第十一章-制冷循环课件

目录目录第十一章第十一章 制冷循环制冷循环11-111-1 概况概况11-2 11-2 压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环11-3 11-3 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环11-4 11-4 制冷剂的性质制冷剂的性质11-6 11-6 热泵循环热泵循环W0=Q1-Q2环境教学目标：教学目标：了解工程实际中制冷过程，掌握各种制冷循了解工程实际中制冷过程，掌握各种制冷循环的环的热力计算热力计算。知识点：知识点：空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；蒸气蒸气喷射制冷循环；吸收式制冷循环喷射制冷循环；吸收式制冷循环；热泵。；热泵。重重 点：点：空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。及提高制冷系数的方法和途径。难难 点：点：结合工程对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，建立结合工程对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，建立数学模型，进行热力计算。数学模型，进行热力计算。制冷制冷是获得并保持低于环境温度的操作。制是获得并保持低于环境温度的操作。制冷和热泵一样，都是逆向循环的一种。热力冷和热泵一样，都是逆向循环的一种。热力学第二定律指出，热不能自发地由低温物体学第二定律指出，热不能自发地由低温物体传向高温物体。要使非自发过程成为可能，传向高温物体。要使非自发过程成为可能，必须消耗能量。必须消耗能量。制冷制冷循环中所用的在低温下循环中所用的在低温下吸热和高温下排热的工作物质吸热和高温下排热的工作物质(简称工质简称工质)称称为为制冷剂制冷剂。制冷循环和热泵都是消耗外功或。制冷循环和热泵都是消耗外功或热能而实现热由低温传向高温的逆向循环。热能而实现热由低温传向高温的逆向循环。制冷循环的目的是获得低温，热泵的目的是制冷循环的目的是获得低温，热泵的目的是获得高温。获得高温。高温热源高温热源制冷制冷装置装置/热泵热泵低温热源低温热源放热放热q q1 1做功做功netnet吸热吸热q q2 2工工作作过过程程消耗功，获得热。消耗功，获得热。复习！逆向循环复习！逆向循环w w0 0w w0 0q1q2w逆向循环是指循环中压缩过逆向循环是指循环中压缩过程所消耗的功大于膨胀过程程所消耗的功大于膨胀过程所作的功，循环的总效果不所作的功，循环的总效果不是产生功而是消耗外界功。是产生功而是消耗外界功。消耗的功用于将热量由低温消耗的功用于将热量由低温物体传向高温物体。物体传向高温物体。1423T1T2TsT0制冷循环制冷循环热泵循环热泵循环制冷量制冷量q2耗净功耗净功w0耗净功耗净功w0吸热量吸热量q2供热量供热量q13.3.制冷循环与热泵循环的比较制冷循环与热泵循环的比较sT11-1 11-1 概况概况在在T T0 0T TC C之间的制冷循环中，之间的制冷循环中，逆向卡诺循环逆向卡诺循环的制冷系数最大。的制冷系数最大。工程上把制冷系数称为制冷装置的工作性能系数，用工程上把制冷系数称为制冷装置的工作性能系数，用COPCOP表示。表示。一、制冷循环的经济性评价一、制冷循环的经济性评价1.1.环境温度一定时，冷库温度越低，环境温度一定时，冷库温度越低，制冷系数就越小制冷系数就越小没有必要把冷库温没有必要把冷库温度定得超乎需要的低，以节约能源。度定得超乎需要的低，以节约能源。2.2.同时保持环境温度不要太高，注意同时保持环境温度不要太高，注意散热和通风。散热和通风。制冷系数制冷系数制冷系数制冷系数 =制冷量制冷量制冷量制冷量循环耗净功循环耗净功循环耗净功循环耗净功制冷循环类型制冷循环类型压缩式制冷循环压缩式制冷循环压缩气体制冷压缩气体制冷 压缩蒸气制冷压缩蒸气制冷吸收式制冷循环吸收式制冷循环吸附式制冷循环吸附式制冷循环蒸气喷射制冷循环蒸气喷射制冷循环半导体制冷半导体制冷常见制冷剂：常见制冷剂：1.1.氨（氨（NHNH3 3）2.2.氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）：氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）：CFC12(R12)CFC12(R12)、CFC11(R11)CFC11(R11)HCFC22(R22)HCFC22(R22)3.3.含氢氟代烃物质：（含氢氟代烃物质：（HCFC134aHCFC134a）热声制冷热声制冷11-2 11-2 压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环一、压缩空气制冷循环一、压缩空气制冷循环压气机压气机qcq01234冷库冷库冷却器冷却器膨胀机膨胀机 右右图图是是简简单单的的压压缩缩空空气气制制冷冷循环装置流程图。