机模型 总目录总目录 返回
34、本章返回本章下一页上一页结束结束插图6-5 螺杆式冷水机组 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束6.5 吸收式制冷吸收式制冷 蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功或电能，使热量从低温热源转移到高温热源；吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种非自发过程的。6.5.1 吸收式制冷系统的工作原理及工质吸收式制冷系统的工作原理及工质 基本的吸收式制冷系统如图6-20所示。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1发生器 2冷凝器 3节流阀 4蒸发器 5吸收器 6泵图6-20 吸收式制冷系统组成示意图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 吸收式制冷机循环是由一个逆向循环和一个
35、正向循环组成，循环的构成如图6-21所示。图中用 图表示的是逆向循环，其中12表示制冷剂蒸气在热化学压缩器中的升压过程；用 图表示的是正向循环，其中56和78分别表示溶液的升压过程和吸收液的节流过程，67和85分别表示发生过程和吸收过程。在后两个过程中产生的制冷剂蒸气及被吸收的制冷剂蒸气，分别用 图上的点2和点1表示。hp hp Tp 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-21 吸收式制冷机循环的 图及 图 hp Tp 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 吸收式制冷机通常是以所用工质的不同来分类的。目前吸收式制冷机中都采用二元溶液作为工质，其中的低沸点组分为制
36、冷剂，高沸点组分为吸收剂。吸收式制冷剂大致可分为：水系、氨系、乙醇系和氟里昂系四个大类，表6-5列出了部分工质对，其中获得广泛应用的只有NH3H2O和LiBrH2O溶液，前者用于低温系统，后者用于空调系统。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束名名 称称制冷剂制冷剂吸收剂吸收剂名名 称称制冷剂制冷剂吸收剂吸收剂氨水溶液氨水溶液氨氨水水氯化钙氯化钙 氨溶液氨溶液氨氨氯化钙氯化钙溴化锂溶液溴化锂溶液水水溴化锂溴化锂氟利昂溶液氟利昂溶液R12矿物质油矿物质油溴化锂甲醇溶液溴化锂甲醇溶液甲醇甲醇溴化锂溴化锂R22，R21二甲替甲二甲替甲酸铵酸铵硫氰酸纳硫氰酸纳 氨溶液氨溶液氨氨硫氰酸纳硫氰
37、酸纳硫酸水溶液硫酸水溶液水水硫酸硫酸表6-5 制冷剂 吸收剂工质对 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束插图6-6 吸收式制冷机组 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.5.2 理想吸收式循环分析理想吸收式循环分析 吸收式制冷循环的经济性常用热力系数（或COP表示）作为评价指标，其定义为 图6-22示出对理想吸收式制冷循环进行分析的方法，把吸收式制冷循环分解为动力循环和制冷循环的结合。ggQQ/00 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-22 动力循环和制冷循环相结合的热驱动制冷循环 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 在两个温
38、度之间由热力学可逆过程构成的理想循环是卡诺循环，在温熵图上是一个长方形。对于图6-22左侧的动力循环，有 对于图6-22右侧的制冷循环，有kgggTTTWQ/000/TTTWQk 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 则 为 从式中可以看出，热力系数在理论上是制冷系数与卡诺循环效率之积，而且随着Tg、T0增加以及Tk的减少，热力系数是增加的。00000/ggkgkkgkgQQT TTTTTTTTTTT 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 例6-2 一个理想的吸收式制冷循环的热源温度为100，制冷温度为5，环境温度为30。试求该循环的COP值，即 。解：0/5273
