冷熱源工程第0-1章目錄0.緒論0.1.冷熱源工程與建筑環境0.2.冷熱源工程與生態系統1.制冷基本知識1.1.理想制冷循環——逆卡諾循環1.2.蒸氣壓縮式制冷的理論循環1.3.蒸氣壓縮式制冷的實際循環1.4.分析在制冷循環中的應用2.制冷劑及載冷劑2.1.制冷劑2.2.CFCs的使用與替代3.制冷壓縮機3.1.活塞式制冷壓縮機3.2.螺桿式制冷壓縮機3.3.離心式制冷壓縮機3.4.其他類型的制冷壓縮機4.制冷系統設備與機組4.1.冷凝器與蒸發器4.2.節流機構4.3.輔助設備4.4.制冷機組5.供熱鍋爐5.1.鍋爐的基本知識5.2.燃料5.3.鍋爐的熱平衡5.4.水管鍋爐水循環及汽水分離5.5.鍋爐的燃燒方式與設備5.6.鍋爐的受熱面的布置形式6.其他熱源6.1.電熱式熱源6.2.常壓熱水機組6.3.太陽能熱源6.4.其他可再生熱源7.熱泵7.1.熱泵的分類及其熱源7.2.熱泵的能源利用系數7.3.熱泵在空調供熱系統中的應用8.吸收式制冷及設備8.1.吸收式制冷的工作原理8.2.直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組9.蓄冷技術9.1.蓄冷技術綜述9.2.冰蓄冷技術9.3.水蓄冷(熱)技術9.4.共晶鹽蓄冷技術10.冷熱源系統設計10.1.燃燒計算與煙氣分析10.2.燃氣供應系統設計10.3.燃油供應系統設計10.4.鍋爐通風系統設計10.5.冷熱源水處理系統11.冷熱源機房設計11.1.冷熱源機組的選擇11.2.冷源水系統11.3.熱源機房的熱力系統及設備11.4.冷熱源機房設計0緒論0.1能源與冷熱源工程

冷熱源工程主要涉及冷熱設備的設計、工作原理、運行管理。設備是能源消耗與轉化設備。實際工程中，根據具體情況需要供應一定的冷量或熱量以滿足不同的需要。冷量或熱量的供應一般是通過中間載體實現的。稱其為‘冷媒’或‘熱媒’。生產冷量的設備稱為冷源設備（制冷設備），生產熱量的設備稱為熱源設備。

空氣調節的任務(ACTasks)特定空間指房間、廠房等空氣調節系統組成

能源與冷熱源工程的關系能源是發展工農業生產、提高人民生活水平的重要的物質基礎。現代文明發展是建立在對物質和能源大量消耗的基礎上的。1）能源的形式按能源的形態可分為太陽能、電能、化學能、核能、水力能、海洋能生物能等。分為一次能源：以原始狀態存在于自然界中的能源，如煤炭、石油、天然氣、水力等

二次能源：把一次能源經各種方式加工轉換后得到的能源，如電能、蒸汽、熱水、太陽能是地球上能源的主要來源2）能源的重要性能源是現代社會生活和生產的物質基礎，能源消耗量與國民生產總值同步增長。生活能源消費包括兩部分：直接能耗、間接能耗3）現有能源的有限性按現在消費增長率持續下去，今后30-40年內礦物燃料即將枯竭。世界人口的急劇增長，也加劇了能源的消耗和枯竭。

4）重視能源的可持續性為保證能源供應的可持續性，必須大力開發新能源，大力提倡節約能源，提高能源的利用率0.2冷熱源與生態環境冷熱源設備是大量消耗能源的能量轉化設備，主要消耗電能及礦物質燃料。大量使用冷熱源設備將導致眾多與生態環境有關的問題1）臭氧層的破壞人類大量使用冷凍劑、消毒劑、滅火劑等化學制品，向大氣排放氟氯烴氣體，紫外線分解其產生氯原子，其再把臭氧中的一個氧原

子奪去，使臭氧變成氧，使其喪失吸收紫外線的能力。2）全球氣候變暖與海平面上升二氧化碳的大量排放形成溫室氣體使地球產生‘溫室效應’。為控制氣候變暖，需采取下列措施：i:減少礦物燃料的使用，提高燃料的熱效率ii：開發新能源，改變能源結構iii：提倡生物資源的可持續性利用，減少溫室氣體的排放。3）酸雨蔓延酸雨是嚴重的污染物質，含多種無機酸和有機酸，以硫酸、硝酸為主。由燃料排放的二氧化硫、汽車尾氣的氮氧化物等進入大氣后，經云內成雨過程轉化為較大的酸雨雨滴。我國能源以煤炭為主，酸雨現象較為普遍。酸雨對生態系統破壞嚴重，需采取措施減少二氧化硫、氮氧化物的排放，減少酸雨的危害。4）煙塵、廢渣及噪音污染礦物燃料的燃燒排放大量的二氧化碳，硫化物、煙塵等造成大氣污染，影響人類健康0.3能源的品位與利用1）能源的品位能量的大小由其做功本領來描述，能量利用的過程實質就是能量的轉化、傳遞過程。能量由一個狀態狀轉化為另一個狀態時，因能源狀態的不同，其轉換效果也不同，因此，能源因其所處的狀態不同，其價值也不同。i：評價能源的價值時，既要看其數量，又要看其質量，按質量可劃分為高位能和低位能，理論上可完全轉化為功的能量稱高位能。不能

