目錄

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第一章制冷技術的熱力學理論基礎..................................1

第一節熱力學的基本概念......................................1

第二節熱力學第一定律及其應用................................3

第三節熱力學第二定律及其應用................................6

第四節氣液集態變化及蒸氣的熱力性質.........................8

第二章空調器制冷原理............................................1

第三章.2

第一節制冷劑、載冷劑與冷凍油..............................12

第二節蒸氣壓縮式制冷......................................18

第三節影響致冷系數的主要因素..............................21

第四節制冷設備.............................................23

第五節空調器的性能........................................37

第四章房間空調器的結構.........................................41

第一節空調器的型號........................................41

第二節空調器系統的組成....................................42

第三節整體式空調器的結構..................................52

第四節分體式空調器的結構..................................54

第五章空調器的電氣控制.........................................58

第一節電工學基礎知識......................................58

第二節空調器基本控制電路原理..............................62

第三節空調器電路舉例與分析................................71

第六章房間空調器的維修.........................................75

第一節一般故障檢測方法、使用故障與安裝故障...............75

第二節制冷系統故障的維修..................................79

第三節電控系統故障的維修..................................85

1

第四節空調器常見故障與原因分析..............................91

附圖

、一.、.

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格蘭仕攜二十億步入空調行業，就是要以高起點、高質量為前提,

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《格蘭仕空調原理與維修技術》教材的編寫，就是為了讓格蘭仕

空調特約技術服務部的服務人員更快地了解格蘭仕空調產品的性能、

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從而滿足不同學員的需求，通過理論與實踐相結合的教學，以強化和

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本教材以現在市場上銷售的格蘭仕空調為樣機，主要講解了制冷熱力學基礎、

空調器制冷原理、房間空調器的基本結構、空調器電控原理和空調器維修的基本

技術等方面的知識。我公司正在持續不斷地設計開發新品種；同時，我們將根據

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本教材僅作為格蘭仕空調服務人員的培訓教材和自學參考書，未