39、.15 10030/100273.153052.09gQQ 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.5.3 溴化锂水溴化锂水吸收式制冷系统吸收式制冷系统 溴化锂吸收式机组按结构不同可分为单筒型、双筒型、三筒型等形式。按热源种类分，有蒸气型、热水型和直燃型；按循环形式分，有单效型、双效型和两级吸收型。1单效双筒式溴化锂吸收式制冷机 工作原理见图6-23。单效溴化理吸收式制冷装置，一般采用0.1MPa（表压）的加热蒸汽为热源，也可利用85150以上的热水或废热，其热力系数仅在0.650.75之间。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 (a)单效双筒式溴化锂吸收式制冷机
40、的工作原理 图6-23 溴化锂吸收式制冷机1冷凝器 2发生器 3蒸发器 4冷剂泵 5吸收器6溶液泵 7引射器 8换热器 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 （b）实物图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2.双效溴化锂吸收式制冷机 图6-24为串并联混合双效溴化锂吸收式制冷机工作原理图。双效溴化锂吸收式制冷装置在机组中设有高压与低压两个发生器以及高、低温两级溶液热交换器，因此又称两级发生式溴化锂制冷机。装置的热效率较高，热力系数可达1.0以上。与单效型机组相比，蒸汽消耗量降低了30，释放出的热量减少了25.主要缺点是高低压差较大（高压发生器中压力一般是低压发生
41、器的10倍），设备结构复杂；发生器溶液温度较高，高温下的防腐问题尤其要注意。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-24 串并联混合双效溴化锂吸收式制冷机工作原理图1高压发生器；2低压发生器；3冷凝器；4节流阀5蒸发器；6蒸发泵；7吸收器；8吸收泵；9发生泵;10低温溶液热交换器；11高温溶液热交换器 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3两级溴化锂吸收式制冷机 它具有两级发生和两级吸收过程。该类型装置降低了对热源温度的要求，能充分利用低温热源。但热力系数则大为降低，仅0.30.4左右。4直燃式溴化锂吸收式冷热水机组 图6-25为冷却水回路切换的直燃式溴化锂吸收
42、式冷热水机工作原理图.它不用蒸汽热源，而采用燃油、燃气燃烧直接加热溴化锂水溶液。它主要特点有：无需另建锅炉房或依赖城市热网；燃烧完全，污染少；具有生产卫生热水的功能等。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-25 冷却水回路切换的直燃式溴化锂吸收式冷热水机工作原理图1直燃高压发生器；2低压发生器；3冷凝器；4节流阀；5蒸发器；6蒸发泵；7吸收器；8吸收泵；9发生泵；10低温溶液热交换器；11高温溶液热交换器；12冷媒水泵；13冷却水泵 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.5.4 氨氨水吸收式制冷系统水吸收式制冷系统 以水作为吸收剂、氨作为制冷剂的系统，如图6
43、-26所示。它与溴化锂吸收式相比，还需有精馏塔和分凝器。按工作流程，氨水吸收式制冷机有单级和多级之分。双级氨水吸收式比单级吸收式的热力系数可提高25左右；双级发生和双级吸收式氨水制冷机可降低对热源温度的要求，当然热力系数也相应降低。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 图6-26 单级氨吸收式制冷机组的工作流程图 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 氨水与溴化锂水系统比热力系数相当；氨水系统可以达到低于0的蒸发温度，而工业溴化锂水装置能达到的温度不低于3左右；氨水系统设备较多，但可以在高于大气压的情形下运行；而溴化锂水系统要在低于大气压的条件下运行，不可避免地会有
44、空气漏入系统，须定期排放；溴化锂系统中还必须加入特别的防蚀剂。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.5.5 复合型吸收式制冷装置复合型吸收式制冷装置 图6-27为一例。它将蒸气压缩和吸收式相结合，使蒸气压缩式与吸收式制冷系统各自特点，得到较好的发挥。这种组合是热电厂的一部分高压蒸气的能量用来产生动力，蒸气冷凝则作为热源或供加工过程用。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束1发生器 2蒸发器 3节流阀 4冷凝器 5压缩机 6蒸气透平图6-27 吸收式与蒸发压缩式组合的复合型制冷系统 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束6.6 热泵技术及其应用热泵技术及