全部而只能部分轉化為功德能量稱為低位能。熱源也分為高位熱源和低位熱源。ii：合理使用高位能iii：按熱力學定律，能量既不能產生也不能消滅，只是從一種形式轉換為另一種，在節約能量問題上，要注重能量的貶值問題。2）熱電冷聯供系統鍋爐產生蒸汽通過汽輪機做功發電，排氣除滿足各種熱負荷，用于溴化鋰吸收式制冷系統，可減少電力的使用。

冷熱聯供系統主要由熱源、一級管網、冷暖站、二級管網和用戶設備組成（見圖0.3），其能源利用率和熱經濟性需從燃料消耗量、鏞效率和經濟鏞效率3個評價指標加以分析。此外還有投資回報率、環保、社會效益、系統可靠性等第1篇冷源及冷源設備

第1章制冷的基本知識

1.1概述1.1.1制冷發展簡史人們很早就懂得冷的利用。在我國古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降溫。馬可·波羅在他的著作《馬可·波羅游記》中，對中國制冷和造冰窖的方法有詳細的記述。1755年愛丁堡的化學教師庫侖利用乙醚蒸發使水結冰。他的學生布拉克從本質上解釋了

融化和氣化現象，提出了潛熱的概念，并發明了冰量熱器，標志著現代制冷技術的開始。在普冷方面，1834年發明家波爾金斯造出了第一臺以乙醚為工質的蒸氣壓縮式制冷機，并正式申請了英國第6662號專利。這是后來所有蒸氣壓縮式制冷機的雛型，但使用的工質是乙醚，容易燃燒。1875年卡利和林德用氨作制冷劑，從此蒸氣壓縮式制冷機開始占有統治地位。在此期間，空氣絕熱膨脹會顯著降低空氣溫度的現象開始用于制冷。

1844年，醫生高里用封閉循環的空氣制冷機為患者建立了一座空調站，空氣制冷機使他一舉成名。威廉·西門斯在空氣制冷機中引入了回熱器，提高了制冷機的性能。1859年，卡列發明了氨水吸收式制冷系統，申請了原理專利。1910年左右，馬利斯·萊蘭克發明了蒸氣噴射式制冷系統。

20世紀，制冷技術有了更大發展。全封閉制冷壓縮機的研制成功；米里杰發現氟里昂制冷劑并用于蒸氣壓縮式制冷循環，以及混合制冷劑的應用；伯寧頓發明回熱式除濕器循環以及熱泵的出現，均推動了制冷技術的發展。在低溫方面，1877年卡里捷液化了氧氣；1895年林德液化了空氣，建立了空氣分離設備；1898年杜瓦用液態空氣預冷氫氣，然后用絕熱節流使氫氣成為液體，溫度降至20.4K；

1908年卡末林·昂納斯用液態空氣和液態氫預冷氦氣，再用絕熱節流將氦液化，獲得4.2K的低溫。杜瓦于1892年發明的杜瓦瓶，用于貯存低溫液體，為低溫領域的研究提供了重要條件。1934年，卡皮查發明了先用膨脹機將氦氣降溫，再用絕熱節流使其液化的氦液化器；1947年柯林斯采用雙膨脹機于氦的預冷。

大部分的氦液化器現已采用膨脹機，在制冷技術的開發和實際使用中獲得廣泛的應用。德拜和焦克分別在1926年和1927年提出了用順磁鹽絕熱退磁的方法獲取低溫，應用此方法獲得的低溫現已達到(1×10-3__5×10-3)

K；由庫提和西蒙等提出的核子絕熱去磁的方法可將溫度降至更低，庫提用此法于1956年獲得了20×10-3

K。1951年倫敦提出并于1965年研制出的3He-4He混合液稀釋制冷法，

可達到4×10-3

K；1950年泡墨朗切克提出的方法，利用壓縮液態3He的絕熱固化，達到1×10-3K。1.1.2制冷的方法及分類1）相變制冷i:融化制冷Ii：氣化制冷Iii：升華制冷2）氣體絕熱膨脹制冷3）溫差電制冷

