制冷循環與制冷部件特性熱力學基礎制冷循環中包含著能量的轉換和傳遞過程，欲分析制冷循環，必須先了解系統能量的構成。系統能量構成：系統本身能量：分為內能和外存儲能系統與外界的能量傳遞：指系統與外界熱力源（熱源、功源、質源）或其它有關物體之間進行的能量傳遞。包括熱量、功、物質流能。外存儲能：包括宏觀動能和重力位能，在熱力學中占的比例很小，一般可以忽略不計。基本概念（一）溫度、體積、壓強物質的熱力狀態：

熱力狀態有三個基本表達參數：

溫度T：物質的冷熱程度

物質的內能U和溫度有關

體積V：一定質量的物體占有的空間大小（比容：單位質量的物質占有的體積）

壓強P：即單位接觸面積上的承受的壓力基本概念（二）內能

內能：

物質因大量分子劇烈運動而具有的內熱能,和由于分子之間有吸力而具有的內位能之和，是熱力狀態參數之一。

基本概念（二）熱量、功、物質流能熱量：對于沒有物質流的系統，系統與外界之間只有熱和功的交換，熱量是除功以外另一種形式的能量傳遞。定義為：在溫差作用下系統與外界傳遞的能量稱為熱量。熱量一旦傳入系統，就變成系統存儲能的一部分，即內能，有時習慣稱為熱能。熱量是與過程特性有關的過程量，而內能是取決于熱力狀態的狀態量；功：在熱力學中功是系統除溫差以外的其他不平衡勢差所引起的系統與外界之間傳遞的能量。功也是與過程特性有關的過程量，一旦過程結束，功的傳遞就停止。分為膨脹功與軸功。物質流能：隨物質流傳遞的能量包括流動工質本身所具有的能量（內能、宏觀動能、重力位能）和流動功（或稱推動功）。推動功是推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量，通俗的說是物質因流動性而具有的使本身質量遷移的能量，這部份能量我們稱之為：

推動功=P（壓力）×V（體積）氣體膨脹做功有能量形式轉化（熱能轉化為機械能），熱力狀態也變化（壓力P變小、體積V增大）；而推動功只有傳遞，即推動流體前移做功，熱力狀態也不變。基本概念（三）焓

焓：熱力狀態參數之一

H=U+P·V

焓=內能+推動功物體流動時，不僅攜帶有自身的內能，還有從后面得到的推動自身移動的推動功。焓具有能量意義,表示流動工質向流動前方傳遞的總能量取決于熱力狀態的那部分能量,更為全面地概括了物體具有的能量總和。我們衡量某一空調的制冷能力就可以根據蒸發前后制冷劑的焓差來進行精確計算。

流體還具有一定的流動速度而具有的動能，和因具有一定的高度而具有的重力勢能。但在熱力學中占的比例很小，一般可以忽略不計。即就是前面提到的外存儲能忽略不計。基本概念（四）熵熵：熱力狀態參數之一工質在可逆過程中傳遞的熱量與當時溫度之比的總和稱為工質的熵的變化，用工質的熵的變化來表達熱力過程特性，物質吸收了熱量熵增加,物質放出了熱量熵減小,物質絕熱變化過程熵不變。

熱力參數之間內在關系：狀態方程狀態方程:

