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制冷技术基础知识介绍制冷技术基础知识介绍供电机电部机电车间1.温度温度 温度是表征物体冷、热程度的物理量，温度是表征物体冷、热程度的物理量，是物体冷热程度的量度。所有的气体、液体、固体是物体冷热程度的量度。所有的气体、液体、固体都具有热。热度的数量表示叫做温度。为了使温度都具有热。热度的数量表示叫做温度。为了使温度的测量一致，需要有衡量温度的标尺（称作温标）的测量一致，需要有衡量温度的标尺（称作温标）规定测量温度的基点和单位。目前，在日常生活和规定测量温度的基点和单位。目前，在日常生活和制冷技术中常用的是热力学温标制冷技术中常用的是热力学温标T(K)、和摄氏温、和摄氏温标（标（）两种。）两种。一、基本参数一、基本参数 1)热力学温标热力学温标T。热力学温标又称开尔文温标或绝对温标，单位是热力学温标又称开尔文温标或绝对温标，单位是K。它规定将纯净的水在一个标准大气压下的冰点定为它规定将纯净的水在一个标准大气压下的冰点定为273.16K，沸点为，沸点为373.16K，其间分，其间分100等份，每一等份等份，每一等份为开氏为开氏1度，记做度，记做1K。在热力学中规定，当物体内部分。在热力学中规定，当物体内部分子的运动终止，其热力学温度为子的运动终止，其热力学温度为0度，即度，即T=0K。2)摄氏温标摄氏温标t。摄氏温标又称国际温标，单位是摄氏温标又称国际温标，单位是。它是以纯净。它是以纯净水在一个标准大气压下的冰点为水在一个标准大气压下的冰点为0度，沸点为度，沸点为100度，其度，其间分间分100等份，每一等份为摄氏等份，每一等份为摄氏1度，记做度，记做1。摄氏温。摄氏温标制为十进制，简单易算。相应的温度计为摄氏温度计。标制为十进制，简单易算。相应的温度计为摄氏温度计。两种温标制之间的换算关系如下：两种温标制之间的换算关系如下：T=（273+t）（）（K）t=(T-273)()测量温度的温度计的种类很多，制冷工程中常测量温度的温度计的种类很多，制冷工程中常用的温度计有玻璃温度计、热电偶式温度计、电用的温度计有玻璃温度计、热电偶式温度计、电接点式温度计、电阻式温度计和半导体式温度计接点式温度计、电阻式温度计和半导体式温度计等。等。2.压力压力 压力是指单位面积上所受到的垂直作用力，压力是指单位面积上所受到的垂直作用力，物理学中称为压强（物理学中称为压强（P），在热力工程上称为压力。），在热力工程上称为压力。压力单位是帕斯卡（压力单位是帕斯卡（Pa），），1 Pa=1 N/m2。在工。在工程应用时，帕的值太小，而是以它的程应用时，帕的值太小，而是以它的106倍作常用单倍作常用单位，称为位，称为“兆帕兆帕”，用，用“MPa”表示。表示。1 Mpa=106Pa。其它常用单位：其它常用单位：工程大气压（非法定计量单位）：工程大气压（非法定计量单位）：Kgf/CM21kgf/cm2=98.0665*103pa=98.0665kpa0.1MPa毫米汞柱毫米汞柱毫米汞柱（非法定计量单位）是指毫米汞柱（非法定计量单位）是指1mm高的汞（水高的汞（水银）柱所产生的压力，单位符号是银）柱所产生的压力，单位符号是mmHg，它与帕，它与帕斯卡的换算关系是：斯卡的换算关系是：1mmHg=133.3Pa 1Pa=7.510-3 mmHg巴巴巴（非法定计量单位）为压力单位，单位符号是巴（非法定计量单位）为压力单位，单位符号是bar。它与帕斯卡的换算关系是：。它与帕斯卡的换算关系是：1bar=105Pa 1bar=1.02 kgf/cm2 2)绝对压力。