經格蘭仕公司書面同意，任何單位和個人不得出售和翻版復印，違者

將追究其法律責任。

本教材在編寫過程中得到有關方面人士的協助，在此，謹對參與

編寫工作給予支持的有關人員表示衷心的感謝！

鑒于時間和水平有限，本教材難免會有一些錯誤和疏漏，還望各

位讀者給予批評指正。

編者

2

2000年11月

第一章制冷技術熱力學理論基礎

工程技術上所謂的制冷，就是使某一系統（即空間或物體）的溫度低于周圍環境介質的

溫度，并維持這個低溫的過程，這里所說的環境介質是指自然界的空氣和水。制冷與空調設

備以流體（氣體與液體的總稱）作為載能物質，實現熱能與其它形式能量（主要為機械能）

之間的轉換或熱能的轉移。本章介紹流體的性質、熱能與機械能之間的轉換規律和熱量的傳

遞規律，這些知識是空調技術必不可少的理論基礎。

第一節熱力學基本概念

工質在制冷系統中，-會兒從氣體變為液體，一會兒又從液體變為氣體，制冷劑的這種

物態變化以及溫度的升降、壓力的變化、吸熱與放熱等現象，是具有一定的熱力學內在關系

的。現在介紹一些參數、術語和基本概念，為掌握熱力學基礎知識作準備。

1.溫度：是用來度量物體冷、熱程度的參數。

溫度的指示單位有三種：

攝氏溫度（℃）華氏溫度（°F）絕對溫度（K）

它們之間的換算關系是：

℃=5/9（°F-32）°F=9/5℃+32K=℃+273.15

2.干球溫度：用一般溫度計所測得的空氣溫度，它是該空氣的真正溫度。

3.濕球溫度：濕球溫度計感溫球部位包著潮濕棉紗，用這種溫度計測量空氣的溫度時,

由于棉紗中的水在蒸發時要吸收空氣的熱量，當空氣傳遞給水的熱量恰好等于水表面蒸發所

需熱量時所測得的溫度稱為濕球溫度。

干濕球溫度差：用干濕球溫度計測量未飽和空氣時.，干球溫度計顯示的溫度較高，濕球

溫度計顯示的溫度較低，兩個溫度差稱“干濕球溫度差”。該溫差大，表示空氣干燥；溫差

小，表示空氣潮濕。

4.濕度：濕度代表空氣中水蒸汽含量的多少。在每千克空氣中所含有的水蒸汽重量稱

為含濕量，單位為克/千克。

濕度又分為絕對濕度和相對濕度。絕對濕度是指每立方米的淡空氣所含水蒸汽的重量，

也是水蒸汽在其分壓力及濕空氣溫度下的重度，單位為千克/米3。相對濕度是指濕空氣的絕

對濕度與飽和狀態下的絕對濕度之比，數值為百分數。當相對濕度為0%時，則為干空氣；

而相對濕度為100%時，則為飽和蒸汽。人體感到舒適的相對濕度是60%~70%。

5.露點溫度：濕空氣在含濕量不變的情況下，冷卻使溫度降低到空氣內部所含水蒸氣

3

開始冷凝液化時（即達到完全飽和）的溫度。

6.壓力（物理學中稱壓強）：工程上把單位面積上所受的垂直作用力稱為壓力。國際單

位為帕（Pa）、千帕（kPa）,兆帕（Mpa）,過去用的工程單位為千克力/厘米2（kgf7cm2）和

bar。

lMpa=10.2kgf7cm2=7500.6mmHg（毫米汞柱）=100mH2。（米水汞）=lObar

絕對壓力=表壓力+大氣壓力

真空度=大氣壓力-絕對壓力

7.熱量：是物質熱能轉移的度量。單位是焦爾（J）、千焦（kJ）,過去用（Cal）、千卡

（kCal）。它們的換算關系是：lCal=4.18J。

8.比熱：1千克重的物質溫度升高或降低時所吸收或放出的熱量。符號為C,單位

干焦/千克?度（kJ/kg-K）o

9.顯熱：物體被加熱或冷卻時，只發生溫度變化而沒有狀態變化，這時它所吸收或釋

放的熱量。

10.潛熱：物質在加熱或冷卻過程中，發生狀態變化而保持溫度不變，這時它所吸收或

釋放的熱量。

10.蒸發：液體表面的汽化現象。液體可以在各種溫度下蒸發。

11.沸騰：液體表面和內部同時發生激烈的汽化現象。液體在一定壓力下達到一定的沸

點溫度才能沸騰。

12.冷凝：氣體液化為液體的現象。分冷卻和凝結兩個過程。

13.比容：單位重量的物質所占有的容積。單位：米3/千克（m3/kg）。

14.密度：單位容積的物質，所具有的重量。單位：千克/米3（kg/m3）?

15.內能：內能是氣體分子的動能和內位能的總和。動能就是分子運動能量的總和，內

位能就是因分子之間吸引力所具有的能量。工程上常取1kg工質作為研究對象，所以通常說

的內能是指1kg工質所具有的能量。

16.外能：分子保持它原有的比容，與外部相對抗所具有的能量。

17.功：功是能的一種。當用外力去移動物體時需要消耗能，這個能就是功。

單位：牛頓?米（N?m）,過去用千克力?米（kgf?m）。功=外力X力方向所移動的距離。

18.功率：單位時間內所做的功。單位：瓦（W）、千瓦（KW）。

19.過熱：飽和蒸氣在飽和和壓力條件下，繼續受熱到飽和溫度以上，稱為“過熱”氣

體，過熱氣體的溫度與飽和溫度的差值叫過熱度。

20.過冷：飽和液體在飽和壓力條件下，繼續冷卻到飽和溫度以下，稱為“過冷”液體,

過冷液體的溫度與飽和溫度的差值叫過冷度。

21.靖：焰是?個復合狀態參數，是表征系統中具有的總能量，它是內能和壓力能之和。

通常是對1千克工質而言，單位為千焦/千克（Kj/kg），過去用千卡/千克（kcal/kg）o

I=u+pv

4

式中：i---------焰，kj/kg;

U——內能，Kj/kg；

P------壓力，kpa;

v------比容，m3/kg

22.燃：是一個導出狀態參數，它表示工質狀態變化時，其熱傳遞的程度。單位為千

焦/千克?度（kj/kg?k）

嫡、熱量和溫度的關系如下：

ds=dq/t

式中：s——嫡，kj/kgXK；

q——1千克物件所獲得熱量，KJ/Kg：

T——物質獲得熱量時的絕對溫度，K?

23.節流：流體在管道中流動，通過閥門、孔板、毛細管等設備時，由于局部阻力，使

流體壓力降低的現象。

第二節熱力學第一定律及其應用

熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力過程中的具體表述，并應用于確定各種熱力系統

與外界交換能量的數量關系——包括熱能與機械能轉換或熱能轉移在內的能量方程。

一、熱力學第一定律的基本表達式

熱力學第一定律的內容是：無論何種熱力過程，在機械能與熱能的轉換或熱能的轉移中，

系統和外界的總能量守恒。即

輸入系統的能量一輸出系統的能量=系統貯存能量的變化（1-2-1）

如圖1-2-1所示的任意一個開口系統，假定在一微元過

程中，外界對它加熱3Q；它對外界所作總功為6W總；同時&W總

因系統與外界有質量交換，流入和流出系統的工質還將給系一

統帶入或帶出能量。設入口和出口處每kg工質的能量分別為_

eidmi<-------------------?E?dino

ei和e2，入口和出口處工質的流量分別為dmi和dm2,則|’2

流入與流出工質帶入與帶出系統的能量分別為eidmi和e2d—

m2。那么，在此微元過程中，輸入系統的能量為（6Q+eid圖匕

mi）,輸出系統的能量為（6用息+e2dm2）,若系統貯存能量

的變化為dE,由（l-2-l）式并經移項整理可得

SQ=dE+(e2dm2-eidm])+6W總(1-2-2)