A、理想氣體的狀態方程：

P·V/T=常數

從上式我們可以看出：在一個密閉容器中，溫度越高，氣體的壓力就越大。

B、實際氣體的狀態方程：（P+a/V2）·(V-b)=R·T

本公式雖然為實驗所得公式，但在實際應用中仍有很高的可靠性和準確性。基本概念(五):熱力學定律第一定律：能量既不能被創造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉換為另一種形式，或從一個系統轉移到另一個系統，而其總量保持恒定，又稱為能量守恒定律。第二定律：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（克勞修斯說法）；不可能制造只從一個熱源取熱使之完全變成機械能而不引起其它變化的循環發動機（開爾文-浦朗克說法）凡是涉及到熱現象的能量轉換過程，都是有一定的方向性和不可逆性，即過程總是朝一個方向進行而不能自發的反向進行，這個方向就是指系統從不平衡狀態朝平衡狀態進行達到平衡后相應的變化就停止了，而不會自發的重新變為不平衡狀態。例如熱量總是自發地從高溫物體傳向低溫物體，當二者達到溫度相等的平衡狀態后，就不會再自發的傳熱形成溫差了。又如機械能可以通過摩擦無條件的變成熱能，而反相轉換就不能自發進行。基本概念(六):顯熱1kg水從30℃加熱到80℃，水吸熱了209.38kJ(50kcal)物體吸熱或放熱后，只改變物體的溫度，而不改變物體的相態，這種熱量稱顯熱。是物質分子運動的能量,它可以通過溫計進行測量。計算某一房間的熱負荷時，空氣溫度高于設定溫度而產生的熱負荷稱為顯熱負荷。顯熱的計算公式基本概念(七):潛熱1kg100℃水改變成100℃的水蒸氣需吸熱2257.2kJ1kg0℃水改變成0℃的水蒸氣需吸熱2501kJ物體吸熱或放熱時，只改變物體的狀態，而物體的溫度不變，這種熱量稱潛熱。是物質分子分離與重組放出(吸收)的熱量,它不能通過溫度計進行測量.計算某一房間的熱負荷時，空氣濕度高于設定濕度而產生的熱負荷稱為潛熱負荷潛熱的計算公式基本概念(八):顯熱比對于某一個房間來說，顯熱比即該房間的熱負荷中顯熱負荷占總熱負荷的百分比。

空調的性能參數中描述的顯熱比則表示該空調的制冷能力中，顯冷量占總冷量的百分比。我們對某一特定房間進行空調設備設備選型時，應根據該房間的熱負荷的顯熱比，選擇對應顯熱比制冷能力的空調設備。1kg水的熱值比較（一個標準大氣壓）1、在小于一個標準大氣壓情況下，水的沸點低于100度。即水的蒸發溫度是隨著壓力而改變的，壓力越高，蒸發溫度越高。2、一個標準大氣壓下，當水的溫度低于100度時，它一定處于液態，我們稱為過冷水。水的溫度高于100度，一定處于氣態，我們稱為過熱蒸汽3、蒸發及其逆向的冷凝過程是一個飽和過程，在此過程中溫度壓力均不變。當水完全蒸發為蒸汽后，如果繼續加熱，水蒸氣的溫度將繼續升高，這時對應于其飽和溫度來說我們稱為過熱蒸汽。制冷劑的狀態變化1、制冷循環吸熱或放熱利用的正是物質相態轉變時需要吸收或放出的巨大的熱量，因為水在正常壓力下飽和溫度較高，不能吸收通常溫度下室內的熱量，所以不常用。2、而R22在正常壓力（70PSIG），其蒸發溫度為（4.5℃

），且單位容積制冷能力較強，對于人類理想的舒適溫度21-27℃來說，是非常理想的冷源。3、與水的性質類似，對于R22來說，在（70PSIG）壓力下，飽和溫度為（4.5℃

），故在此壓力下蒸發過程制冷劑溫度恒定為（4.5℃

），蒸發過程首先是飽和液體狀態，然后是氣液混合狀態，液體比例逐漸減小，最終達到了飽和氣體狀態。在（70PSIG）壓力下，如果R22的溫度低于（4.5℃

），其一定處于液態，且溫度低于飽和點，我們稱其為過冷液體。如果R22的溫度高于（4.5℃

），其一定處于氣態，且溫度高于飽和點，我們稱其為過熱氣體。4、為實現制冷劑在溫度相對較高的冷凝器一側的冷凝散熱，唯有通過升高制冷劑的壓力來提高其飽和溫度，使其高于室外環境溫度從而實現散熱冷凝過程。制冷劑的狀態變化制冷基礎原理放熱吸熱壓縮節流降壓制冷循環

