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1、空调与制冷工程,王锡,绪 论第 一 章 蒸汽压缩式制冷的热力学原理第 二 章 制冷剂和载冷剂第 三 章 制冷压缩机第 四 章 冷凝器与蒸发器第 五 章 节流机构和辅助设备第 六 章 蒸汽压缩式制冷系统第 七 章 吸收式制冷第 八 章 湿空气的性质与空气调节第 九 章 空调设备与系统 结 束 语,空气调节的定义,使空气达到所要求的状态，对于一个内部受控的空气环境（一般是指在某一特定空间或房间内），对空气温度、湿度、空气流动速度及清洁度进行人工调节，以满足人体舒适和工艺生产过程的要求，现代技术发展还要求对空气的压力、成分、气味及噪声等进行调节与控制。由此可见，采用技术手段创造并保持满足一定要求的空
2、气环境，乃是空气调节的任务。,室内空气环境所受的干扰,室内空气环境受两方面的干扰：一方面来自空间内部生产过程、设备及人体等所产生的热、湿和其它有害物的干扰；另一方面来自空间外部气候变化、太阳辐射及外部空气中的有害物的干扰。这些干扰因素有些是稳定的，有些不稳定，有些随季节变化；有的干扰因素在一定条件下会成为有利因素，如冬季的太阳辐射。对室内环境造成不利影响的热、湿及其它有害物等干扰因素就需要采取技术手段来克服它们的影响。,克服干扰的技术手段,所谓的技术手段主要是：采用换气的方法保证内部环境的空气新鲜（引入新风）；采用热、湿交换的方法保证内部环境的温湿度（夏季供冷减湿、冬季供热加湿）；采用净化的方
3、法保证空气的清洁度（加过滤除尘装置）。可见，一定空间的空气调节，并非是封闭的空气再造过程，而主要是指置换和热质交换过程。,制冷技术,制冷技术的定义制冷技术的发展制冷技术的分类制冷技术的应用制冷技术发展的负面作用,制冷技术的定义,是使某一空间或物体的温度低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术,制冷技术的发展,随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展 利用天然冷源,制造人工冷源,天然冷源的应用,主要指冬季储藏的天然冰和夏季使用的深井水天然冰公元前:埃及人；中国人；希腊人和罗马人深井水 在夏季，深井水温低于环境温度，可以用来防暑降温，或者作为空调冷源使用。深井水特别适用于夏
4、季室内空调温度和湿度要求不是很低，而冷量却很大的场合纺纱、织布车间但深井水的大量抽汲和使用，可使井水枯竭，地层下沉，如上海采用“冬灌夏用”,天然冷源的优缺点,具有价廉和不需要复杂技术设备的优点具有较高的省能性和经济性，可节省制冷能耗但数量和温度毕竟有一定限度，使用有一定条件天然冰的采集、运输、储存比较麻烦，受时间、地区等条件限制，而且不易用来大量获取低于0温度而深井水的使用，也受地区条件、温度条件的限制,人造冷源(机械制冷)的应用(一),1748年，苏格兰，库仑。乙醚蒸发会引起温度的下降1755年，苏格兰，库仑(W.Cullen)。在真空罩下利用乙醚蒸发制得了少量冰，并发表了液体蒸发制冷真正意
