空调系统冷热源.ppt

空调系统冷热源,什么是空调冷热源,1.家用空调系统,家用空调制冷原理,制冷循环系统：,冷凝器,压缩机,（压缩）,外界空气,（高温高压蒸气）,高压液体,节流装置（节流降压）,蒸发器,室内空气,低压液体,低压蒸气,高温高压蒸气,2.中央空调制冷系统,中央空调制冷系统,中央空调制冷系统,中央空调制冷系统,中央空调器制冷循环系统（三个）：制冷剂循环系统冷冻水循环系统冷却水循环系统,制冷设备有：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及一些 辅助设备。,空调系统冷热源,冷热源指根据条件需要能够提供大量冷量、热量的机械设备。例如：大型建筑中 冷源指：冷水机组供冷 热源指：锅炉供热,空调冷热源工程,提纲一、冷源设备二、热源设备三、冷热水机组四、冷热源辅助设备五、空调冷热源的选择与评价,一、冷源设备,1.制冷剂：（1）制冷剂：是制冷系统中的制冷工质，在制冷系统中，在低温下蒸发吸收热量，在高温下经过冷凝放出热量，将热量不断地从被冷却物体中取出并转移到周围环境中去，制冷剂是在一个封闭的制冷系统中不断循环流动。,1.制冷剂（Refrigeration）,（2）对制冷剂的要求和选用原则：理想制冷剂应具备：价格低廉，易得，安全，可靠。,1.制冷剂,（2）对制冷剂的具体要求和选用原则：a.临界温度较高，在常温或普通温度下能够液化；b.蒸发压力不能低于大气压力，避免空气漏入制冷系统，冷凝压力不能太高，避免压缩机和冷凝设备系统庞大；c.凝固温度低，以免制冷剂在蒸发温度下凝固；d.黏度和密度要小，以减小制冷剂在系统中的流动损失；e.热导率高，以提高系统中各个换热器制冷剂侧的传热系数；f.等熵指数小，以减小压缩过程中的耗功；g.液体比热小，使节流过程损失减小；h.不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不起化学作用，高温下不分解，对人体无害；i.价格便宜，便于获得；j.对人类生态环境无破坏作用,1.制冷剂,（3）制冷剂的种类及表示方法 单一制冷工质氟利昂和烷烃类无机物混合物制冷工质共沸混合物制冷工质非共沸混合物制冷工质,1.制冷剂,烷烃类表达通式：CmH2m+2氟利昂通式：CmHnFxClyBrz 两者的符号可表示为：R(m-1)(n+1)(x)B(z),单一制冷工质的表达方法,无机物表达方法：编号首位为7，7后面的数 字是该无机物的分子量。,注：600系列制定用于一些有机制冷工质。如R600指丁烷，R600a指的是异丁烷,1.制冷剂,混合物制冷工质共沸混合制冷工质（呈现单一制冷工质的特性，起单一制冷工质的性质的作用）表达方法：以5开头的三位数如R500，R502非共沸混合制冷工质（混合制冷工质还保持组分物质的某些特性）表达方法：以4开头的三位数如：R410A R407C,1.制冷剂,（4）制冷剂的发展历程最早的制冷剂（18301930）,1.制冷剂,（4）制冷剂的发展历程CFC和HCFC（19301990）CFC(R12)与1931年开始商业化；成为20世纪制冷剂的主流CFC11(R12)于1932年也被商业化HFC和天然制冷剂（1990年以后）,1.制冷剂,（5）制冷剂的替代路线目前制冷剂存在的问题：对臭氧层的破坏作用及温室效应。替代路线：氟代烃自然工质氟袋醚,第二节 制冷理论循环,制冷装置：将物体温降至环境温度之下，并维 持此温度的装置，成为制冷装置。制冷循环：制冷装置中的工质循环。分类：压缩制冷循环、吸收式制冷循环、蒸汽喷射制冷循环以及半导体制冷等。,1.卡诺循环,热力学第一定律：进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加热力学第二定律：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机。,揭示了热机循环热效率不能达到100%和实现低温物体向高温物体转移热量必须以耗功为其补偿。,热效率最高只能达到多少？怎样提高热效率？,卡诺循环是在一定温限范围内热效率最高的循环。有两个等温过程和两个等熵（绝热）过程组成的循环系统。1.1 正向卡诺循环,1.卡诺循环,正卡诺循环的热力过程分析：（1）34 等温过程工质由状态3等温压缩，并向恒温热源T2放出热量Q2而到状态4；（2）绝热过程绝热过程，工质由状态4通过绝热压缩达到状态1；（3）等温膨胀工质从状态1，在等温下由恒温热源T1吸取热量q1变化到状态2；（4）绝热膨胀工质由状态2进行绝热膨胀恢复到原来状态3,1.