建筑冷热源素材

-未经出版者预先书面许可，不得或用于其他任何以营利为目的的活动建筑冷热源素材电子版前 言建筑冷热源素材电子版以下简称电子版摘录了教材建筑冷热源以下简称教材中主要容的梗概，以方便教师在制作讲课的课件时摘取教材中的素材。电子版涵盖了教材第1章第13章的主要容，不包括第14章容。第14章供学生做课程设计或毕业设计时参考，教师在指导学生设计时可结合设计题择要讲授。为便于查找容，电子版保存了教材的章、节名称，但取消了节下小节编排。电子版每节的容均分假设干段，在每段的标题前用标志，标题名称及分段的方法并不完全与教材的小节一致，但每节容的次序仍保持与教材一致。电子版中的公式、插图、表均无编号。教材制作课件时，可根据所选容及增补容，重新编章、节、小节的序号和公式、插图、表的序号。为便于识别图中各组成部件，电子版中插图原标注的1、2、3均用文字取代，但图中的英文标注仍保存。图中的英文字母均为该部件英文名称的第一个或前两个字母。例如图2-1中C为Condenser的第一个字母；CO为pressor的前两个字母。教师在讲课时解释一个即可，学过英语的学生很易记住。因此，电子版中未给予注释。限于作者的水平，电子版可能存在不尽人意的地方，敬请使用者提出珍贵意见，以便今后进一步完善。未经出版者预先书面许可，不得或用于其他任何以营利为目的的活动陆亚俊第1章 绪 论1.1 建筑与冷热源 保持建筑室一定温、湿度的方法在一定温湿度条件下维持室热量、湿量平衡，即可维持室一定温度和湿度。当室有多余热量和湿量时，需把它移到室外；当室有热量损失时，需补充热量。建筑物热量和湿量传递过程建筑物夏季与冬季热量和湿量传递过程建筑有多余的热量和湿量，如何移到室外呢？利用低温介质通过换热器对空气冷却和去湿，从而通过低温介质将热量湿量移到室外。、低温介质建筑物夏季与冬季热量和湿量传递过程建筑有热量损失，如何向建筑补充热量呢？利用温度较高的介质通过换热器对室空气进展加热。高温介质制冷量、冷量、供热量、制热量、热量的概念热量是有温差的两个物体间传递的能量。工程中根据能量传递的方向不同分别用不同的名称。制冷装置制冷机热泵一套由各种设备组成的，消耗一定量的高位能量将热量由低位热源传递到高位热源的装置称为制冷装置或制冷机；假设它的目标为供热用，则称为热泵制冷的物理方法建筑热源在建筑中的其他用途热水供给；工艺过程用热；其他用热，如游泳池池水加热、洗衣房用热。1.2 冷源与热源的种类人工冷源种类蒸气压缩式制冷机消耗机械功的冷源吸收式制冷机消耗热能的冷源建筑热源种类消耗燃料的热源太阳能热源利用太阳能生产热能的热源热泵电能直接转换为热能的热源余热烟气、热废气或排气、废热水、废蒸汽、热的固体或液体等。冷热源按集中程度分类集中式冷源、热源集中制备冷量或热量，利用冷媒或热媒提供给用户应用。分散式冷源、热源设备制取的冷量或热量直接提供给房间应用1.3 建筑冷热源系统根本组成 建筑冷热源系统由制冷机、锅炉等冷热源设备与相配套的各子系统组成的综合系统。冷源系统电动制冷机冷源系统典型制冷机组成的冷源系统蒸汽或热水型溴化锂吸收式制冷机冷源系统典型制冷机组成的冷源系统直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的冷热源系统典型制冷机组成的冷源系统热源系统燃煤锅炉热源系统典型热源组成的热源系统电动热泵热源系统典型热源组成的热源系统第2章 蒸气压缩式制冷与热泵的热力学原理2.1 蒸气压缩式制冷与热泵的工作原理蒸气压缩式制冷机的工作过程最简单的蒸气压缩式制冷机原理图制冷机中充注易挥发的工质，例如四氟乙烷CH2FCF3，代号R134a。制冷机中的工质称制冷剂。工质在制冷机中4个状态变化过程：1工质在蒸发器中的等压汽化过程蒸发过程汽化吸热，产生制冷效应。汽化时的压力称蒸发压力，对应的饱和温度称蒸发温度。2工质在压缩机中的压缩过程压缩过程消耗机械功。压缩后工质压力升高。3工质在冷凝器中等压冷却和凝结过程冷凝过程冷凝过程放出热量，产生制热效应。冷凝过程中的压力称冷凝压力，对应的饱和温度称冷凝温度。4工质经节流阀节流节流后工质压力降低。工质经历了蒸发压缩冷凝节流4个状态循环变化过程，实现了热量从低温到高温的转移。其代价是消耗了功。