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第4章 制冷技术第一节 蒸气压缩式制冷的热力学原理1、蒸气压缩式制冷的工作原理任何液体在沸腾过程中将要吸收热量，液体的沸腾温度（即饱和温度）和吸热量随液体所处的压力而变化，压力越低，沸腾温度也越低。
而且不同液体的饱和压力、沸腾温度和吸热量也各不相同。
只要根据所用制冷液体（称制冷剂）的热力性质，创造一定的压力条件，就可以在一定范围内获得所要求的低温。
要实现制冷循环必须要有一定的设备，而且要以消耗能量作为补偿。
蒸气压缩式制冷循环就是用压缩机等设备，以消耗机械功作为补偿，对制冷剂的状态进行循环变化，从而使用冷场合获得连续和稳定的冷量及低温。
研究蒸气压缩式制冷循环的主要目的，是为了分析影响制冷循环的各种因素，寻求节省制冷能耗的途径。
2、 理想制冷循环——逆卡诺循环逆卡诺循环是使工质（制冷剂）在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源。
逆向循环是一种消耗功的循环，制冷循环就是按逆向循环进行的，在温—熵或压—焓图上，循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的。
逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热（等熵）过程组成，是一种理想循环。
逆卡诺循环是可逆的理想制冷循环，它不考虑工质在流动和状态变化过程中的内部和外部不可逆损失。
虽然逆卡诺循环无法实现，但是通过该循环的分析所得出的结论对实际制冷循环具有重要的指导意义。
3、逆卡诺循环必须具备的条件利用液体气化制冷的逆卡诺循环必须具备的条件是：高、低温热源温度恒定；工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间无传热温差；工质在流经各个设备时无内部不可逆损失；膨胀机输出的功为压缩机所利用。
作为实现逆卡诺循环的必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机和蒸发器。
4．制冷系数ε制冷循环常用制冷系数ε表示它的循环经济性能，制冷系数等于单位耗功量所制得的冷量。
对于逆卡诺循环而言：)())(()(00000'-''=-'-'-'='=T T T S S T T S S T w q k b a k b a c c ε 从公式可知，逆卡诺循环的制冷系数c ε仅与高、低温热源温度有关，而与制冷剂的热物理性能无关。
蒸汽压缩制冷（热泵）装置性能实验一、实验目的1. 了解蒸汽压缩制冷（热泵）装置。
学习运行操作的基本知识。
2. 测定制冷剂的制冷系数。
掌握热工测量的基本技能。
3. 分析制冷剂的能量平衡。
二、实验原理该系统是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，制冷机的作用是从低温物体中取出热量、并将它传给周围介质。
热力学第二定律指出：“不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他的变化”。
本实验用制冷装置，需要消耗机械功。
用工质进行制冷循环，从而获得低温。
蒸汽压缩制冷循环的经济性可用制冷系数ε来评价。
鉴于实际设备存在的各种实际损失，故ε值可分为“理论制冷系数”和“实际制冷系数”。
图6-1 蒸汽压缩制冷循环1. 理论制冷系数图6-1为蒸汽压缩制冷循环的T-S 图。
1-2未压缩过程，2-3-4（2-3）为制冷剂冷凝过程，4-5（3-4）为节流过程，5-1（4-1）为吸热蒸发。
理论制冷系数ε为理论制冷量q 2和理论功w 之比：ε= q 2/w = ( h 1-h 4) / (h 2-h 1) （6-1）2. 实际制冷系数实际制冷系数是指制冷机有效制冷能力Q 0与实际消耗的电功率N 之比：εγ= Q 0/N =εηｉηｍηｄηｍ０(6-2)式中ηｉ为压缩机的指示效率，ηｍ为压缩机的机械效率；ηｄ为传动装置效率；ηｍ０为电机效率。
实际制冷系数约为理论制冷系数的1/2～2/3。
三、试验方法由式 ⑴和式⑵可知为测定理论制冷系数和实际制冷系数，应在试验中进行一下各项的测量。
1. 测定各状态的焓h 1、h 2 和h 4，为此，需测量1,2,4点的压力和温度，然后在工质 的LgP-h 图上查得h 1、h 2 和h 4数值。
压力值用压力表测量，各点温度用水银温度计测量。
2. 制冷机实际消耗的功率用功率表测出电机消耗的电功率N(KW)即可。
3. 有效制冷能力Q 0的测定：本实验用水在蒸发器中交换的热量来确定。
Q0 = mzC (tZ1-tZ2) (6-3)式中：m为流过蒸发器的水流量（㎏/s），Ｃ为水的比热（ＫＪ／㎏℃），t Z1和tZ2为水流进、出口的温度℃。
蒸气压缩式热泵热力计算报告
一、题目
某空气/水热泵系统，其制热时的工作条件为：空调用供热水进、出口温度分别为26︒C、40︒C，蒸发器进口空气的干球温度为16︒C，冷凝器出口液体过冷度为6︒C，蒸发器出口气体过热度为10︒C。
压缩机的理论输气量V h=35 m3/h，输气系数λ=0.8，指示效率ηi=0.85，机械效率ηm=0.9。
工质为R134a。
EES程序及计算结果
t_s1=26 "供热水进口温度"
t_s2=40 "供热水出口温度"