循环装置流程图。四四个个主主要要部部件件：膨膨胀胀机机是是类类似似燃燃气气轮轮机机等等的的动动力力机机；压压气气机机已已学学过；过；冷却器冷却器和和冷库冷库类似于换热器。类似于换热器。图图11-1 压缩空气制冷循压缩空气制冷循环装置流程图环装置流程图水水 冷冷风风 冷冷大大型型冷冷凝凝器器*循环中几种未介绍过的设备节流阀节流阀 冷库中用到的几种蒸发器冷库中用到的几种蒸发器由于空气的定温加热和定温排热不易实现，故工程上用由于空气的定温加热和定温排热不易实现，故工程上用定压定压加热和加热和定定压压排热代替，可视为排热代替，可视为布雷顿循环的逆循环布雷顿循环的逆循环，其，其p-v和和T-s图如下图。图如下图。图图11-2 压缩空气制冷循环状态参数图压缩空气制冷循环状态参数图3vo142p44s1o3T21定压放热定压放热定压加热定压加热绝热膨胀绝热膨胀绝热压缩绝热压缩T0Tc空空气气压压缩缩制制冷冷循循环环过过程程12：绝热压缩 p,T2T0，压气机耗功气机耗功WC23：等等压冷却冷却 T3=T0，向向环境放境放热q034：绝热膨膨胀 T 4Tc，膨，膨胀机作功机作功WT41：等：等压吸吸热 T1=Tc，自冷自冷库吸吸热qC3vo142p44s1o3T20T1cT布雷顿循环的逆循环布雷顿循环的逆循环制冷系数制冷系数:其中其中称为循环增压比。显然，称为循环增压比。显然，但比较循环，但比较循环1-7-8-9-11-7-8-9-1和和1-2-3-4-11-2-3-4-1可知，可知，也会导致循环制冷量减少。也会导致循环制冷量减少。制冷系数和制冷量制冷系数和制冷量是是一对矛盾一对矛盾。把空气理想化成定比热容的理想气体把空气理想化成定比热容的理想气体,则有：则有：944s1o3T20T71cT9658空气压缩制冷循环特点空气压缩制冷循环特点 优点：工质为空气，无毒，无味，不怕泄漏。优点：工质为空气，无毒，无味，不怕泄漏。缺点：缺点：1.无法实现定温加热和放热，制冷系数小于逆向卡诺循无法实现定温加热和放热，制冷系数小于逆向卡诺循环制冷系数环制冷系数 C2.q2=cp(T1-T4)，空气，空气cp很小，很小，(T1-T4)不能太大，不能太大，制冷量制冷量q2 很小。很小。若若(T1-T4)3.活塞式流量活塞式流量m小，制冷量小，制冷量Q2=mq2小。小。大流量叶轮式压气机和膨胀机大流量叶轮式压气机和膨胀机+回热！回热！实际上很少应实际上很少应用，除了飞机用，除了飞机机舱的开式压机舱的开式压缩空气制冷。缩空气制冷。二、回热式空气制冷循环二、回热式空气制冷循环 膨胀机膨胀机冷却水冷却水冷却器冷却器回热器回热器压气机压气机冷库冷库456231低低温温工工程程大大温温差差制制冷冷，需需提提高高增增压压比比，但但使使压压气气机机和和膨膨胀胀机机的的负负荷荷加加重重。为为此此可可采采用用回回热热器器，用用空空气气在在回回热热器器中中的的预预热热过过程程代代替替一一部部分分绝绝热热压压缩缩过过程程，从从而而降降低低增增压压比比。回回 热热 器器 就就 是是 一一 个个 换换 热热 器器,空空 气气 在在 其其 中中 的的 放放 热热 量量(过过 程程 4-4-5)5)等等于于被被预预热热空空气气在在其其中中的的吸吸热热量量(过程过程1-2)1-2)。图图11-3 回热式压缩空气制冷装置流回热式压缩空气制冷装置流程图程图从从冷冷库库出出来来的的空空气气（T1TC）先先进进入入回回热热器器升升温温到到高高温温热热源源温温度度T2（通通常常等等于于环环境境温温度度T0），接接着着进进入入叶叶轮轮式式压压缩缩机机进进行行压压缩缩，升升温温、升升压压到到T3、p3。再再进进入入冷冷却却器器，实实现现定定压压放放热热，温温度度降降至至T4（理理论论上上可可以以达达到到高高温温热热源源温温度度T2），随随后后进进入入回回热热器器进进一一步步降降温温至至T5（等等于于冷冷库库温温度度TC），接接着着进进入入叶叶轮轮式式膨膨胀胀机机实实现现定定熵熵绝绝热热膨膨胀胀，降降压压、降降温温至至T6、p6，最最后后进进入入冷冷库库实实现现定定压压吸吸热热过过程程，升升温温到到T1，完完成成理理想想回回热热循循环环1-2-3-4-5-6-1。gk m065534312nsTT0TcTmax图图11-4 回热式压缩空气制冷循回热式压缩空气制冷循环环T-s图图在在理理想想情情况况下下，4-5过过程程中中空空气气在在回回热热器器中中的的放放热热量量（图图中中面面积积45gk4表表示示）恰恰等等于于被被预预热热空空气气在在过过程程1-2中中的的吸吸热热量量（可可用用图图中中面面积积12nm1表示）表示）。与与不不采采用用回回热热的的循循环环1-3-5-6-1相相比比，循循环环中中工工质质的的吸吸热热量量没没有有变变化化，都都是是过过程程6-1吸吸收收的的 热热 量量；由由 于于 面面 积积 34kn3等等 于于 面面 积积35gm3，故故循循环环放放热热量量也也没没有有变变化化，所所以以循循环环的的制制冷冷系系数数也也没没有有变变化化。