制冷組件的特性制冷發展簡史1800人們發現冰(雪)和鹽混合時具有制冷效應,能夠大幅度降低水溫,使水結冰1834

J.英國人波爾金斯制成第一臺使用乙醚作為制冷劑的壓縮式制冷機1873德國人林杰發明了氨制冷機1876

甲醚被用于制冷劑用來從阿根廷到法國運輸肉類19世紀末l隨著機械制冷技術不斷成熟,產生大量可應用的制冷劑如氨水,二氧化碳,二氧化硫,氯甲烷以及烴類

制冷發展簡史20實際初Start制冷技術開始進入工業化應用,而當時已經開發的制冷劑工作壓力較高且大多數均具有毒性和可燃性1928

一種新型的制冷劑(二氯二氟甲烷)在美國合成成功.它不可燃,且具有低的毒性,工作壓力低,屬于人們期望的理想的制冷劑1931

杜邦公司開始大規模工業化生產這種

新合成的制冷劑.氟里昂家族從此誕生了.1930-1950制冷劑家族以及大型商用空調了獲得飛速的發展.1988蒙特利爾協議.締約國就限制使用對大氣臭氧層具有破壞作用的制冷劑達成了協議并規定了具體的行動時間表.制冷發展簡史臭氧層是大氣中具有微腥臭的淺藍色氣體,主要集中在距地面20至25KM的平流層內,它是地球的保護傘,阻擋了99%的紫外線輻射,使地球生物免受紫外線的傷害臭氧層濃度每降低1%,紫外線的輻射量就增加2%,皮膚癌患者就增加7%,白內障的患者增加0.6%.紫外線還會破壞植物的光合作用和受粉能力,最終降低農業產量.氟里昂在太陽紫外線的照射下會分解出氯原子,氯原子會奪取臭氧分子中的一個原子而使臭氧變成普通氧.溫室效應:溫室氣體主要指大氣中的CO2,CH4,Ar,O3等也包括制冷劑中CFC.它可以讓短波太陽光幾乎不受阻擋的通過,而把從地球表面反射出來的長波輻射擋住,使地球表面保持了一定溫度.但是過量的溫室氣體排入大氣中,會增強地球表面的溫室效應,影響了氣溫和降雨量,導致氣候變暖,海平面升高.冷量無法制造:本質是熱量的遷移制冷循環就是實現將熱量從空調房間移到另外一個能夠容納并稀釋此部分熱量的空間的過程. 實現此部分循環的同時要消耗一定量的功. 這種熱量傳遞過程是在一個閉式系統內周期性的重復進行.

吸熱和放熱過程是利用流體在不同的壓力對應的不同的飽和溫度下相態變化過程對應的吸熱和放熱特性(流體的焓發生改變,相態改變過程熱量傳遞量相對于僅僅溫度改變來說是巨大的).制冷循環:(飽和蒸汽壓縮式制冷循環)

它利用壓縮機和鹵族元素衍生物類型的制冷劑(飽和蒸汽狀態)或有機/無機化合物.采用壓縮機使氣態制冷劑增壓,故稱為蒸汽壓縮式制冷.最大制冷能力能達到5000kW,且價格低廉.目前市場上運用最為廣泛的壓縮技術就是通過此循環實現的.飽和蒸汽壓縮式制冷循環是建立在逆卡諾循環基本原理之上.能夠運用此制冷循環的制冷劑的范圍非常之寬.

