If you dreamt to become a registered engineer
Just Just
2010-6-17
do it, and kill it!
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全国勘察设计注册公用设备工程师考试复习
制冷技术
清华大学 石文星
wxshi@https://www.doczj.com/doc/b912820647.html,
2010年6月17日
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“制冷技术”的复习安排
考试说明 根据考试大纲进行复习 模拟题分析
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一、考试说明
考题类型与答题注意事项 参考书
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正确理解考试大纲要求
注意考试大纲中对各知识点的熟悉程度要求
了解：基本层面 熟悉：中间层面 掌握：最高层面 “熟悉”和“掌握”没有太大的区别，均是出题重点，必须掌握
各知识点的融会贯通
制冷技术是应用技术，其基础是热力学、传热学、流体力学，需 注意各学科的综合应用 注意理论联系实际 一道题往往考多个知识点，需要掌握各知识点之间的逻辑联系
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考题类型
考察能力 考题类型与题量分布
达到暖通空调专业注册工程师的基本要求 基础理论、专业技能、法规理解、分析判断 总分：300分 概念题：200分（制冷约40~50分）
? 单选题：80×1分＝80分 ? 多选题：60×2分＝120分
– 少答或多答，均得0分，全对才能得分 因此，难度较大 – 注意：正确答案2~4个，采用排除法
? 合理使用时间：单选2min/道，多选3min/道
案例分析题：100分（制冷约20~24分）
? 50×2分＝100分 ? 每道题的时间：5-7min/道
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答题的注意事项
认真阅读试卷前的注意事项
姓名、考号、单位等信息的填写位置一定要正确，否则作为违纪试卷处理 答题卡：按要求将答案选项用2B铅笔涂黑，计算机阅卷 答题纸：不能用铅笔书写解题步骤和答案，必须用墨水笔书写
基本概念题
一定要重视，概念题成绩合格后，才有案例分析题的阅卷资格
案例分析题
一定要认真计算，计算步骤和答案序号一定写清楚，否则人工阅卷时影响您 的成绩（每道题的步骤一般为3~5步） 答题卡成绩合格后，才能进入人工阅卷 人工阅卷成绩合格，才算合格
考试内容以成熟技术为准，学术论文观点不属于正确答案；当各参考书 中观点矛盾时，以当年命题前（前一年12月前）的最新标准、规范为准
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制冷技术以及所考科目的核心知识
传热方程 制冷技术
Q = KFΔt = Ga c pa (t a1 ? t a 2 ) = Gb c pb (tb 2 ? tb1 ) Q = KFΔt = Ga c pa (t a1 ? t a 2 ) = Gb (hb 2 ? hb1 )
伯努利方程
2 z1 + h1 + v12 / 2 g = z 2 + h2 + v2 / 2 g + Δp
Δp = Δpm + Δpi
稀释方程
V
dC & = ρGa (Cs ? C ) + M dτ
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参考资料
《全国勘察设计注册工程师暖通空调专业考试复习教材（第 二版）》
中国建筑工业出版社，2006年5月
《全国勘察设计注册工程师暖通空调专业考试标准规范汇编》
共42个《标准》和《规范》（注意复习教材新补充的以及新发布的 标准、行业关注的热点问题也是考试范围，但内容不会太多） 中国计划出版社， 2004年5月 对“标准”、“规范”的理解（成熟的研究成果和经验总结，以指导工 程师进行工程设计）
《全国勘察设计注册工程师暖通空调专业考试模拟题 （2009年版）》
《暖通空调》杂志社，2009年6月
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二、大纲内容的复习
5.1 制冷循环与制冷剂 5.2 蒸气压缩式制冷热泵机组 5.3 溴化锂吸收式制冷机组 5.4 蒸气压缩式制冷系统 5.5 蓄冷蓄热空调系统 5.6、5.7 冷库设计基础 第四章 “制冷技术”
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5.1 制冷循环与制冷剂
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考试大纲要求
5.1 熟悉制冷循环的热力学原理；了解制冷 剂的性能和选择以及CFC、HCFC的限制与 替代
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复习要点
制冷循环热力学原理
逆卡诺循环、理论循环、实际循环、提高实际 循环性能的措施 理论循环的制冷系数、高低温冷库制冷循环及 其压缩机吸气制冷剂参数的热力计算、双级循 环（高、低压级质量流量）
制冷剂性能及其替代
不同制冷剂的单位容积制冷能力 非共沸制冷剂特性
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理想制冷循环
逆卡诺循环
理想过程的极限 热 汇 . Qc
制冷机
Pin . Qe
Sadi Nicolas Léonard Carnot 1796-1832
热 源
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理想制冷循环与最大制冷系数
逆卡诺循环的制冷系数最大
Qc
3
冷凝器
2 2
Wc
压缩机
εc =
q0 T0 = Σw Tk ? T0
4
We
膨胀机
?ε c ?ε Tk T0 = < c = 2 ?Tk (Tk ? T0 ) ?T0 (Tk ? T0 )2
蒸发器
1 1
Qe
蒸发温度对制冷系数的影响 更为明显！
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? ?