但但是是循循环环的的增增压压比比却却从从p3/p1下下降降到到p3/p1。这这为为采采用用压压比比不不能能很很高高的的叶叶轮轮式式压压气气机机和和膨膨胀胀机机提提供供了了可可能能。而而叶叶轮轮式式压压气气机机及及膨膨胀胀机机可可提提供供大大流流量量的的空空气气，这这样样循循环环既既有有较较高高的的制制冷冷系系数数，又又有有较较大大的的制制冷量。冷量。gk m065534312nsTT0TcTmax图图11-4 回热式压缩空气制冷循回热式压缩空气制冷循环环T-s图图注意，同温限的吸热量和放热量相等。注意，同温限的吸热量和放热量相等。此此外外，由由于于不不应应用用回回热热时时，在在压压气气机机中中至至少少要要把把工工质质从从TC压压缩缩到到T0以以上上才才有有可可能能制制冷冷（因因工工质质要要放放热热给给大大气气环环境境）。而而在在气气体体液液化化等等低低温温工工程程中中，TC和和T0之之间间的的温温差差很很大大，这就就要要求求压气气机机有有很很高高的的，叶叶轮式式压气气机机很很难满足足这种种要要求求。应用用回回热则解决解决这一困一困难。由由于于减减少少，压缩过程程和和膨膨胀过程程的的不不可可逆逆损失的影响也可减小失的影响也可减小。gk m065534312nsTT0TcTmax图图11-4 回热式压缩空气制冷循回热式压缩空气制冷循环环T-s图图 1)回热式空气制冷循环使回热式空气制冷循环使；2)可用叶轮式压气机使生产量可用叶轮式压气机使生产量；3)可使压缩和膨胀过程中的不可逆损失可使压缩和膨胀过程中的不可逆损失。回热式空气制冷循环的优点在于：回热式空气制冷循环的优点在于：例例A46127711-3 11-3 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环图图11-5 压缩蒸气制冷装置流压缩蒸气制冷装置流程图程图 冷库（蒸发器）冷库（蒸发器）q2压气机压气机q1w冷凝器冷凝器节节流流阀阀 1234压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环2 2个缺点：个缺点：1.1.偏离逆向卡诺循环的等温过程；偏离逆向卡诺循环的等温过程；2.2.空气的定压比热容小空气的定压比热容小q q2 2也小。也小。压缩蒸汽制冷循环，压缩蒸汽制冷循环，2 2个特点：个特点：1.1.湿蒸汽区的定压即等温；湿蒸汽区的定压即等温；2.2.蒸汽定压比热容比空气大。蒸汽定压比热容比空气大。水能用否？水能用否？-0-0C C以下凝固不能流动。一般用低沸点以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨工质，如氟利昂、氨11-3 11-3 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环图图11-5 压缩蒸气制冷装置流程图压缩蒸气制冷装置流程图 蒸发器蒸发器q2压缩机压缩机q1w冷凝器冷凝器节节流流阀阀 12341-2:1-2:制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程2-3:2-3:制冷剂在冷凝器中的定压放热过程制冷剂在冷凝器中的定压放热过程3-4:3-4:制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程4-1:4-1:制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程理理论论上上可可以以实实现现最最为为经经济济的的逆逆向向卡卡诺诺制制冷冷循循环环7-3-4-6-7。但但是是由由于于7是是湿湿蒸蒸汽汽状状态态，湿湿蒸蒸汽汽的的压压缩缩容容易易造造成成液液滴滴的的猛猛烈烈冲冲击击，以以致致损损伤伤压压缩缩机机。同同时时，在在4-6的的膨膨胀胀过过程程中中，因因为为工工质质的的干干度度很很小小，所所以以能能得得到到的的膨膨胀胀功功也也极极小小。而而增增加加一一台台膨膨胀胀机机，既既增增加加了了系系统统的的投投资资，又又降降低低了了系系统统工工作作的的可可靠靠性性。因因此此，为为了了装装置置的的简简化化及及运运行行的的可可靠靠性性等等实实际际原原因因，压压缩缩蒸蒸气气制制冷冷循循环环均均不不采采用用卡卡诺诺逆逆循循环环，而而采采用用右右图图所所示示循循环环1-2-3-4-5-1。