式（1-2-2）對■任何工質的各種熱力過程都適用，它是熱力學第一定律的普遍表達式。其

物理意義是：外界加給系統的熱量（6Q）,一部分用于增加系統貯存的能量（dE）,一部分

5

通過質量交

二、穩定流動能量方程

制冷與空調設備中的工質可以視作穩定流動。從熱力學觀點看，工質作穩定流動的特征

是：

(1)系統中任何位置上工質的熱力狀態參數(如P、V、T、u、h、s)和宏觀運動參數(如

流速c)及單位時間與外界交換的能量都保持一定，不隨時間變化；

(2)系統的總質量保持恒定，即入口和出口質量相等：dmi=dm2=dm；

(3)系統的總能量保持恒定，即系統貯存的能量不變：dE=O；

(4)系統與外界通過作功交換的能量，一是通過機器軸傳遞的功，稱為軸功，用ws表示；

二是由于工質流入或流出系統所作凈流動功肉，因此，6\fe=Ws+Wf,對1kg流動工質6%

=WS+(P2V2-PiVi)o

將穩定流動工質的上述特征代入式(1-2-2)并代入各項有關參數整理后可得，1kg工質

作穩定流動時的能量方程：

22

q=(h2-hi)+[1/2(C2-CI)+g(z2-Zi)+ws](1-2-3)

注：[……]這三部分機械能的和稱為技術功,z代表高度，c代表工質流動速度。工質在入口和出口處

具有的能量，應是工質在該處的內能、宏觀動能l/2mJ和重力勢能mgz三者之和。

式1-2-3表明，穩定流動工質從外界吸收熱量，一部分用于增加工質的焰，一部分用于

增加工質的宏觀動能及重力勢能，?部分通過機軸傳遞對外作功。

制冷與空調設備在多數情況工質進出系統時，宏觀動能與重力勢能的變化相對都很小，

可以忽略不計，在這種條件下，技術功就近似地等于軸功。

三、穩定流動能量方程在制冷設備中的應用

制冷壓縮機、熱交換器(蒸發器和冷凝器)、節流閥(毛細管)是制冷與空調系統中常

見的設備。可將穩定流動能量方程應用于這些設備，從而確定這些設備中的能量轉換關系。

(-)制冷壓縮機

工質流入和流出這類設備時，宏觀動能與重力勢能的變化相對于外界提供的軸功ws的

量值來說很小，可以忽略不計；工質流經這類設備向外界的散熱量也相對很小，可近似為絕

熱的，即q=0。于是由(1-2-3)式可得

-ws=h2-hi(1-2-4)

式1-2-4表明，制冷壓縮機消耗的外功大小等于工質在壓縮機出U和入口的焰差，即等

于工質焰的增加。

(-)熱交換器

工質流經熱交換器時，只通過傳熱與外界交換能量，沒有軸功，即Ws=0；其宏觀動能與

重力勢能的變化相對于傳遞的熱量也很小，可忽略不計。于是，由式(1-2-3)可得

q=h2-hl(1-2-5)

6

對于制冷系統的蒸發器，液態制冷劑在其中吸收周圍物體或介質的熱量沸騰汽化，q>0,

熔增加，即在蒸發器中工質吸收的熱量等于其燃的增加；對于制冷系統的冷凝器則與蒸發器

恰好相反，氣態制冷劑在其中向周圍介質放熱冷凝液化，q<0,焰減少，即在冷凝器中工質

放出的熱量等于其焰的減少。

(三)節流裝置

在制冷系統中，工質流經節流裝置時，由于流道截面突然縮小，需克服局部阻力而導致

壓力下降，溫度也同時下降，工質流經節流裝置所歷時間很少，可近似為絕熱的(故稱絕熱

節流)，即q=0;工質進出節流裝置時宏觀動能與重力勢能的變化都很小，可以忽略不計，節

流過程工質與外界無功交換，Ws=O。因此，由式(「2-3)可得

hl=h2

可見，工質經歷絕熱節流，在節流裝置入口與出口處的焰是相等的。

綜合上述可以看出，流動工質的焰在能量轉換或轉移關系中的重要作用，焰是隨工質流

動而轉移、并由工質熱力狀態所決定的能量。

例2T已知空氣在壓縮機中被壓縮前后的壓力和比容為Pl=lbar、vi=O.845m3/kg;

P2=8bar、v2=0.175m3/kg,設在壓縮過程中每kg空氣的內能增加150kJ,同時向外界放出熱

量50kJ,壓縮機每分鐘生產壓縮空氣10kg,求：(1)壓縮過程中對每kg氣體所作容積功；

(2)每生產1kg壓縮空氣所需消耗的軸功；(3)帶動此壓縮機至少需用多大功率的電動機？

解(1)對壓縮機的壓縮過程，壓縮機內空氣和外界無質量交換，可應用閉口系能量方

程(1-2-3)求容積功,即

w=q-/^u=-50T50=-200kJ7kg

因為是放熱，所以取q=-50kJ；算得w為負值，表明容積功是壓縮功，即外界壓縮氣體作功。

(2)考慮吸氣-壓縮-排氣的全過程，空氣流經壓縮機作穩定流動，可應用穩定流動能量

方程式(『2-5)求軸功。壓縮時可忽略氣體被壓縮前后宏觀動能與重力勢能的變化。由式

(1-2-5)有

ws=q-(hg-h])=q-[(u2+p2V2)-(u1+p1vi)]

=[q-(U2-u1)]-(P2V2-P1v1)

=w-(p2V2-pivp

=-200-(8X103X0.175-1X105X0.845)X103

=-255.5kJ

(3)帶動此壓縮機所需電動機的功率，可用P=m.w(見注解)計算，由于配用電動機是將

動力傳給壓縮軸的，因此，卜.式中的功w應為壓縮機消耗的軸功Wc。故

P=m.wc=l0/60X255.5=42.6kW

因為傳動不可避免有能量損失，則P=42.6kW只是配用電動機所需功率的最小值。

注：熱力學中所說的功率：單位時間內，系統與外界通過作功交換的能量，稱為功率，用P表示。即

P=W/To因為W=m.W,而m/T=m流動工質的質量流速。所以P=m?