当制冷机用于供热利用转移到高温处的热量时，称为热泵。制冷量和制热量制冷量单位时间蒸发器从被冷却介质中提取的热量。用表示e蒸发器evaporator的第一个字母。制热量单位时间热泵的冷凝器供出的热量，在制冷机中称为冷凝热量，用表示c冷凝器condenser的第一个字母。制冷量、制热量法定单位：W，kW。工程制单位：千卡/小时kcal/h，英热单位/小时Btu/h。换算关系：1W=0.86kcal/h 1kW=860kcal/h 1kcal/h=1.163W 1W=3.412Btu/h制冷量另一单位冷吨TR-Ton of Refrigeration。1RT是指1吨0的水24h凝固成0冰所需提出的热量。英、美国家1吨=2000磅，因此有1USRT=3517W=3024kcal/h=12000Btu/h压缩机消耗的功率 制冷机或热泵中压缩机在单位时间消耗的功称为压缩机消耗的功率，用表示，单位为W,kW。制冷机或热泵的性能系数制冷机 热 泵注意：可以指压缩机理论消耗功率、轴功率、电机输入功率或制冷机热泵的总输入功率含风机、泵的电机功率。2.2 制冷剂及其热力性质图表卤代烃卤代烃是饱和碳氢化合物CmH2m+2的氟、氯、溴的衍生物，是建筑中应用的制冷机热泵中常用的一类制冷剂。卤代烃化学通式 CmHnClpFqBrr卤代烃的编号 RabcBd其中a=m-1，当a=0时，编号中省略b=n+1c=qd=r，当r=0时，编号中Bd均省略编号中氯原子数不表示，可按下式推算：n+p+q+r=2m+2例：R22CHClF2二氯一氟甲烷 CCl2F2R12乙烷C2H6衍生物有同分异构体卤代烃有以下几类：氟烃FC，如CF4R14，或写成FC14氯氟烃CFC，如CCl2F2(R12)，或写成CFC12氢氯氟烃HCFC，如CHClF2R22，或写成HCFC22氢氟烃HFC，如CH2FCF3R134a，或写成HFC134a氢氯烃HCC，如CH3ClR40，或写成HCC40全氯代烃，如CCl4符号中第一个C代表氯，第二个C代表碳。饱和碳氢化合物甲烷CH4R50，乙烷C2H6R170丁烷及以后的烷类按序号600依次编号环状有机化合物分子构造呈环状的有机化合物，如C4F8，编号为RC318。共沸混合制冷剂由两种或多种制冷剂按一定比例混合在一起的制冷剂，在一定压力下平衡的液相和气相的组分一样，且保持恒定的沸点，这样的混合物称为共沸混合制冷剂。例如R125/134a50/50，编号为R507A编号法则：已商品化的共沸混合制冷剂给予编号，序号从500开场。非共沸混合制冷剂由两种或多种制冷剂按一定比例混合在一起的制冷剂，在一定压力下平衡的液相和气相组分不同低沸点的组分在气相中的成分高于液相中的成分，且沸点并不恒定。例如R32/125/134a23/25/52，编号R407C编号法则：已商品化的非共沸制冷剂给予编号，序号从400号开场。无机化合物编号法则：700加分子量氨NH3R717二氧化碳CO2R744水H2OR718制冷剂热力参数表 制冷剂饱和状态下热力性质表R134a饱和状态下热力性质表温度t()绝对压力pkPa比 容比 焓汽化潜热hfgkJ/kg比 熵液体fL/kg蒸气gm3/kg液体hfkJ/kg蒸气hgkJ/kg液体sfkJ/kgK蒸气sgkJ/kgK6016.3170.678731.05020127.283360.230232.9480.701391.79427 5917.3860.679990.98961128.380360.862232.4820.706521.792125818.5130.681260.93311129.481361.494232.0130.711651.790025719.7000.682530.88038130.586362.127231.5400.716771.787975620.9490.683820.83114131.695362.759231.0640.721881.78596制冷剂过热蒸气热力性质表R134a过热蒸气热力性质表温度t比容m3/kg比焓hkJ/kg比熵skJ/kgK温度t比容m3/kg比焓hkJ/kg比熵skJ/kgKp292.82kPap1016.4kPa00.068891397.2161.72200400.019857418.2261.7071350.070716401.8031.73865450.020583424.0771.72567100.072500406.3911.75499500.021272429.8121.74355150.074250410.9831.77107550.021931435.4581.76089200.075969415.5861.78691600.022565441.0361.77776 