此外還有絕熱放氣制冷、渦流管制冷、絕熱退磁制冷、氦稀釋制冷等方法。按照所獲得的溫度，通常將制冷的溫度范圍劃分為以下幾個領域：-100

℃以上為普冷；-100

℃～-200

℃為深冷，-200

℃～-268.95℃為低溫；4.2

K以下為極低溫。1.1.3制冷技術的應用1）空氣調節工程舒適性空調為人們創造適宜的生活和工作環境。如家庭、辦公室用的局部空調裝置或房間空調器；其冷源來自制冷技術。2）食品的冷加工、冷藏和冷藏運輸食品冷凍冷藏和舒適性空氣調節是制冷技術應用最為量大面廣的領域。商業制冷主要用于各類食品冷加工、冷藏貯存和冷藏運輸，使之保質保鮮，滿足各個季節市場銷售的合理分配，并減少生產和分配過程中的食品損耗。現代的食品工業，從生產、貯運到銷售，有一條完整的“冷鏈”。所使用的制冷裝置有：

各種食品冷加工裝置、大型冷庫、冷藏汽車、冷藏船、冷藏列車、分配性冷庫，供食品零售商店、食堂、餐廳使用的小型裝配式冷庫、冷藏柜、各類冷飲設備、食品冷藏冷凍展示柜，直至家庭用的電冰箱。3）機械、電子工業許多生產場所需要生產用空調系統，例如高溫生產車間、紡織廠、造紙廠、印刷廠、膠片廠、精密儀器車間、精密加工車間、精密計量室、計算機房等的空調系統，

為各生產環境提供恒溫恒濕條件，以保證產品質量或機床、儀表的精度。機械制造中，對鋼進行低溫處理，可以改變其金相組織，使奧氏體變成馬氏體，提高鋼的硬度和強度。在機器的裝配過程中，利用低溫進行零件的過盈配合。化學工業中，借助于制冷，使氣體液化、混合氣分離，帶走化學反應中的反應熱。鹽類結晶、潤滑油脫脂、石油裂解、合成橡膠、生產化肥均需要制冷4）醫療衛生事業

在醫療衛生方面，冷凍醫療是可靠、安全、有效、易行和經濟的治療方法，特別是用于治療惡性腫瘤。用局部冷凍配合手術有很好的治療效果，如：腫瘤、扁桃腺切除、心臟、皮膚、眼球移值，心臟大血管瓣膜凍存和移植，手術時采用的低溫麻醉。細胞組織、疫苗、藥品的冷保存，用真空冷凍干燥法制作血干、皮干、等等。可以說，現代醫學已離不開制冷技術。5）土木工程在挖掘礦井、隧道、建造江河堤壩時，或者在泥沼、沙水中掘進時，采用凍土法保持工作面，避免坍塌和保證施工安全。拌合混凝土時，以冰代替水，借冰的熔化熱補償水泥的固化反應熱，這在制作大型混凝土構件時十分必要，可以有效地避免大型構件因散熱不充分而產生內應力和裂縫等缺陷。6）體育事業如滑冰場地的建設等。體育、游樂場所除采用制冷提供空氣調節外，還用于建造人工冰場。我國人工冰場原集中在東北、華北。現在南方城市也相繼建造了新型人工冰場，如廣州溜冰俱樂部，冰場面積1000

m2，年上冰人次已達20萬；上海杰美體育中心的室內冰場，面積達1200

m2。7）日常生活方面家用冰箱已成必備品1.1.4空氣調節用制冷技術的發展方向1）新型制冷工質的研究由于臭氧耗損和溫室效應引起了嚴峻的環境保護問題，導致了80年代末開始全球禁止CFCs物質，進而波及到HCFC類物質，這既是一次歷史性的沖擊，同時又提供了新的發展機遇。近年來替代工質開發及其熱物理性質研究方面取得較大成就，繼氟里昂和共沸混合工質之后，由于1970年石油危機，節能意識提到重要地位，在開發新工質上引人注目

地研究出一系列非共沸工質，收到了節能的效果和滿足一些特定需要。2）蓄冷技術和集中供冷3）制冷機的種類和形式為滿足各種用冷的需要，新產品不斷推出，商品化程度不斷提高。壓縮機以高效、可靠、低振動、低噪聲、結構簡單、成本低為追求目標，由往復式向回轉式發展。如新型螺桿式壓縮機、渦旋式壓縮機、擺線式壓縮機，都具有優良特性和競爭力。

在壓縮機的驅動裝置上，將變頻器用于空調、熱泵及集中式制冷系統的變速驅動，帶來了節能效果。4）計算機在制冷技術上的應用計算機和微處理器對制冷技術的最大影響在于高級自動控制系統的開發。這是一項綜合性技術，涉及到先進的控制方法、可靠的集成塊芯片及專門的控制模塊、精良的傳感器。當前制冷系統采用電腦