088 0 6 571s1TcT052T4367图图11-6 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环T-s图图 其其工工作作过过程程为为：从从冷冷库库（蒸蒸发发器器）出出来来的的工工质质状状态态为为1，压压力力p1，干干度度接接近近1，进进入入压压缩缩机机进进行行绝绝热热压压缩缩过过程程1-2，变变成成p2，T2的的过过热热蒸蒸汽汽，再再进进入入冷冷凝凝器器，进进行行定定压压放放热热2-3-4至至饱饱和和液液态态4，再再经经节节流流阀阀作作绝绝热热节节流流，降降温温、降降压压至至饱饱和和湿湿蒸蒸汽汽状状态态5，最最后后进进入入冷冷库库中中的的蒸蒸发发器器，实实现现定定压压蒸蒸发吸热发吸热过程过程5-1，回到状态，回到状态1完成循环。完成循环。注注意意，4-5的的节节流流过过程程不不可可逆逆，只只能能用用虚虚线线表表示示。并并且且循循环环的的净净功功和和净净热热量量都都不不能能用闭合曲线的面积用闭合曲线的面积来表示。来表示。088 0 6 571s1TcT052T4367图图11-6 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环T-s图图 即使存在不可逆损失，但是即使存在不可逆损失，但是节流阀简单、可靠节流阀简单、可靠，且可以控制蒸发器中的压力且可以控制蒸发器中的压力单位质量制冷剂在冷凝器中单位质量制冷剂在冷凝器中定压放热定压放热量：量：q q0 0h h2 2-h-h4 4=面积面积234623461 12 2单位质量制冷剂在蒸发器中单位质量制冷剂在蒸发器中定压吸热定压吸热量：量：q qc ch h1 1-h-h5 5 h h1 1-h-h4 4=面积面积1551551 11 1压缩机压缩机绝热压缩绝热压缩的比轴功就是循环比净功：的比轴功就是循环比净功：其制冷系数：其制冷系数：088 0 6 571s1TcT052T4367图图11-6 压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环T-s图图 制制冷冷循循环环过过程程量量（功功和和热热）的的计计算算与与过过程程前前后后的的比比焓焓差差有有关关，因因此此常常用用压压焓焓（lgp-h)图图来来分分析析计计算算压压缩缩蒸蒸汽汽制制冷冷循循环环。在在此此图图上上也也有有：等等压压线线、等等焓焓线线、等等温温线线、等等容容线线、等等熵熵线线和和等等干干度度线线。根根据据过过程程的的关关系系（1-2过过程程定定熵熵，2-3-4过过程程定定压压，4-5过过程程定定焓焓，5-1过过程程定定压压），可可以以将将压压缩缩蒸蒸气气制制冷冷循循环环在在图图上上表示出来。表示出来。lg p12345p2p1hsC.P.0TcT0T2压缩蒸气制冷循环的压缩蒸气制冷循环的lg p-h图图图图11-7 lg p-h图图 29TcT0s1T052T432s slg p12s345p2p1hsC.P.0TcT0T22实际上的不可逆因素：实际上的不可逆因素：传热温差传热温差与与摩阻摩阻；压缩过程为压缩过程为不可逆的绝热压缩不可逆的绝热压缩。实际压缩蒸气制冷循环实际压缩蒸气制冷循环实际压缩蒸汽制冷循环下图中的实际压缩蒸汽制冷循环下图中的1-2-3-4-5-1所示。其中，制冷剂的压缩过所示。其中，制冷剂的压缩过程程1-2是不可逆绝热过程，且其经过冷库的蒸发温度低于冷库温度是不可逆绝热过程，且其经过冷库的蒸发温度低于冷库温度TC，其，其经过冷凝器的冷凝温度高于环境温度经过冷凝器的冷凝温度高于环境温度T0。T1 实实际际循循环环还还采采用用过过冷冷方方法法:即即在在冷冷凝凝器器中中将将处处于于状状态态4的的饱饱和和液液体体继继续续冷冷却却到到未未饱饱和和状状态态4，然然后后让让其其经经绝绝热热节节流流膨膨胀胀到到状状态态5。这这样样，蒸蒸发发器器中中单单位位工工质质的的吸吸热热量量增增加加了了(h5-h5)，而而压压缩缩机机耗耗功功未未变变，所所以制冷系数有所提高以制冷系数有所提高。4lg p12s345p2p1hsC.P.0TcT0T225TcT0s1T052T432s s45过冷方法过冷方法只利用环境介质只利用环境介质将工质冷却到将工质冷却到T T4 4（T T4 4 T T0 0）,否则需要介质向否则需要介质向人人为的低温放热，得不偿失为的低温放热，得不偿失。T1 用用R134aR134a作作工工质质的的理理想想制制冷冷循循环环如如图图1 11 1 7 7中中循循环环1 12 23 34 45 51 1所所示示。若若蒸蒸发发器器制制冷冷温温度度 ,冷冷凝凝器器中中的的冷冷凝凝温温度度 ，制制冷冷剂剂的的质质量量流流量量 ，环境温度，环境温度 ,求：求：（1 1）循环的制冷系数；）循环的制冷系数；（2 2）制冷量；）制冷量；（3 3）电动机功率；）电动机功率；（4 4）节流过程的作功能力损失；）节流过程的作功能力损失；（5 5）装置火用效率。）装置火用效率。