制冷剂的lgp-h图和T-s图 lgp-h图R134a的lgp-h图简图T-s图T-s示意图2.3 蒸气压缩式制冷热泵理想循环和饱和循环 理想循环逆卡诺循环逆卡诺循环在T-s图上的表示1-2等熵压缩过程2-3等温压缩过程3-4等熵膨胀过程4-1等温膨胀过程设Mkg工质在系统循环一周，则从低温热源处吸取热量Q2=T2sbsaM向高温热源排出热量W=Q2QT2T1sbsaM循环消耗的净功制冷性能系数制热性能系数 在湿蒸气区中的逆卡诺循环在湿蒸气区中的逆卡诺循环在T-s图上的表示实际上这个循环无法实现，其原因是：1无温差传热实际上是行不通的。2压缩过程在湿蒸气区进展危害性大。3膨胀机的尺寸很小，制造不易。4状态点1很难检测和控制。 饱和循环蒸气压缩式制冷饱和循环在T-s图上的表示饱和循环是对湿蒸气区中逆卡诺循环进展如下改造后的可实现的循环：1取消膨胀机，改用节流阀。2状态点1改为饱和蒸气状态。3使TeT2。饱和循环在lgp-h图上的表示lgp-h图上的饱和循环设系统制冷剂质量流量为kg/s，制冷剂在各设备中与外界的热量、功量交换如下：制冷量冷凝热量或热泵制热量压缩机消耗功率上式各式除以，则有单位质量制冷量单位质量冷凝热量单位质量制热量单位质量压缩功根据热力学第一定律qc=qe+w制冷性能系数制热性能系数COPh=1+COP压缩机吸入口容积流量单位容积制冷量注意：制冷机的容积流量各处不一定相等。如无特殊说明、qv均指压缩机吸汽口处的物理量。Te和Tc对饱和循环的影响蒸发温度变化的影响当Te，则qe，qv，w，qc，COP，COPh冷凝温度变化的影响当Tc，则qe，qv，w，COP，COPh，qc与制冷剂性质有关，一般是增加的。2.4 饱和循环和理想循环比拟 不考虑传热温差两个循环的比拟饱和循环和逆卡诺循环在T-s上的比拟饱和循环与理想循环的差异有：1采用干压缩后，压缩多耗了功A1称过热损失；且排汽温度升高了。2用节流阀取代膨胀机，损失了膨胀功A2和单位制冷量减少了A2称节流损失。饱和循环与卡诺循环的比拟逆卡诺循环饱和循环差 值单位质量制冷量qe面积6-1-c-a-6面积4-1-c-b-4-A2单位冷凝热量qc面积5-3-a-c-5面积2-2-3-a-c-2+A1单位压缩功w面积1-5-3-6-1面积1-2-2-3-a-b-4-1A1+A2注：w的面积按w=qc-qe确定。由于有过热损失和节流损失，导致性能系数下降。用制冷循环效率来衡量饱和循环接近逆卡诺循环的程度。4种制冷剂的节流损失、过热损失te/tc=0/40制冷剂节流损失过热损失t2COPR%A2kJ/kg%A1kJ/kg%R134a4.29220.162.950.1160.55445.48780.4R224.08417.452.560.5762.558.45.54681.2R71713.8038.721.2813.588.5795.75.74584.2R1231.7238.21.200406.23291.34种制冷剂热泵循环效率制冷剂R134aR22R717R123H，%82.883.786.292.42.5 饱和循环的改良措施 节流前过冷高压制冷剂液体在节流以前进一步冷却成过冷液体 ，以减少节流损失。节流前过冷在lgp-h图上的表示qe、qv、COP每过冷1的增加百分数te/tc=0/40制冷剂R134aR22R717R123qe、qv、COP增加百分率%1.050.840.440.72 回热循环回热循环利用压缩机吸入前的低温蒸气对节流前的液体过冷却，以获较大的过冷度。