控制已極為普遍，控制模式正在發生變化，由簡單的機械式控制發展到綜合控制，為提高產品性能作出貢獻。1.2理想制冷循環——逆卡諾循環

制冷系統是利用逆向循環的能量轉換系統，通過能量補償，使制冷劑在循環中不斷地從溫度較低的被冷卻對象中吸取熱量，并向溫度較高的冷卻介質排放熱量。1.2.1無溫差傳熱的逆卡諾循環逆向卡諾循環由兩個等溫過程和兩個等熵過程組成，如圖1.4所示。工質在循環中以T0溫度從低溫熱源等溫吸熱(過程4－1)，再等熵壓縮到溫度升至Tk(過程1－2)，又在Tk下向高溫熱匯等溫放熱(過程2－3)，然后等熵膨脹到溫度降至T0(過程3－4)，回到循環開始狀態。循環中的一些參數按以下公式確定：

循環的吸熱量循環的排熱量循環的凈輸入功

制冷系數

熱泵供熱系數

制冷系數ε給出卡諾制冷循環性能的表達式，它是相同的低溫熱源、高溫熱匯溫度條件下制冷循環制冷系數在理論上的最高值。表明：（1）卡諾制冷循環的制冷系數ε只與熱源和熱匯的溫度有關，而與制冷劑的性質無關。（2）制冷系數ε的大小隨Tk/T0改變，Tk/T0越大則ε越小。Tk一定時，T0越低則ε越小。

以上結論對于評價制冷機經濟性意義在于：(1)制冷機的制冷系數與熱源和熱匯的溫度條件有關。(2)用制冷系數ε值來評價或比較制冷機的循環經濟性時，只有指明Tk、T0評價才有意義；只有在同樣的Tk、T0條件下，才可以用制冷系數值來比較兩臺或幾臺制冷機的循環經濟性。(3)循環效率的定義本身已包含了相同熱源和熱匯條件下的比較，所以根據其值的大小可以直接評價和比較各種制冷循環的經濟性。逆卡諾循環還可用于供熱，如熱泵供熱量與耗功量的大小關系供熱量永遠大于所消耗的功量，是能源綜合利用很有價值的裝置.熱泵的工作原理與制冷機實際上是相同的。兩者的不同之處在于使用目的：制冷機吸收熱量而使對象變冷，達到制冷的目的；而熱泵則利用排放熱量向對象供熱。1.2.2有溫差傳熱的逆卡諾循環一、特點：關于熱交換過程的傳熱溫差Tk’—冷卻介質的溫度（如冷卻水）T0’—被冷卻介質的溫度（冷凍水）逆卡諾循環：1’-2’-3’-4’-1’Tk—冷凝器中制冷劑的溫度T0—蒸發器中制冷劑的溫度有傳熱溫差的循環：1-2-3-4-1耗功量增加（陰影面積）制冷量減少（1-1’-4’-4-1）有傳熱溫差的制冷循環的制冷系數小于逆卡諾循環的制冷系數熱力完善度：工作于相同溫度間的實際制冷循環的制冷系數與逆卡諾循環制冷系數的比值。

η的大小反映了實際制冷循環接近逆卡諾循環的程度。

1.2.3具有變溫熱源的理想制冷

循環-勞倫茨循環勞侖茲循環是在兩個變溫熱源之間進行的理想制冷循環。勞侖茲循環熱源的熱容量是有限的，在與制冷工質進行熱量交換過程中，熱源的溫度也將發生變化，即被冷卻物體（冷源）的溫度將逐漸下降，環境介質（熱源）的溫度將逐漸上升。1.特點：為了達到變溫條件下耗功最小的目的，應使制冷工質在吸、排熱過程中其溫度也發生變化，而且變化趨勢與冷、熱源的變化趨勢完全一樣，使制冷工質與冷、熱源之間進行熱交換過程中的傳熱溫差始終為無限小，沒有不可逆換熱損失另外兩個過程仍分別為可逆絕熱壓縮與可逆絕熱膨脹過程

1-2-3-4-1即為一個變溫條件下的可逆逆向循環--勞侖茲循環。顯然，實現這一循環所消耗的功為最小，制冷系數ε達到在給定條件下的最大值。制冷系數

T0m—工質的平均吸熱溫度TKm—工質的平均放熱溫度

即相當于工作在T0m，TKm之間的逆卡諾循環的制冷系數。其熱力完善度為例題1.1設熱源溫度tk=30℃,冷源溫度t0=-10℃。求①可逆制冷機的制冷系數；②當制冷劑與冷、熱源的傳熱溫差均為10℃時的制冷系數及熱力完善度

解：①可逆制冷機（無溫差傳熱）的制冷系數為：

②具有傳熱溫差的制冷系數為：

熱力完善度為

例題1.2已知1臺制冷機的熱源溫度為303k，冷源溫度為248k，制冷系數；另一臺制冷機的熱源溫度為308k，冷源溫度為233k，制冷系數。試證明哪一臺制冷機的經濟性好解：第一臺制冷機的逆卡諾循環制冷系數和熱力完善度分別為第二臺制冷機的逆卡諾循環制冷系數和熱力完善度分別為由計算結果可見，雖然，但兩者工作溫度區間不同，，說明第二臺制冷機的不可逆損失程度小，循環經濟性較好，所以拿不同工作溫度區間的制冷系數加以比較是沒有意義的1.3蒸氣壓縮式制冷的理論循環