最大制冷系数与制冷剂种类无关 劳伦兹循环是一些列微元逆卡诺 循环的迭加循环
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理想制冷循环与最大制冷系数
逆卡诺循环的制热系数？
q μc = ε c + 1 = k Σw T0 Tk = +1 = Tk ? T0 Tk ? T0
这是一个理想的供热方式，制 取1kW的热量，只需1/μckW的 电能，而直接采用电热器呢？
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供热
Qc
3
冷凝器
2 2
Wc
压缩机
We
膨胀机
蒸发器
1 1
4
Qe
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制冷循环的分析工具
lgp-h图、T-s图 理论循环的热力计算
q0=hC’-hB wc= hD-hC’ qk=hD-hA’ ε=q0/wc 1点、2线、3区、6等值线 分析与计算工具
Receiver p Condenser
qk
Compressor
实际循环计算
制冷剂不是1kg/s制冷剂，而 是m kg/s 需要压缩机的理论排气量（输 气量） 、压缩机的容积效率 和吸气（C’点）比容才能计算 出m ф0/Wc/фk=m(q0/wc/qk)
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B
qo
wc
h
Evaporator
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制冷循环的发展与演变
理想循环：逆卡诺循环
两个等温过程；两个绝热过程 无温差传热，时间无穷长，制冷 率（制冷量）＝0 J/s (W) 实现方法：循环位于气液两相区 两个等温过程 两个等压过程 膨胀机 膨胀阀 节流损失 湿压缩 干压缩 过热损失 无温差传热 温差传热 压力损失、压缩机内部换热，等 根据不同的目的改善制冷循环
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Tk k T wc 3 Σ w=wc -we T0 we 4 q0 S
pk
pk 2 p0 1
理论循环
节流损失
T Tk 3
过热损失
k
2
实际循环：存在各种损失 循环改善措施
2' wc
p0
T0 4 q0 1 S
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减小节流损失的措施-1
高压液体的再冷
再冷的手段：设置过冷器、增大冷凝器面积（程度有限） 注意：回热不一定能改善制冷循环COP，与制冷剂种类有关
lgp qk 3′ 2′ 3 2
lg p 3' 3 2' 2 2''
4′
q0
1
4
wc h
4' q0
1 1' wc h
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再冷循环
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回热循环
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减小节流损失的措施（2）
回收膨胀功
冷凝器 3 膨 胀 机 4 气液 分离器 蒸发器 0 q0e 2 we ～ 1 压缩机 wce qk
T Tk T0
0 4 Δqo b b? 4? q0 3 we 2? wce
pk
2
p0
1
a
s
ε th e =
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q0e q + Δ q0 = 0 > ε th w ce wc ? we
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减小过热损失的措施——多级压缩
当氨系统压缩比大于8 （氟系统大于10）时
节流后进入蒸发器的干度 显著增大 制冷循环的效率COP很 低，消耗相同的电能，制 取的冷量显著降低 压缩机排气温度高，影响 系统的正常运行
pk
T
4
4? 5 7 6 8 3 2
Tk Tm T0
pm
p0
1
一般采用双级压缩循环 减小制冷循环的过热损失
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s 一次节流中间完全冷却双级压缩 制冷循环（氨系统）
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双级压缩制冷循环的应用
双级压缩制冷循环的形式
中间完全冷却
? 一级节流 氨系统
中间不完全冷却
? 一级节流 氟系统 ? 二级节流 氟系统
– 经济器：闪发式蒸气分离器
冷 凝 器 节 流 阀 2 2 高压级压 缩机 低压级压 缩机 蒸 发 器
构成方式
两台压缩机 冷库常用 单机双级压缩机 冷库常用 经济器 空调、热泵机组常用
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中间冷却器
节流阀1 节流阀1
例：一级节流中间不完全冷却双级 压缩系统（R22双级压缩系统）
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带经济器的冷水机组
提高设备的COP 降低压缩机排气温度 应用设备
热泵机组 冷水机组 低温机组（如：冰蓄冷机组）
适用压缩机
离心式、涡旋式、螺杆式 压缩式