单位质量制冷量单位容积制冷量单位压缩功单位冷凝热量单位制热量COP=qe/w制冷性能系数COPh=qc/w制热性能系数qe=h1h64种制冷剂采用回热循环后COP、COPh、qv增减百分比及t2制冷剂R134aR22R717R123COP增减百分比13.9-1.14-4.21-3.2COPh增减百分比11.8-0.97-3.6-2.8qv增减百分比2.49-1.03-4.531.5排汽温度t262.877.912059.8 工况为te=0，tc=40，吸气温度t1=20。2.6 双级压缩制冷热泵循环 压力比增加对循环的影响R134a在以下两种工况循环的比拟te,tc, pe,kPapc,kPapc/pe070292.822116.27.23040292.821016.43.47不同压力比的饱和循环在lgp-h图上的比拟te/tc=0/70工况下两种制冷剂的比拟制冷剂节流损失过热损失t2COPhHA2/wcA1/qecA1/wcR134a48.712.50.5571.13.7977.3R71716.14.111.5159.13.9380.2 两级节流完全中间冷却的双级制冷热泵循环两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷热泵循环 两级节流不完全中间冷却的双级制冷热泵循环两级节流不完全中间冷却的双级压缩制冷热泵循环 一级节流不完全中间冷却的双级制冷热泵循环一级节流不完全中间冷却的双级压缩制冷热泵循环 准双级制冷热泵循环 有两级叶轮的离心式压缩机可实现此循环。第一级叶轮相当于低压级压缩机，第二级叶轮相当于高压级压缩机。 双级压缩制冷热泵循环的热力计算单位质量制冷量wL=h2h1低压级压缩机单位压缩功wH=h4h3高压级压缩机单位压缩功低压级压缩机质量流量和容积流量高压级压缩机质量流量和容积流量完全中间冷却不完全中间冷却低压级压缩机消耗功率高压级压缩机消耗功率冷凝热量或热泵制热量盘管式中间冷却器负荷制冷性能系数2.7 实际循环与理论循环的差异 在lgp-h图上表示的差异在lgp-h图上实际循环与理论循环的差异1蒸发器中并非等压过程。2压缩机吸汽状态偏离饱和状态。3压缩过程并非可逆的绝热过程。4冷凝器入口状态并非压缩终点状态。5冷凝器中并非等压过程。6高压液体管有阻力和传热。7节流阀及低压液体管中并非绝热节流 利用吸汽管压降调节制冷机的制冷量用算例来说明，设饱和循环te=40，tc=0；制冷剂为R134a；吸汽管上装有调节阀，使吸汽压力节流到相当于5的饱和压力。循环在lgp-h图上的表示循环各状态的热力参数：h1=397.216kJ/kg v1=0.068891m3/kgh2=424.919kJ/kg v1=0.084367m3/kgh2=428.975kJ/kg 吸汽有节流的制冷量与无节流的制冷量之比吸汽有节流的消耗功率与无节流的消耗功率之比吸汽节流后制冷量减少了18.3%，而消耗功率仅减少了6.4%。这种调节制冷量的方法，其性能系数是下降的。第3章 蒸气压缩式制冷机和热泵中的主要设备3.1 制冷压缩机的种类制冷和热泵中压缩机分类及主要机种构造示意图3.2 往复式压缩机的构造与种类 开启式往复式压缩机8SF10开启式压缩机的剖面图1机体组 含机体、汽缸盖、前后轴承盖。2汽缸套与汽阀组合件汽缸套及汽阀组合件3活塞和曲轴连杆机构活塞4轴封摩擦环式轴封5能量调节装置排汽量调节方法有：汽缸卸载法；改变压缩机转速；旁通法；吸汽节流；汽缸附加余隙。顶杆机构和油压推杆机构6润滑系统润滑油系统转子式齿轮油泵 封闭式往复式压缩机1半封闭式往复式压缩机半封闭往复式压缩机封闭式压缩机中的阀片簧片式吸、排汽阀片半封闭式压缩主要优点密封性好且具有维修的便利。2全封闭往复式压缩机全封闭往复式压缩机主要优点密封性最好，构造紧凑，重量轻。 往复式压缩机的种类按使用制冷剂分：氨压缩机，氟利昂压缩机使用卤代烃制冷剂，多工质压缩机，二氧化碳压缩机。按汽缸排列分：开启式和半封闭压缩机全封闭式压缩机3.3 往复式压缩机的制冷量与功率 往复式压缩机的工作过程往复式压缩机的工作过程 往复式压缩机的容积效率的定义1个直径为Dm，活塞行程为Sm的汽缸，其工作容积Vcym3为Z个汽缸，转速nr/min的压缩机，理论排汽量活塞排量m3/s为压缩机理论质量流量kg/s为容积效率输汽系数定义式中 、分别为压缩机实际质量流量和排汽量，kg/s，m3/s。. z.