7

第三節熱力學第二定律及其應用

根據熱力學第一定律，可以確定熱力過程中能量轉換的數量關系。但是，遵守能量守恒

的熱力過程是否都能實現？熱力學第一定律沒有回答這個問題，即熱力學第一定律沒有指出

能量轉換的條件和方向。解決這一問題是熱力學第二定律的任務。

一、熱力學第二定律的表述

熱力學第二定律與第一定律一樣，也是事實的總結。根據熱現象不同側面的觀察結果，

得到的第二定律的具體表述各不相同。

1.第一種表述：事實證明，歷史上曾有人企圖發明的第二類永動機是不能實現的。如

果這種熱機能夠實現，其能量利用率可達100%,那是最理想的了。人們通過長期的科學實

驗和生產實踐，得到的結論是：循環工作的熱力發動機，其中工質從高溫熱源取得的熱量不

可能全部轉變為機械能，總有一部分熱量必須放給低溫熱源。這就是說，要使工質通過熱力

循環將熱能轉變為機械能，至少應有兩個溫度不同的熱源，并且能量的利用率不可能達到

100%,即第二類永動機也無法實現。依據熱功轉換的這種事實，開樂文和普朗克將熱力學第

二定律表述為：

不可能制造只從一個熱源取得熱量，使之完全變成機械能而不引起其它變化的循環發動

機。

2.第二種表述：從傳熱的角度看，熱量可以自發地、無任何條件限制地從高溫物體傳

到低溫物體。若要使熱量由低溫物體傳向高溫物體，必須消耗能量。例如，電冰箱要將從箱

內被冷藏物體（低溫物體）處吸取的熱量傳給大氣環境（相對箱內溫度是高溫熱源），就要

求冰箱壓縮機工作，通過消耗壓縮機提供的機械能才能實現。這表明熱量的傳遞具有方向性。

克勞修斯依據傳熱的方向性，將熱力學第二定律表述為：

熱不可能自發地、不付出代價地從低溫物體傳到高溫物體。

盡管熱力學第二定律還有其它表述方法，但各種表述在本質上都是一致的。各種表述都

表明自然界的自發過程具有一定的方向性和不可逆性，非自發過程的實現必須具備補充條

件，并且非自發過程中能量轉換的有效利用有一定的限度。

注：1.第一類永動機：不需外界提供能量，而能通過熱力循環不斷向外作功。這是違反熱

力學第一定律的，循環工作的熱機，要不斷向外輸出機械功，必須依靠外界不斷給系統提供

熱量，即循環對外輸出的凈功等于外界加給系統的凈熱，工質在經歷一系列的狀態變化后，

又回到初始狀態，內能的變化量為零.

2.第二類永動機：工質在作熱力循環中，只從單一的熱源取得熱量使之完全變成機械

能對外作功。它沒有違背熱力學第一定律，但違反了熱力學第二定律。

二、致冷系數與供熱系數

8

制冷循環的目的有兩種。一是致冷，即獲得需要的低溫環境；二是從低溫熱源吸熱，向

高溫熱源供熱，實現這個過程的裝置稱為熱泵，如在冬季使用的熱泵型房間空調器，就是利

用制冷循環，從溫度相對低的室外大氣環境吸熱，向溫度相對高的室內供熱，以達到取暖的

目的。第一種以致冷為目的的制冷性能系數，稱為致冷系數J第二種以供熱為目的的制冷

循環性能系數，稱為供熱系數U。它們都是利用制冷循環所得收獲與消耗之比，用于衡量有

效利用程度的高低。

若制冷循環從低溫熱源吸收的熱量用3表示，向高溫熱源放出的熱量用qi表示，消耗

的外功用3表示。根據熱力學第一定律應有

q1二qz+co(1_3_1)貝U

制冷循環的致冷系數的計算通式

收獲q2q2

=一=-------(1-3-2)

消耗coqx-q2

對于逆卡諾循環(理想循環)的致冷系數

二收獲=-2=42_襄

,一南耗一萬%-%一琦—鹿(3)

制冷循環用于供熱時，收獲是向高溫熱源放出的熱量卬，消耗的外功為3,因此供熱系數

的計算通式用加

收狹小%

H-----=---=-------(1-3-4)

消耗CDqx-q2

對于逆卡諾循環(理想循環)的供熱系數

二收獲=一一%=TH

(1-3-5)

c—消耗一力—/-TC

顯然，供熱系數與致冷系數有如下關系

U=e+1(1-3-6)

對于理想循環，則有

Rc=￡c+1(1-3-7)