试问改善蒸气压缩式制冷循环的主要措施有 试问改善蒸气压缩式制冷循环的主要措施有 两项，即（ ）。 两项，即（ ）。 (A)采用回热循环与多级压缩 (A)采用回热循环与多级压缩 (B)采用膨胀阀前液态制冷剂再冷却与多 (B)采用膨胀阀前液态制冷剂再冷却与多 级压缩 级压缩 (C)加大蒸发器和加大冷凝器 (C)加大蒸发器和加大冷凝器 (D)加大蒸发器和冷凝器与蒸发器前液 (D)加大蒸发器和冷凝器与蒸发器前液 态制冷剂再冷却 态制冷剂再冷却
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各种制冷循环形式的理论 COP 大小（离心式冷水机组）
循环
理论 COP 单级压缩 单级压缩＋过冷器 双级压缩＋经济器 双级压缩＋经济器＋过冷器
7.30 (100)
Single stage compressor Motor
7.59 (104)
Single stage compressor Motor
7.89 (108)
Two-stage compressor Motor
8.05 (110)
Two-stage compressor Motor
原理图
Condenser
Evaporator Condenser
Evaporator Condenser
Evaporator Condenser
Evaporator
Sub - cooler
Sub - cooler Economizer Economizer Economizer Sub - cool Pressure P Condensation Expansion Compression Expansion Compression Evaporator Enthalpy h
Sub - cool Pressure P Condensation Compression Condensation Expansion Compression Evaporator Enthalpy h
Economizer Pressure P Condensation Expansion Compression
lgp-h 图
Pressure P
Expansion
Expansion Compression Evaporator Enthalpy h
Evaporator Enthalpy h
注：制冷剂为R134a，蒸发温度 : 4.2℃, 冷凝温度 : 37.7℃, 过（再）冷度 : 4.0℃。
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双级压缩的热力计算
高压级压缩机 3 4 冷凝器 冷 却 水 5 膨胀阀 ① 中间冷却器 7 膨胀阀② 蒸 发 器 8 冷 冻 水 2 1 低压级压缩机
冷库设计或其他机组设计时，需要 计算中间温度tm或中间压力pm
t m = 0.4t k + 0.6t0 + 3o C
pm = p k ? p0
T
4
4? 5 7 6 8 3 2
pk
如果高、低压级的理论排气量之比已 知，则需采用试算法确定中间温度tm 高、低压级质量流量之比的计算
以中间冷却器为对象进行计算最简单
p0
Tk Tm T0
pm
1
md h5 + (mg ? md )h5 + md h2 = md h7 + mg h3
s
简化结果为： 一次节流完全中间冷却的双 级压缩制冷循环 清华大学建筑学院建筑技术科学系 2010-6-17
mg md
=
h2 ? h7 h3 ? h5
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制冷循环的应用
单级压缩制冷循环
房间空调器、单元式空调机、多联机、除湿机，冷水机组 冷却间（预冷间）、冰库 高温库（冷却物冷藏间）
? 库温：根据被贮藏物的种类确定，一般为0～10℃ ? 制冷循环温度：
– 蒸发温度：与传热面积、介质流速有关，一般取： –库温－10℃或出风温度－(6~8)℃ ；载冷剂温度出口－(3~5)℃ – 冷凝温度：与传热面积、介质流速有关，一般取： –冷却水出水温度＋(3~5 )℃；空气进口温度＋(10~16)℃ – 吸气温度：取决于蒸发器过热度、是否有回热器、吸气管的管长与保 温性能，一般取： –蒸发温度＋(5~15 )℃
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制冷循环的应用
双级压缩制冷循环
冰蓄冷制冷机组、冷水机组等 冷库冻结间、速冻机 低温库（冻结物冷藏间）
? 库温：一般为-15～-23℃ ? 制冷循环温度：其原则与高温库相同 ? 注意：需要确定中间温度
2 油分离器 1 单向阀 压缩机 8 5 7 蒸发压力 调节阀 蒸发器 1 冷凝器 高压贮液器 4 膨胀阀 1 6 膨胀阀 2 3
蒸发器 2
多蒸发温度制冷系统采用同一制冷循环 时，投资少但能效差
蒸发温度较高蒸发器出口：装设蒸发压 力调节阀 最低蒸发温度的蒸发器出口：设置单向 阀
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制冷剂的性能与选择以及CFC
制冷剂的命名方法
无机物：R7XY 氟利昂：RXYZ
? ? ? ? RXXX：XYZ＋90＝ABC 共沸制冷剂：R5XY 非（近）共沸制冷剂：R4XY ……
【例】下列说法错误的是（ ）。 【例】下列说法错误的是（ ）。 (A)R134a的分子简式是C2H2 4； (A)R134a的分子简式是C2H2FF； 4 (B)R134a空调系统采用POE冷冻油； (B)R134a空调系统采用POE冷冻油； (C)氨是一种天然工质； (C)氨是一种天然工质； (D)我国将在2040年完全停止使用HCFC。 (D)我国将在2040年完全停止使用HCFC。
各种制冷剂的特性
CAHBFCCl?