例 11-2P355P355lg p12s345p2p1hsC.P.0TcT0T22 （1）制冷系数制冷系数 状状态态 1 是是 的的饱饱和和干干蒸蒸气气，由由从从HFC134a的饱和性质表（附表的饱和性质表（附表 11）中查得：）中查得：同理，由同理，由 及及 查得：查得：由由p2 值值和和 ，从从HFC134a 的的过过热热蒸蒸气气表表（附附表表 14）经插值求得）经插值求得 ，故压气机耗功故压气机耗功解：每千克工质的制冷量每千克工质的制冷量 “冷吨冷吨”是工程上常用的制冷量单位，它表示是工程上常用的制冷量单位，它表示1吨吨 0的饱和水在的饱和水在 24 小时内冷冻为小时内冷冻为 0的冰所需要的的冰所需要的 制冷量，相当于制冷量，相当于 3.86 kJ/s（美美3.51kJ/s）。）。（2）总制冷量）总制冷量制冷系数为制冷系数为（3 3）电动机功率）电动机功率 （4 4）节流过程的作功能力损失）节流过程的作功能力损失由由 及及 ，在在lglg p ph h 图图上上查查得得:。因因节节流流过过程程4 45 5为为绝绝热热稳稳定定流流动动过过程程，所所以以熵熵产产及作功能力损失分别为及作功能力损失分别为:（5 5）火用效率）火用效率由题意，由题意，循环制冷量，循环制冷量 q qc c 中的冷量火用中的冷量火用为为所以循环火用效率为所以循环火用效率为11-4 11-4 制冷剂的性质制冷剂的性质（1）对于装置的工作温度，要有适中的压力；）对于装置的工作温度，要有适中的压力；（2）在工作温度下汽化潜热要大；）在工作温度下汽化潜热要大；（3）临界温度应高于环境温度；）临界温度应高于环境温度；（4）制冷剂在）制冷剂在T-s图的上下界限要陡峭；图的上下界限要陡峭；（5）工质三相点温度要低于制冷循环的下限温度；）工质三相点温度要低于制冷循环的下限温度；（6）蒸气的比体积要小，工质的传热性要好。）蒸气的比体积要小，工质的传热性要好。常用的制冷剂有氨和氟里昂。常用的制冷剂有氨和氟里昂。对制冷剂热力性质的要求：对制冷剂热力性质的要求：088 06 57 1s1TcT052T4367其它性能要求其它性能要求氟里昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物之总称。最早使用的是氟里昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物之总称。最早使用的是R12R12，以后使用范围迅，以后使用范围迅速扩大。速扩大。许多氟里昂物质，许多氟里昂物质，尤其是氯氟烃（碳氢化合物的氟、氯完全衍生物）在物理、化学性质上又有许多共同的优点（如无尤其是氯氟烃（碳氢化合物的氟、氯完全衍生物）在物理、化学性质上又有许多共同的优点（如无毒、毒、无燃爆危险、不腐蚀金属、热稳定性与化学稳定性好等），便于实用。已经成熟使用的氟里昂制冷无燃爆危险、不腐蚀金属、热稳定性与化学稳定性好等），便于实用。已经成熟使用的氟里昂制冷剂以氯氟烃类物质为主（如剂以氯氟烃类物质为主（如R11R11，R12R12，R114R114，R115R115等），还有某些不完全卤代烃（如等），还有某些不完全卤代烃（如R22R22）以及氟里昂制冷剂的混合物（如）以及氟里昂制冷剂的混合物（如R500R500，R502R502，R R503503等）。等）。19741974年发现大气臭氧层破坏的化学机制。到年发现大气臭氧层破坏的化学机制。到8080年代，科学确认了氯氟烃是引起臭氧层破坏和年代，科学确认了氯氟烃是引起臭氧层破坏和温室效应的温室效应的 危害物质。危害物质。19871987年在加拿大蒙特利尔（年在加拿大蒙特利尔（MontrealMontreal）联合国环境保护计划会议签署了）联合国环境保护计划会议签署了 关于臭氧层衰关于臭氧层衰减物质的减物质的 蒙特利尔协定蒙特利尔协定。该协定规定了限制和禁止生产对臭氧层破坏作用大的物质，。该协定规定了限制和禁止生产对臭氧层破坏作用大的物质，R11R11，R12R12，R113R113，R11R114 4，R115R115，R12B1R12B1，R13B1R13B1和和R114B2R114B2是首批受禁物质，到是首批受禁物质，到2121世纪完全停止生产。世纪完全停止生产。R22R22的环境破坏相对小一些，但的环境破坏相对小一些，但最终也将最终也将 被禁止。被禁止。目前新制冷剂的目前新制冷剂的 开发、研究和应用正在进行中，较明朗化的趋势是：开发、研究和应用正在进行中，较明朗化的趋势是：高温制冷剂用高温制冷剂用R123R123，中温制冷剂用中温制冷剂用R134aR134a和和R15R152a2a，低温制冷剂用低温制冷剂用R23R23。环境友善、安全无毒、溶油性好、化学环境友善、安全无毒、溶油性好、化学/热力性质稳定、价格便宜、热力性质稳定、价格便宜、与密封材料有较好的相容性。与密封材料有较好的相容性。*蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书1974年两位美国科学家发现年两位美国科学家发现CFC和和HCFC物质进入大气后对大气同温层中的物质进入大气后对大气同温层中的臭氧层产生严重的破坏作用臭氧层产生严重的破坏作用,使臭氧的浓度减小，大大削弱了对紫外线使臭氧的浓度减小，大大削弱了对紫外线B的吸的吸收能力，使大量紫外线收能力，使大量紫外线B直接照射到地球表面，导致人体免疫功能下降，农、直接照射到地球表面，导致人体免疫功能下降，农、畜、水产品减产，破坏生态平衡，并且还会加剧温室效应。