5、义的现代制冷技术开始1834年，美国人波尔金斯（Perkins）试制成功了人力转动的用乙醚为工质的制冷机世界上第一台制冷机，人工制冷技术才进入了一个飞速发展的时代。1834年，法国，珀尔帖(Peltier)热电制冷即珀尔帖效应（20世纪初）半导体制冷1844年，约翰.高里在美国费城试作了封闭循环的用空气为工质的可用来制冰和冷却空气的机器。,人造冷源(机械制冷)的应用(二),1852年美国人开尔文（Kelvin）证明用逆卡诺循环可以制冷的理论19世纪50年代，试制第一台氨水吸收式制冷机1875年，德国人卡尔林德(Linde)制作了第一台氨压缩式制冷装置蒸气喷射式制冷机是在1890年以后才发展起来
6、，1910年左右，莱兰克(Maurice Lehlanc)在巴黎发明了蒸气喷射式制冷系统20世纪初绝热去磁法逐步发展起来1945年，试制成第一台溴化锂吸收式制冷机。,实现制冷的途径分类,相变制冷气体膨胀制冷热电制冷固体绝热去磁法涡流管制冷氦稀释制冷,熔解升华气化液体气化法,蒸气压缩式制冷蒸气吸收式制冷蒸气喷射式制冷吸附式制冷,蒸气压缩式制冷,被广泛的应用于冰箱、空调等制冷装置中它主要有压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器等组成,蒸气压缩式制冷装置示意图,蒸气吸收式制冷,蒸气吸收式制冷机是用吸收器、溶液泵、发生器等部件代替蒸气压缩式制冷机中的压缩机吸收式制冷机中工质为双工质，即制冷剂-吸收剂工质对，
7、通常为氨-水或溴化锂-水吸收式主要用于空调和工业工艺制冷,蒸气吸收式制冷装置示意图,蒸气喷射式制冷,用喷射器取代压缩式制冷机中的压缩机高温高压蒸气进入喷射器中的喷嘴后高速喷出形成真空状态蒸发器中的气态制冷剂被吸引，与高速喷射气流汇合后进入喷射器的扩压室，并使流速降低，压力升高，然后经冷凝器、膨胀阀返回蒸发器。主要以水作为工质,蒸气喷射式制冷装置示意图,喷嘴,吸入室,扩压管,吸附式制冷,固体吸附剂对制冷剂气体具有吸附作用，且其吸附能力随吸附剂温度不同而不同。脱附时，释放制冷剂气体，并使之冷凝为液体；吸附时，吸附剂吸收制冷剂使之蒸发产生制冷作用这就是吸附式制冷原理,太阳能沸石-水吸附制冷系统示意图
8、,蒸发器,气体膨胀制冷,气体膨胀制冷是利用高压气体绝热膨胀或绝热放气使气体温度降低而实现的最早的高压气体膨胀制冷是压缩空气制冷机，理想循环是由两个定熵过程和两个定压过程组成的循环与压缩蒸气制冷循环的最大区别是其制冷是靠吸收显热(而不是潜热)实现的主要缺点是制冷量不大,简单空气压缩式制冷系统,热电制冷（半导体制冷）,1834年法国人珀尔帖(Peltier)发现珀尔帖效应：在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电，就会使一个接触点变冷，另一个变热纯金属珀尔帖效应很弱半导体制冷：不用制冷剂，无机械传动部分，灵活性大，冷热端可互换，体积和功率可很小，效率太低,半导体制冷原理（温差电制冷）,冷端吸热
9、,热端放热,铜导体,固体绝热去磁法,1904年兰热文首先指出顺磁物质磁极化强度的变化会伴随温度相反的变化。1926年德拜和乔克分别指出顺磁盐的绝热去磁会使其温度降低。1933年乔克及马克杜卡尔进行了绝热退磁的首次实验，他们当时达到了0.25K的超低温。磁制冷是利用磁性物质的磁热效应来完成磁制冷循环的。任一系统的冷却过程都是系统有序程度的增加或熵减少的过程。磁性物质是由原子或具有磁矩的磁离子组成的结晶体，它有一定的热运动或热振动。,(a)(b)(c),磁制冷的基本原理,无磁场时，结晶体内磁矩取向无规则，此时熵较大。（图a）有磁场(磁化)时，磁矩沿磁场方向择优取向。等温条件下，则导致工质熵的下降，
