暖通空調(diào)專業(yè)輔導(dǎo)資料：制冷原理及制冷系統(tǒng)

　　制冷原理及制冷系統(tǒng)

　　為了理解空調(diào)器的工作原理，首先要懂得一些基本的物理概念。

　　1.溫度

　　溫度是物體冷熱程度的度量。根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，從微觀來(lái)看溫度是物體大量分子熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，氣體的溫度越高。

　　⑴　攝氏溫標(biāo)，記作℃，把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水結(jié)冰時(shí)的溫度定為0℃時(shí)，水沸騰的溫度為100℃。

　?、啤∪A氏溫標(biāo)，記作ºF，32ºF相當(dāng)于0℃，212ºF相當(dāng)于100℃。華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的換算關(guān)系為：

　　t (ºF)=9/5* (θ℃)+32

　　θ(℃)=9/5*[t(ºF)-32]

　?、情_(kāi)氏溫標(biāo)，記作K，又稱熱力學(xué)溫標(biāo)，熱力學(xué)溫標(biāo)不能低于0K。0K約相當(dāng)于-273℃，373K約相當(dāng)于100℃。根據(jù)熱力學(xué)理論，0K時(shí)物質(zhì)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的速度為零。開(kāi)氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的換算關(guān)系為T(K)= θ(℃)+273.15

　　2.濕度

　　空氣大約由3/4的氮?dú)夂?/4的氧氣組成，此外還含有少量的其他氣體，其中水蒸氣的含量是經(jīng)常變化的，其變動(dòng)對(duì)人們生活的影響也比較大?？諝庵兴魵獾暮坑脻穸葋?lái)表示，表示方式有三種：

　　⑴絕對(duì)濕度。以單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量來(lái)計(jì)算，其單位是kg/m3

　　⑵相對(duì)濕度。在一定溫度下空氣中所含水蒸氣的最大量有一定的限度。所謂相對(duì)濕度，即為由下式所規(guī)定的百分?jǐn)?shù)：相對(duì)濕度(記作%H)=空氣中水蒸氣的含量 / 該溫度下水的飽和蒸汽量。

　?、呛瑵窳俊Ｔ诳照{(diào)器運(yùn)用中，需要對(duì)空氣加濕或除濕，因此引起了這個(gè)參量。把1千克干燥空氣所伴有的水蒸氣質(zhì)量稱為含濕量。

　　3.露點(diǎn)

　　當(dāng)空氣中的水蒸氣超過(guò)飽和量時(shí)，就會(huì)析出水。也即，只要空氣的相對(duì)濕度達(dá)到100%H，如果再降溫，就會(huì)有水蒸氣凝結(jié)成水。

　　我們把冷卻到使空氣中的相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)的溫度，稱為該空氣的露點(diǎn)溫度。在空調(diào)器的使用中，伴隨著降溫過(guò)程有水析出即是這個(gè)道理。

　　4.熱量和傳熱

　　當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體相接觸時(shí)，能量將會(huì)從高溫物體傳向低溫物體，最終兩物體的溫度達(dá)到平衡一致。這個(gè)能量的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為傳熱，轉(zhuǎn)移的能量習(xí)慣上稱為熱量。熱量的單位有：焦耳(J)，千焦耳(KJ)，卡(cal)，千卡(kcal)。焦?fàn)柵c卡之間的換算關(guān)系是：1卡=4.1868焦耳

　　物體傳熱的方式有三種：對(duì)流、熱傳導(dǎo)、熱輻射。

　?、拧∫后w或氣體的對(duì)流運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱傳遞，稱為熱對(duì)流。熱對(duì)流如果是由于液體或氣體自重的比重變化所引起，稱為自然對(duì)流;如果是由于外加力所引起的，則為強(qiáng)制對(duì)流。空調(diào)器內(nèi)安裝離心風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制空氣流動(dòng)，都是為了強(qiáng)迫換熱。

　?、啤醾鲗?dǎo)。當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體相接觸或同一物體個(gè)部分的溫度不相等時(shí)，在溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下形成的傳熱稱為熱傳導(dǎo)。

　　⑶　熱輻射。物體的熱量不用借助中間的傳熱介質(zhì)，而是轉(zhuǎn)化為輻射能，穿過(guò)空間向四周傳播，稱為熱輻射。

　　5.比熱、顯熱與潛熱

　?、疟葻帷?使1克的某種物質(zhì)溫度升高1℃所需的熱量定義為該物質(zhì)的比熱。

　?、骑@熱。 當(dāng)物體吸熱(或放熱)僅使物體分子的熱動(dòng)能增加(或減少)，即僅是使物體溫度升高(或降低)，并沒(méi)有改變物質(zhì)的形態(tài)，那么它所吸收(或放出)的熱稱為顯熱。

　　⑶潛熱。 當(dāng)物體吸熱(或放熱)僅使物體分子的熱位能增加(或減少)，即僅是使物體狀態(tài)發(fā)生改變，而其溫度不變，那它所吸收的(或放出)的熱稱為潛熱。如制冷劑在吸熱沸騰是吸收的熱就是潛熱。

