第二章 制冷原理

ξ2、制冷原理（一）各种制冷方法制冷：是指用人工的方法在一定的时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降低到环境温度以下并保持这个低温。

常见的制冷方法有以下四种：相变制冷、热电制冷、气体膨胀制冷和涡流管制冷。

以下只作相变制冷介绍。

蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷属于相变制冷，即利用制冷剂由液体变为气态（相变）时的吸热效应来获取冷量。

液体汽化形成蒸气。

当液体处于密闭容器内时，液体和产生的蒸气将一压力下达到平衡。

如果将部分蒸气从容器中抽走，中就必然再汽化一部分蒸气来维持平衡。

而液体汽化化潜热），它可来自于被冷却对象，使它变冷，从而蒸气压缩式制冷如图2-1所示。

它由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器大部件组成。

图2-1单级蒸气压缩式制冷循环系统图1.压缩机；2.冷凝器3.节流阀；4.蒸发器它的工作过程是：压缩机吸入蒸发器内发生的低温、低压制冷剂蒸气，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体不腾的条件；压缩机吸入的蒸气经过压缩，其温度、压力升气能在常温下被液化的条件；高温高压蒸气排入冷凝的情况下被冷却介质（水或空气）冷却，放出热量，凝结成液体，从冷凝器排出；高压制冷剂液体经过节压力下降，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热应降低，成为低温低压下的湿蒸气，进入蒸发器；在体在压力不变的情况下吸收被冷却介质（空气、水或制取冷量）而汽化，形成的低温低压蒸气又被压缩机不已。

吸收式制冷是利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，而在另一条件下又能吸收低沸点组分的蒸气，实现能量的转移。

吸收工质对：一种为制冷剂；另一种为吸收剂。

常用有氨溶液、溴化锂。

吸收式制冷系统示意图2-2图2-2吸收式制冷系统1.发生器；2.冷凝器；3.节流阀1；4.蒸发器；5.吸收器；6.节流阀27.热交换器；8.溶液泵（二）蒸气压缩式制冷循环1、单级蒸气压缩式制冷循环（1）理论循环所谓单级蒸气压缩制冷理论循环是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩,且循环满足下列假设条件：1）无温差传热，即制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，制冷剂的蒸发温度等于被冷却介质的温度；2）制冷剂离开蒸发器时的状态是处于蒸发压力下的饱和蒸气状态，离开冷凝的状态是处于冷凝压力下的饱和液体状态；3）制冷剂在压缩机内的压缩过程为可逆绝热的等熵压缩过程；4）在各设备的连接管道中，制冷剂不发生状态变化，即忽略管内流动阻力及与周围环境的热量交换；5）制冷剂在蒸发器和冷凝器内流动时没有压力损失。

制冷基本原理
制冷是指将热能从低温环境向高温环境转移的过程，这个过程是通过制冷循环实现的。

制冷循环是由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个部分组成的。

其中，压缩机是制冷循环的心脏，其作用是将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂。

在制冷循环中，制冷剂的状态经历了四个阶段：压缩、冷凝、膨胀和蒸发。

在压缩阶段，制冷剂被压缩成高温高压的气体；在冷凝阶段，制冷剂通过冷凝器散发热量，变成高压液态；在膨胀阶段，制冷剂通过膨胀阀降压，变成低温低压液态；在蒸发阶段，制冷剂通过蒸发器吸收热量，变成低温低压的气体。

制冷循环的效率可以用制冷系数COP来衡量，COP越大表示制冷循环越高效。

COP = 制冷量÷ 制冷功率，其中制冷量是指制冷剂吸收的热量，制冷功率是指压缩机所需的功率。

制冷技术广泛应用于冷库、制冷设备、空调等领域，为人们的生活和生产提供了方便。

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制冷基本原理
1、制冷的基本思路
利用液体的蒸发可以吸收周围环境的热量。

