空调技术基础培训第一章制冷原理

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空调技术基础培训

第一章制冷原理

Shenzhen McQuay Air Conditioning Co., Ltd.

2Shenzhen McQuay

R&D 系列培训 -- 制冷原理

一、基本定律和概念

热力学第一定律：即能量守恒定律

Q = ΔU + W

其中： Q 从外界吸入的热量 ΔU 内能的增量 W 外界所作的功

热力学第二定律：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。

基本定律

3Shenzhen McQuay


基本概念1. 温度：标志物体冷热的程度 t ( )= T (K) - 273.15℃ t F= 9/5 t + 32°℃

2. 压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强） Pa ， MPa ， bar, kgf/cm2 ， psia(g) 表压 = 绝对压力 - 大气压力真空度 = 大气压力 - 绝对压力

3. 焓： H=U+pV 工质内能与推动功的和 J 1kg 工质的焓称为比焓 J/kg 4. 比容：单位质量物质所占的容积 kg/m3

5. 比热 : 单位质量物质升高 1 ℃ 吸收的热量

J/kg℃ ， Btu/lb. º F 6. 干度：两相区中的工质气体的比份无量纲

4Shenzhen McQuay

R&D 系列培训 -- 制冷原理单位转换

5Shenzhen McQuay


制冷机

高温热源 Tc（环境）

低温热源 To（被冷却对象）

Qc

Qo

Wε =Qo

W(COP)

根据热力学第一定律： Qo + W = Qk

=Qo

To

Qk

Tk

根据热力学第二定律：

二、制冷机热力学基本原理

= 1 +W

Qo

Tk

To

所以

1

Tk / To - 1εc =即

（理论工质、可逆循环）

实际制冷机的 ε (COP) 达不到 εc

存在效率因素 η= ε/ εc

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压焓图：

1. 等压线2. 等焓线3. 等温线4. 等熵线5. 等容线6. 等干度线

1

2

34

5

6

三、压焓图温熵图

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温熵图：

1. 等压线2. 等焓线3. 等温线4. 等熵线5. 等容线6. 等干度线

3

4

1 25

6

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四、单级蒸汽压缩式制冷的理论循环

理论循环组成： 1. 压缩机

2. 冷凝器 3. 节流装置 4. 蒸发器 1

2

3

4

9Shenzhen McQuay


1

2

3

4

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：

a. 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气 (1) 是处于蒸气压力下的饱和蒸气；b. 离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体 (3) 是处于冷凝压力下的饱和液体；c. 压缩机的压缩过程 (1-2) 为等熵压缩；

qk

10Shenzhen McQuay


d. 制冷剂通过膨胀阀节流 (3-4) 时，其前、后焓值相等；e. 制冷剂在蒸发 (4-1) 和冷凝 (2-3) 过程中没有压力损失；f. 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；g. 制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。

1

2

3

4

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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图 1-4 中各状态点及各个过程叙述：

点 1 表示制冷剂进入压缩机的状态。

它是对应于蒸发温度 t0 的饱和蒸气。

根据压力与饱各温度的对应关系，

该点位于 p0 的等压线与饱和蒸气线（ χ=1 ）的交点上。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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点 2 表示制冷剂排出压缩机的状态，也就是进冷凝器时的状态。

过程线 1-2 表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（ s1=s2 ），压力由蒸发压力 p0 升高到冷凝压力 pk 。

因此该点可通过 1 点的等熵线和压力为 pk 的等压线的交点来确定。

由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点 2 表示过热蒸气状态。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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点 3 表示制冷剂出冷凝器时的状态。

它是与冷凝度 tk 所对应的饱和液体。

过程线 2-2’-3 表示制冷剂在冷凝器的冷却（ 2-2‘ ）和冷凝（ 2’-3 ）过程。

由于这个过程是在冷凝压力 pk 不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点 2‘ ），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点 3 ）。

因此，压力 pk 的等压线和 χ=0 的饱和液体线的交点即为点 3 的状态。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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点 4 表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。

过程线 3-4 表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。

在这一过程中，制冷剂的压力由 pk 降到 po ，温度由 tk 降到 to 并进入两相区。

由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示 3-4 过程。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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过程线 4-1 表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。

由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿等压线 po 向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。

这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点 1 ，从而完成一个完整的理论制冷循环。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示

1

2

3

4

2

3

4

2‘

1

s3 s4 s1

T

s

Td

Tk

To

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根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为

Q + P = qm (h2 - h1)

Q 和 P 是单位时间内加给系统的热量和功

qm 是流进或流出该系统的稳定质量流量

h 是比焓

下标 1 和 2 分别表示流体流进和离开系统的状态点

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算

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1. 节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功， Q = 0 ， P = 0 ，故 P = 0 = qm (h4 – h3) h4 = h3

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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2. 压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量 Q = 0 ，故

P0= qm (h2 - h1) 式中 (h2 - h1) 表示压缩机每压缩并输送 1kg 制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用 w0 表示。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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3. 蒸发器被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量 Q0 ，因为蒸发器不作功，P = 0 ，故

Q0 = qm (h1 – h4) = qm (h1 – h3)

式中 (h1 – h4) 称为蒸发器单位热负荷，用 q0 表示。它表示 1kg 制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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4. 冷凝器假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为 Qk ，因为冷凝器不作功，P = 0故

Qk = qm (h2 – h3) 式中 (h2 – h3) 称为冷凝器单位热负荷，用 qk 表示。它表示 1kg 制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

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5. 制冷系数

按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示

ε0 =

23

4

2‘

1

h4 h1 h2

p

hq0 w0

pk

p0

qk

=h1 – h3

h2 - h1

q0

w0

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R&D 系列培训 -- 制冷原理六 . 实际制冷循环的压焓图表示

p

h

空调技术基础培训 第一章 制冷原理

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