制冷修改完整版剖析

4.1蒸汽压缩式制冷循环 4.1.1循环过程 压缩机压缩成高温高压蒸汽—冷凝器中冷凝成高压液体—膨胀阀节流成低温低压的气液两相—蒸发器中汽化吸热。 4.1.2制冷剂热力参数图表 1.饱和状态只要知道一个参数即可查出其他参数； 过热状态需要知道两个参数才能查出其他参数。 2.制冷剂的热力性质图 （1）温熵图（T-S） 过程线下的面积表示放出或吸收的热量（顺时针方向△S>0）。 （2）压焓图 吸热、放热、压缩机的耗功量都可以用初终状态的比焓差计算。 注意h，s基准点是否一致。 4.1.3理想制冷循环—逆卡诺循环 1.逆卡诺循环 制冷系数=T低/（T高—T低）。 制冷系数与制冷剂性质无关，仅取决于冷热源温度T高和T低。 2.湿蒸汽区逆卡诺循环—蒸汽压缩式制冷理想循环 蒸汽压缩式制冷理想循环的两个循环图。 3.有传热温差的制冷循环 其制冷系数小于逆卡诺循环，有温差损失。 4.1.4蒸汽压缩式制冷理论循环及热力计算 1.蒸汽压缩式制冷理论循环 两个换热器中是定压，压缩过程是绝热，还有一个节流过程。与理想循环相比有以下特点： 有传热温差；用膨胀阀代替膨胀机（节流损失）；干压缩代替是压缩（过热损失）。 节流损失与（T高—T低）有关，与制冷剂物性、蒸发压力Pk有关。 绝大多数制冷剂采用干压缩后，制冷系数有所降低，降低的程度成为过热损失。 过热损失大小与节流损失一样，与上述因素有关。一般节流损失越大，过热损失就越小。 2.蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算 蒸发温度、冷凝温度的确定；热力计算（单位制冷量、质量流量、压缩机耗功量、制冷系数等）。 3. 蒸汽压缩式制冷循环的改善 （1）膨胀阀前液体制冷剂再冷： 1）设置在冷却器：过冷度。采用再冷循环可以提高制冷系数，提高的大小与制冷剂的种类和再冷度有关。举例R717，R22.也不是过冷度越大越好。 2）回热循环：回热器的作用是使膨胀阀前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行热交换（使得膨胀阀前的液体更冷，压缩机入口的气体更热）。参考图4.1-11。回热循环是否能够提高制冷系数视情况而定。举例R502有利，R22可以，R717不利。 （2）带膨胀机的制冷循环 （3）带闪发蒸汽分离器（节能器）的多级压缩制冷循环 1）带节能器的螺杆式二次吸气制冷循环（螺杆只能带一个）。 COP明显提高，蒸发温度越低，节能率越大。 2）带节能器的多级压缩制冷循环（离心可以带多个） 能耗少，COP提高；能制取较低的蒸发温度；转速低、噪音小。 4.1.5双级压缩式制冷循环（带节能器或中间冷却器） 活塞式压缩比（R22），高温机不大于6，低温机不大于16。氨≤8，氟利昂≤10。 一般螺杆式单级可制取较低的温度（-40℃）。 1.一次节流、完全中间冷却的双级压缩制冷循环，图4.1-13。 P577 中间冷却器热量守恒；MR=MR1+MR2 2.一次节流、不完全中间冷却的双级压缩制冷循环，图4.1-14。 P578 3. 双级压缩式制冷中间压力的确定 中间压力指中间冷却器中的压力，对应饱和温度称为中间温度。 （1）按制冷系数最大原则，最佳温度计算公式 （2）按高低压缩机压缩比相等原则，P=（P1*P2）1/2 （3）按高低压缩机容积比相等原则 4.1.6热泵循环 所谓热泵，就是利用外部能源从低位热源向高位热源转移热量的装置。 通常的讲就是利用冷凝器放出的热量来制热的制冷系统或用作供热的制冷机。 制热系数=制冷系数+1。逆卡诺循环也是热泵理想循环，制热系数最大。 以电能驱动热泵供热比直接用电能供热要节能的多，但与直接燃烧煤、燃气、油等一次能源的供热方式比较，需要权衡考虑。 4.2制冷剂及载冷剂 4.2.1制冷剂的种类及编号 无机：用700，R729，R718，R744。 有机：（1）卤代烃 （2）混合物载冷剂：共沸用R500，非共沸R400（滑移温度，不适合多联机）。 4.2.2对载冷剂的要求 1.热力学性质：临界温度高；蒸发压力不宜低于大气压力；凝固温度低可以制取较低的蒸发温度；汽化潜热要大；单位容积制冷量要分别对待（大型要求大些，小型要求小些）；常用载冷剂单位容积制冷量见表4.2-1 P582；绝热指数应低，排气温度就越低。 2.