CmH2m+2
溶油特性：矿物油、合成油（脂类油，如POE油、PAG油） 与材料的兼容性：铜、橡胶 热物性：单位制冷量、容积制冷量、黏性、导热系数、绝热指数等 安全性（毒性、燃烧性）与对环境的亲合性（ODP、GWP）
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制冷剂的性能与选择以及CFC
制冷剂单位质量制冷量q0[kJ/kg]
′ q0 = h1 ? h4
制冷剂单位容积制冷量qv[kJ/m3]
【例】一制冷系统采用R134a替代 【例】一制冷系统采用R134a替代 R22后，其制冷量为（ ）。 R22后，其制冷量为（ ）。 (A) 基本不变 (A) 基本不变 (B) 有些增大 (B) 有些增大 (C) 稍有减小 (C) 稍有减小 (D) 大为减小 (D) 大为减小 t0=-15℃, tk=30℃, SL=5℃,SH=0℃时的qv
qv =
lgp
′ q0 h1 ? h4 = v1 v1
qk 2′ 2
3′
制冷剂 qv [kJ/m3]
R22 2161 1
R134a 1284 0.594
R407C 2207 1.02
R410A 3244 1.50
R123 169 0.08
3
4′
q0
1
wc h
qv,Rxx/qv,R22
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非共沸制冷剂的特性
目前难以找到ODP=0且GWP很小的单质替代制冷剂 一般采用由多种沸点（标准蒸发温度）不同的HFC或HCFC 按一定比例混合而成非（近）共沸制冷剂
A B
p＝常数
温度滑移≤1℃时称为近共沸制冷剂 近似单质特性
过热蒸气区
主要特性
TA
2 3' 1 3
湿蒸气区 泡点和露点：定压冷却或蒸发过程中存在温度滑移 T 液相区 饱和液线 与外部换热时呈变温特性，其理想情形为劳仑兹循环 0 ξ' ξ ξ" 1 润滑油：合成油 ξ R407C的特性：R32/R125/R134a(23/25/52%)，温度滑移大 （约7.1℃） ，工作压力、COP与R22相当 R410A的特性： R32/R125(50/50%)，温度滑移小（约 0.2℃），COP比R22略高，工作压力比R22高50％左右，黏性低、 传热和流动性能优于R22
B
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T /℃
干饱和气线 3"
30
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载冷剂的性能与选择
载冷剂的种类
无机盐：
? 水、NaCl、CaCl2溶液等
0
冷源温度 开式4~5℃； 闭式8~10 ℃ 溶液区
析 冰 线 析 盐 线
温度 - 10 /℃
有机物
? 醇类：乙烯乙二醇、丙二醇等
- 20 固态区 合晶点
各种载冷剂的特性
热物性
凝 固 温 度 (℃ )
0 -5 -10 -15 -20 -25 0
0
10
20 浓度 /%
30
? 密度、黏性、导热系数、比热等
氯化钠盐水溶液
物理性质、化学性质
? 毒性、稳定性、燃烧性、腐蚀性 ? 吸水性、凝固点与浓度的关系
为降低盐溶液的腐蚀性，可采取措施： 高纯度盐 采用闭式系统 加缓蚀剂 pH=7.5￣8.5(弱碱性)
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5
10
15
20
25
30
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浓 度(％ )
乙烯乙二醇的凝固点与浓度之间的关系 清华大学建筑学院建筑技术科学系 31
5.2 蒸气压缩式制冷热泵机组
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考试大纲要求
5.2 了解蒸气压缩式制冷（热泵）的工作原 理；熟悉各类蒸气压缩式制冷（热泵）机 组的特点、适用范围和主要技术性能参数
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复习要点
蒸气压缩式制冷（热泵）机组的工作原理
压缩机容积效率及其影响因素 实际所需活塞排量的计算（冷库设计选型）
蒸气压缩式制冷（热泵）机组特点与主要性 能参数
明确影响制冷系统性能（如制冷量、性能系数） 的因素 地下水源热泵系统设计注意点（依据规范）
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蒸气压缩式制冷（热泵）机组的工作原理