卡诺循环,从卡诺循环热效率可得出结论：（1）卡若循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度，可采用增大高、低温差来提高热效率。（2）卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1。（3）当T1=T2时，即只有一个热源，则热效率等于0。即指单一热源的热发动机是不可能存在的，必须存在温差。（4）卡诺循环的热效率与工质的性质无关。卡诺循环是一种理想的可逆循环。在实际过程中，无法实现没有温差下的等温传热过程，也不可能实现没有摩擦损失的等熵过程。,1.卡若循环,可逆状态下的卡诺循环发动机是无法实现的。,1.2 逆卡诺循环,1.卡诺循环,1.卡诺循环,1.2 逆卡诺循环的热力过程分析：（1）41定温压缩过程工质在定温压缩过程中向高温热源放出热量为q1,同时熵减少了q1/T1;（2）23等温过程从低温热源中吸取热量为q2，循环所消耗的功为w，熵增加了q2/T2;根据热力学第一定律：q1=q2+w，整个循环可逆，总熵不变，则 有：q1/T1=q2/T2=(q1+W)/T2过程功为：W=q2(T1-T2)/T2逆卡诺循环的制冷性能系数：逆卡诺循环的制热系数：,逆卡诺循环的性能分析在已知的高温和低温热源温度下，逆卡诺循环具有最大的制冷性能系数，即在相同的制冷量下，消耗的功最少。冷、热源温差越大，制冷系数越小，制冷机的经济性越差。,1.卡诺循环,2.洛仑兹循环,变温热源的可逆循环，洛仑兹循环的性能系数大于卡诺循环。,3.蒸汽压缩制冷理论循环,蒸汽压缩式制冷循环：等熵压缩过程（压缩过程）定压下冷却过程和定压定温下凝结过程（冷凝过程）等焓过程（绝热节流降压过程）定压定温吸热汽化过程（蒸发过程）,3.蒸汽压缩制冷理论循环,3.蒸汽压缩制冷理论循环,3.单级蒸汽压缩制冷循环,制冷循环的基本形式是：饱和循环，即压缩机吸入干饱和制冷剂蒸汽，冷凝终了的液体制冷剂为饱和液体。实际制冷循环过程：过冷循环、过热循环、回热循环。,（1）过冷循环将节流阀前的液态制冷剂进行再冷却，使其温度降到冷凝温度以下称为液体过冷。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（1）过冷循环制冷循环过程分析：过冷度越大，制冷量越大；节流前后温差愈小，则节流损失越小，在实际制冷循环中多采用工质液体过冷的循环以减少节流损失，提高制冷系数。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（1）过冷循环性能分析制冷量的增加量：q0=h5-h5=h4-h4过冷循环的制冷系数：r=(h1-h5)/(h1-h2)=(h1-h4)+(h4-h4)/(h1-h2)=r+c t/(h1-h2),（1）过冷循环实现液体过冷采取的措施：在冷凝器中过冷，当冷却介质温度较低，冷凝面积足够大时，制冷剂液体可得到过冷；专门设置一种过冷度换热器，但需要增加冷却水和深井水设置；用回热器过冷，利用从蒸发器出来的回气，冷却节流前的制冷剂液体。注：过冷循环较基本循环的投资增加了。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,利用过冷循环的范围：当蒸发温度在-5以下时，对于大型的制冷装置采用液体过冷器在经济上是有利的；如果冷凝器采用温度较低的深井水，设计时采用液体过冷器进行过冷循环，其综合效益较好。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（2）过热循环压缩机吸入前的制冷剂蒸汽的温度，高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，成为吸气过热，具有吸气过热的循环称为过热循环。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（2）过热循环性能分析：,过热度,有害过热：低压蒸汽在吸气管处吸收周围环境空气的热量而过热。造成的危害：有害过热会使制冷剂蒸汽温度升高，是吸入蒸汽的比容增大，压缩机的质量排气量减少，制冷量减少；单位压缩功和单位冷凝负荷增加，导致单位容积制冷量和制冷系数下降。