畜、水产品减产，破坏生态平衡，并且还会加剧温室效应。全球几十个国家共同制订了保护臭氧层的全球几十个国家共同制订了保护臭氧层的蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书。我国政府于。我国政府于1991年年6月提出参加并于月提出参加并于1992年年8月起正式成为该协议书的缔约国。按协议月起正式成为该协议书的缔约国。按协议书的规定，我国将在书的规定，我国将在2010年前禁止使用与生产年前禁止使用与生产CFC物质。物质。研究表明研究表明HCFC134a很有希望成为很有希望成为CFC12替代物。由于不含氯原子，因而替代物。由于不含氯原子，因而不会破坏臭氧层，对温室效应的影响也仅为不会破坏臭氧层，对温室效应的影响也仅为CFC12的的30%左右。它的正常左右。它的正常沸点和蒸汽压曲线与沸点和蒸汽压曲线与CFC12的十分接近，热工性能也接近的十分接近，热工性能也接近CFE12。膨胀阀膨胀阀阀门阀门泵泵加热加热 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器氨氨吸吸收收式式制制冷冷原原理理图图 蒸发器蒸发器Q2吸收器吸收器Q1QQ1“压缩机压缩机”制冷剂制冷剂(氨氨)吸收剂（水）吸收剂（水）*11-5 *11-5 其它制冷循环其它制冷循环一、一、一、一、吸收式制冷循环吸收式制冷循环吸收式制冷循环吸收式制冷循环膨胀阀膨胀阀阀门阀门泵泵加热加热 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器Q2吸收器吸收器Q1QQ1“压缩机压缩机”利用利用溶液溶液性质性质压缩制冷循环压缩制冷循环以消耗以消耗机械功机械功为代价为代价吸收式制冷吸收式制冷以消耗以消耗热量热量为代价为代价溶液溶液=溶剂溶剂 +溶质溶质溶液溶液T溶液溶液T溶剂溶剂吸收吸收溶质溶质的能力的能力溶剂溶剂吸收吸收溶质溶质的能力的能力溶液溶液浓度浓度溶液溶液浓度浓度氨（溶质）氨（溶质）+水（溶剂）水（溶剂）溶液溶液 溴化锂（溶剂）溴化锂（溶剂）+水（溶质）水（溶质）溶液溶液 泵泵冷凝器冷凝器蒸汽锅炉蒸汽锅炉1014267喷管喷管混合室混合室膨胀阀膨胀阀98蒸发器蒸发器扩压管扩压管Q2QQ1“压缩机压缩机”二、二、二、二、喷射式制冷循环喷射式制冷循环喷射式制冷循环喷射式制冷循环蒸汽喷射制冷循环示意图蒸汽喷射制冷循环示意图蒸汽喷射制冷循环示意图蒸汽喷射制冷循环示意图冷库冷库15342768Ts蒸汽喷射制冷蒸汽喷射制冷T Ts s图图装置工作循环可分成两个循环装置工作循环可分成两个循环 制冷蒸汽循环制冷蒸汽循环673456 工作蒸汽循环工作蒸汽循环6812456总循环总循环每每kg制冷量制冷量q2=q7-3=h3-h7每每kg冷凝器放出热量冷凝器放出热量 q冷冷=q5-6=h6-h5 每每kg工作蒸汽吸热量工作蒸汽吸热量 q1=q8-1=h1-h8能量利用系数能量利用系数11-6 热泵循环评价其循环经济性能的指标为评价其循环经济性能的指标为供暖系数供暖系数。热泵循环和制冷循环的热力学原理相同，但它主热泵循环和制冷循环的热力学原理相同，但它主要目的在于要目的在于向高温物系提供热量向高温物系提供热量。热热泵泵经经合合理理设设计计，可可轮轮流流用用来来制制冷冷和和供供暖暖。夏夏季季作作制制冷冷机机用用于于空空调调。冬冬季季作作热热泵泵用用来来供供暖暖。（目目前前的的冷冷-热风机按加热方式可分为热风机按加热方式可分为电热型电热型和和热泵型热泵型两种。两种。）（12-412-4）供暖系统示意图供暖系统示意图房屋房屋蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器膨胀阀膨胀阀压缩机压缩机Q2WinQ1制冷系统示意图制冷系统示意图房屋房屋蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器膨胀阀膨胀阀压缩机压缩机QWinQ气气转换式热泵系统图转换阀转换阀膨胀阀膨胀阀制冷系统制冷系统热泵系统热泵系统 压缩机压缩机 换热器换热器室外室外室内室内 换热器换热器主要供暖方式主要供暖方式热用户热用户燃煤、燃气燃煤、燃气锅炉锅炉集中供热集中供热直接电采暖直接电采暖（蓄热锅炉、（蓄热锅炉、地板辐射、地板辐射、电热膜）电热膜）热泵（空气热泵（空气源、水源）源、水源）能量利用系数能量利用系数直接电直接电 100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%房间房间33%锅炉锅炉100%锅炉锅炉效率效率70%房间房间70%损失损失30%热热泵泵热泵热泵100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%66%房间房间99%COP=3例例2 2某制冷机以氨为某制冷机以氨为制冷剂制冷剂,冷凝温度为冷凝温度为38,38,蒸发温度为蒸发温度为-10,-10,冷冷负荷为负荷为10010010104 4KJ/hKJ/h。