45、其应用 热泵实质上是一种热量提升装置，这个泵所搬运的介质是“热”。热泵装置本身所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，是名符其实的节能技术。6.6.1 热泵分类热泵分类 热泵的分类有多种方法，按照工作原理的不同，有蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射式等按热力循环运行的热泵；有利用帕尔帖效应工作的半导体热泵；有利用兰克赫尔胥效应工作的涡流管热泵以及利用化学反应热工作的化学热泵等。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 在建筑供热上，通常是按热源种类（放在首位）和热媒种类（放在第二位)来划分。例如，水水热泵；土壤空气热泵。在吸收式热泵装置中又分为两种类型：一种为低温型吸收式热泵，又称“第一类吸
46、收式热泵”，是指供热温度低于工作热源温度的“吸收式热泵”，热力系数大于1；另一种为高温型吸收式热泵，又称“第二类吸收式热泵”，是指供热温度高于工作热源温度的“吸收式热泵”，其输出的热量（供热量）小于中等温度热源所提供的热量，热力系数一般不超过0.5。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 6.6.2 空气源热泵系统空气源热泵系统 空气源热泵，有空气水热泵、空气空气热泵，尤其在长江以南地区应用较广。1.空气源热泵的工作过程 空气源热泵机组是以室外空气为工作热源，如图6-28。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-28 压缩式空气源热泵工作过程 总目录总目录 返回本章
47、返回本章下一页上一页结束结束 2.冬季供暖运行结霜与除霜 空气源热泵机组冬季供暖运行时，当蒸发器表面温度低于0时，就形成霜。中小型空气源热泵主要采用换向除霜、电热除霜、热水除霜等方法。除霜过程的能耗占总能耗的10%左右，而由于控制不当可高达27%。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3.供暖季气温的区域性影响 按我国划分的七个供热区域，针对某一热泵计算所得的供热季节性能系数HSPF如表6-3所示。空气源热泵的运行效果除受机组本身性能的影响外，与气候环境也有密切关系。供热季节性能系数HSPF，这一指标综合反映了热泵机组在整个采暖季运行的热力经济性，其定义式如下：HSPF 热源耗电
48、量热泵机组耗电量辅助供暖季总的供热量 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束表6-6 各供暖区热泵的HSPF值 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 我国幅员辽阔，南北气候差异大，研究适用于北方寒冷地区使用的空气源热泵系统，必须考虑该地区气候的特点。需要综合考量，合理设计空气源热泵机组，并设置合适的辅助热源。6.6.3 地源热泵系统地源热泵系统 地源热泵系统指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。它包括了诸多的低温热源，如土壤、地下水、地表水（江、河、湖、海）、污水以及工业废水等。总目录总目录 返回本章返回
49、本章下一页上一页结束结束 1.地源热泵系统分类（1）闭环系统 闭环系统指的是通过水或防冻液在预埋地下的塑料管中进行循环流动来传递热量的地下换热系统。（2）开环系统 开环系统通常指利用传统的地下水井传递地下水中或地下土壤中热量的地源热泵系统，还有池塘或湖水。（3）直接膨胀式系统 该系统直接采用装有制冷剂的铜管埋入地下取热。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 地源热泵可分为家（住宅）用和商（公共建筑）用两大类；集中式、分散式系统；纯地源系统，混合式系统。在南方地区，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。而在北方地区，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样，混合式系
50、统可以减少地源的容量和尺寸，节省投资。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 2.地源热泵的工作原理 在冬季，如图6-29。在夏季，如图6-30。从图6-29、图6-30中可以看出，不管是冬季工况，还是夏季工况，除了供暖或制冷空调外，都可以产生生活热水，满足用户常年的需要。总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束图6-29 地源热泵在冬季供热模式原理 图6-30 地源热泵在夏季供热模式原理 总目录总目录 返回本章返回本章下一页上一页结束结束 3.地源热泵系统应用的优势 （1）较低的能量消耗。地源热泵比空气源热泵节省能源40以上，比电采暖节省能源70以上。（2）免费或低费用