2、制冷循环
提高压力，强制冷却，使制冷剂从气体转化为液体而放出热量。

高压的液体通过小孔，迅速膨胀降压、气化而吸热。

将上述两个过程组合起来，就可以形成一个制冷循环。

从制冷循环可以看出，所谓制冷就是通过制冷剂的状态变化（气态→液态，放热；液态→气态，吸热）将一个地方（蒸发器周围）的热量带到另一个地方（冷凝器周围）。

四个必要组成部分:
压缩机
冷凝器
节流（膨胀）装置
蒸发器
编审:佘颖慧。

制冷的基本原理
制冷技术的基本原理是通过从物体或空间中移除热量，使其温度降低。

这通常通过以下几个步骤来实现：
1. 压缩：制冷剂通过压缩机被压缩成高压气体。

在这个过程中，制冷剂吸收了周围的热量，导致温度升高。

2. 冷凝：高压制冷剂进入冷凝器，通过管道散热。

在这个过程中，制冷剂散发了热量，使其温度降低，并转变为高压液体。

3. 膨胀：高压液体制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器。

由于膨胀阀的存在，制冷剂压力迅速下降，使液态制冷剂转变为低压蒸汽。

4. 蒸发：低压蒸汽制冷剂进入蒸发器，并吸收周围物体或空间的热量。

这使得制冷剂再次升温并蒸发为低压气态，完成整个循环。

整个制冷技术的基本原理是通过改变制冷剂的压力和温度，使其在不同的部件中进行相态转变，从而达到降低被制冷物体或空间温度的目的。

《制冷技术》课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握制冷技术的基本概念，理解制冷循环的原理和主要组成部分。

2. 使学生了解不同类型的制冷剂特性，及其对制冷效果和环境保护的影响。

3. 帮助学生理解制冷系统的主要性能指标，如能效比、制冷量和功耗等。

技能目标：1. 培养学生运用制冷原理解决实际问题的能力，能够设计简单的制冷循环。

2. 提高学生进行制冷系统故障诊断和性能优化的实践技能。

3. 培养学生通过查阅资料和手册，获取制冷技术相关信息的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对制冷技术领域的兴趣，激发其探索科学技术的热情。

2. 强化学生的环保意识，认识到制冷技术在节能减排中的重要性。

3. 培养学生的团队合作精神，使其在小组讨论和实验中学会相互尊重、协同工作。

课程性质：本课程为应用技术类课程，结合理论与实际，注重培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。

学生特点：高中生具备一定的物理基础和实验技能，对新鲜事物充满好奇心，具备一定的自主学习能力。

教学要求：结合学生特点，课程设计需兼顾理论知识的传授和实践技能的培养，强调知识的应用性和实用性，注重培养学生的创新意识和科学态度。

通过具体的学习成果分解，使学生在理解制冷技术知识的基础上，能够将所学应用于实际问题的分析和解决中，达到学以致用的目的。

二、教学内容1. 制冷技术基础理论：- 制冷原理与制冷循环- 制冷剂的物理性质和热力学特性- 制冷循环的主要组成部分及其功能2. 制冷系统类型与结构：- 不同类型的制冷系统介绍（如蒸气压缩式、吸收式等）- 制冷系统的关键设备及其工作原理- 制冷系统设计原则和优化方法3. 制冷剂与环境：- 制冷剂对环境的影响- 环保型制冷剂的选择与应用- 制冷剂的替代和回收技术4. 制冷系统性能评价：- 制冷系统的主要性能指标- 制冷系统的能效分析与评价方法- 提高制冷系统性能的技术途径5. 实践教学环节：- 制冷循环的模拟与实验- 制冷系统故障诊断与性能优化- 节能减排案例分析教学内容安排与进度：第一周：制冷技术基础理论第二周：制冷系统类型与结构第三周：制冷剂与环境第四周：制冷系统性能评价第五周：实践教学环节（实验与案例分析）教材章节关联：《制冷技术》第一章：制冷原理与制冷循环《制冷技术》第二章：制冷剂与制冷系统《制冷技术》第三章：制冷系统性能评价与优化《制冷技术》附录：实验指导与案例分析教学内容的选择和组织确保了科学性和系统性，结合理论与实践教学，旨在帮助学生全面掌握制冷技术相关知识，为后续的实际应用打下坚实基础。