试计算制冷剂流量、压缩机所消耗功量和。试计算制冷剂流量、压缩机所消耗功量和制冷系数。制冷系数。解：查解：查lgP-hlgP-h图图 p p1 1=0.29MPa,p=0.29MPa,p2 2=1.5MPa;=1.5MPa;h h1 1=1450kJ/kg,h=1450kJ/kg,h2 2=1690kJ/kg,=1690kJ/kg,h h4 4=h=h5 5=370kJ/kg.=370kJ/kg.制冷剂流量制冷剂流量 q q2 2=h=h1 1-h-h5 5=1450-370=1080kJ/kg=1450-370=1080kJ/kg m=Q m=Q2 2/q/q2 2=1000000/1080=925.93kg/h=1000000/1080=925.93kg/h压缩机功率压缩机功率 w w0 0=h=h2 2-h-h1 1=1690-1450=240kJ/kg=1690-1450=240kJ/kg P=mw P=mw0 0/3600=61.73kW/3600=61.73kW制冷系数制冷系数 1 1=q=q2 2/w/w0 0=1080/240=4.5=1080/240=4.5本章作业第十一章第十一章11-111-1、2 2、3 3、6 6、1313、1515pp.364pp.36411-112-1 12-1 一制冷机在一制冷机在-20-20和和 3030的热源间工作，若其吸热为的热源间工作，若其吸热为 10kW10kW，循环制冷系数是同温度限间，循环制冷系数是同温度限间逆向卡诺循环逆向卡诺循环的的 75%75%，试计算：（，试计算：（1 1）散热量；（）散热量；（2 2）循环净耗功量；（）循环净耗功量；（3 3）循环制）循环制冷量折合多少冷量折合多少“冷吨冷吨”？解：解：在在-20-20和和 3030间逆向卡诺循环制冷系数间逆向卡诺循环制冷系数实际循环制冷系数实际循环制冷系数 （1 1）散热量散热量 （2 2）净功净功 （3 3）折合冷吨折合冷吨（3 3）改作热泵循环）改作热泵循环（2 2）*11-2一逆向卡诺制冷循环，其性能系数为一逆向卡诺制冷循环，其性能系数为 4 4，问高温热源与低温热源温度之比多少？若输入功率为，问高温热源与低温热源温度之比多少？若输入功率为 1.5kW1.5kW。试问制冷量为多少。试问制冷量为多少“冷吨冷吨”？如果将此系统改作热泵循？如果将此系统改作热泵循环，高、低温热源温度及输入功率维持不变。试求循环的性能系环，高、低温热源温度及输入功率维持不变。试求循环的性能系数及能提供的热量。数及能提供的热量。解：（1）考点是对（逆向）循环性能系数的掌握，这是考点是对（逆向）循环性能系数的掌握，这是一个基本点。制冷和热泵系数定义有一定区别，一个基本点。制冷和热泵系数定义有一定区别，关键记住是收益关键记住是收益/成本。成本。11-3压缩空气制冷循环运行温度TC=290K，T0=300K，如果循环增压比分别为3和6，分别计算它们的循环性能系数和每kg工质的制冷量。假定空气为理想气体，此热容取定值cp=1.005kJ/(kgK)、=1.4。解：制冷量制冷量制冷量制冷量4so3T2T01TC96578p2p1循环增压比循环增压比，制冷系数，制冷系数，制冷量，制冷量11-6某采用理想回热的压缩气体制冷装置，工质为某种理想气体，某采用理想回热的压缩气体制冷装置，工质为某种理想气体，循环增压比为循环增压比为=5=5，冷库温度，冷库温度T Tc c=4040，环境温度为，环境温度为300K300K，若输入功率为，若输入功率为3kW3kW，试计算：（，试计算：（1 1）循环制冷量；（循环制冷量；（2 2）循环制冷量系数；（）循环制冷量系数；（3 3）若循环制冷系数及）若循环制冷系数及制冷量不变，但不用回热措施。此时，循环的增压此应该是多制冷量不变，但不用回热措施。此时，循环的增压此应该是多少？该气体热可取定值，少？该气体热可取定值，c cp p=0.85kJ/(kg=0.85kJ/(kg K)K)、=1.3=1.3。解：T T5 5=T=T1 1=T=TC C=40=233.15K40=233.15K11-13某某热泵热泵装置用氨为工质，设蒸发器中氨的温度为装置用氨为工质，设蒸发器中氨的温度为-1010，进入压缩机时蒸汽的干度为，进入压缩机时蒸汽的干度为x x1 1=0.95=0.95，冷凝器中饱和氨的温度为，冷凝器中饱和氨的温度为3535。求：（。求：（1 1）工质在蒸发器中吸收的热）工质在蒸发器中吸收的热量量q q2 2，在冷凝器中的散向室内大气的热量，在冷凝器中的散向室内大气的热量q q1 1和循环供暖系数和循环供暖系数；(2)(2)设该装置每小时向室内大气供热量设该装置每小时向室内大气供热量Q Q1 1=810=8104 4kJkJ，求用以带动该该热泵的最小功率是多少？