根據組合的電氣特性,可實現中高效制冷.是目前世界范圍內運用最為廣泛的制冷循環,運用在不同廠商的絕大多數機型.制冷系統基本的組成部件壓縮式制冷系統的基本組成蒸發器經節流后的液態制冷劑在蒸發器中吸熱汽化，使被冷卻物質降溫，實現制冷的目的。蒸發器蒸發器吸收熱量壓縮式制冷系統的基本組成冷凝器在冷凝介質的作用下，使壓縮機排出的過熱氣體冷凝為液態。冷凝器盤管22001壓縮式制冷系統的基本組成壓縮機制冷循環的核心，是制冷劑在系統內循環的動力裝置，使蒸發器中的制冷劑保持低壓，冷凝器中制冷劑維持高壓。壓縮機壓縮過程壓縮式制冷系統的基本組成膨脹閥制冷劑循環流量的調節裝置，它對高壓液態制冷劑節流降壓，使進入蒸發器的制冷劑在要求的低壓下吸熱蒸發。同時根據被冷卻介質的熱負荷變化自動調節進入蒸發器的制冷劑的流量膨脹閥作用

熱力膨脹閥(TXV)降低進入蒸發器制冷劑的壓力.控制流入蒸發器的制冷劑流量.控制合理的吸氣過熱度

循環過程在由管道將四部分連接成的密閉系統內，制冷劑在這個密閉的系統中不斷循環流動，發生相態的變化，與周圍環境進行熱交換，從而達到制冷的目的。其工作過程是：液態制冷劑在蒸發器中吸收被冷卻物質的熱量之后，汽化成低壓、低溫的氣體，被壓縮機吸入壓縮成高壓、高溫的氣體，然后進入冷凝器向冷卻物質放熱而冷凝為高壓、常溫的液體，在經節流裝置節流以后變為低壓、低溫的液態制冷劑，再次進入蒸發器吸熱汽化，從而起到循環制冷的目的。逆卡諾循環(理想循環)Q1向高溫熱源的散熱量.(1-10-20-2)Q2從低溫熱源的吸熱量.(4-10-20-3)壓縮功(1-4-3-2)

TS3214Q2Q11020T1T2T=絕對溫度KS=熵W/kgK冷凝器壓縮機蒸發器R-22(飽和蒸汽)壓焓圖h紅線:飽和液體線x=0 黑線:飽和氣體線

x=1

P氣體+液體過熱氣體區臨界點過冷液體區R-22(飽和蒸汽)壓焓圖(等溫線等干度線等熵線)Phv=const.s=const.t=const.x=const.壓焓圖表示的理想制冷循環Q2Q1=Q2+ALALhQ1冷凝過程蒸發過程節流過程壓縮過程Q2P壓焓圖表示的實際制冷循環過熱吸氣閥壓力降排氣閥壓力降.desurriscaldamento蒸發器壓力降PP1P2hQ1冷凝過程蒸發過程節流過程壓縮過程Q2冷凝器內部壓降過冷干度X=0-1制冷循環通常壓力和溫度(分體式空調)R2214-20bar65-90°C14-20bar35-50°C5-6bar6-10°C4,5-5,5bar10-15°C制冷組件制冷組件壓縮原理--往復式壓縮機往復式壓縮機(開始壓縮)Pc=冷凝壓力Pe=蒸發壓力VPPcPeA.B壓縮完成PPcPePc=冷凝壓力Pe=蒸發壓力A.B.V排氣過程VPc=冷凝壓力Pe=蒸發壓力PPcPeA.B.C.C-C1:閥門壓降膨脹過程A.B.VPPcPePc=冷凝壓力Pe=蒸發壓力.C1D1.D-D1=閥片壓降吸氣過程A.B.VPPcPePc=冷凝壓力Pe=蒸發壓力C.D1C1.D.D-D1=閥片壓降h壓縮效率隨著壓縮比的減小而增大渦旋式壓縮機渦旋式壓縮機渦旋式壓縮機衡量壓縮機性能技術參數E.E.R.EnergyEfficiencyRatio能效比:

單位電動機輸入功率的制冷量.

C.O.P.

