第1章制冷與空調(diào)技術的基礎知識

1、第1章 制冷與空調(diào)技術的基礎知識,制冷和空調(diào)是相互聯(lián)系而又彼此獨立的兩個領域。為了使某一物體或某一區(qū)域的溫度低于環(huán)境溫度，并維持所需的低溫，就需要不斷地從其中取出熱量，并轉移到周圍介質(zhì)中去，這個過程就是制冷過程。而空調(diào)就是利用制冷技術對空氣的溫度、濕度等進行調(diào)節(jié)。因此要掌握電冰箱和空調(diào)器的原理與維修，就必須了解制冷與空調(diào)的基本原理，熟悉制冷與空調(diào)的熱力學知識。,1.1 制冷與空調(diào)熱工知識,1.1.1 溫度 溫度在宏觀上

2、是描述物體冷熱程度的物理量；溫度在微觀上標志物質(zhì)內(nèi)部大量分子熱運動的激烈程度。,溫度計 測量溫度的儀器叫溫度計。當溫度計與物體之間不再有熱量傳遞，或者說達到熱平衡時，溫度計的指示值不再變化，此時溫度計的指示值就是被測物體的溫度。 溫度計的種類很多，常見的有液體溫度計（如水銀溫度計、酒精溫度計等）、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、比色高溫度計。,2. 溫標 測量溫度的標尺稱為溫標，工程上常用

3、的溫標又可以分為3種：熱力學溫標、攝氏溫標和華氏溫標。 （1）熱力學溫標。又稱開爾文溫標或絕對溫標，符號為T，單位為K；熱力學溫標是在一個標準大氣壓下定義純水的冰點溫度為273.16K，沸點溫度為373.16K，其間分為100等份，每等份稱為絕對溫度1度（1K）。,（2）攝氏溫標。又叫國際溫標，符號為t，單位為°C；在一個標準大氣壓下，把純水的冰點溫度定為0°C，沸點溫度定為100°C，其間分成1

4、00等份，每一等份就叫1°C。若溫度低于0°C時，應在溫度數(shù)字前面加“(”號。 （3）華氏溫標。其符號本書用θ表示，單位為°F。華氏溫標是在一個標準大氣壓下把純水的冰點溫度定為32°F，沸點溫度定為212°F，其間分成180等份，每一等份就叫1°F。 （4）3種溫標之間的關系如圖1.1所示。3種溫標的換算關系：t = T(273.16 " T

5、( 273（°C）θ = 9/5t +32（°F）T = t +273.16 " t + 273（K）,圖1.1 3種溫標的關系,,1.1.2 壓力 工程上常把單位面積上受到的垂直作用力叫做壓力，壓力的法定單位是Pa（帕）。大氣壓力是指地球表面的空氣對地面的壓力；在工程上為使用方便和計算方便，把一個大氣壓按0.98×105Pa來計算，稱為一個工程大氣壓，即1個工程大氣壓為0

6、.98×105Pa。除了法定單位外，還有幾種常見的非法定單位，此處不加闡述。,壓力有絕對壓力、表壓力和真空度之分。絕對壓力是指被測流體的實際壓力，用P絕表示；當絕對壓力高于大氣壓力（用B表示）時，壓力計的示數(shù)叫做表壓力，用P表表示；而系統(tǒng)抽真空時壓力計的示數(shù)叫做真空度，用P真表示，它們之間的關系是：P絕= P表+ B， P真= B -P絕,1.1.3 濕度和露點 空氣是由干空氣和水蒸氣兩部分組成的

7、。在一定溫度下，空氣中所含水蒸氣的量達到最大值，這種空氣就叫做飽和空氣。當空氣未達到飽和時，空氣中所含水蒸氣的多少用濕度來表示，濕度常用絕對濕度、相對濕度、含濕量、露點來表示。,絕對濕度與相對濕度 單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，叫做空氣的絕對濕度，單位為kg/m3。而相對濕度是指在某一溫度時，空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量與同一溫度下空氣中的飽和水蒸氣質(zhì)量之百分比。在實際中直接測空氣所含水分質(zhì)量較困難，由于空氣中水分產(chǎn)生的壓力在

8、100℃以下時與空氣中含水量成正比，從而可用空氣中水蒸氣產(chǎn)生的壓力表示空氣中的絕對濕度。飽和空氣的絕對濕度與溫度有關，溫度高（低），飽和空氣的絕對濕度大（?。虼?，在空氣中水蒸氣含量不變的情況下，可降低溫度以提高空氣的相對濕度。空氣中的絕對濕度與相對濕度的關系是：,,相對濕度可用由兩支完全相同的溫度計組成干、濕球溫度計來測量。其中一支溫度計叫干球溫度計，用來測量空氣溫度；另一支叫濕球溫度計，其下端包著棉紗且浸在水中。由于水分的蒸發(fā)，濕

9、球溫度總是低于干球溫度。如圖1.2所示。 空氣相對濕度越小，水越容易蒸發(fā)，干、濕球溫差越大；反之，空氣相對濕度越大，干、濕球溫差就越小。不同溫度下的飽和水蒸氣壓力如表1.1所示。,圖1.2 濕球溫度測試,,表1.1 不同溫度下的飽和水蒸氣壓力,2. 含濕量與露點 在實際應用中，一般不使用絕對濕度，而使用“含濕量”這一概念。1kg干空氣所含