1.3.1蒸氣壓縮式制冷的理論循環逆卡諾循環難以實現：濕蒸氣區域內進行—濕壓縮（不允許）設備：蒸發器—無傳熱溫差（不可能）冷凝器—無傳熱溫差（不可能）壓縮機—無摩擦運動（不可能）膨脹機—不經濟，且難以加工(不經濟)

因此膨脹閥代替膨脹機干壓縮代替濕壓縮兩傳熱過程為有溫差的等壓傳熱過程1-2：等熵壓縮；2-3：等壓放熱；3-4：絕熱節流；4-1：等壓吸熱。1.3.2蒸汽壓縮式制冷循環在壓焓圖和溫熵圖上的表示1）壓焓圖理論制冷循環的壓焓圖1-2等熵壓縮2-3等壓放熱3-4絕熱節流4-1等壓吸熱2）單級蒸汽壓縮式制冷循環在壓焓圖和溫熵圖1.3.3蒸汽壓縮式制冷理論循環的熱力計算

用循環特性指標反映單位質量(1kg)制冷劑和單位體積(以壓縮機吸入狀態計1m3)制冷劑完成一個循環時，各個過程中的功與熱量的轉換與變化。循環特性還包括循環中的一些重要特征參數。理論循環的特性指標如下：(1)單位質量制冷量q0(簡稱單位制冷量)表示1kg制冷劑完成循環時從低溫熱源所吸收的熱量。取蒸發器為隔離體，它等于制冷劑在蒸發器出口處與入口處的比焓之差，即2)單位容積制冷量qv

表示以壓縮機吸入狀態計，單位體積(1m3)制冷劑完成一個循環時，從低溫熱源所吸收的熱量，即

kJ/m3

(1.6)3）制冷劑的循環質量流量和體積流量

kg/s(1.7)

m3/s(1.8)4)單位功

kJ/kg(1.9)5)單位冷凝熱負荷qk

表示1kg制冷劑完成循環時向高溫熱匯所排放的熱量。它等于制冷劑在冷凝器出口處與入口處的比焓之差，即

kJ/kg(1.10)冷凝器負荷（KW）(1.11)6)制冷系數ε表示制冷循環的單位制冷量與單位功之比(1.12)7）熱力完善度該循環由于存在節流過程，仍為不可逆循環，不可逆程度可用熱力完善度來表示(1.13)例題1.3某一氨制冷理論循環，蒸發溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=30℃，制冷量Q0=55kw。試對該循環進行熱力計算。解：該循環在壓焓圖上的表示如圖1.10所示。查出各狀態點參數值：h1=1477.201kJ/kg;p0=291.06kPa;v1=0.416m3/kg;h2=1630kJ/kg;h3=h4=343.026kJ/kg;pk=1169kPa.(1)單位質量制冷量（2）單位容積制冷量（3）制冷劑質量流量（4）單位功（5）壓縮機消耗的理論功率（6）壓縮機吸入的容積流量（7）制冷系數（8）冷凝器單位熱負荷（9）冷凝器熱負荷1.4蒸氣壓縮式制冷的實際循環

理論循環與實際循環相比，存在制冷劑液體過冷和蒸汽過熱影響，壓縮機的壓縮過程并非等熵過程，冷凝和蒸發過程存在傳熱溫差等。1.4.1液體過冷

制冷劑液體的溫度若低于它所處壓力下的飽和溫度，則稱為過冷液體。過冷液體溫度與其飽和溫度之間的差值稱過冷度。過冷循環示意圖

以理論循環作為比較基準，若節流前的高壓液體處于過冷狀態，過冷對循環的影響可以由上圖分析得出。圖中1－2－3－4－1是理論循環，1－2－3'－4'－1是高壓液體有過冷的循環。節流前過冷的高壓液體狀態點為3‘，其過冷度為

（1.14）

過冷液體的比焓比飽和液體的比焓有所降低，降低值為式中C'為液體比熱容。循環的狀態點1和2未變。循環特性比較如表所示。循環特性比較表循環特性指標理論循環有過冷的循環過冷的影響q0增大qV增大w0不變制冷系數ε增大(1－15)可見，液體過冷使循環的主要特性指標q0、qv和制冷系數ε增大，且由于單位容積制冷量增大，還使壓縮機制冷能力提高；由于吸氣比體積和比功不變，故壓縮機的功率不變。所以過冷對循環總是有利的。過冷度越大，得益越多。相同過冷度下，過冷使制冷量和系數ε提高的百分數取決于制冷劑的液體比熱容和蒸發溫度下的汽化潛熱。液體比熱容越大和汽化潛熱越小的制冷劑，過冷的相對收益越大。如氨和丙烷在某一相同工況下每過冷1℃，