例2-2冬天用一熱泵對房屋供熱，若房屋熱損失是每小時50000kJ,室外環境溫度為

-10℃,問要使房屋內部保持室溫為20℃,則帶動該熱泵所需的最小功率是多少？若直接采

用電爐供暖，則需消耗多少功率？

解當熱泵按逆卡諾循環工作時，其供熱系數最高，帶動熱泵所需功率就最小。因此，

應按逆卡諾循環計算。

現熱泵工作于T0℃和20℃兩個熱源之間，由式(1-3-5),當它按逆卡諾循環工作時，

其供熱系數為

Uc=TM(Tu-Tc)=(20+273)/[(20+273)-(-10+273)]=9,77

又由Uc=q/w=Q/W知，帶動此熱泵每小時需消耗的外功

9

W=Q./u,=50000/9.77=5118Kj

因此，帶動該熱泵所需最小功率為

P=W/T=5118/3600=1.42Kw

若直接采用電爐采暖，電爐每小時所作的功應為50000kJ,則電爐所需功率為

P'=W'/T=50000/3600=13.89kW

P'/P=9.77,可見，用熱泵供暖較之電爐要經濟得多。

第四節氣液集態變化和蒸氣的熱力性質

機械制冷與物質的氣液集態變化和蒸氣的熱力性質緊密相關。本節介紹物質氣液集態變

化的基本知識和蒸氣的熱力性質。

一、汽化與冷凝

物質集態由液態轉變為氣態，稱為汽化；反之，物質集態由氣態轉變為液態，稱為冷凝。

（一）汽化

汽化有蒸發和沸騰兩種方式。蒸發在任何溫度下都能進行，它是僅在液體表面發生的汽

化現象。沸騰是在液體表面和內部同時進行的汽化現象。在一定的壓力下，液態工質必須達

到一定溫度才能沸騰。液態工質沸騰汽化時的溫度，稱為沸點。

物質汽化需要吸收周圍環境（即周圍的物體或介質）的熱量，因而汽化對周圍環境有致

冷效應。壓縮式制冷就是讓液態制冷劑流經蒸發器沸騰汽化吸收周圍空間的熱量來致冷的。

液態工質沸騰汽化時，它向周圍環境吸收的熱量完全用于自身的集態變化。因此，在沸

騰汽化的過程中，雖然吸熱，但液態工質及其蒸氣都將保持沸點溫度不變。液態工質沸騰汽

化時吸收的熱量是潛熱。

相同壓力下，不同液態工質的沸點不同。同種液態工質，在不同壓力下的沸點溫度也不

同。工質的沸點與其壓力有一一對應的關系。例如，要求水在5℃沸騰汽化，其對應的壓力

必須是0.00989kgf7cm2才行。因此，工質在沸騰汽化時若要保持沸點溫度不變，還必須保持

與該沸點對應的壓力不變。液態制冷劑在蒸發器中進行的沸騰汽化的過程，是一種定溫和定

壓的過程。

（二）冷凝

在一定壓力下，氣態工質溫度降低到與該壓力相對應的沸點溫

度時就會冷凝液化。在整個冷凝過程中，蒸氣和冷凝的液體溫度及

對應的壓力都將保持不變，同時釋放出一定的冷凝潛熱。在同一溫

度（或壓力）下，1kg工質的冷凝潛熱與其汽化潛熱r的量值是相

等的。

二、飽和狀態

如圖1-4?1所示，密閉容器中的液體吸熱汽化時，液面上方蒸氣分子的密度將逐漸增大。

當單位時間內因汽化逸出液面的分子數與因蒸氣分子作無規則熱運動而回到液體中的分子

10

數相等，這時液體與蒸氣的質量都將不再變化，這氣液兩種集態達到動平衡的狀態，稱為飽

和狀態。

處于飽和狀態的蒸氣，稱為飽和蒸氣；處于飽和狀態的液體，稱為飽和液體；未達到飽

和狀態的液體，稱為未飽和液體。

（-—）飽和壓力和飽和溫度

在同一飽和狀態下，飽和蒸氣的壓力與飽和液體的壓力是相等的。飽和蒸氣或飽和液體

壓力，稱為飽和壓力，用PS和PB表示。

在同一飽和狀態下，飽和蒸氣的溫度和飽和液體的溫度也是相等的。飽和蒸氣或飽和液

體的溫度，稱為飽和溫度，用ts和tB表示。

工質的飽和壓力和飽和溫度有著一一對應的關系，并且，飽和溫度隨飽和壓力的增大而

升高：或者，飽和壓力隨飽和溫度的升高而增大。