　　6.焓和熵

　　物質(zhì)分子無(wú)論在何種狀態(tài)下，都在不停地運(yùn)動(dòng)著，所以物質(zhì)總是含有一定的內(nèi)能(分子的動(dòng)能和分子位能之和)的。1kg物質(zhì)在某一狀態(tài)時(shí)所含的內(nèi)能及推動(dòng)功所轉(zhuǎn)換的熱量總和，稱為此物質(zhì)在該狀態(tài)下的熱焓，簡(jiǎn)稱為焓，用H表示，單位為千焦耳/千克。

　　熵也是物質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)，用S表示，其意義表示為：物質(zhì)在狀態(tài)變化過(guò)程中所吸收的極微小熱量與加入熱量前的絕對(duì)溫度之比。其單位為kl/kg?K。其數(shù)學(xué)表達(dá)式：△s=△q/T

　　7.制冷劑和制冷循環(huán)

　　7.1 制冷劑的選用條件：

　?、俨蝗?、不爆、無(wú)毒、無(wú)刺激。

　?、谡舭l(fā)潛熱大，以便有較高的制冷效率。

　?、叟R界溫度高于室溫

　　④在室溫下冷凝所需壓力不要太大，以便密閉蒸發(fā)器容易制造

　　⑤冷凝溫度不宜太低，以便液化容易。

　　⑥蒸發(fā)壓力稍高于大氣壓，這樣容易避免空氣滲入系統(tǒng)內(nèi)

　?、邆鳠嵯禂?shù)大，便于熱交換。

　　⑧粘度小，以減少流動(dòng)阻力。

　?、釂挝毁|(zhì)量的體積小，以節(jié)省系統(tǒng)的空間。

　?、鉀](méi)有腐蝕性，有一定溶解水的能力，以免降溫時(shí)結(jié)出冰渣，堵塞管路。

　　國(guó)際上規(guī)定可作制冷劑的物質(zhì)都以R為縮寫字頭后綴以數(shù)碼表示，如氨用R717表示，水用R718表示，氟里昂12用R12表示。目前能滿足上述條件的制冷劑首推氟里昂系列，例如目前電冰箱用制冷劑主要為氟里昂12(代號(hào)R12)，學(xué)名二氟二氯甲烷，化名分子式CHF2CL2。目前空調(diào)器用制冷劑主要為氟里昂22(代號(hào)R22)，學(xué)名二氟一氯甲烷，化名分子式CHF2CL。

　　7.2　制冷循環(huán)

　　在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中，制冷劑從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)各種狀態(tài)變化，又回到初始狀態(tài)，在這個(gè)周而復(fù)始的熱力過(guò)程中，每一次都消耗一定機(jī)械能(電能)而從低溫物體中吸出熱量，并將此熱量轉(zhuǎn)移到高溫物體。這個(gè)一面改變制冷劑狀態(tài)，一面完成制冷劑作用的全過(guò)程被稱為制冷循環(huán)。

　　⑴蒸發(fā)過(guò)程：節(jié)流降壓后的制冷劑液體(混有飽和蒸汽)進(jìn)入蒸發(fā)器，從周圍介質(zhì)吸熱蒸發(fā)成氣體，實(shí)現(xiàn)制冷。在蒸發(fā)過(guò)程中，制冷劑的溫度和壓力保持不變。從蒸發(fā)器出來(lái)的制冷劑已成為干飽和蒸汽或稍有過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽了。物質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)時(shí)要吸熱，這就是制冷系統(tǒng)中使用蒸發(fā)器吸熱制冷的原因。

　?、茐嚎s過(guò)程：壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，在壓縮機(jī)完成對(duì)蒸汽的吸入和壓縮過(guò)程，把從蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓制冷劑蒸汽壓縮成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽。壓縮蒸汽時(shí)，壓縮機(jī)要消耗一定的外能即壓縮功。

　?、抢淠^(guò)程：從壓縮機(jī)排出來(lái)的高溫高壓蒸汽進(jìn)入冷凝器后同冷卻劑進(jìn)行熱交換，使過(guò)熱蒸汽逐漸變成飽和蒸汽，進(jìn)而變成飽和液體或過(guò)冷液體。冷凝過(guò)程中制冷劑的壓力保持不變。物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)要放出熱量，這就是制冷系統(tǒng)要使用冷凝器散熱的道理。冷凝器的散熱常采用風(fēng)冷或水冷的形式。

　?、裙?jié)流過(guò)程：從冷凝器出來(lái)的高壓制冷劑液體通過(guò)減壓元件(膨脹閥或毛細(xì)管)被節(jié)流降壓，變?yōu)榈蛪阂后w，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器重復(fù)上述的蒸發(fā)過(guò)程。

　　上述四個(gè)過(guò)程依次不斷循環(huán)，從而達(dá)到制冷的目的。

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