,有效过热：低压蒸汽在吸气管处吸收被冷却物质的温度而过热。效果：过热循环的单位制冷量增大了。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（2）过热循环性能分析：单位制冷量的增加量：q0=h1-h1循环的理论功的增加：W0过热循环的制冷系数：h=q0/w=(q0+q0)/(w0+w0),（2）过热循环过热循环系统的选择：与制冷剂的有关,氟利昂制冷剂配用热力膨胀阀时，制冷剂会在蒸发器内产生一定的过热度，这部分过热为有效过热。常用于R22.氨制冷系统中由于氨制冷装置的容量较大，回气管道较大，与环境的热交换不可避免，总是存在有害过热。为了防止出现湿压冲程，其过热度一般为5，同时尽量缩短从蒸发器到压缩机的回气长度，并对回气管采取适当的隔热措施，减少能量损失。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（3）回热循环在压缩机的吸气管道上设置一个换热器，使节流前的制冷剂液体和来自蒸发器的低温蒸汽进行热交换，使液体过冷，蒸汽过热，称之为回热。,3.单级蒸汽压缩制冷循环,3.单级蒸汽压缩制冷循环,（3）回热循环性能分析不计回热器与环境空气之间的热交换，则液体的过冷的热量等于使蒸汽过热的热量，即：h4-h4=h1-h1 c(tk-t4)=Cp0(t1-t0)制冷系数h=(q0+q0)/(w0+w0)=0(1+Cp0 tr/q0)/(1+tr/T0)Cp0T0q0 适用于回热系统,（3）回热循环回热循环系统的选择：R22和R502采用回热循环时，制冷系数提高，并可减轻回气管的有害过热，使吸入蒸汽中夹带的油滴所溶解的氟利昂在回热器中汽化，以回收其冷量等优点。氨制冷系统不适采用回热循环，否则使，制冷系数降低，同时使压缩机的排气温度过高。,一、单级蒸汽压缩制冷循环,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,蒸汽压缩式制冷机组的组成：基本部件：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构四个基本部件加上制冷剂组成一个基本的制冷循环；辅助设备：油分离器、贮液器、能量调解机构、控制和保护装置等辅助设备。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,容积型：低压气体直接受到压缩，体积被强制缩小，达到提高压力的目的。,压缩机,速度型：气体压力的提高是由气体的速度转化而来的，气体的动能转变为气体的位能,螺杆式滚动转子式涡旋式,离心式轴流式,活塞式,回转式,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,1.活塞式压缩机工作原理：是曲柄连杆机构，带动活塞在汽缸内作往复运动而进行压缩气体的装置。适用范围：往复运动零件引起了震动和机构的复杂性，限制了它的最大制冷量，一般小于500KW。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,1.活塞式压缩机 分类：（1）按使用的制冷剂分类,氨压缩机不允许使用铜制零件（磷青铜除外）氟里昂压缩机渗透性较强，对有机物有膨胀作用，对压缩机的材料及密封机构均有较高的要求二氧化碳压缩机,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,1.活塞式压缩机 分类：（2）按气缸布置方式分类,（3）按压缩机的密封方式分类,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,1.活塞式压缩机 分类：（4）按制冷量的大小分类,（5）按气体压缩的级数分类,小型活塞式制冷压缩机电动机功率不小于0.37kw，气缸直径小于70mm的压缩机,中型活塞式制冷压缩机气缸直径在70170mm压缩机,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,一、压缩机,1.活塞式压缩机 活塞式制冷压缩机的特点：（1）高速，多缸：压缩机的转速高，结构紧凑，开启式和半封闭系列的压缩机是2，4，6，8缸四种气缸数；全封闭系列的压缩机是1，2，3，4缸四种气缸数。（2）能量调节和卸载启动：制冷压缩机可实施减载启动或空载启动。