10、水蒸氣的質(zhì)量，叫做空氣的含濕量，其單位是g/kg。在含濕量不變的條件下，空氣中水蒸氣剛好達到飽和時的溫度或濕空氣開始結露時的溫度叫露點。在空調(diào)技術中，常利用冷卻方式使空氣溫度降到露點溫度以下，以便水蒸氣從空氣中析出凝結成水，從而達到干燥空氣的目的?？諝獾暮瑵窳看螅穆饵c溫度就高，物體表面也就容易結露。,1.1.4 飽和溫度與飽和壓力 液體沸騰時維持不變的溫度稱為沸點或稱為在某一壓力下的飽和溫度；而與飽和溫度相對應的

11、某一壓力稱為該溫度下的飽和壓力。飽和溫度和飽和壓力都是隨著相應的壓力和溫度的增大而升高，一定的飽和溫度對應著一定的飽和壓力。如在一個大氣壓（約0.1MPa）下水的飽和溫度為100℃；水在100℃時的飽和壓力為一個大氣壓，而在0.048MPa的絕對壓力下，水的飽和溫度為80℃，即80℃時水的飽和壓力為0.048MPa。飽和溫度和飽和壓力對制冷系統(tǒng)有重要的意義。在蒸發(fā)器中，制冷劑液體在（與蒸發(fā)器內(nèi)壓力相對應的）飽和溫度下進行吸熱、沸騰；

12、而在冷凝器中，制冷劑蒸氣的冷凝溫度即是所處壓力下的飽和溫度。在整個凝結過程中，盡管蒸氣還是不斷受到冷卻，但飽和溫度始終維持不變（因冷凝器內(nèi)壓力不變）。,1.1.5 臨界壓力與臨界溫度當飽和氣體的溫度不變，壓力升高，比容值減小，隨著壓力的不斷升高，氣態(tài)的比容值逐漸接近液態(tài)的比容；當壓力增加到一定值時，氣態(tài)和液態(tài)之間就沒有明顯的區(qū)別了，這種狀態(tài)叫做臨界狀態(tài)。此時所對應的壓力和溫度分別叫做臨界壓力、臨界溫度。在臨界溫度以上的氣態(tài)，無論加多

13、大的壓力都不能使它液化。因此，對于制冷劑來說，為了使制冷劑在常溫下能夠液化，其臨界溫度應較高一些。,1.1.6 物態(tài)變化1. 物質(zhì)的狀態(tài) 在自然中，物質(zhì)的狀態(tài)通常是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。在一定的條件下，這3種物態(tài)之間可以相互轉化，此轉化過程叫做相變。物態(tài)變化與熱量轉移如圖1.3所示。物質(zhì)從固態(tài)變成液態(tài)叫融解（熔解），融解過程要吸收熱量；而物質(zhì)從液態(tài)變成固態(tài)叫凝固，凝固過程會放出熱量。物質(zhì)從固態(tài)變成氣態(tài)叫升華，升華過程要吸收熱量；而從氣

14、態(tài)變成固態(tài)叫凝華，凝華過程會放出熱量。物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)叫汽化，汽化過程要吸收熱量；而物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)叫液化，液化過程會放出熱量。,圖1.3 物態(tài)變化與熱量轉移,,2. 汽化 汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。蒸發(fā)是只在液體表面進行的汽化現(xiàn)象，它可以在任何溫度和壓強下進行。沸騰是在液體表面和內(nèi)部同時進行的強烈汽化，沸騰時的溫度叫沸點。在一定的壓強下，某種液體只有一個與壓強相對應的確定沸點，壓強增大沸點升高，壓強減小沸點降低。因此，在制冷設

15、備中常用調(diào)節(jié)制冷劑的沸騰壓強來控制制冷溫度。在相同的壓強下，不同的物質(zhì)具有不同的沸點。如在標準大氣壓下，水的沸點是100°C；氟里昂12（R12）的沸點是-29.8°C，在制冷行業(yè)中，習慣上把沸騰稱為蒸發(fā)，同時把沸騰器、沸騰溫度和沸騰壓強分別叫做蒸發(fā)器、蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力。,3. 液化 氣體液化的方法是將氣體的溫度降到臨界溫度以下，并且增大壓力。每種物質(zhì)都有自己特定的臨界溫度和臨界壓力。如果某種氣態(tài)物

16、質(zhì)的溫度超過它的臨界溫度，無論怎樣增大壓力，都不能使它液化。 如果蒸氣跟產(chǎn)生這種蒸氣的液體處于平衡狀態(tài)，這種蒸氣叫做飽和蒸氣。飽和蒸氣的溫度、壓力分別叫飽和溫度、飽和壓力。一定的液體在一定溫度下的飽和氣壓是一定的。但隨著溫度的升高（或降低），飽和氣壓及飽和蒸氣的密度一般會隨著增大（或降低）。而在空氣含濕量不變的情況下，將空氣的溫度降到露點，未飽和蒸氣也就變成飽和蒸氣。因此，在制冷裝置中常利用制冷劑的飽和溫度與飽和壓力一一

17、對應的特性，通過調(diào)節(jié)壓力來調(diào)節(jié)溫度。,1.1.7 過熱度與過冷度 在壓力不變的前提下，如果對飽和蒸氣進行加熱，當溫度超過飽和溫度時，蒸氣的比容將會增大，這種情況叫做過熱，超過的溫度叫過熱度。同樣地，在壓力不變的情況下，對飽和液體進行進一步的冷卻，飽和液體的溫度將會低于飽和溫度，這種情況叫做過冷，溫度差值即叫做過冷度。過熱度與過冷度都是與同壓力下的飽和溫度相比較而得來的。 電冰箱中為了限制節(jié)流氣化，從冷凝器出

