中央空调制冷原理.ppt

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1、1,制 冷 原 理,B,A,A,B,C,C,S,E,D,压力,焓,F,2,课程内容,第一部分：制冷剂第二部分：逆卡诺循环及相关术语第三部分：制冷循环过程分析,3,1.过冷液体区 焓差=1 Lb x(212-32)=1802.混合区-饱和区 焓差=1 Lb x(气化潜热)=9703.过热气体区 焓差=1 Lb x(252-212)X 0.45=18,温度-F,32,212,252,100%饱和液体,显热,潜热过程,显热,180,970,18,100%饱和气体,焓-BTUs/Lb.,1,2,3,水 的 特 性,4,制 冷 剂,当前使用最多的是那些制冷剂？它们有什么优点？水也可以用作制冷剂，然而它的

2、饱和压力太低，并且在320F时会结冰制造商选择制冷剂当前我们是如何使用制冷剂的？,5,制 冷 剂 应 有 的 特 性,不燃和无毒 高压侧压力应不至于要求过高的结构强度 低压侧压力应高于大气压 汽化潜热大 较小的比容 液态比热小 易于检测系统渗漏点 与常用润滑剂相容 传热系数和黏度应有利于传热 易于获得、成本低、易于处理 对系统常用的金属材料无腐蚀,6,应具有,不希望,成本低,易于获取,无毒,不燃,较大的汽化潜热,对温度有限制,需要很低的压力,大的比容,最可取的制冷剂应该有以下特征：,氟化烃已经成为最普通的市场选择,7,三个注意要点：,可燃性,毒性(人体健康),CL,H,F,Side CL+F,

3、Interior CL+F+H,该类制冷剂的组成如下：,碳(基本成分)+,H,Cl,F的化合物,如右图三角形所示,Side H+F,Side H+CL,氟 化 烃 类 制 冷 剂,8,CL,含Cl量越多，毒性越强,含H量越多，易燃性越强,H,F,R-12,R-11,含Cl和F的量的越多，完全被卤化(大气寿命长)；,R-123,R-22,R 134a,Target Zone,制 冷 剂 性 质,9,常 用 制 冷 剂,R-11 CCL3F 淘汰R-12 CCL2F2 将淘汰R-22 CHCLF2 将淘汰R-134a CF3CH2F 替代品R-123 CHCL2CF3 替代R-11 R-410A

4、CH2F2/CHF2CF3 替代R-22R-717 Ammonia NH3 工业应用,74.9 F,-21.6 F,-41.4 F,-15.1 F,82.2 F,-62.9 F,-28 F,制冷剂,化学方程式,沸点,备 注,10,制冷剂,关于制冷剂的名词：CFCHCFCHFC制冷剂要考虑以下指标：制冷系数COP臭氧破坏指数ODP温室效应指数GWP,11,R-22,Pressure,Enthalpy,Saturated Vapor,Saturated Liquid,制冷剂-压焓图,过冷区,过热区,液态饱和区,气态饱和区,左边是液态饱和线 右边是气态饱和线液态饱和线左边是过冷区 气态饱和线右边是过

5、热区拱形曲线以内区域为气液混合区 温度在临界点以上为过热蒸气,临界点,12,等压力线与横坐标平行 psia,见本节末的 R-22表,Pressure,Enthalpy,等焓线与纵坐标平行 btu/lb,在曲线内部饱和温度线与压力线平行,等温线在过冷区与纵坐标平行,等温线在过热区向下倾斜,等比容线Specific volume在过热区向上倾斜 ft3/lb,等焓线Constant entropy在过热区向上倾斜(理想压缩),40F,120F,Entropy,Specific Volume,Temp.,40F,120F,40F,制冷剂-压焓图-过热区,压力,焓,13,课程内容,第一部分：制冷剂第二

6、部分：逆卡诺循环及相关术语第三部分：制冷循环过程分析,14,逆卡诺循环,15,循环的吸热量q0=TL(S1-S4)循环的放热量 q2=TH(S3-S2)=-TH(S1-S4)HqWS制冷剂完成一个循环 H0，净功为制冷系数,16,逆卡诺循环 逆卡诺循环的制冷系数仅是工质温度的函数，与工质无关。在相同温度区间工作的制冷循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最大。制冷循环中，高温下放热量大于低温下吸热量。,17,1-2 可逆绝热压缩过程 Ws=H2 H1 kJ/kg2-4 等压冷却、冷凝过程 q2=H4-H2kJ/kg4-5 节流膨胀过程 H5=H44-1 等压、等温蒸发过程 q0=H1 H5 kJ/kg