绝对压力。以绝对零压力线（绝对真空）为测量基点测得的压力即为绝以绝对零压力线（绝对真空）为测量基点测得的压力即为绝对压力。用符号对压力。用符号Pa表示。表示。3)表压力表压力(相对压力相对压力)。以一个大气压为测量基点测得的压力即为表压力。也就是压以一个大气压为测量基点测得的压力即为表压力。也就是压力表所指示的压力值，用符号力表所指示的压力值，用符号Pg表示。表示。如果以如果以Pam表示大气压，则表示大气压，则 Pa=Pam+Pg3、比容与比重、比容与比重1）比容（比体积）比容（比体积）物质单位质量所占有的空间体积，用符号物质单位质量所占有的空间体积，用符号v表示表示 v=V/G （V立方米，立方米，G千克）千克）2）比重（密度）比重（密度）单位体积工质所具有的重量，用符号单位体积工质所具有的重量，用符号表示表示3）比容与密度的关系比容与密度的关系 =1/v 压力一定，温度越高，比容越大，比重就小，温度越低，压力一定，温度越高，比容越大，比重就小，温度越低，比容越小，比重就大（热胀冷缩）比容越小，比重就大（热胀冷缩）4.热量和比热容热量和比热容 1)热。热是物质热能的表达形式，可以表示热。热是物质热能的表达形式，可以表示物质吸热或放热的多少，用物质吸热或放热的多少，用Q表示，单位为焦耳表示，单位为焦耳，用，用J表示。在工程应用中常以表示。在工程应用中常以103倍的焦作单位，倍的焦作单位，即千焦，符号为即千焦，符号为kJ。制冷系统的制冷量也是热的形。制冷系统的制冷量也是热的形式，因此符号及单位与热一样，常用式，因此符号及单位与热一样，常用Q0表示表示,。2)比热容。比热容。1千克（千克（kg）的物质温度升高或）的物质温度升高或降低降低1摄氏度（摄氏度（）时所吸收或放出的热，常用）时所吸收或放出的热，常用C表表示，单位为千焦耳每千克开尔文示，单位为千焦耳每千克开尔文(kJkgK)。3)热方程。热方程是用来计算一定质量的物质，在温度热方程。热方程是用来计算一定质量的物质，在温度变化过程中所吸收或放出热量的数学表达式，其形式为：变化过程中所吸收或放出热量的数学表达式，其形式为：QC mt式中：式中：Q 吸收或放出的热量（吸收或放出的热量（kJ）；）；C 物质比热容（物质比热容（kJkgK）；）；m 物质质量（物质质量（kg）；）；t 温度升高或降低的幅度值（温度升高或降低的幅度值（K）。）。例如水的比热容是 4200焦/千克摄氏度，就是每千克的水提升1度需要吸热4200焦 那10千克的水从25度加热到40度吸收的热量=4200*10*（40-25）5、制冷量、制冷量制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和。空间、房间或区域内去除的热量总和。家用空调的制冷量单位是家用空调的制冷量单位是“匹匹”，1匹匹=2324W；工业；工业用的空调的制冷量一般都比较大，单位是用的空调的制冷量一般都比较大，单位是“kW”。选择制冷量的原则是：空调器的制冷量应略大于房间选择制冷量的原则是：空调器的制冷量应略大于房间的冷负荷，房间的热负荷应考虑到房间的朝向，墙壁的冷负荷，房间的热负荷应考虑到房间的朝向，墙壁和屋顶的隔热情况，以及室内热源包括人员的多少。和屋顶的隔热情况，以及室内热源包括人员的多少。举例：一个举例：一个16平方米的卧室或客厅，需配多大冷量的平方米的卧室或客厅，需配多大冷量的空调器？空调器？普通房间冷负荷的推荐值为普通房间冷负荷的推荐值为115145W/m2，取中间，取中间值值130 W/m2为计算依据，则冷负荷为计算依据，则冷负荷=13016=2080W。