液體工質只能在與其壓力相對應的飽和溫度下才能沸騰汽化；同樣，氣態工質也只能在

與其壓力相對應的飽和溫度下才能冷凝液化。

（二）濕蒸氣及其干度

在制冷系統的蒸發器和冷凝器內進行的氣液集態變化過程中，制冷劑的飽和液體與飽和

蒸氣通常是同時存在的。這種飽和蒸氣與飽和液體的混和物，稱為濕蒸氣。完全不含飽和液

體的飽和蒸氣稱為干飽和蒸氣，簡稱為干蒸氣。

濕蒸氣中飽和蒸氣的含量多少，用濕蒸氣的干度X表示。用m、.和mw分別代表濕蒸氣中

所含飽和蒸氣與飽和液體的質量，則濕蒸氣的干度

x=mv/（mv+mw）

顯然，OWxWl。當x=0,表示完全不含飽和蒸氣的液體，稱為飽和液體；當x=l時，

表示完全不含飽和液體的蒸氣，稱為干蒸氣。

制冷系統的蒸發器中，制冷劑飽和液吸熱逐漸汽化為飽和蒸氣，干度逐漸增加；而冷凝

器中，制冷劑飽和蒸氣放熱逐漸液化為飽和液體，干度逐漸減少。

（三）臨界溫度與臨界壓力

氣態工質的溫度越高，要使它液化所需的壓力也就越高。事實表明，對給定工質，當溫

度升高到超過某一特定數值后，即使壓力再大也不能從氣態液化變成液態了，而只能處于氣

態。工質這一特定溫度，稱為臨界溫度，用tc表示。與臨界溫度相對應的工質飽和壓力，稱

為臨界壓力，用Pc表示。顯然，臨界溫度與臨界壓力就分別是工質的最高飽溫度與最高飽和

壓力。在工質的狀態參數坐標圖上，與工質的臨界狀態（PC、tc）對應的狀態點，稱為臨界

點，常以C表不。

對于制冷劑，要求它的臨界溫度應遠高于環境溫度。這樣，可使制冷循環不在臨界點附

近進行，便于用常溫的空氣和水來冷卻，并能更有效地利用工質的汽化潛熱，提高制冷系統

的經濟性。如氟利昂R12：tc=112℃,pc=40.6bar;R22：tc=96℃,pc=49.2bar?它們的臨界溫度

都遠高于環境溫度。

三、過熱蒸氣與過冷液體

11

(-)過熱蒸氣

蒸氣在某壓力P下的溫度(tp)若高于該壓力所對應的飽和溫度(tp,B)時，這種蒸氣就

稱為過熱蒸氣。過熱蒸氣所處的狀態，稱為過熱狀態。

干飽和蒸氣保持飽和壓力不變，繼續定壓吸熱時，其溫度就會上升，變為過熱蒸氣。過

熱蒸氣比同壓力下干飽和蒸氣溫度高出的值，稱為過熱度，用atH表示，則

△tn=tp-tp.B(1-4-1)

在壓縮式制冷系統中，常使從蒸地器排出的制冷劑蒸氣稍過熱，然后再被壓縮機吸入壓

縮，這樣可以防止壓縮機吸入液態制冷劑，從而避免因壓縮液態制冷劑而造成的液擊沖缸事

故。

以R22為例，若制冷劑在蒸發器中沸騰深化汽化時的溫度t0=5℃,壓縮機的吸氣溫度

力=15℃,理論卜.假定壓縮機的吸氣壓力與制冷劑在蒸發器中沸騰汽化進的壓力是相等的，因

此，壓縮機的吸氣狀態處于過熱狀態。由式(1-4-1),壓縮機的吸氣過熱度為△tI4=t-

to=15-5=10℃o

(-)過冷液體

液體在某壓力P下的溫度(tp)下，若低于該壓力所對應的飽和溫度(tp,B)時，這種液

體就稱為過冷液體。過冷液體未達到飽和狀態，因而是未飽和液體。過冷液體所處的狀態，

稱為過冷狀態，或稱未飽和狀態。

飽和液體保持飽和壓力不變，繼續定壓放熱冷卻時，其溫度就會下降，變為過冷液體。

過冷液體比同壓力下飽和液體溫度所低的值，稱為過冷度，用ate表示，則

△tc=tP,B-tp(1-4-2)

在壓縮式制冷系統中，若使從冷凝器得到的制冷劑飽和液過冷，可不增加消耗壓縮功而

提高單位質量制冷量，從而提高制冷系統的經濟性。

以R12和R22作制冷劑時，若制冷劑在冷凝器中冷凝液化時的溫度tk=40℃,過冷溫度

匕=35℃,則制冷劑液體在進入節流裝置前的過冷度，由式(4-2)：△tc=tk-tG=40-35=5℃?