7、制冷系数,焓值：查图、表或计算,18,若制冷剂的“制冷能力”为Q0 kJ/h，那么，制冷剂的循环量为 压缩机消耗的功率,19,课程内容,第一部分：制冷剂第二部分：逆卡诺循环及相关术语第三部分：制冷循环过程分析,20,蒸发器,冷凝器,压缩机,热气管,吸气管,热力膨胀阀,液体管,制 冷 循 环,21,机 械 制 冷 循 环,SDT=122,SCT=120,40F SET,38F SST,Pressure,Enthalpy,吸收热量,释放热量,焓,压力,运用机械压缩，热交换和制冷剂循环,典型的循环低温吸热高温放热,22,膨胀过程为某种装置控制,Press,通过阀门的膨胀过程被称为节流,节流过程制冷剂

8、与外界没有热交换,制冷剂进出节流阀的前后焓值没有变化,274.6,83.21,45.71,40F,Enthalpy,膨 胀 过 程,节流装置：-热力膨胀阀-手动阀-毛细管-其他固定的节流装置-浮阀,蒸发器,23,在“A”点进入膨胀阀(274.6 psi,120 F 饱和温度,45.71 焓),274.6,A-液态,120F饱和温度,B,在“B”点离开膨胀阀(83.21 psi,40 F 饱和温度,45.71焓),40F饱和温度,83.21,45.71,Pressure,Enthalpy,制冷剂蒸发“从D到B”(21.42 到 45.71 Btu/lb 在 40 F 时),108.14,C,D,

9、蒸发所需热量来自制冷剂,液体被冷却“从A 到 D”(120 F 到 40 F 饱和温度，21.42 焓),40F液态,%F.G.（闪蒸汽率）=24.29/86.72=28.0%,21.42,24.29,86.72,通过阀门时闪发气体的过程,24,在蒸发器中，热量由空气传递给制冷剂,Temperature,B,C,制冷剂通过蒸发器,空气,Q=U x A x MTD,制冷剂在B点进入蒸发器，在C点离开,制冷剂温度基于C点,平均温差(MTD),制 冷 剂 温 度,制冷剂温度,通过蒸发器的过程,出口温差,热交换,25,1,2,3,A,B,C,COIL PD,蒸 发 器 闪 发 气 体,制冷剂在“1”点

10、进入蒸发器在蒸发器进口处闪发气体量为“A”制冷剂在“2”点离开蒸发器盘管压降(1-2)由于盘管压降的闪发气体量为“B”总的闪发气体量=“C”C=(A+B),如果盘管没有压降，制冷剂应在“3”点进入盘管进入盘管闪发的气体量就应该是“C”如果我们直接用制冷剂离开盘管时的温度，闪发出的气体是一样的，但简化了计算。,26,制冷剂混合物在(B)点(45.71 Btu/lb)进入盘管,274.6,B,制冷剂在（C）点(108.14 Btu/lb)变成100%蒸气,83.21,45.71,制冷效果“refrigeration effect”为(111.0-45.71)=65.29Btu/lb,108.14,

11、C,D,40F液态,21.42,闪蒸汽,制冷效果=65.29,制冷剂被过热150F 到(C)点(111.00 Btu/lb),C,111.0,55F,A-液态,120F饱和温度,40F饱和温度,焓,压力,制 冷 效 果,27,28,蒸气在C点离开蒸发器 40 F，83.21 psi,274.6,吸气管损失20F(C)到(S),83.21,吸气管压降=(83.21-80.34)=2.87 psi,108.14,蒸气在S点进入压缩机 38 F，80.34 psi,C,111.0,S,80.34,吸 气 管 的 压 降,焓,压力,40F饱和蒸发温度,38F饱和吸气温度,蒸发器,吸气管,29,压缩机具

12、备两种功能：1)抽出蒸发器里面制冷剂气体,2)提高制冷剂的温度和压力并将其压入冷凝器,如果压缩机抽气量大于蒸发器蒸发量，蒸发器压力和温度将下降,压 缩 机,冷凝器,蒸发器,压缩机,如果压缩机抽气量小于蒸发器蒸发量，蒸发器压力和温度将上升,30,压缩机对蒸气作功,功变成热，添加到蒸气中(压缩热),一般工况下压缩热=1.0BHP/ton,制冷工况下压缩热=3.0BHP/ton,H of C,S,Superheat,压缩机排出的是过热制蒸气,Saturated Vapor,175 F,D,S,D,220 psia,80 psia,80 psia,60 F,220 psia,175 F,压 缩 热,3