物理性质：CFC、HCFC、HC用矿物油，HFC用PAG或POE合成油，螺杆式用合成油。 3.安全性和环境友好性 （1）安全性：毒性、可燃性和爆炸性，见表4.2-3。 （2）制冷剂环境友好性：消耗臭氧层潜值ODP。 （3）全球变暖潜值GWP及定义。 （4）大气寿命（分解到一半）。制冷剂安全性和友好性见表4.2-4，常用制冷剂环境评价指标，见技措P136。 4.2.3 CFCs及HCFCs的淘汰与替代 到2030年完全淘汰HCFCs的生产与消费，但2030-2040年间允许保留年均2.5%的维修用量。CFCs已经在2007年全面淘汰。HCFCs替代技术选择见表4.2.5，或见技措6.1.18-6.1.23。 HFCs的淘汰与替代（R134a，R410A，R407A，R404A）。 4.2.4采用制冷剂的性能 1.卤代烃及其混合物 （1）R123设置泄漏传感器和报警 （2）R22溶解有水时对金属有腐蚀，易冰塞；用卤素喷灯呈现蓝绿色。 （3）R134a有水分时对金属有腐蚀和镀铜，要干燥，用专用检漏仪。 （4）R32需要解决高排气温度和弱可燃性问题，是R22的重要替代品。 （5）易设再冷器，干燥同R134a。 （6）R407C滑移温度大，不宜用在多联机中，干燥同R134a。 （7）R410A近共沸，可用在多联机。 2.无机化合物 （1）氨，不必设干燥器，几乎不溶于矿物油，定期放油，对铜及铜合金有腐蚀（磷青铜除外）；毒性大100-150ppm时应报警。 （2）CO2，高压、低效，认为对全球变暖无影响。适宜热泵制热运行，适合低温冷冻干燥。 4.2.5载冷剂 1.对载冷剂的要求 2.盐水溶液 氯化钠、氯化钙，质量浓度不大于冰盐合晶点的质量浓度，凝固曲线见图4.2-1；氯化钠蒸发温度高于-16℃，氯化钙可达-50℃。 盐水对金属有腐蚀性，减少腐蚀性措施：选用纯度高的盐；采用闭式循环；添加缓蚀剂（NaOH：Na2Cr2O7=28:100）。 3.有机化合物溶液 丙二醇稳定，可与食品接触，但粘度高；乙烯乙二醇对镀锌材料有腐蚀；都比水的粘度大、比热小，流动阻力大，循环流量大。 4.3蒸汽压缩式制冷（热泵）机组及选择计算方法 4.3.1制冷机组的组成 1.除四大件外还包括冷冻水的供回水温度控制，缺水、缺油保护；活塞式通过启停压缩机台数实现调节，活塞式机组冷量范围一般为528KW。 2.蒸汽压缩式热泵机组的组成 蒸汽压缩式热泵机组实际上也是蒸汽压缩式制冷机组，只是热泵机组可以供冷也可以供热，也可以同时供冷供热。制热时室外风冷换热器会结露或结霜，自动除霜，压缩机吸气管上有气液分离器。 4.3.2制冷压缩机的种类及其特点 1.制冷压缩机的分类：容积型和速度型。 2.制冷压缩机的特点 （1）活塞式：开启式，半封闭式，全封闭式（电动机由吸入的低温制冷剂蒸汽来冷却）；容积效率相对较低，震动大。 （2）滚动转子式：结构紧凑、体积小；回转720°完成一次吸气；存在余隙容积；涡旋式、滚动转子式、往复式三种压缩机的容积效率和等熵效率比较，图4.3-4。 P597 （3）螺杆式：开启式，半封闭式，全封闭式，单级和多级等；体积小质量轻，结果简单，无惯性；单机制冷量较大，无余隙容积，无吸排气阀，容积效率高；滑阀调节（10%-100%），柱塞调节（常用在半封闭中）；允许少量液滴进入汽缸，无液击危险；半封闭和全封闭能适应风冷热泵机组；开启式由于存在油分离器和油冷却器造成体积较大；单螺杆、三转子螺杆式压缩机的特点。 （4）涡旋式：部件少重量轻，不要排气阀，不存在余隙容积，更适合变频调节（直流、交流变频）；可带经济器；变容量机型包括变频和数码涡旋；数码涡旋的优势。 （5）离心式：单机制冷能力大；可利用多种驱动能源；三种能量调节方式；可单单级和多级；大型宜采用高压供电；单级在低负荷下易发生喘振。 （6）热泵用电动压缩机 1）空气源热泵机组：设置内置温度传感器；制冷剂迁移引起的液击和润滑油性能减低；提高压缩机在大压缩比工况下的性能；热泵宜用封闭式。 2）水源热泵机组：用海水时耐腐蚀的材料，举例。 4.3.3质量压缩机及热泵机组的主要技术参数 1.制冷压缩机的名义工况 离心式无名义工况。 COP：在规定工况下，以同一单位表示的压缩机制冷量与单位时间输给压缩机轴的能量之比。 EER：在规定工况下，半封闭、全封闭制冷压缩机制冷量与总的输入功之比。 显然制冷压缩机制冷系数的COP数值要大于能效比EER数值。 