t_ein=16 "蒸发器进口空气干球温度"
deltat_c=6 "冷凝器出口液体过冷度"
deltat_e=10 "蒸发器出口气体过热度"
V_h=35 "压缩机理论输气量"
lambda=0.8 "输气系数"
eta_i=0.85 "指示效率"
eta_m=0.9 "机械效率"
deltat=8 "冷凝器侧和蒸发器侧传热温差"
t_e=t_ein-deltat "蒸发温度"
t_c=(t_s1+t_s2)/2+deltat "冷凝温度"
t_g=t_c-deltat_c "过冷温度"
t_1=t_e+deltat_e "吸气温度"
t_0=t_e
x_0=1
p_0=pressure(R134a,t=t_0,x=x_0)
p_1=p_0
h_1=enthalpy(R134a,t=t_1,p=p_1)
v_1=volume(R134a,t=t_1,p=p_1)
s_1=entropy(R134a,t=t_1,p=p_1)
t_6=t_c
x_6=0
p_6=pressure(R134a,t=t_6,x=x_6)
p_2=p_6
s_2=s_1
h_2=enthalpy(R134a,p=p_2,s=s_2)
t_3=t_g
p_3=p_6
h_3=enthalpy(R134a,t=t_3,p=p_3)
h_4=h_3
q_e=h_1-h_4 "单位质量吸热量"
w_0=h_2-h_1 "单位理论压缩功"
w_e=w_0/eta_i/eta_m "单位实际压缩功"
q_h0=h_2-h_3 "单位理论制热量"
q_h=q_e+w_e "单位实际制热量"
G=V_h/3600*lambda/v_1 "工质循环流量"
Qh=q_h*G "热泵制热量"
P_e=w_e*G "压缩机轴功率"
COP_h=q_h/w_e "热泵实际制热系数"
二、变工况热泵性能分析
1、改变工质种类
表1 热泵性能随工质种类的变化
工质种类单位质
量吸热
量
（kJ/kg）
单位理
论压缩
功
（kJ/kg）
单位实
际压缩
功
（kJ/kg）
单位理
论制热
量
（kJ/kg）
单位实
际制热
量
（kJ/kg）
工质循
环流量
（kg/s）
热泵制
热量
（kW）
压缩机
轴功率
（kW）
热泵实际
制热系数
R134a 163.5 21.72 28.39 185.2 191.8 0.14 26.86 3.975 6.757 R22 172.4 23.37 30.55 195.7 202.9 0.2001 40.61 6.113 6.643 R142b 186.6 24.12 31.53 210.7 218.1 0.0656 14.31 2.068 6.917
三、变工况热泵性能分析
1、变蒸发器进口空气干球温度
表1 热泵性能随蒸发器进口空气干球温度的变化
蒸发器进口空气干球温度（ C）
单位质量吸热量
（kJ/kg）
单位理论压缩功
（kJ/kg）
单位理论制热量
（kJ/kg）
制热系数图1-1
图1-2 单位理论压缩功随蒸发器进口空气干球温度的变化
图1-3 单位理论制热量随蒸发器进口空气干球温度的变化
单
位
质
量
吸
热
量
蒸发器进口空气干球温度
单
位
理
论
压
缩
功
蒸发器进口空气干球温度
单
位
理
论
制
热
量
蒸发器进口空气干球温度
图1-4 制热系数随蒸发器进口空气干球温度的变化
2、变供热水进口温度
表2 热泵性能随供热水进口温度的变化
变供热水进口温度（ C）单位质量吸热量
（kJ/kg）
单位理论压缩功
（kJ/kg）
单位理论制热量
（kJ/kg）
制热系数图2-1 单位质量吸热量随蒸发器进口空气干球温度的变化
制
热
系
数
蒸发器进口空气干球温度
单
位
质
量
吸
热
量
供热水进口温度
单
位
理
论
压
缩
功
供热水进口温度
图2-2
单
位
理
论
制
热
量
供热水进口温度
图2-3 单位理论制热量随供热水进口温度的变化
制
热
系
数
供热水进口温度
图2-4 制热系数随供热水进口温度的变化
3、变冷凝器出口液体过冷度
表 3 热泵性能随冷凝器出口液体过冷度的变化
（ C ）
（kJ/kg ）
单位理论压缩功（kJ/kg ）
单位理论制热量（kJ/kg ）
制热系数
图3-1 单位质量吸热量随冷凝器出口液体过冷度的变化
图3-2 单位理论压缩功随冷凝器出口液体过冷度的变化
单位质量吸热量 单位质量吸热量
冷凝器出口液体过冷度 冷凝器出口液体过冷度
冷凝器出口液体过冷度 单 位 理论压缩功
图3-3 单位理论制热量随冷凝器出口液体过冷度的变化
图3-4 制热系数随冷凝器出口液体过冷度的变化
4、蒸发器出口气体过热度
表3 热泵性能随冷凝器出口液体过冷度的变化
（ C）
（kJ/kg）
单位理论压缩功
（kJ/kg）
单位理论制热量
（kJ/kg）
制热系数单
位
理
论
制
热
量
冷凝器出口液体过冷度
制
热
系
数
冷凝器出口液体过冷度
单位质量吸热量
蒸发器出口气体过热度
单
位
质
量
吸
热
量
蒸发器出口气体过热度
图4-1 单位质量吸热量随蒸发器出口气体过热度的变化单
位
理
论
压
缩
功
蒸发器出口气体过热度
图4-2 单位理论压缩功随蒸发器出口气体过热度的变化
单
位
理
论
制
热
量
蒸发器出口气体过热度
图4-3 单位理论制热量随蒸发器出口气体过热度的变化
制
热
系
数
蒸发器出口气体过热度
图4-4 制热系数随蒸发器出口气体过热度的变化。