CoefficientOfPerformance性能參數:

單位軸功率的制冷量A型蒸發器蒸發器經節流后的液態制冷劑在蒸發器中吸熱汽化，使被冷卻物質降溫，實現制冷的目的。由熱交換盤管,框架結構,風機等構成V型蒸發器蒸發器盤管

V型結構排列的盤管產生相同的氣流分布減少氣流擾動使機組的噪聲降低降低風機馬達功率提高機組效率更佳的制冷效果節流裝置節流裝置是制冷循環中的降壓裝置,它能夠提供可變的可修阻力,正對經過冷凝器冷凝后的高壓的液體在進入蒸發器之前進行降壓. 對高壓液體制冷劑進行節流降壓,保證冷凝器與蒸發器之間的壓力差,以便使蒸發器中的液態制冷劑在要求的低壓對應的飽和溫度下蒸發吸熱,從而達到制冷降溫的目的,同時使冷凝器中氣態制冷劑在給定的高壓對應的飽和溫度下放熱冷凝. 它實現根據熱負荷以最佳的方式給蒸發器供液(毛細管除外).毛細管制冷循環的流量控制和節流降壓元件,直徑約為0.7>2.5mm,長度約為0.6>6m

細而長的紫銅管

(降壓原理為突然變徑),

產生必需的壓降從而使制冷劑能夠在蒸發器中吸收熱量.不可調節裝置(不能適應制冷負荷的變化),設計過程必須進行仔細的選型從而避免運行過程中蒸發器過量供液或供液不足.一般用于小容量系統(家用空調),有制冷劑充注量的限制,

系統中不能采用儲液罐.屬于靜態組件,可靠性較高.壓縮機停機后,能夠快速的平衡高低壓,所以即使采用低堵轉轉矩(啟動轉矩)的馬達,也能夠保證壓縮機停機后很快再次啟動.熱力膨脹閥以最佳的方式給蒸發器供液,保證蒸發器出口制冷劑蒸汽的過熱度穩定.感溫包必須與壓縮機的吸氣管良好的接觸從而準確的感應壓縮機的吸氣溫度,通常充注著與制冷系統內部相同的制冷劑,從而實現通過感溫包反饋回來的壓力即是壓縮機吸氣溫度對應的該種類型制冷劑的飽和壓力.通過膨脹閥確保了在運行環境發生變化時(比如熱負荷變化),實現蒸發器最優及最佳的供液方式.

最佳液位外平衡式熱力膨脹閥(1)從冷凝器流入被壓縮機吸入6,4bar/13°C4,8bar/4,5°C(飽和狀態)13°C感溫包測量的管壁溫度5,4barP1=4,8barP3=6,4barP2=1,6bar15barP1+P2=P3(動態平衡)熱力膨脹閥(2)(過熱段)AQ1Q2AQ1Q2熱力膨脹閥(4)1)感溫包2)變形膜片3)頂桿4)閥芯5)壓縮彈簧6)調節螺桿7)密封裝置8)入口過濾網風冷冷凝器室內機組與室外風冷冷凝器之間通過銅管連接組成密閉的系統冷凝器由熱交換盤管,風機,框架結構構成.通過附件的組件,能夠實現維持冷凝壓力一年四季基本穩定(壓力開關或電子調速裝置連續調速).冷凝器的型號(即容量)應該根據安裝地點所能夠達到室外最高環境溫度來確定.冷凝器的冷凝壓力控制附件應該根據根據安裝地點所能夠達到室外最低環境溫度來選擇.風冷冷凝器是目前應用最為廣泛的冷凝方式過熱氣體過冷液體風冷冷凝器板式換熱器-水冷冷凝器出水口進水口制冷劑進口(氣態)制冷劑出口(液態)水流量壓力調節閥管殼式冷凝器-水冷冷凝器400psi泄壓閥液體出x三通水流量調節閥熱氣進進出水接口管管式冷凝器-水冷冷凝器