有机制冷压缩机名义工况，表4.3-1； 无机制冷压缩机名义工况，表4.3-2； 全封闭涡旋式压缩机名义工况，表4.3-3； 螺杆式制冷压缩机名义工况，表4.3-4。 2.输气量计算 实际输气量、理论输气量（活塞式、滚动转子、螺杆式、涡旋式）。 3.容积效率计算 容积效率：实际输气量与理论输气量之比。 影响活塞式压缩机容积效率的因素：余隙容积、压力降、制冷剂受热、内部泄漏等。压缩比越大，容积效率越低。 活塞式压缩机容积效率的经验公式：公式4.3-8。 活塞式压缩机、双螺杆、单螺杆、涡旋式压缩机的容积效率随压缩比的变化关系参考图4.3.8-4.3.11，滚动转子式与活塞式接近。 4.制冷量与制热量 制冷量公式：质量流量与比焓变化乘积，公式4.3-9。 制热量公式：公式4.3-10—4.3-11。 5.耗功率 （1）指示功率，指示效率 单级压缩机指示效率与压缩比和相对容隙c的变化关系，图4.3-13。 （2）轴功率和摩擦效率 （3）电机输入功率和摩擦效率 （4）制冷压缩机配用电动机的功率P 6.性能系数COP （1）制冷系数COP计算； （2）制热系数COP计算。 7.特性曲线 制冷量或制热量与蒸发温度、冷凝温度的关系。 4.3.4制冷机组的种类及特点 1.冷水机组的种类、特点 P610 ①特点；②种类：单冷、冷热两用、热回收；水冷、风冷、蒸发冷却；单机头、多机头、模块式及特点；活塞，螺杆，涡旋等。 ③风冷热泵冷水机组 夏季通过风冷向外散热，冬季从室外空气获得热量；省去了冷却水系统；体积庞大；制热时需除霜。制热季节性能系数HSPF的计算。 ④蒸发式冷凝冷水机组 通过喷淋水和风流作用，蒸发冷却管内的制冷剂（或水）；体积小，COP大于风冷式；投资比水冷和风冷都要低；制热时又称为热源塔。 2.直接蒸发式空调机组 P613 ⑴特点；⑵种类；⑶多联机特点：变制冷剂适应负荷变化；部分负荷能效高；布置灵活；适用范围广，适应用户能力强，可分区控制；⑷水源热泵。 4.3.5各类冷水机组的性能参数及选择 P615 1.冷水机组工况 ①名义工况 蒸汽压缩式冷水机组：名义工况时的温度/流量条件，表4.35。 污垢系数蒸发器水侧0.018,冷凝器水侧0.044。 机组设计温度/流量条件，表4.3—6。 融霜时间，20%。 水源热泵机组正常工作的温度范围，表4.3—7。 高温水源热泵各义工况温度条件，表4.3—8。 名义工况时污垢系数都为0，新机组测试时认为时清洁的，也是0。 部分负荷工况表4.3—9。 综合部分负荷系数LPLV计算公式（百分数计算基准是名义制冷量）。 低环境温度（不低于-20℃）空气源热泵名义工况温度和流量条件，表4.3—11，其制冷和制热时的LPLV计算公式。 高温工况冷水机组：提高了性能系数 大温差冷水机组：温差大于8C。 2.冷水机组主要性能参数 P619 ①各义工况参数 冷水机组各义工况时的COP、LPLV不低于表4.3-13～4.3-14。 水源热泵机组各义工况EER,COP不低于表4.3—15。 低环境温度各义工况COP,LPLV不低于表4.3—16。 高温热泵机组各义工况下的制热性能系数不低于表4.3—17。 ②噪声声压级不应大于表4.3—18 P621 测点布置、声压级计算公式。 3、冷水机组选用原则 P622 ①电动压缩式冷水机组装机容量，直接根据负荷选定，不作附加。 各种水冷式冷水机组单机制冷量适用范围，表4.3-19。 ②风冷热泵冬季制热量，根据室外计算温度修正系数和融霜修正系数，按下式计算。 P622 K1室外计算干球温度修正系数，K2融霜修正系数，一次容霜取0.9，二次取0.8。 ③1200KW时，中高压供电。 ④污垢系数对冷水机组性能影响，图4.3—16。 P623 4.3.6 各类电动压缩机的制冷机组能效限定值、能效等级 P623 1.冷水机组 冷水机组能效等级指标，表4.3—23； 冷水机组（热泵）制冷性能系数COP，4.3—21； 水源热泵机组EER，COP节能评价值，表 4.3—22。 2.多联机 多联空调（热泵）机组能源效率等级指标，4.3—23； 低环境温度空气源多联机制热部分负荷工况，4.3—2.4。 3.单元式 单元式空调能源效率等级指标，4.3—25； 单元式机组能效比EER，4.3--26。 4.冷水机组（热泵）综合部分负荷性能系数IPLV，表