（3）三种制冷剂通用：新系列大缸径制冷压缩机，对R717、R12、三种制冷剂都可适用。,2.螺杆式压缩机的工作原理,依靠啮合运动着的一对阴阳转子，借助它们的齿、齿槽与机壳内壁所构成的呈“V”字形的一对齿间容积呈周期性大小变化，来完成制冷剂气体吸入压缩排出的工作过程。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,2.螺杆式压缩机,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,2.螺杆式压缩机 螺杆式制冷压缩机的特点：（1）具有较高转速，它的单位制冷量的体积小，重量轻，占地面积小，输气脉动小；（2）没有吸、排气阀和活塞环等易损件，故结构简单，运行可靠，寿命良好；（3）因向气缸中喷油，油起到冷却、蜜蜂、润滑的作用，因而排气温度低（不超过90)；（4）没有往复运动部件，故不存在不平衡质量惯性力和力矩，对基础要求低，可提高转速；（5）具有强制输气的特点，排气量几乎不受排气压力的影响；（6）对湿行程不敏感，易于操作管理；（7）没有余隙容积，也不存在吸气阀片及弹簧等阻力，因此容积效率较高；（8）输气量调解范围宽，且经济性较好,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,2.螺杆式压缩机 螺杆式制冷压缩机的特点：缺点：（1）由系统复杂，耗油量大，有处理设备庞大且结构较复杂、且压缩机的内压比是固定的，所以不适宜于变工况下运行，（2）噪声大，转子加工精度高，需要专用机床及刀具加工；（3）泄露量大，只适用于中、低压力比下工作。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,2.螺杆式压缩机 分类：（1）按密封方式分（2）按级数上分,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,2.螺杆式压缩机带经济器的螺杆式制冷压缩机循环过程,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,2.螺杆式压缩机带经济器的螺杆式制冷压缩机,压缩机,油分离器,高压气、油混合物,高压气体,冷凝器,高压液体,贮液器,中间冷却器,过冷,节流阀,节流阀,蒸发器,低温低压过冷液体,中压蒸气,制冷压缩机与设备节能,3.滚动转子式压缩机工作原理：利用偏心圆筒形转子在汽缸内转动来缩小工作容积，实现气体的压缩。组成：由气缸、转子、滑片、弹簧、排气阀、偏心轴等组成。适用范围：适用于小型压缩机、热泵、家用冰箱中。,制冷压缩机与设备节能,3.滚动转子式压缩机优点：体积小，结构简单，运转平稳，噪声低，且能适应较大工况的变化。在小容量范围内有代替往复式压缩机的趋势。缺点：（1）转子和气缸的间隙应严格保证，否则会显著降低压缩机的可靠性和效率，故制造精度高；（2）由于在有相对运动的部位，必须有油润滑，而这种压缩机仍有气阀，故该机型既不易设计成无油型，也不宜采用其他无气阀回转式压缩机所采用的喷油型；（3）用于热泵运转时，制热量小。,制冷压缩机与设备节能,4.涡旋式压缩机工作原理：利用涡旋转子与涡旋定子的啮合，形成多个压缩室，随着涡旋转子的平动回转，使各压缩室的容积不断变化来压缩气体。优点：效率高，可靠性强，噪声低，重量轻、尺寸小等优点。缺点：加工精度高，且需要有精确的调试装配技术，限制了它的普遍应用。应用范围：目前多用于小型空调器中。,制冷压缩机与设备节能,4.涡旋式压缩机涡旋式压缩机目前的研究动态：（1）工作腔内的气体密封问题。由于涡旋压缩机普遍采用间隙密封的方法，使该类机械具有很高的可靠性，同时产生了压缩机泄漏量控制的难点。型线的加工精度要求大为提高，成本提高。（2）通过压缩过程的模拟及优化设计，采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失、气体泄漏损失和气流阻力损失；（3）托矿应用范围和应用领域，扩大变频调速技术和热泵技术的应用；（4）使用新的制冷工质对涡旋压缩机结构的要求。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,5.离心式压缩机离心型压缩机是一种速度型压缩机，工作原理：通过高速旋转的叶轮对在叶轮流道里连续流动的制冷剂蒸气做功，使其压力和流速增高，再通过机器中的扩压器使气体减速，将动能转换为压力能，进一步增加气体的压力。