流量减小，蒸发温度会发生升高，单位制冷量变大，单位耗功较少，COP增大流量增大，蒸发温度降低，单位制冷量变小，单位耗功增大，COP减少！螺杆式冷水机组螺杆冷水机组主要由螺杆压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀及电控系统组成。

水冷单螺杆冷水机组制冷原图如下：螺杆式冷水机原理：螺杆式冷水机因其关键部件-压缩机采用螺杆式故名螺杆式冷水机，机组由由蒸发器出来的状态为的气体冷媒；经压缩机绝热压缩以后，变成高温高压状态。

被压缩后的气体冷媒，在冷凝器中，等压冷却冷凝，经冷凝后变化成液态冷媒，再经节流阀膨胀到低压，变成气液混合物。

其中低温低压下的液态冷媒，在蒸发器中吸收被冷物质的热量，重新变成气态冷媒。

气态冷媒经管道重新进入压缩机，开始新的循环。

这就是冷冻循环的四个过程。

也是螺杆式冷水机的主要工作原理。

冷水机制冷剂循环系统：蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）,气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体，通过热力膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。

冷水机制冷系统基本组成：压缩机：压缩机是整个制冷系统中的核心部件，也是制冷剂压缩的动力之源。

它的作用是将输入的电能转化为机械能，将制冷剂压缩。

冷凝器：在制冷过程中冷凝器起着输出热能并使制冷剂得以冷凝的作用。

从制冷压缩机排出的高压过热蒸气进入冷凝器后，将其在工作过程吸收的全部热量，其中包括从蒸发器和制冷压缩机中以及在管道内所吸收的热量都传递给周围介质（水或空气）带走；制冷剂高压过热蒸气重新凝结成液体。

（根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为三类：水冷式冷凝器、风冷式冷凝器、蒸发式冷凝器。

）贮液器：贮液器安装在冷凝器之后，与冷凝器的排液管是直接连通的。

冷凝器的制冷剂液体应畅通无阻地流入贮液器内，这样就可以充分利用冷凝器的冷却面积。

一、制冷:是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保持这个温度。

二、制冷机：机械制冷中所必需的机械和设备的总和。

三、制冷工质1、制冷剂（1）分类按照化学成分分：1.无机物：NH3 、H2O、N2、CO22.有机物：1）碳氢化合物：CH4、C2H6、C2H42）氟利昂：饱和碳氢化合物的卤族取代物。

CHClF2、CCl2F2、C2H2F43.混合物：1）非共沸混合物：蒸发过程中混合物温度发生变化。

R4012）共沸混合物：具有共同的沸点，蒸发过程中混合物温度不发生变化。

R501 按照制冷剂的标准蒸发温度：高温（低压）、中温（中压）、低温（高压）制冷（2）命名原则（3）制冷剂的选用原则1、热力学方面的要求：1）具有较大的制冷工作范围：临界温度高、标准蒸发温度低、凝固温度低。

2）具有适当的工作压力和压缩比3）单位质量和单位体积制冷量均大：4）绝热指数低：可减少耗功率，降低排气温度，有利于润滑。

2、物理化学方面的要求：1）流动性好（粘度小，密度小）：可减少流动阻力损失，降低能耗，缩小管径减少材料消耗。

2）传热性好：可减少传热面积。

3）化学稳定性好：对金属和非金属材料不腐蚀3、安全性方面的要求：不燃烧、不爆炸、无毒或低毒、易检漏4、对环境的亲和友善：1）臭氧衰减指数ODP：表示物质对大气臭氧层的破坏程度2）温室效应指数GWP：表示物质造成温室效应的影响程度5、经济性方面的要求：制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。