18、來的液態(tài)制冷劑應進一步降溫，使其過冷；而為了防止液擊，氣態(tài)制冷劑進入壓縮機前，應吸熱升溫，使其成為過熱蒸氣。因此常常將毛細管和壓縮機低壓回氣管套在一起，使低壓回氣管中的低溫低壓干飽和蒸氣狀態(tài)的制冷劑與毛細管中的高壓常溫飽和狀態(tài)的制冷劑進行熱交換，一方面降低了節(jié)流前制冷劑的溫度，使之變成比飽和溫度低的過冷液，另一方面又讓蒸發(fā)器流出來的低溫低壓干飽和蒸氣吸收熱量，變成為低溫低壓的過熱蒸氣，這樣就大大提高了制冷系統(tǒng)的制冷量。,1.1.8 熱

19、量熱量是能量變化的一種量度，表示物體在吸熱或放熱過程中所轉移的熱能。熱量有顯熱和潛熱兩種形式。,顯熱 顯熱是指物質(zhì)在只改變溫度而不改變其狀態(tài)的過程中所轉移的熱量，如水的溫度從20°C升至80°C，這時水吸收的熱量為顯熱。,2. 潛熱 潛熱是指物質(zhì)在只改變狀態(tài)（如熔解、液化等），而不改變溫度的過程中所轉移的熱量。如將100°C的水變?yōu)?00°C的水蒸氣時，需要吸收的

20、熱量。依據(jù)物態(tài)變化,潛熱可分為汽化潛熱、液化潛熱、熔化潛熱和凝固潛熱等。,在實際應用中，潛熱與顯熱的關系如圖1.4所示。 圖1.4 顯熱與潛熱的關系,,3. 潛熱與顯熱的關系,熱量的法定單位是J（焦），非法定單位是cal（卡）。英美等國家常用Btu和MBH作為熱量單位，它們之間的關系是：1J=0.2388cal, 1cal=4.1868J, 1Btu=252ca

21、l，1MBH=103Btu,1.1.9 焓與熵1. 焓 熱能是物質(zhì)分子所具有的動能與位能的總和，而物質(zhì)分子在各種狀態(tài)下都在不停的運動，所以物質(zhì)總是含有一定的熱量，只是所處狀態(tài)不同時，所含熱量不同而已。1kg的物質(zhì)在某一狀態(tài)時，所含的熱量稱為該物質(zhì)的焓。符號為H，單位為kJ/kg。制冷工質(zhì)在系統(tǒng)中流動時，其內(nèi)能和外功總是同時出現(xiàn)的，因此焓可以轉化成熱力計算。,焓的物理意義是指以特定溫度作為起點的物質(zhì)所含的熱量。例如，通常

22、把水在壓力為101325Pa，溫度為0°C時的焓定義為零。把0°C的R12和R134a液態(tài)制冷劑的焓值規(guī)定為200kJ/kg。焓隨制冷劑的狀態(tài)、溫度和壓力等參數(shù)的變化而變化。當對制冷劑加熱或做功時，焓就增大，反之，制冷劑被冷卻或蒸氣膨脹向外做功時，焓就減小。,2. 熵 熵和焓一樣，也是描述物質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)，它是從外界加進1kg物質(zhì)（系統(tǒng)內(nèi)）的熱量Q與加熱時該物質(zhì)的絕對溫度T（K）之比，用S表示，其關系式

23、為：S = Q/T（kJ/kg）熵值也是復合狀態(tài)參數(shù)，它只與狀態(tài)有關，而與過程無關，在一定的狀態(tài)下，制冷劑的熵值是確定的。熵不需要計算絕對值。由于絕對溫度T永遠是正值，故熱量的變化ΔQ與熵的變化ΔS符號相同。工質(zhì)吸熱，ΔQ為正值，工質(zhì)的熵值必然增加，ΔS也為正值。反之工質(zhì)放熱（被冷卻）ΔQ為負值，工質(zhì)的熵減少，ΔS也為負值。因此，根據(jù)制冷過程中熵的變化，就可判斷出工質(zhì)與外界之間熱流的方向。,1.1.10 制冷量 電

24、冰箱或空調(diào)器進行制冷運行時，單位時間從密閉空間或區(qū)域移走的熱量叫制冷量，因此制冷量的單位是瓦（W，1W=1J/s）或千瓦（kW）。空調(diào)器銘牌上所標的制冷量，叫名義制冷量，它是在規(guī)定的標準工況下所測得的制冷量。不同國家所規(guī)定的空調(diào)標準工況不一樣。我國房間空調(diào)器的標準測試工況為：室內(nèi)側，干球溫度27.0°C，濕球溫度19.5°C；室外側，干球溫度35°C，濕球溫度24°C。外國空調(diào)器測試的標準工況與我

25、國的不同。因此，名義制冷量相同的空調(diào)器，其實際制冷能力未必完全相同。,1.1.11 能效比 在壓縮機的制冷量與其運行時所消耗的功率之比叫效能比，也叫性能系數(shù)。能效比是反映壓縮機能耗的一項重要指標。,1.2 制冷與空調(diào)基本原理1.2.1 制冷方法 根據(jù)制冷產(chǎn)生的環(huán)境溫度的不同，制冷技術大致可分為普通制冷（環(huán)境溫度到(153.15°C）、深度制冷（(153.15°C到(253.1