13、1,蒸气在D点离开压缩机 122 F&，129.24 btu/lb,274.6,通过排气管时温度降低2 F(D)到(D),热气管压力损失=(281.71-274.60)=7.11 psi,D,蒸气在D点进入冷凝器 120 F&129.24 Btu/lb,D,80.34,281.71,129.24,冷凝器,D,D,排 气 管 压 力 损 失,1220F饱和排气温度,1200F饱和压缩温度,热气管,焓,压力,32,估 算 压 缩 机 排 气 点,理想压缩沿等熵线进行(S)到(1),(1)点焓=126.5 btu/lb,现假定压缩效率为85%,129.24 hd 和281.71 psi 压力线交点=

14、压缩机排气点,D点的焓Hd=111.0+(126.5-111.0)/0.85=129.24,D,111.0,S,80.34,281.71,1,126.5,129.24,压缩机排气温度 200 F,200 F,1220F饱和排气温度,380F饱和制冷温度,焓,压力,33,(S)点压缩机吸气压力=80.34 psia,(D)点压缩机排气压力=281.71 psia,压缩比C.R.=(281.71/80.34)=3.5,压缩比=排气压力/吸气压力,D,S,80.34,281.71,压 缩 比,1220F饱和排气温度,380F饱和吸气温度,焓,压力,34,D,E,A,首先，冷凝器排出气体的过热(D-E

15、)，蒸气变成饱和(E),除过热,然后，制冷剂蒸气被冷凝(E-A)，蒸气变成饱和液体(A),最后，液体被过冷150F(A-A),A,129.24,112.78,45.71,40.85,120 F,105 F,D,E,A,A,冷 凝 过 程,；,过冷,冷凝,压缩,35,蒸气在(D)点进入冷凝器 274.60 psia,D,274.60,264.60,理想冷凝到(1)点并过冷到(2),1,2,45.71 Btu/lb,实际冷凝到(A)点 并过冷到(A),A,A,实际冷凝过程通常有10psi压降,117.1 F,44.76,(45.71-44.76)=0.95 Btu/lb,从(1)点到(A)点，损失

16、过冷 0.95 btu/lb,假设理想压缩线-足够接近,SCT=120 F,ALT=105 F,SC=15 F,ALT=ActualLiquid Temp,冷 凝 过 程,；,36,制冷剂的温度必须高于冷凝介质(通常为水或空气)的温度,制冷剂冷凝时释放出热量,制冷剂蒸气冷凝时的饱和温度称为“饱和冷凝温度(SCT)”,消 除 过 热,冷 凝 过 程,过 冷,冷凝温度,流过冷凝器的空气,流过冷凝器的制冷剂,通过冷凝器的过程,热交换过程,进口温差,出口温差,温 度,37,过冷液态制冷剂在(A)点离开冷凝器 105 F，40.85 btu/lb,274.6,液管损失20F 从(A)点到(5)点,83.

17、21,40.85,液管压力损失=(274.6-267.63)=6.97 psi,过冷液态制冷剂在(5)点进入节流阀TXV 105 F，40.85 btu/lb,A,267.63,5,液 管 的 压 力 损 失,焓,压力,1200F饱和冷凝温度,以1180F饱和温度进入节流阀,液管,冷凝器,为了达到较好的节流效果，进入节流阀入口的制冷剂必须处于焓湿图的液态区域。,38,120F SCT,45.71,40F SET,111.0,无过冷,%flash gas=(45.71-21.42)/(108.14-21.42)=28.0%制冷效果=(111.0-45.71)=65.29 Btu/lb,21.42

18、,40.85,108.14,RE=65.29,有过冷,%flash gas=(40.85-21.42)/(108.14-21.42)=22.4%制冷效果=(111.0-40.85)=70.15 Btu/lb,RE=70.15,无须增加功耗，提高循环效率(45.71-40.85)=4.86 Btu/lb,15F SC-Typical,105F,129.4,过 冷 的 影 响,39,COP=(循环输出/循环输入)COP=(制冷效果/压缩热)COP=70.15/(129.4-111.0)=3.81 COP一般介于3.0-6.0之间热泵的COP=(制冷量+压缩热)/压缩热;冷量和热量都是有用的输出;热泵的COP=(70.15+18.4)/18.4=4.81,性 能 系 数 COP,40,D,典 型 循 环 总 结 R-22,和下一页对应的点比较,41,CONDENSER,A,A,B,C,C,S,D,D,E,F,蒸发器,吸气管,压缩机,液管,膨胀阀,热气管,冷凝器,42,R-22过热图R-22饱和表,附 录,43,44,45,46,