6、特定要求：1)离心式压缩机要求分子量要大，提高级压比，减少级数；2 )制冷量在200W以下的制冷机要求制冷剂的单位容积制冷量要小，以免压缩机的尺寸过小，加工困难；制冷量1000W以上的制冷机要求制冷剂的单位容积制冷量要大，以减小压缩机的尺寸和制冷剂容积流量；3)全封闭和半封闭式制冷压缩机要求制冷剂电绝缘性能好。

（3）制冷剂与润滑油的溶解性：1）完全溶解 制冷剂与油形成均匀溶液，不会产生油膜而妨碍传热；制冷剂中润滑油含量较多时，容易引起蒸发温度升高、制冷量减少、润滑油黏度降低、沸腾时泡沫多、蒸发器液面不稳定。

制冷过程的四大原理
一、制冷原理
制冷原理首先源自19世纪早期热力学理论。

在热力学中，能量是一些简单形式的物体之间的热量传递，而能量是一个不断发展的过程。

制冷也是一种物体能量的传递，任何物体从一个温度状态转换到另一个温度状态的过程。

制冷内热量从一个高温环境转移到低温环境，使物体温度降低，达到凉爽的效果。

二、制冷的四大原理
1、压缩-膨胀原理：压缩-膨胀原理是制冷机最重要的原理之一，它涉及将气体和液体通过压缩和膨胀而改变其热能量及传热量的能力。

通过利用空气压缩-膨胀变化，将热能转移到另一端，进而产生热量转换、冷凝、汽化和膨胀等制冷效果。

2、绝热原理：制冷机绝热原理一般指在一个绝热的空间内，如气体的压缩和汽化过程，体积变化后气体不会改变温度。

这原理以空气在一个容器内经过压缩和汽化过程不改变温度的状况为理论基础，被大量应用于制冷机的冷凝和膨胀过程中。

一般情况下，绝热物体在压缩时热量是没有损失的，只有在物体改变形状或者位置时才会损失热量。

3、放射原理：放射原理是指热量在物质之间的传递过程，可以通过电磁波来传递。

这是一种发出电磁波传播波场而产生热量环境，即发射热量/温度/辐射，并收集辐射而受温度影响的原理，有助于理解制冷由热量转换到冷环境中的过程。

4、流体原理：制冷机的流体原理涉及到流体的温度、压力和流速的变化。

流体原理可以帮助我们理解冷却系统的原理，它告诉我们在冷却液流经热源时如何改变温度，以及流体压力如何影响冷却效率。

流体原理是制冷机发挥作用的核心原理，能够实现冷却系统的高效率运行。

ξ2、制冷原理（一）各种制冷方法制冷：是指用人工的方法在一定的时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降低到环境温度以下并保持这个低温。

常见的制冷方法有以下四种：相变制冷、热电制冷、气体膨胀制冷和涡流管制冷。

以下只作相变制冷介绍。

蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷属于相变制冷，即利用制冷剂由液体变为气态（相变）时的吸热效应来获取冷量。

液体汽化形成蒸气。

当液体处于密闭容器内时，液体和产生的蒸气将在某一压力下达到平衡。

如果将部分蒸气从容器中抽走，平衡遭到破坏，液体中就必然再汽化一部分蒸气来维持平衡。

而液体汽化时需吸收热量（汽化潜热），它可来自于被冷却对象，使它变冷，从而达到制冷的目的。

蒸气压缩式制冷如图2-1所示。

它由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成。

图2-1单级蒸气压缩式制冷循环系统图1.压缩机；2.冷凝器3.节流阀；4.蒸发器它的工作过程是：压缩机吸入蒸发器内发生的低温、低压制冷剂蒸气，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体不断地在低温下沸腾的条件；压缩机吸入的蒸气经过压缩，其温度、压力升高，创造了制冷剂蒸气能在常温下被液化的条件；高温高压蒸气排入冷凝器，在压力保持不变的情况下被冷却介质（水或空气）冷却，放出热量，温度降低，并进一步凝结成液体，从冷凝器排出；高压制冷剂液体经过节流阀时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身温度也相应降低，成为低温低压下的湿蒸气，进入蒸发器；在蒸发器中，制冷剂液体在压力不变的情况下吸收被冷却介质（空气、水或盐水等）的热量（即制取冷量）而汽化，形成的低温低压蒸气又被压缩机吸走，如此循环不已。