26、5°C）、低溫和超低溫制冷（(253.15°C到接近絕對零度，即(273.15°C）3種。電冰箱和空調(diào)器中的制冷屬普通制冷。制冷的方法很多，所獲得的低溫溫度范圍也不同。普通制冷常用的制冷方法有相變、節(jié)流、膨脹、渦管、電熱制冷等。,相變制冷 物質(zhì)在狀態(tài)變化過程中，如熔解、汽化和升華等，都要吸收熱量，因此都有制冷作用。利用相變制冷，系統(tǒng)所能達到的溫度取決于物質(zhì)相變的溫度，而系統(tǒng)所獲得的制冷量，取決

27、于該物質(zhì)的相變潛熱。為了連續(xù)獲得一定的制冷量，使系統(tǒng)保持所要求的低溫，就必須不斷補充相變物質(zhì)。而相變物質(zhì)的補充方式有單向和循環(huán)兩種方式，固體熔解和升華屬單向制冷，液體汽化可實現(xiàn)循環(huán)制冷，因為汽化后的相變物質(zhì)可采用一定方法使之重新液化，供循環(huán)使用。由于汽化、液化的潛熱很大，因而制冷能力很強。,目前，廣泛采用的相變循環(huán)制冷方式有下面兩種： （1）蒸氣壓縮制冷循環(huán)。將蒸發(fā)器出來的蒸氣冷卻加壓后，重新冷凝為液體，然后再蒸發(fā)，如此

28、不斷循環(huán)，這就是蒸氣壓縮制冷循環(huán)。電冰箱和家用空調(diào)器采用這種制冷方式。蒸氣壓縮制冷循環(huán)原理如圖1.5所示。將制冷用的工質(zhì)充灌在一個密封的系統(tǒng)內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)節(jié)流裝置節(jié)流降壓后，在蒸發(fā)器中等壓汽化吸熱，變?yōu)榈蜏亍⒌蛪赫魵?，然后?jīng)過壓縮機絕熱壓縮成高溫高壓蒸氣，最后在冷凝器中液化放熱，并再進入節(jié)流裝置，從而完成一個制冷循環(huán)。,圖1.5 蒸氣壓縮制冷循環(huán),,（2）吸收式制冷循環(huán)。吸收式制冷循環(huán)利用熱源所提供的熱能，使工質(zhì)產(chǎn)生循環(huán)，其工作原理如

29、圖1.6所示。它用吸收器和發(fā)生器等部件代替壓縮機，并采用兩種工質(zhì)，低沸點的工質(zhì)稱制冷劑，高沸點工質(zhì)稱吸收劑，而其他部件的作用和原理與蒸氣壓縮制冷循環(huán)基本相同。,圖1.6 吸收式壓縮制冷循環(huán),,吸收式制冷循環(huán)存在兩個循環(huán)回路，它的工作過程為：液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流裝置節(jié)流降壓后，在蒸發(fā)器中等壓蒸發(fā)吸熱，變?yōu)榈蛪骸⒌蜏氐闹评鋭┱魵夂筮M入吸收器，被吸收劑強烈吸收，形成高濃度的制冷劑溶液，并放出溶解熱。制冷劑溶液由泵送入發(fā)生器中，被熱源加熱升溫，產(chǎn)

30、生高壓制冷劑蒸氣，送到冷凝器中冷凝成液態(tài)制冷劑，而發(fā)生器中剩下的稀溶液經(jīng)減壓后又回到吸收器中。,2. 節(jié)流制冷 一定壓力的流體在管內(nèi)流動過程中，若管子的某一部分的橫截面積突然縮小，則流體會由于局部的作用而降壓，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流，節(jié)流后流體溫度會降低。因此，節(jié)流后的低溫氣體可以作為制冷源，而且節(jié)流降溫還可能使氣體液化。,3. 膨脹制冷 高壓氣體絕緣膨脹一方面可以降低溫度，產(chǎn)生制冷作用；另一方面膨脹過程還會

31、對外做功，回收能量，提高制冷裝置的效率。氣體在節(jié)流與膨脹過程都有降溫制冷作用，但氣體絕熱節(jié)流制冷的初溫必須低于轉換溫度，而氣體絕熱膨脹后溫度總是降低的。因此實際應用中常根據(jù)需要來選擇適當?shù)闹评浞绞健＠?，在高溫高壓或高溫中壓時，通常選用絕熱膨脹制冷；而在溫度較低時，采用節(jié)流制冷效果較好；至于氣體液化，往往將兩種方法結合起來，組成氣體液化系統(tǒng)。,1.2.2 電冰箱的基本工作原理1. 制冷循環(huán)過程 電冰箱一般常使用R1

32、2作制冷劑，并廣泛采用蒸氣壓縮制冷方式，它的制冷循環(huán)包括節(jié)流、蒸發(fā)、壓縮和冷凝4個過程。而蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥是蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的4個必不可少的基本部件，如圖1.7所示。,圖1.7 蒸氣壓縮制冷系統(tǒng),,1. 除露管 2. 干燥過濾器 3. 冷凝器4. 蒸發(fā)器 5. 毛細管 6. 回氣管 7. 壓縮機 8. 排氣管,（1）蒸發(fā)過程。蒸發(fā)過程是在蒸發(fā)器中進行的。液態(tài)制冷劑在蒸