氨的單位制冷量提高約0.4%；而丙烷則提高約0.9%。此外，由于低蒸發溫度時節流損失大(節流過程的閃蒸氣多)，節流后兩相狀態干度變大，所以蒸發溫度越低，過冷使性能的相對提高越大。在設計低蒸發溫度的制冷機時應充分考慮。計算有過冷的循環時，要用到過冷液體的比焓值，即圖中狀態3'的比焓h3'。雖然可按式計算過冷液體

的比焓值，但計算中要用到液體的比熱容c'。工程計算中h3'可以近似用相同溫度下飽和液體的比焓值，即

(1－16)獲得過冷的幾種方法如下：

(1)利用冷凝器直接得到過冷

就是說，使壓縮機排出的制冷劑蒸氣在冷凝器中經歷冷卻－凝結－過冷這樣三個階段的換熱過程。為此，冷凝器結構設計中應滿足此要求。逆流套管式水冷凝器最易獲得過冷，如圖所示。翅片管式風冷凝器，通過管程的合理布置也可以獲得過冷。一般的殼管式水冷凝器，由于制冷劑在殼側只能得到飽和態的凝液，無法在冷凝器中獲得過冷。

若殼管式水冷凝器殼體下部兼作高壓貯液器使用，并布置有冷卻水管，那么，使冷卻水自下而上流過，也可以在冷凝器中得到過冷液體，如圖所示。直接從冷凝器中雖可獲得過冷，但受冷凝器總傳熱溫差的制約，過冷程度有限，一般僅能得到1-5℃的過冷度。

逆流套管式水冷凝器中獲得過冷殼管式水冷凝器(2)利用過冷器獲得過冷在冷凝器與膨脹閥之間增設一臺熱交換器—過冷器，使來自冷凝器的制冷劑液體在過冷器中進一步被冷卻。例如，冷凝器用常溫水冷卻，過冷器則用溫度更低的深井水冷卻。或者，用常溫冷卻水，使它先流過過冷器，再流過冷凝器。用過冷器能夠獲得的過冷度一般也不會很大，而取決于冷凝器與過冷器所用冷卻水之間的溫度差異程度。1.4.2蒸汽過熱及回熱循環有吸氣過熱的循環壓縮機吸氣過熱的影響壓縮機吸氣過熱使排氣溫度升高，還對其他循環特性指標造成影響，具體影響情況要看吸氣過熱所造成的制冷劑比焓增是否產生有用的制冷作用。不產生制冷作用的過熱稱無用過熱；產生制冷作用的過熱稱有用過熱。有吸氣過熱的循環與理論循環的比較如圖所示。圖中，1－2－3－4－1為理論循環；1'－2'－3－4－1'為有吸氣過熱的循環。吸氣過熱度定義為(1－18)

當過熱為無用過熱時，低壓制冷劑蒸氣從被冷卻對象的吸熱(制冷)過程為4-1。而過程1-1‘則是低壓氣在被壓縮之前經吸氣管道和壓縮機因受到加熱而產生的過熱過程。當過熱為有用過熱時，低壓制冷劑的吸熱(制冷)過程為4-1‘。(1)無用過熱

利用循環圖，無用過熱情況下主要循環特性與理論循環的比較如表所示。

無用過熱循環與理論循環的比較

循環特性指標理論循環無用過熱循環無用過熱的影響q0不變減小增大制冷系數ε減小

可見，無用吸氣過熱情況下，循環的單位制冷量未變，但比功增大了，因而性能系數下降。它對循環是不利的，故又將無用過熱稱為有害過熱。實際中應盡量減少有害過熱。制冷機的吸氣管道總要外敷隔熱層，防止環境對吸氣管的加熱作用，其目的就是為了減少有害過熱。(2)有用過熱

利用循環圖，有用過熱情況下主要循環特性與理論循環的比較如表所示。

有用過熱循環與理論循環的比較循環特性指標理論循環有用過熱循環有用過熱的影響q0增大qv不一定w0增大制冷系數ε不一定

可以看出，有用過熱使循環的單位質量制冷量q0有所提高，壓縮比功增大。由于吸氣比體積v1‘比理論循環的吸氣比體積v1增大，所以從循環特性指標的表達式上不能直接判斷出有用過熱對單位容積制冷量qv的影響，也不能直接判斷出它對制冷系數ε的影響，而需要針對具體制冷劑通過計算得出結論。計算表明，有用過熱對qv和制冷系數產生正面影響還是負面影響，取決于制冷劑的性質，有些制冷劑有用過熱產生正影響；

有些制冷劑有用過熱產生負影響。而正面影響或負面影響的大小還與有用過熱度的大小有關。對同一種制冷劑，有用過熱對單位容積制冷量的影響與對制冷系數ε的影響具有相同的趨勢。也就是說，有用過熱若使某制冷劑的單位容積制冷量提高(或降低)，那么也必然使其制冷系數ε提高(或降低)。