吸收式制冷是利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，而在另一条件下又能吸收低沸点组分的蒸气，实现能量的转移。

吸收工质对：一种为制冷剂；另一种为吸收剂。

常用有氨溶液、溴化锂。

吸收式制冷系统示意图2-2图2-2吸收式制冷系统1.发生器；2.冷凝器；3.节流阀1；4.蒸发器；5.吸收器；6.节流阀27.热交换器；8.溶液泵（二）蒸气压缩式制冷循环1、单级蒸气压缩式制冷循环（1）理论循环所谓单级蒸气压缩制冷理论循环是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩,且循环满足下列假设条件：1）无温差传热，即制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，制冷剂的蒸发温度等于被冷却介质的温度；2）制冷剂离开蒸发器时的状态是处于蒸发压力下的饱和蒸气状态，离开冷凝的状态是处于冷凝压力下的饱和液体状态；3）制冷剂在压缩机内的压缩过程为可逆绝热的等熵压缩过程；4）在各设备的连接管道中，制冷剂不发生状态变化，即忽略管内流动阻力及与周围环境的热量交换；5）制冷剂在蒸发器和冷凝器内流动时没有压力损失。

二：制冷原理及制冷系统为了理解空调器的工作原理，首先要懂得一些基本的物理概念。

2.1 温度温度是物体冷热程度的度量。

根据气体分子运动论，从微观来看温度是物体大量分子热运动的宏观表现，气体分子热运动的平均动能越大，气体的温度越高。

⑪摄氏温标，记作℃,把标准大气压下纯水结冰时的温度定为0℃时，水沸腾的温度为100℃。

⑫华氏温标，记作ºF，32ºF相当于0℃，212ºF相当于100℃。

华氏温标与摄氏温标之间的换算关系为：t (ºF)=9/5* (θ℃)+32θ(℃)=9/5*[t(ºF)-32]⑬开氏温标，记作K，又称热力学温标，热力学温标不能低于0K。

0K约相当于-273℃,373K约相当于100℃。

根据热力学理论，0K时物质内分子热运动的速度为零。

开氏温标与摄氏温标之间的换算关系为T（K）=θ(℃)+273.152.2 湿度空气大约由3/4的氮气和1/4的氧气组成，此外还含有少量的其他气体，其中水蒸气的含量是经常变化的，其变动对人们生活的影响也比较大。

空气中水蒸气的含量用湿度来表示，表示方式有三种：⑪绝对湿度。

以单位体积空气中所含水蒸气的质量来计算，其单位是kg/m3⑫相对湿度。

在一定温度下空气中所含水蒸气的最大量有一定的限度。

所谓相对湿度，即为由下式所规定的百分数：相对湿度（记作%H）=空气中水蒸气的含量/ 该温度下水的饱和蒸汽量⑬含湿量。

在空调器运用中，需要对空气加湿或除湿，因此引起了这个参量。

把1千克干燥空气所伴有的水蒸气质量称为含湿量。

2.3 露点当空气中的水蒸气超过饱和量时，就会析出水。

也即，只要空气的相对湿度达到100%H，如果再降温，就会有水蒸气凝结成水。

我们把冷却到使空气中的相对湿度达到100%时的温度，称为该空气的露点温度。

在空调器的使用中，伴随着降温过程有水析出即是这个道理。

2.4 热量和传热当两个温度不同的物体相接触时，能量将会从高温物体传向低温物体，最终两物体的温度达到平衡一致。