33、發(fā)器中蒸發(fā)時吸收熱量，使其周圍的介質(zhì)溫度降低或保持一定的低溫狀態(tài)，從而達到制冷的目的。蒸發(fā)器制冷量大小主要取決于液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)量的多少。氣態(tài)制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器時不發(fā)生相變，不產(chǎn)生制冷效應，因而應限制毛細管的節(jié)流汽化效應，使流入蒸發(fā)器的制冷劑必須是液態(tài)制冷劑。另外，蒸發(fā)溫度愈低，相應的制冷量也略為降低，并會使壓縮機的功耗增加，循環(huán)的制冷系數(shù)下降。,（2）壓縮過程。壓縮過程在壓縮機中進行，這是一個升壓升溫過程。壓縮機將從蒸發(fā)器流出的

34、低壓制冷劑蒸氣壓縮，使蒸氣的壓力提高到與冷凝溫度對應的冷凝壓力，從而保證制冷劑蒸氣能在常溫下被冷凝液化。而制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮后，溫度也升高了。,（3）冷凝過程。冷凝過程在冷凝器中進行，它是一個恒壓放熱過程。為了讓制冷劑蒸氣能被反復使用，需將蒸發(fā)器流出的制冷劑蒸氣冷凝還原為液態(tài)，向環(huán)境介質(zhì)放熱。冷凝器按工作過程可分為冷卻區(qū)段和冷凝區(qū)段。冷凝器的入口附近為冷卻區(qū)段，高溫的制冷劑過熱蒸氣通過冷凝器的金屬盤管和散熱片，將熱量傳給周圍的空氣，并

35、降溫冷卻，變成飽和蒸氣。冷凝器的出口附近為冷凝區(qū)段，制冷劑由飽和蒸氣冷凝為飽和液體放出潛熱，并傳給周圍空氣。,（4）節(jié)流過程。電冰箱的節(jié)流閥是又細又長的毛細管。由于冷凝器冷凝得到的液態(tài)制冷劑的冷凝溫度和冷凝壓力要高于蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力，在進入蒸發(fā)器前需讓它降壓降溫。液態(tài)制冷劑通過毛細管時由于流動阻力而降壓，并伴隨著一定程度的散熱和少許的汽化，因此節(jié)流過程是一個降壓降溫的過程。節(jié)流汽化的制冷劑量越大，蒸發(fā)器中的制冷量就越少，因而必須減少節(jié)

36、流汽化。,,2. 回熱制冷循環(huán) 為了限制節(jié)流汽化，從冷凝器出來的液態(tài)制冷劑應進一步降溫，使其過冷。為了防止液擊，氣態(tài)制冷劑進入壓縮機前就吸熱升溫，使其成為過熱蒸氣。為此，在循環(huán)管路上加熱交換器，使從冷凝器流出來的溫度較高的液態(tài)制冷劑，同蒸發(fā)器流出來的溫度較低的氣態(tài)制冷劑進行熱交換，從而使液態(tài)制冷劑過冷，氣態(tài)制冷劑過熱，該過程稱為回熱制冷循環(huán)，如圖1.8所示。,圖1.8 回熱制冷循環(huán),,采用回熱制冷循環(huán)不但可以提高系統(tǒng)的

37、性能，使制冷循環(huán)能正常進行，而且還能回收冷凝器的部分熱量，提高系統(tǒng)的效率。 電冰箱制冷系統(tǒng)并不加設專門的回熱器，而是將蒸發(fā)器出口的低溫蒸氣管（俗稱回氣管）與冷凝器出口的凝液管（俗稱供液管）用隔熱保溫材料包扎在一起，使氣、液兩管緊密接觸交換熱量達到回熱目的。,1.2.3 空調(diào)器的基本工作原理 空調(diào)器的基本功能是調(diào)節(jié)房間空氣的溫度和濕度。依據(jù)系統(tǒng)的用途的不同，空調(diào)分為工藝性空調(diào)和舒適性空調(diào)。舒適性空調(diào)的基

38、本工況為制冷、制熱和除濕。,制冷工況 空調(diào)器要不斷把房間內(nèi)的多余熱量轉移到室外，使室內(nèi)溫度保持在一個較低的范圍內(nèi)。它包括兩個循環(huán)——制冷循環(huán)和空氣循環(huán)。（1）制冷循環(huán)?？照{(diào)器采用蒸氣壓縮制冷循環(huán)方式，它包括壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)4個熱力過程，如圖1.9所示。制冷劑經(jīng)節(jié)流降壓后，在室內(nèi)側的蒸發(fā)器中等壓蒸發(fā)，吸收潛熱，變成低溫低壓的蒸氣，然后經(jīng)過壓縮機壓縮，變成高溫高壓的蒸氣，最后在室外側的冷凝器中冷凝成液體，放出潛熱

39、。如此周而復始，不斷循環(huán)。小型空調(diào)器節(jié)流裝置為毛細管，大、中型空調(diào)器節(jié)流裝置為膨脹閥。,圖1.9 空調(diào)器的制冷循環(huán),,（2）空氣循環(huán)?？諝庋h(huán)是利用機內(nèi)電風扇強迫室內(nèi)、室外空氣按一定路線對流，以提高換熱器的熱交換效率?？照{(diào)器的空氣循環(huán)包括室內(nèi)空氣循環(huán)、室外空氣循環(huán)和新風系統(tǒng)。下面以窗式空調(diào)為例，說明這3種循環(huán)。室內(nèi)空氣循環(huán)如圖1.10所示。室內(nèi)空氣從回風口進入空調(diào)器，通過濾塵網(wǎng)后，進入室內(nèi)側蒸發(fā)器進行熱交換，冷卻后再吸入離心風扇，冷風