工作原理
由制冷循环四大基本部件、 辅助设备和自控系统等构 成制备空调用冷（热）水 或冷（热）风的装置 制冷剂是能量输配介质， 是制冷系统的血液
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冷凝器 贮液器 膨 胀 阀
压缩机
蒸发器
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压缩式制冷（热泵）机组的心脏
制冷压缩机 容积型 往复(活塞)式 往复( 活塞) 曲 柄 连 杆 式 曲 柄 导 管 式 斜 盘 板 式 涡 旋 式 滚 动 转 子 式 回转式 旋 片 式 螺杆式 单螺杆 双螺杆 速度型（离心式）
( ) ( )
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压缩机的制冷量
理论输气量Vh（当结构、转速一定 时，制冷系统中的唯一不变量）
单位时间内最大可吸入体积流量 表达式与压缩机形式、转速有关 如：活塞式压缩机
冷库设计时压缩 机选型的基准
Vh =
π ? D2S n
4
VS Vh
?
60
?Z
实际输气量VR
η 容积效率（输气系数） V = λv λ p λt λl
与压缩机形式有关 与余隙容积，吸排气节流、吸气过热， 泄漏损失等因素有关 压缩比
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单位时间内吸入吸气状态下制冷剂的体 积流量
ηV =
ηV = 0.94 ? 0.085?? ?
?? p ?1 m ? 2 ? ? 1? ? ?? p1 ? ? ? ?
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压缩机的制冷量和制热量
制冷量ф0
取决于压缩机Vh 容积效率ηV 运行工况：t0、 tk、SL、SH
lgp qk 3′ 2′ 3 2
V ?η φ0 = mr ? q0 = h V ? q0 = Vh ?ηV ? qv v1
4′
q0
1
wc h
制热量фh
包括制冷量 包括压缩机的输入功率 包括缸套水排热量 减去压缩机和管路的散热量
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φh = mr ? qk ≤ mr (q0 + wc )
φh = φ0 + ( Pin ? Qre ) = φ0 + f ? Pin
f ≤1
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压缩机的耗功率
理论耗功率Pth
绝热压缩k
lgp
Pth = mr ? wc = mr (h2 s ? h1 )
3′
2′ 3 k 1
2s m
2
四个效率
指示效率ηi
? 多变指数m
4′
ηi = Pth Pi
η m = Pi Pe
η d = Pe Pout
ηe = Pout Pin
h
摩擦效率ηm
? 指示功率/轴功率 ? 运动部件、油泵
Pth = ηi ?η m ?η d ?η e ? Pin
传动效率ηd 电机效率ηe
? 轴功率/电机输出功率 ? 电机输出功率/输入功率
Pin =
Pth η i ?η m ?η d ?η e
电机输入功率Pin
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配用电机 P = (1.10 ~ 1.15) Pin
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压缩机的耗功率
固定内容积比压缩机
（无排气阀的）回转式压缩机 内压缩效率ηε
电机损失 传动损失
p pk
p pk pi
d
额外功耗
p pi pk p0
d
额外功耗
p0 V (a) 正常压缩
p0 V (b) 欠压缩
V (c) 过压缩
压缩机摩擦损失、油泵耗功 制冷剂泄漏、漏热 电机效率ηe 输入功率Pin
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传动效率ηd
摩擦效率ηm
指示效率ηi
内压缩效率ηε
过/欠压缩损失
输出功率Pout
轴功率Pe
指示功率Pi
有效压缩功率Pε 等熵压缩功率Pth 等熵压缩功率Pi
40
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