10、有序度增加，向外界排热。（图b）若磁场强度减弱，由于磁离子的热运动，其磁矩又趋于无序，在熵增加和等温条件下，工质从外界吸热(制冷)（图c）把磁性物质在磁场作用下绝热磁化时升温、绝热退磁时降温的物理现象称为磁热效应磁制冷的基本原理,制冷范围分类,不同的制冷方法适用于获取不同的温度，根据低温的温度要求，把制冷范围分为三个区间：普通制冷范围（简称“普冷”）：低于环境温度-120（153K）深度制冷范围（简称“深冷”）：-120-253（153K20K）低温制冷范围：-253接近-273（20K接近0K）在空调和食品冷藏，及一般所要求的用冷温度，均属普冷范围，使用最广泛的方法是液体气化法蒸气压缩式、吸
11、收式及蒸气喷射式制冷,制冷技术的应用,空气调节方面食品冷藏方面生产工艺方面低温和超低温方面其它方面,制冷技术应用之空气调节,用来降低空气的温度和含湿量，分两种形式：1）舒适性空调：主要是满足人对环境温湿度的要求。如高温车间、医院、会堂、影剧场、宾馆、住宅以及各种交通工具空气调节等。2）工艺性空调：主要是为满足生产工艺和检测等对环境温湿度的要求。纺织、印刷、电子元件、光学仪器、精密机床等车间和检测、计量室等都需要有恒温、恒湿的空气环境；飞机发动机、航空仪表、电气设备甚至一些军事武器弹药，都应在一定的温湿度条件下进行性能试验。,制冷技术应用之食品冷藏,食品冷藏链：食品从采集加工冷冻、冷藏运输贮藏零
12、售消费者等各环节均需保持在低温环境冷加工设备、冷冻库、冷藏库冷藏运输工具：冷藏汽车、火车、船，冷藏集装箱销售：冷冻、冷藏商品陈列柜单位和家庭的存放：家用电冰箱、冰柜以防食品变质保证其质量平衡食品的季节性、地区性生产与全年耗用间的矛盾,制冷技术应用之生产工艺,某些产品，例如合成橡胶、合成纤维、气体液化、石油裂解和脱脂，以及如甲烷、乙烯等许多重要化工原料的提取等，都要利用制冷装置为其提供低温工艺条件(20-120)，以保证生产过程顺利进行。电子工业中，许多电子元、器件需要在低温或恒温环境中工作，以提高性能。计算机储能器、多路通讯、雷达、卫星地面站等电子设备需要在低温下工作。大规模集成电路、光敏器件
13、、功率元件、高频晶体管、激光倍频发生器等电子元件的冷却需要应用制冷技术。,制冷技术应用之低温和超低温,低温技术的应用，首先是由于金属和合金在低温下具有“超电导”的特性所引起。例如，金属铅在低于7.26 K时，其电阻几乎等于零；而锌的超导转变温度是0.79K。这样，制造低温超导电缆对大功率（100万千瓦以上）输电很有经济价值。利用低温超导的强大电流，也为制造强大磁场提供了可能。此外现在科学的许多部门，如宇宙空间的模拟、高真空的获得、半导体激光、红外线探测等也都离不开低温制冷技术。,制冷技术应用之其它方面,医疗卫生方面某些药品的生产，血浆、疫苗及某些特殊药品的低温保存，器官组织的冷藏，低温麻醉、切片、手术和治疗，高烧患者的冷敷降温等。土木工程方面在工程中如遇到含水的泥沙，可以利用制冷方法在施工地段的周围造成冻土围墙，以防止水分渗入混凝土固化时会释放反映热时的冷却体育事业方面冰上运动有冰球、速滑、花样滑冰、冰上舞蹈等国防工业、航天技术、科学研究以及农牧业等方面,制冷行业发展的负面作用,能源消耗惊人，占全年总能耗的2530%上海、北京家用空调拥有量已超过 1 台/家制冷剂对环境的破坏，对臭氧层的破坏氟利昂（CFC）臭氧减少1%，紫外线辐射量将增加2%促使人的病患增多，如皮肤癌、白内障等增加温室效应危害生物，破坏生态平衡,