40、最后由送風口吹回到室內(nèi)。,圖1.10 室內(nèi)空氣循環(huán),,室外空氣循環(huán)和室內(nèi)空氣循環(huán)是彼此獨立的兩個循環(huán)系統(tǒng)，這兩個循環(huán)系統(tǒng)用隔板隔開。室外空氣從空調(diào)器左右兩側的進風口進入，經(jīng)風扇吹向室外側的冷凝器，熱交換后的熱空氣從空調(diào)器的背后的出風口排到室外。為了使空調(diào)房間與室外交換新鮮空氣，多數(shù)窗式空調(diào)器設有排氣門和新風門，如圖1.11所示。通過操作空調(diào)器面板上的開關，可吸入新鮮空氣，或?qū)⑹覂?nèi)混濁空氣排出室外。,圖1.11 窗式空調(diào)器新風系統(tǒng),

41、,2. 制熱工況 空調(diào)器制熱方式有兩種：一種是電熱，即電流通過電熱絲發(fā)熱；另一種是熱泵制熱，即氣態(tài)制冷劑冷凝放熱。在制冷循環(huán)中，冷凝器進行的冷凝過程是一個放熱過程，蒸發(fā)器內(nèi)進行的蒸發(fā)是一個吸熱過程，如果將室內(nèi)側的蒸發(fā)器改作冷凝器，而將室外側的冷凝器改作蒸發(fā)器，空調(diào)器就從制冷狀態(tài)轉變?yōu)橹茻釥顟B(tài)，而熱泵型空調(diào)器就是根據(jù)這個原理設計的，如圖1.12所示。空調(diào)器制冷系統(tǒng)中，加一個電磁四通換向閥，以切換高低壓制冷劑在管道中的流向，

42、使空調(diào)器既能制冷，又能制熱。,圖1.12 熱泵型空調(diào)器運行原理,,3. 除濕工況 空調(diào)器在制冷工況時，蒸發(fā)器盤管表面的溫度往往低于空氣的露點溫度，因而室內(nèi)循環(huán)空氣流經(jīng)蒸發(fā)器時，空氣中的水蒸氣就會冷凝成水，落在積水盤上，排出室外，從而使室內(nèi)空氣的含濕量降低。所以，空調(diào)器制冷運行時兼有除濕作用。但由于室內(nèi)空氣含濕量減少，絕對濕度降低，并不等于相對濕度也降低。而影響舒適性空調(diào)質(zhì)量的濕度指標是相對濕度而不是絕對濕度，因而有些空

43、調(diào)器增加了獨立除濕功能。,1.3 制冷劑與冷凍油1.3.1 制冷劑 1. 制冷劑的概念 制冷劑又稱為工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中完成循環(huán)并通過其狀態(tài)的變化以實現(xiàn)制冷的工作介質(zhì)。如果把壓縮機當成制冷系統(tǒng)的心臟，則制冷劑可視為血液。國際上規(guī)定可作為制冷劑的物質(zhì)都以R為縮寫字頭后綴以數(shù)碼表示，如：氨用R717表示，氟里昂用R12表示。,2. 制冷劑的分類一般依據(jù)制冷劑在冷凝器中冷凝壓力的高低將制冷劑分為3類：（1）低溫

44、高壓制冷劑。冷凝壓力大于2MPa，正常汽化溫度低于(70°C。主要有R13, R14和R503等，適用于低溫制冷裝置及復疊式制冷的低溫部分。（2）中溫中壓制冷劑。冷凝壓力在0.3～2MPa之間，正常汽化溫度介于0°C～(70°C之間。主要有R12, R22和R502等，適用于電冰箱及中、小型空調(diào)器。（3）高溫低壓制冷劑。冷凝壓力在0.2～0.3MPa之間，正常汽化溫度大于0°C。主要有R11,

45、 R21, R113和R114等，多用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式壓縮機（大賓館的中央空調(diào)）。,3. 制冷劑的性能（1）物理性能。 臨界溫度比環(huán)境溫度高，在常溫或普通低溫下可冷凝成液體，因為制冷循環(huán)的冷凝溫度如果接近臨界溫度，節(jié)流損失就很大，制冷循環(huán)的經(jīng)濟性能勢必不好；在制冷溫度范圍內(nèi)，制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力應稍高于大氣壓，以免空氣漏入制冷系統(tǒng)；冷凝壓力不能過高，一般不超過1.5～2.2MPa，以免設備過于笨重，壓縮

46、機功耗太大。同時，冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比也不能過大，以免壓縮機排氣溫度過高；凝固溫度盡可能低，以便獲得更低的蒸發(fā)溫度；單位容積制冷量要大，以提高壓縮機的能效比，減少設備的體積；導熱系數(shù)要高，以提高熱交換器的效率；粘度和密度要小，以減少制冷劑在流動過程中的能量損耗；能與潤滑油互溶或混合，而且不影響潤滑油的潤滑性能和電氣性能，也不降低制冷劑本身的熱力學性能。,（2）化學性能。化學穩(wěn)定性好，在高溫下不分解；對金屬和其他材料無腐蝕作用；與冷凍油

47、不發(fā)生化學反應。（3）安全性能。在一般條件下，不燃燒，不爆炸，無毒，無臭，無味，不污染環(huán)境。（4）經(jīng)濟性能。價格低廉，易于購買、儲運。,1.3.2 常用制冷劑 目前，能夠用做制冷劑的物質(zhì)有80余種，常用的不過10多種，而電冰箱、空調(diào)器常用的制冷劑有R12, R22, R502以及環(huán)保型制冷劑。1. R12（CHCl2F2 ，二氟二氯甲烷） 它是甲烷的衍生物，屬于中壓制冷劑，主要用