二、蒸氣的熱力性質圖

對制冷系統進行熱力計算，用得最多的是制冷劑的壓燃圖。壓熔圖是根據山實驗測定和

分析計算得到的有關數據和規律而繪制的工質熱力特性圖。下面介紹制冷劑壓焰圖的組成。

如圖1-4-2,制冷劑壓焰圖以焰(h)為橫坐標，壓力(p或Igp)為縱坐標制成，圖上

用不同的線簇將工質在不同狀態下的溫度、比容、嫡及蒸氣的干度同時表示出來。

1.飽和液線與干蒸氣線將圖面分為三個區：過冷液區、濕蒸氣區或飽和區、過熱蒸氣

區。

2.在壓燧圖上，代表各參數的等值線的分布情況如下：

①等壓線為水平線簇；等焰線為豎直線簇。

②等干度線為介于x=0的飽和液線與X=1的干蒸氣線之間的較陡曲線簇，所有的等干度

線都相交于臨界點C。

12

圖142

③等溫線在過冷液區為豎直線簇；在濕蒸氣區內為與等壓線重合的水平線簇；在過熱蒸

氣區內為略向右凸近似豎直的曲線簇。即同一條等溫線為一折線，自左向右由過冷液區、濕

蒸氣區到過熱蒸氣區，經歷了豎直——水平——近似豎直的轉折變化。因為無論制冷劑是沸

騰汽化，還是冷凝液化，都是既定溫又定壓的過程，并且飽和溫度與飽和壓力有?一對應的

關系，所以在濕蒸氣區內定溫線與定壓線重合。

④等比容線為自左下向右上延伸的、陡度較小的曲線簇。

⑤等嫡線為自左下向右上延伸的、陡度很大的曲線簇。

13

第二章空調器制冷原理

蒸氣壓縮式制冷、蒸氣噴射式制冷、吸收式制冷和熱電式制冷是常見的幾種制冷方式。

本章只介紹應用于房間空調器制冷技術的單級蒸氣壓縮式制冷的系統組成和它們的工作原

理。

第一節制冷劑、載冷劑與冷凍油

在制冷裝置中，不斷循環以實現制冷的工作物質，稱為制冷劑。用來輸送制冷裝置產生

的冷量的中間物質，稱為載冷劑。本節介紹壓縮式制冷常用制冷劑以及常用載冷劑的基本知

識。

一、壓縮式制冷常用制冷劑

（-）制冷劑的種類與代號

制冷劑采用其英文單詞Refrigerant的首字母R作總代號。為了避免書寫分子式的麻煩，

在字母R的后面用數字來區分不同的制冷劑。壓縮式制冷用制冷劑，按其化學結構分為四類:

1.無機化合物

現在用得最多的是氨（N%）,代號為R717,第一個數字表示無機化合物，其余兩個數

字表示該物質分子量的整數。（如蒸汽噴射式制冷用水作制冷劑，按上述規定，水的代號就

是R718）。

2.氟利昂（Freon）

氟利昂是烷燒的鹵化物，其分子通式為CmHnFxClyBr2o有兩種：R12（國內習用F12）

的分子式為CF2cb；R22（國內習用F22）的分子式為CHF2。。（二氟一氯甲烷）

3.多元混合溶液

多元混合溶液又稱混合制冷劑，是由兩種或兩種以上的氟利昂組成的混合物，混合的H

的是為了充分利用現有結構的壓縮機，改善耗能指標，擴大它的溫度使用范圍。混合制冷劑

有共沸溶液和非共沸溶液之分。

共沸溶液在固定壓力下蒸發或冷凝時，其蒸發溫度或冷凝溫度恒定不變，而且它的氣相

和液相具有相同的成分。目前用得較多的有R500（由R12和RI52a組成，R12占73.5%）、

R501（由R22和R12組成，R22占75%）等。共沸溶液與它的組成成分比較，在相同的工作條

件下，蒸發溫度降低，制冷量增大，壓縮機排氣溫度降低，熱和化學穩定性好。

非共沸溶液在固定壓力下蒸發和冷凝時，它的蒸發溫度或冷凝溫度不能保持恒定，而且

在飽和狀態下氣液兩相的組成也不相同。采用非共沸溶液作工質的制冷裝置，其冷凝壓力較

低，蒸發溫度較高，循環耗功量較小，而冷凝器排放的熱量較多。

14

4.碳氫化合物

常用作制冷劑的碳氫化合物有甲烷、乙烷、丙烷及乙烯、丙烯等。碳氧化合物目前多應

用于石油及石汕化工工業中作制冷劑。

根據標準蒸發溫度(在1個大氣壓力下的蒸發溫度)與常溫下的冷凝壓力范圍不同，又

可把各種制冷劑區分為高溫低壓制冷劑、中溫中壓制冷劑和低溫高壓制冷劑三類。見下表：

類別ts(℃)環境溫度在30C時的冷凝壓力(kPa)制冷劑舉例

高溫制冷劑(或稱>0約＜300,如R11在冷凝溫度為50℃時RU、RU3、

低壓制冷劑的冷凝壓力為235.5kPaR114、R21

中溫制冷劑(或稱-60?約在1000?3000,如在冷凝溫度為55℃R12、R22、R717、

中壓制冷劑0時的冷凝壓力，R12為1358.8kPa,R22R142、R502

的為2163.5kPa

低溫制冷劑(或稱<-60約>3000R13、R14、R503、

高壓制冷劑烷、烯

(-)對制冷劑的要求

1.熱力學性質

(1)在大氣壓力下制冷劑的蒸發溫度要低，這是一個必要條件，以獲得較低的致冷溫度。

(2)壓力適中。在蒸發器內制冷劑的壓力最好和大氣壓力相近，并稍高于大氣壓力，因

為當蒸發器中制冷劑的的壓力低于大氣壓時，外部的空氣就可能從不密封處滲入制冷系統，

將影響換熱器的傳熱效果，增大壓縮機的耗功量；對易燃易爆的制冷劑還可能引起爆炸。

為了減小制冷設備承受的壓力，降低對設備制造材料的強度要求和制造成本，避免制冷

劑向外滲漏，減少密封的困難等，制冷劑在常溫下的冷凝壓力不應過高，一般要求不超過

12~16bar?