若制冷劑在蒸發器出口處達到過熱狀態，則它在蒸發器內的過熱是因吸收了被冷卻對象的熱量而具有的，即產生了制冷作用，為有用過熱。比如，熱力膨脹閥供液控制蒸發器出口有5℃的過熱度，這5℃的過熱度便是有用過熱。多數情況下，由于受蒸發器傳熱溫差的制約，在蒸發器內能夠得到的有用過熱很有限，壓縮機吸氣過熱的大部分是無用過熱。避免大量無用過熱的方法是采用氣－液熱交換器。

采用氣－液熱交換器的單級蒸氣壓縮制冷系統如圖所示。人們將其循環稱為有回熱的循環。該系統中，在冷凝器B與膨脹閥C之間增加了氣－液熱交換器D，其中高壓液體與蒸發器E回氣發生熱交換，結果高壓液體被冷卻變成過冷狀態3'；而低壓回氣則因回收了高壓液體的熱量而變成過熱狀態1'。有回熱的循環及其與理論循環的比較見圖。有回熱的循環有回熱的循環分析如下由氣－液熱交換器的能量平衡關系(1－29)單位質量制冷量

(1－30)

由上式可見，回熱循環就相當于有用過熱循環。盡管系統圖過程1－1'的比焓增并未直接用于制冷，但它使液體過冷，過冷部分的比焓差與過熱部分的比焓差相等，并產生了制冷作用。

所以，就分析循環特性并與理論循環相比較而言，回熱循環等價于沒有過冷的有用過熱循環。前面關于有用過熱對循環影響的分析結果都適用于回熱循環，即回熱對循環的影響情況因制冷劑的種類而異。具體說，采用回熱不利的制冷劑中氨是典型，此外還有R2l、R40。采用回熱有利的制冷劑有丙烷R290、CO2等。R22采用回熱對循環的影響不明顯。

所以，氨不宜采用回熱循環。主要原因不僅是因為回熱使循環經濟性下降，還由于氨的絕熱指數大，排氣溫度高，吸氣過熱會造成氨的排氣溫度過高，危害壓縮機的安全性和可靠性。氨的吸氣過熱度被控制在5℃以內。蒸發溫度較高的制冷機，由于高壓液體與蒸發器回氣之間的溫度差異不太大，回氣溫度與環境溫度之間的溫差也不太大，吸氣管隔熱層處理得好就能控制有害過熱，所以一般不用回熱器。

蒸發溫度低的制冷機用回熱器有重要意義。由于壓縮機不允許吸氣溫度過低(否則壓縮機外壁結霜、潤滑油變粘甚至絮濁)，較大的吸氣過熱度是必須的。所以，一定要用回熱器才能使足夠大的過熱度成為有用過熱，而且高壓液體因回熱而得到過冷。過冷又是防止膨脹閥或毛細管節流件前的制冷劑液體中出現閃蒸氣，保證節流件穩定工作的有效措施。還有一些制冷劑如RC318等，它們的熱力性質特征使得飽和蒸氣等熵壓縮進入兩相區，就是說在這類制冷劑的T－s圖上，

氣相飽和線呈向左下方傾斜的形狀。對于具有這種性質的制冷劑就必須采用回熱循環，讓吸氣過熱到足以保證壓縮的全過程都在氣相區內完成。1.4.3熱交換及壓力損失對循環性能的影響制冷劑在系統中循環流動，經過設備的連接管道(包括管件、閥門等)、熱交換器管道時均存在流動阻力，造成壓力損失，并且通過管道與外界存在熱交換。實際循環與理論循環的比較

另外，壓縮機的實際壓縮過程也存在不可逆損失。考慮以上各種實際因素，實際循環與理論循環的比較如圖所示。由于相變傳熱部分存在傳熱溫差，所以制冷劑的蒸發過程線位于理論循環的蒸發過程線下方；制冷劑的冷凝過程線位于理論循環的冷凝過程線上方。4－0－1a表示制冷劑在蒸發器中的蒸發過程，因在蒸發器中的流動阻力損失，蒸發過程溫度和壓力均有所下降。另外，制冷劑出蒸發器時蒸氣稍有過熱(狀態點1a)。

1a－1b－1表示制冷劑氣體出蒸發器后經吸氣管、壓縮機吸氣腔、吸氣閥和氣缸時的壓降和溫升，在圖上將該過程分解為等壓過熱(1a－1b)和等比焓降壓(1b－1)兩部分。點1表示制冷劑氣體開始壓縮的狀態。壓縮過程初期，氣體溫度較低，被氣缸壁加熱，為吸熱的壓縮過程，比熵增加；隨著壓縮過程的進行，氣體溫度逐漸升高到高于氣缸壁溫度，