48、于中、小型制冷設備。它無色、無味、不燃燒、不爆炸，對人體危害較少。R12在一般情況下是無毒的，對金屬也無腐蝕作用，只在溫度達400℃以上并與明火接觸時，才分解出有毒的光氣；如空氣中R12的含量超過 25％～30％時，兩小時后也會使人窒息。R12的特點是極易溶于油而不易溶于水，同時滲透力強。溶解于油，使?jié)櫥托阅芙档?，不易溶解于水，就容易使系統(tǒng)水分結冰，堵塞調(diào)節(jié)閥與管道，而且當氟里昂含有水分時，對金屬有很大的腐蝕性。R12還能溶解多

49、種有機物質(zhì)，所以不能用一般的橡膠密封墊。 R12在一個大氣壓下，沸點為-29.8°C，凝固點為-115°C。,2. R22（CHCLF2，二氟一氯甲烷） 它是氫原子的甲烷衍生物，在相同蒸發(fā)壓力下，R22蒸發(fā)溫度和冷凝溫度比R12要低。R22無色、無味、不燃燒、不爆炸、毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷劑。R22溶于油并稍溶于水，但仍屬于不溶于水的物質(zhì)。R22對金屬與非金屬的作用與R12相似，其泄漏

50、特性與R12相似，同樣需要系統(tǒng)密封性能高。,3. R502 它是由48.8%的R22和51.2%的R12組成的一種混合溶液，沸點是(45.6°C，使用溫度是-60°C～-20°C。這種由兩種或兩種以上制冷劑按一定比例相互溶解而成的具有一定沸點的制冷劑叫做共沸溶液制冷劑。其在一定壓力下，有一定的蒸發(fā)溫度，而且液相和氣相的成分是恒定的。,R502兼有R22與R12的優(yōu)點，使用R502的壓縮

51、機排氣溫度約比使用R22的低10°C～15°C，單位容積制冷量比R22高。在蒸發(fā)溫度和冷凝溫度相同的情況下，R502的吸入壓力高，壓縮機的壓縮比小，制冷系數(shù)大，在低溫工況時，R502的制冷量比R22大；蒸發(fā)溫度若高于0℃，則R502的制冷量反而比R22小。R502的溶油性比R22差。R502多用在低溫的制冷系統(tǒng)。若用于小型空調(diào)器中，則須對制冷系統(tǒng)進行必要的改進。R502雖然價格較貴，但因其性能優(yōu)良，已逐漸代替R22。

52、,4. 新型制冷劑代替劑 由于R12, R22和R502均屬低氯化氟化碳類物質(zhì)，其分子中都含有氯原子，會破壞臭氧層，引起地球的“溫室效應”，并且分子中氯原子數(shù)越多，破壞作用越強。因此，1992年哥本哈根國際會議規(guī)定：發(fā)達國家從1996年1月1日起禁用R12，從2020年1 月1 日起禁用R22，而發(fā)展中國家的禁用期允許推后10年。尋找CFCs的最佳替代物是世界性的熱點研究課題。,（1）R12的替代物。比較成熟的有兩類

53、：一類是氫氟烴，以R134a為代表；另一類是丙烷和丁烷形成的烴。美國、日本及我國部分企業(yè)主張使用R134a。這種物質(zhì)不會破壞臭氧層，無毒，不可燃，物化性質(zhì)也與R12相近；但它具有使全球變暖的溫室效應，而且不溶于礦物油，須選用新的與R134a兼溶的酯類潤滑油，并且要對壓縮機、熱交換器等制冷零部件的設計做相應的改動。歐洲國家普遍主張使用烴類制冷劑，有的用丙烷和丁烷各50%的混合物替代R12，有的用R600a（異丁烷）替代R12等。（2）R

54、22的替代物。氫氟烴類物質(zhì)不破壞臭氧層。經(jīng)過反復實驗篩選，發(fā)現(xiàn)用R32/R134a的混合物替代R22，不但熱力性能更好，又可節(jié)能，而且電氣絕緣性能比R22更好，因而使空調(diào)器整機性能有所提高。但它僅對聚酯類潤滑油有兼溶性，而且這種兼溶性還受添加劑的種類、數(shù)量的影響。,1.3.3 冷凍油 壓縮機所有運動零部件的磨合面必須用潤滑油加以潤滑，以減少磨損。制冷壓縮面所使用的潤滑油叫做冷凍機油，簡稱冷凍油。冷凍油還把磨合面的摩

55、擦熱能——磨屑帶走，從而限制了壓縮機的溫升，改善了壓縮機的工作條件。壓縮機活塞與氣缸壁、軸封磨合面間的油蠟，不僅有潤滑作用，而且有密封作用，可防止制冷劑的泄漏。,冷凍油的性能與要求 冷凍油與制冷劑有很強的互溶性，并隨制冷劑進入冷凝器和蒸發(fā)器，因此，冷凍油既要對運動部件起潤滑和冷卻作用，又不能對制冷系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。所以，冷凍油的物理、化學、熱力性質(zhì)應滿足下列要求。,（1）黏度適當。黏度是表示流體黏滯性大小的物理量。黏度