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,5.离心式压缩机离心型压缩机的特点：（1）无往复运动部件，动平衡特性好，震动小，基础要求简单；（2）无进排气阀、活塞、气缸等磨损部件，故障少，工作可靠，寿命长；（3）机组单位制冷量的重量、体积及安装面积小；（4）机组的运行自动化程度高，制冷量调节范围广，且可连续无级调解，经济方便；（5）在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度；（6）润滑油与制冷剂基本上不接触，从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能；,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,5.离心式压缩机离心型压缩机的特点：（7）对大型离心式制冷压缩，可由蒸汽透平燃气透平直接带动，能源使用经济、合理（8）单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率（9）因依靠速度能装化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机的一级压缩比不大，在压力较高时，须采用多级压缩（10）机组的运行自动化程度高，制冷量调节范围广，且可连续无级调解，经济方便；（11）制冷量较小时，效率较低；,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,二、冷凝器和蒸发器（一）冷凝器功能：输出热量使制冷剂得以冷凝的作用，分类：水冷式冷凝器、空冷式冷凝器、蒸发式冷凝器,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,1.水冷式冷凝器特点：传热效率高，结构比较紧凑。适用范围：大中型制冷装置。注意事项：需要有冷却水系统，结水垢后，传热效果降低，要定期清洗。,第三节 蒸汽压缩式制冷机组,1.水冷式冷凝器水冷式冷凝器的分类：立式壳管式、卧式壳管式、套管式和板式,空调系统中常用的冷凝器,（1）卧式壳管式冷凝器,卧式壳管式冷凝器的工作原理图,水走管内，制冷剂走壳层。,（1）卧式壳管式冷凝器,（1）卧式壳管式冷凝器,卧式壳管式冷凝器的使用范围：氨冷凝器传热管采用无缝钢管；氟利昂冷凝器传热管采用滚轧螺纹的纯铜管。（原因：氟利昂黏度大，热导率低，放热系数较氨的小得多）,（1）卧式壳管式冷凝器,卧式壳管式冷凝器的特点：优点：管内水速较高，传热系数高，冷却水温升较大，因而冷却水的循环量较小；结构紧凑，占地面积和空间高度都比较小，操作维护比较方便。缺点：冷却水阻力大，清洗水垢后比较麻烦。,（1）卧式壳管式冷凝器,（2）套管式冷凝器,制冷剂在管空间内冷凝，冷凝液从下面流出。,（2）套管式冷凝器,（2）套管式冷凝器,构造：由两种直径不同的无缝钢管和铜管套在一起，盘成长圆形或圆形的一种冷凝器。特点：优点：结构紧凑，制造简单，缺点：水侧和制冷剂阻力都较大，清除水垢比较困难，要求冷却水的水质好。使用范围：制冷量小于40kw的小型制冷系统中。,（3）板式式冷凝器,板式式冷凝器的构造,（3）板式式冷凝器,板式式冷凝器的构造,（3）板式式冷凝器,板式式冷凝器的特点优点：板式换热器是一种高效紧凑式换热器，适用于各种容量的制冷与热泵系统中的制冷工质与水的换热。缺点：对冷却水质要求较高，需要过滤处理，定期清洗，由于内容积小，不能贮存液体工质，需要另外安装贮液器。,2.空冷式冷凝器,分类：空气受迫运动冷却和空气自由运动冷却两种，前者主要用于制冷量小于60kw的中小型氟利昂机组，后者主要用于300L以下家用冰箱的冷凝器。,2.空冷式冷凝器,受迫运动冷却的空冷式冷凝器又称为风冷式冷凝器,2.空冷式冷凝器,2.空冷式冷凝器,2.空冷式冷凝器,组成：由立管和U形管组成，为增强其传热系数，常采用翅片管式冷凝器。借助风机的动力，将空气横向流过翅片管，达到冷凝的目的。一般迎面风速为2.53.5m/s,3.蒸发式冷凝器,冷凝原理：利用水蒸发时吸收热量而使管内制冷剂蒸气冷凝,3.蒸发式冷凝器,冷凝原理：制冷剂蒸气由上部进入蛇形管，冷凝后的液体从下部流出。水池中的冷却水经水泵送到喷水管，吸热蒸发后的水蒸气由冷凝器侧面的风机强制吹出，未蒸发的水仍滴回水池。,