氣體又向氣缸壁散熱，這階段為放熱的壓縮過程，比熵減小。所以，整個壓縮過程中先是比熵增加，后是比熵減小，用1－2表示。點2代表壓縮終了狀態。高壓氣體經排氣閥、排氣腔到排氣管的流動過程存在壓降，用2－2a表示。2a－3表示高壓氣體在排氣管和冷凝器中的冷卻－凝結過程。該過程伴隨有流動阻力引起的壓力降，且過程終了高壓液體有一定的過冷(狀態點3)。

3－4表示高壓液體的節流過程。由于制冷劑經膨脹閥時流速很快，來不及換熱，仍視為絕熱節流，故點3與點4的比焓相等。1.4.4運行工況對制冷性能的影響所謂制冷機的工況，是指它的工作循環狀況。反映工況的參數是Tk、T0、Tn（吸氣溫度）和Tg

（過冷溫度）。從前面的熱力計算可以看到，一旦運行工況確定，對于給定了主機容量配備的制冷機來說，其性能(q0、N、ε等)便是確定的。制冷機實際運行過程中，

由于系統外部熱源(匯)條件的改變和系統自身設備工作條件的變化，將導致系統內部制冷劑工況參數的變化，從而對循環特性乃至制冷機性能產生影響。四個工況參數中，對性能影響重要的是冷凝溫度Tk和蒸發溫度T0，相對而言，Tn和Tg的影響較小。通常講制冷機工況變化，主要指冷凝溫度和蒸發溫度的變化。(1)冷凝溫度變化的影響圖示出冷凝溫度變化的循環圖。假定蒸發溫度不變，原循環為1－2－3－4－1；若冷凝溫度升高，循環變成1－2'－3'－4'－1。分析比較這兩個循環特性，不難看出，由于冷凝溫度升高，冷凝壓力上升，冷凝溫度變化的循環圖

使壓縮機的工作壓力比增大，致使比功增大，壓縮機排氣溫度升高。高冷凝壓力下，飽和液體的比焓值有所減小，使單位質量制冷量減小，循環的制冷系數ε下降。再考察它引起制冷機整機性能的改變。由于給定壓縮機的理論輸氣量Vh為定值(壓縮機轉速不變的條件下)，實際輸氣Vs=λVh，壓力比升高使壓縮機的容積效率λ下降，故實際輸氣量減少，制冷機中制冷劑的質量流量MR下降，制冷量q0受MR和Vs共同下降的影響，所以降低更多。如果不考慮容積效率隨壓力比變化的因素，

從表達式P=MRw0可以看出，隨著冷凝溫度上升，壓縮機功率也將增大。實際壓縮機功率的變化與理想壓縮機有所不同：在高蒸發溫度時，由于隨冷凝溫度提高，壓力比的變化不明顯，對容積效率影響不大，壓縮機實際功率仍是增大的，不過比理想壓縮機功率增大得少。低蒸發溫度時，同樣冷凝溫度的變化(升高)量造成壓力比的變化(增大)明顯，壓縮機容積效率降低明顯，質量流量減少的影響將抵消掉比功增大的影響，所以壓縮機功率有可能大致

不變，甚至有可能略有減小。然而不管是高蒸發溫度還是低蒸發溫度，固定蒸發溫度下，隨冷凝溫度上升ε總是下降的。可見，冷凝溫度升高使制冷機制冷能力下降，運行經濟性變差。除此之外，冷凝溫度升高使壓縮機排氣溫度升高，對于高排氣溫度的制冷劑和工況，該不利影響不容忽視。實際運行中，尤其是在高環境溫度下工作的制冷機，應特別注意盡可能保證冷凝器的散熱條件，不要使冷凝溫度過多升高2)蒸發溫度變化的影響

圖給出蒸發溫度變化時的循環圖。假定冷凝溫度不變。圖中1－2－3－4－1是原有循環；1'－2'－3－4'－1'是蒸發溫度降低了的循環。比較兩個循環特性不難看出，蒸發溫度即蒸發壓力降低時循環參數的變化是：吸氣比體積增大(v1'＞v1)，壓力比增大，排氣溫度升高(T2'＞T2)。由此引起循環特性指標的變化是：壓縮比功增大(w0'＞w0)，單位質量制冷量減小(q0'＜q0)，單位容積制冷量q0'/v1'明顯減小，循環的性能系數也明顯下降。

下面再來分析對容積比功的影響。容積比功wv=w0/v1。當蒸發溫度下降時，因為w0和v1同時增大，所以簡單地從wv的表達式尚不能直接判斷出wv的變化趨勢。姑且把制冷劑蒸氣當作理想氣體，依理想氣體等熵壓縮過程來看待，則比功為

容積比功為

對上式求導，令導數為零，得到使wv取得極值的條件是極值點處的壓力比數值π*只與制冷劑氣體的絕熱指數k有關。

對不同制冷劑按上式計算發現，它們的π*值比較接近，大致在3附近。由此可以得出結論：在固定的冷凝溫度下，隨蒸發溫度下降，壓力比增大。當壓力比小于3時，容積比功隨蒸發溫度下降而增大；壓力比在3附近，容積比功有最大