56、分為動力黏度和運動黏度兩種，黏度隨溫度的升高而降低，隨壓力的增大而增大。黏度是冷凍油的一項主要性能指標。因此，冷凍油通常是以運動黏度值來劃分牌號的，不同制冷劑要使用不同黏度的冷凍油。如R12與冷凍油互溶性強，使冷凍油變稀，應使用黏度較高的冷凍油。制冷系統(tǒng)工作溫度低，應使用黏度低的冷凍油；制冷系統(tǒng)工作溫度高，應使用黏度高的冷凍油。轉速高的往復式壓縮機及旋轉式壓縮機應使用黏度高的冷凍油。,（2）濁點低于蒸發(fā)溫度。冷凍油中殘留有微量的石蠟，當

57、溫度降到某個值時，石蠟就開始析出，這時的溫度稱為濁點。冷凍油的濁點必須低于制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)溫度，因為冷凍油與制冷劑互相溶解，并隨著制冷劑的循環(huán)而流經(jīng)制冷系統(tǒng)的各有關部分，冷凍油析出石蠟后，會堵塞節(jié)流閥孔等狹窄部位，或存積在蒸發(fā)器盤管的內(nèi)表面，影響傳熱效果。,（3）凝固點足夠低。冷凍油失去流動性時的溫度稱為凝固點，其凝固點總比濁點低。冷凍油的凝固點必須足夠低，以R12和R22為制冷劑的壓縮機，其冷凍油的凝固點應分別低于(30°C

58、和(40°C。冷凍油中溶入制冷劑后，其凝固點會降低。如冷凍油中溶入R22后，其凝固點會降低15°C～30°C。,（4）閃點足夠高。冷凍油蒸氣與火焰接觸時發(fā)生閃火的最低溫度，叫做冷凍油的閃點。冷凍油的閃點應比壓縮機的排氣溫度高20°C～30°C，以免冷凍油分解、結炭，使?jié)櫥阅芎兔芊庑阅軔夯?。使用R12和R22為制冷劑壓縮機，其冷凍油閃點應在160°C以上；而在熱帶等高溫環(huán)境下使

59、用的空調(diào)器，其冷凍油閃點宜在190°C以上。（5）化學穩(wěn)定性好。冷凍油在與制冷劑、金屬共存的系統(tǒng)中，若溫度比較高，則會在金屬的催化作用下，發(fā)生分解、聚合、氧化等化學反應，生成具有腐蝕作用的酸。因此，化學穩(wěn)定性好的冷凍油，其含酸值比較低。,（6）雜質(zhì)含量低。制冷劑、冷凍油溶液中若混入微量水分，則會加速該溶液的酸化作用，使制冷系統(tǒng)出現(xiàn)有害的鍍銅現(xiàn)象，并使壓縮機的電機絕緣性能降低。因此，1kg冷凍油中含水應低于40mg。冷凍油在生

60、產(chǎn)過程中雖然經(jīng)過嚴格的脫水處理，但它有很強的吸水性，因此冷凍油存儲中要做好容器的密封工作，勿讓其長時期與空氣自然接觸。冷凍油中若含有機械雜質(zhì)，則會加速運動機件的磨損，并引起油路堵塞。所以，冷凍油不含機械雜質(zhì)。,（7）絕緣性能好。封閉式壓縮機的電機繞組及其接線柱與冷凍油直接接觸，因此，要求冷凍油有良好的絕緣性能。純凈冷凍油的絕緣性能一般都很好，但是，若油中含有水分、塵埃等雜質(zhì)，則其絕緣性能就會降低。冷凍油的絕緣性能用擊穿電壓來表示。擊穿電

61、壓測定的方法為：將冷凍油倒入裝有一對2.5mm間隙的電極的玻璃容器內(nèi)，電極通電后逐漸升高電壓直到冷凍油的絕緣被破壞而發(fā)出激烈的響聲，此時的電壓值就是這種油的擊穿電壓。冷凍油的擊穿電壓要求在25kV以上。,2. 冷凍油的選用（1）牌號選擇。目前，我國生產(chǎn)的冷凍油主要有5種，其牌號按運動黏度來標定，黏度越大，標號越高。不同牌號的冷凍油不能混用，但可以代用。代替原則是：高標號冷凍油可代替低標號冷凍油，而低標號冷凍油不能代替高標號冷凍油。使用

62、R12做制冷劑的壓縮機可采用HD -18號冷凍油；使用R22做制冷劑的壓縮機可采用HD -25號冷凍油。,（2）質(zhì)量判斷。從冷凍油外觀可以初步判斷其質(zhì)量的優(yōu)劣。當冷凍油中含有雜質(zhì)或水分時，其透明度降低；當冷凍油變質(zhì)時，其顏色變深。因此，可在白色干凈的吸墨紙上滴一滴冷凍油，若油跡顏色淺而均勻，則冷凍油質(zhì)量尚可；若油跡呈一組同心圓狀分布時，則冷凍油內(nèi)含有雜質(zhì)；若油跡呈褐色斑點狀分布，則冷凍油已變質(zhì)，不能使用。優(yōu)質(zhì)冷凍油應是無色透明的，使用一

63、段時間后會變成淡黃色，隨著使用時間的延長，油的顏色會逐漸變深，透明度變差。,習題1,1. 簡述3種溫標的定義及相互關系。2. 什么是空氣的絕對濕度？什么是空氣的相對濕度？二者的關系如何？3. 什么叫飽和溫度和飽和壓力？飽和溫度和飽和壓力對制冷系統(tǒng)有何意義？4. 什么叫制冷量？什么叫名義制冷量？名義制冷量與實際制冷能力相同嗎？5. 簡述普通制冷方法的工作原理。6. 簡述電冰箱的基本工作原理。7. 簡述空調(diào)器的基本工作原理，并比