若改用电炉供热，则电炉功率，求用以带动该该热泵的最小功率是多少？若改用电炉供热，则电炉功率应是多少？两者比较，可得出什么样的结论？应是多少？两者比较，可得出什么样的结论？解：查解：查NHNH3 3热力性质表，热力性质表，t=t=1010时时,h h=134.41kJ/kg=134.41kJ/kg、h h=1430.8kJ/kg=1430.8kJ/kg；s s=0.5408kJ/(kg=0.5408kJ/(kg K)K)、s s=5.4673kJ/(kg=5.4673kJ/(kg K)K)h h1 1=xh=xh+(1+(1x)hx)h=0.951430.8kJ/kg+(1=0.951430.8kJ/kg+(10.95)134.41kJ/kg=1366.0kJ/kg0.95)134.41kJ/kg=1366.0kJ/kgs s1 1=xs=xs+(1+(1x)sx)s=0.955.4673kJ/(kg=0.955.4673kJ/(kg K)+(1K)+(10.95)0.5408kJ/(kg0.95)0.5408kJ/(kg K)=5.2219kJ/(kgK)=5.2219kJ/(kg K)K)0s152T43根据温度和湿度确定点根据温度和湿度确定点1 1查查NHNH3 3热力性质表热力性质表t=35t=35时时,p ps s=1350.4kPa=1350.4kPa；h h4 4=h=h=346.80kJ/kg=346.80kJ/kg；h h=1468.6kJ/kg=1468.6kJ/kg据据p p2 2=p=ps,35s,35、s s2 2=s=s1 1,经线性插值得经线性插值得t t2 2=60=60、h h2 2=1550.5kJ/kg=1550.5kJ/kg（1 1）q q1 1=h=h2 2h h4 4=1550.5kJ/kg=1550.5kJ/kg346.8kJ/kg=1203.7kJ/kg346.8kJ/kg=1203.7kJ/kgw wnetnet=h=h2 2h h1 1=1550.5kJ/kg=1550.5kJ/kg1366.0kJ/kg=184.5kJ/kg1366.0kJ/kg=184.5kJ/kgP=qmwnet=0.0185184.5=3.4kW（2）根据温度和湿度（饱和）确定点根据温度和湿度（饱和）确定点3 32-32-3定压放热，定压放热，1-21-2定定熵，确定点熵，确定点2 2若用电炉，则功率若用电炉，则功率PPPPE E，所以热泵供暖是一种节能措施。，所以热泵供暖是一种节能措施。11-15有一空气有一空气调节调节系统，采用蒸汽喷射压缩制冷机，制取系统，采用蒸汽喷射压缩制冷机，制取p p3 3=1kPa=1kPa的的饱和水饱和水（t ts s=6.949=6.949）来降低室温，在室内吸热升温到）来降低室温，在室内吸热升温到1515的水被送入蒸发器内，部分的水被送入蒸发器内，部分汽化，其余变为汽化，其余变为1kPa1kPa的饱和水，蒸发器内产生的蒸汽干度为的饱和水，蒸发器内产生的蒸汽干度为0.950.95，被喷射器，被喷射器内流过的蒸汽抽送到冷凝器中，在内流过的蒸汽抽送到冷凝器中，在3030下凝结成水，若下凝结成水，若制冷量为制冷量为32000kJ/h32000kJ/h，试求所需冷水流量及蒸发器中被抽走蒸汽的量。试求所需冷水流量及蒸发器中被抽走蒸汽的量。解：取蒸发器为控制器积，则解：取蒸发器为控制器积，则q qm1m1=q=qm2m2+q+qm3m3(a)(a)q qm1m1h h1 1q qm2m2h h2 2q qm3m3h h3 3=0=0(b)(b)q qm1m1h h1 1q qm2m2h h2 2=c c(c)(c)查水和水蒸气表（查水和水蒸气表（p p1kpa1kpa）,h h3 3=h=h2 2=29.21kJ/kg,=29.21kJ/kg,h h3 3=2513.29kJ/kg=2513.29kJ/kgh h3 3=h=h3 3+x(h+x(h3 3h h3 3)=29.21kJ/kg+0.95(2513.29)=29.21kJ/kg+0.95(2513.2929.21)kJ/kg=2389.1kJ/kg29.21)kJ/kg=2389.1kJ/kg能量守恒能量守恒质量守恒质量守恒求解思路：列出蒸发器中的守恒方程。求解思路：列出蒸发器中的守恒方程。1 1进进2 2出的流量都未知，出的流量都未知，那肯定要知道那肯定要知道3 3种状态的焓。进口种状态的焓。进口1 1是加热后的水，按水的焓是加热后的水，按水的焓值计算。值计算。2 2是蒸发器压力下的饱和水，是蒸发器压力下的饱和水，3 3是蒸发器压力下干度是蒸发器压力下干度0.950.95的蒸汽。的蒸汽。h1cwt1=4.187kJ/(kgK)15=62.81kJ/kg式（c）代入式（b）（d）式(a)和(d)代入式(c)，得:(qm1+qm2)h1qm2h2=c