為提高壓縮機的輸氣系數，減小壓縮機的耗功量，并降低壓縮機的排氣溫度，以利于潤

滑，要求制冷劑在給定的溫度條件下，對應的冷凝壓力和蒸發壓力比較小，絕熱指數也比較

小。

(3)臨界溫度頗高于環境大氣溫度，凝固溫度要低。便于用一般冷卻介質(水或空氣)進

行冷卻。

2.物理化學性質

(1)導熱系數和放熱系數要高，這樣能提高蒸發器和冷凝器的傳熱效率和減少它們的傳熱

面積。

(2)制冷劑的粘度和密度應盡可能小，這樣可減少制冷劑在制冷裝置中流動時的阻力，

降低壓縮機的能耗或縮小流道管徑。

(3)具有一定的吸水性。當制冷系統中滲進極少的水分時.，雖會導致蒸發溫度升高，但不

致在低溫下產生“冰寒”而影響制冷系統的正常進行。

(3)具有化學穩定性，在高溫下不分解，不易燃燒，無爆炸危險，對金屬和其它材料(如

橡膠)無腐蝕和侵蝕作用。

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(4)溶解于油的性質。制冷劑與油無限溶解時，可使潤滑油隨制冷劑滲透入壓縮機各部

件，對潤滑有利；并且在換熱器的換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱，對換熱也有利；但是，

這會稀釋潤滑油和提高蒸發溫度，并使制冷劑沸騰汽化時泡沫增多，造成蒸發器中形成蒸發

器中液面不穩定又不利。

制冷劑只微溶于油時，蒸發溫度較為穩定，制冷劑與油易于分離是有利的；而在換熱面

上易形成難于清除的油膜阻礙偉熱又是不利的。

因此，只能根據具體情況權衡利弊加以選擇，或增加附屬設備以抑制或減少不利的一面。

(5)良好的絕緣性能。電動機的線圈是與制冷劑及潤滑油直接接觸的。因此制冷劑應具

有良好的絕緣性能。此外，若含有微量雜質如灰塵等，都會使其絕緣電組顯著下降，困而使

進行閉式壓縮機的漏電增加。

(三)常用制冷劑

制冷劑標準大氣壓下臨界溫臨界壓力臨界比容標準氣壓下凝固溫

的沸騰溫度。C度。Cbar度℃

水100.0374.1522.1143.2600.0

R12-29.8112.044.1121.793-155.0

R22-40.896.04.9321.905-160.0

目前，房間空調器?般用R22作制冷劑，電冰箱一般用R12作制冷劑。R22是一種很安

全的中溫制冷劑，但毒性比R12稍大，與明火接觸，它會分解產生有毒的光氣；與鐵共存的

情況下，若溫度上升到550℃,就開始分解。

水在R22中的溶解度要比在R12中的溶解度大二三十倍，而且水與R22反應后的生成

物同樣會腐蝕金屬，因此，R22中的含水量應控制在25X10"以內。

R22在飽和狀態下的熱力性質見表2-1-1,

表2-1-1R22飽和狀態下的熱力性質

溫度絕對壓力比容熠汽化熱嫡

(℃)(Pa)液體蒸汽液體蒸汽(kj/kg)液體蒸汽

(dm'7kg)(m3/kg)(kj/kg)(kj/kg)(kj/kg?K)(kj/kg?K)

-401049500.709360.20575155.413388.611233.1980.824891.82505

-381150700.712300.18878157.537389.531231.9940.833931.82046

-361259400.715290.17348159.671390.444230.7730.842931.81600

-341376100.718320.15967161.816391,350229.5340.851911.81165

-321501100.721390.14717163.972392.249228.2770.860851.80742

-301634800.724520.13584166.139393.140227.0010.869761.80330

-281777600.727690.12556168.317394.023225.7060.878631.79928

-261929900.730920.11621170.507394.898224.3910.887481.79536

-242092200.734200.10770172.707395.764223.0570.896301.79153

-222264800.737530.09993174.919396.621221.7020.905091.78780

-202448300.740910.09284177.142397.469220.3270.913851.78416

-182642900.744360.08635179.376398.308218.9320.922591.78060

16

-162849300.747860.08041181.621399.136217.5150.931291.77712

-143067800.751430.07495183.878399.954216.0760.939971.77372

-123298900.755060.06994186.147400.761214.6140.948621.77040

-103543000.758760.06533188.426401.558213.1320.957251.76714

-83800600.762530.06109190.718402.343211.6250.965851.76395

-64072300.766370.05718193.020403.117210,0970.974421.76083

-44358400.770280.05356195.335403.878208.5430.982971.75776

-24659400.774270.05022197.662404.627206.9650.991501.75476

04975900.778340.04713200.000405.364205.3641.000001.75180

25308300.782490.04427202.351406.087203.7361.008481.74890

45657100.786730.04161204.713406.796202.0831.016941.74605

66022800.791070.03914207.089407.491200.4021.025371.74325

86405900.795490.03684209.477408.172198.6951.033791.74048

106807000.800020.03471211.877408.838196.9611.042181.73776

127226500.804650.03272214.291409.488195.1971.050561.73507

147665000.809390.03086216.719410.122193.4031.058921.73242

168122900.814240.02913219.160410.739191.5791.067261.72979

188600800.819220.02751221.615411.339189.7241.075591.72720

209099300.824310.02600224.084411.921187.8371.083901.72463

22961890