由于空调器的实际制冷量比名义值低由于空调器的实际制冷量比名义值低8%，因此所选，因此所选空调器的名义制冷量必须大于空调器的名义制冷量必须大于20800.92=2260W。选。选用空调器的名义制冷量应该为用空调器的名义制冷量应该为2300 W左右。左右。对于空调效果要求较高的房间，冷负荷应取对于空调效果要求较高的房间，冷负荷应取160180 W/m2。这里再提一下瓦（这里再提一下瓦（W）过去用制冷量单位千卡）过去用制冷量单位千卡/小时小时（kcal/h）之）之 间的关系：间的关系：1W=0.86kcal/h；1kcal/h=1.16W。二、基本理论二、基本理论1、物质三态变化。物质具有质量和占有空间。它、物质三态变化。物质具有质量和占有空间。它以固态、液态和气态三种状态中的任何一态存在以固态、液态和气态三种状态中的任何一态存在于自然界中，随着外部条件的不同，三态之间可于自然界中，随着外部条件的不同，三态之间可以相互转化，如图所示。以相互转化，如图所示。人们可利用制冷剂在蒸发器中汽化吸热，而在冷凝人们可利用制冷剂在蒸发器中汽化吸热，而在冷凝器中放热冷凝器中放热冷凝,即应用热力学第二定律的原理，通过制冷机对即应用热力学第二定律的原理，通过制冷机对制冷剂气体的压缩，以及在冷凝器中的冷凝和蒸发器中的汽制冷剂气体的压缩，以及在冷凝器中的冷凝和蒸发器中的汽化，实现热量从低温空间向外部高温环境的转移，达到制冷化，实现热量从低温空间向外部高温环境的转移，达到制冷的目的。的目的。2.汽化和液化汽化和液化 1)汽化。在日常生活中可以看到，把水泼在地面上，不汽化。在日常生活中可以看到，把水泼在地面上，不久地面又慢慢恢复干燥。这是因为水变成水蒸汽跑到空气里久地面又慢慢恢复干燥。这是因为水变成水蒸汽跑到空气里去的缘故。通常把这种过程称为蒸发。把一盆水放在炉子上去的缘故。通常把这种过程称为蒸发。把一盆水放在炉子上烧，加热后的水温不断升高，与此同时，从水的表面不断有烧，加热后的水温不断升高，与此同时，从水的表面不断有水蒸汽逸出，这也是蒸发过程；但当水被加热到水蒸汽逸出，这也是蒸发过程；但当水被加热到100时，时，情况就发生显著变化，这时水不断地翻滚，并从水里产生大情况就发生显著变化，这时水不断地翻滚，并从水里产生大量的气泡，这种现象称为沸腾。量的气泡，这种现象称为沸腾。蒸发：是指在任何温度下液体表面发生的汽化现象。蒸发：是指在任何温度下液体表面发生的汽化现象。沸腾：是指在一定压力下液体的温度升高到某一温沸腾：是指在一定压力下液体的温度升高到某一温度时，液体内部和四壁上涌现大量气泡，整个液体度时，液体内部和四壁上涌现大量气泡，整个液体剧烈汽化，在液体表面和内部同时进行的汽化现象，剧烈汽化，在液体表面和内部同时进行的汽化现象，相应的温度称为沸点相应的温度称为沸点 2)液化。液化与汽化过程恰恰相反，当蒸汽在液化。液化与汽化过程恰恰相反，当蒸汽在一定压力下冷却到一定温度时，就会由蒸汽状态转一定压力下冷却到一定温度时，就会由蒸汽状态转为液体状态，这种冷却过程称为液化过程或称凝结为液体状态，这种冷却过程称为液化过程或称凝结过程。过程。3、显热和潜热、显热和潜热 在加热（或冷却）过程中，物质的温度、状态将在加热（或冷却）过程中，物质的温度、状态将发生改变（即相变）。物质温度与状态随时间变化的发生改变（即相变）。物质温度与状态随时间变化的曲线如图所示曲线如图所示1)显热。显热。物体在加热物体在加热(或冷却或冷却)过程中，温度升高过程中，温度升高(或降低或降低)所所需吸收需吸收(或放出或放出)的热量，称为显热，它能使人们有明显的热量，称为显热，它能使人们有明显的冷热变化感觉。通常可以用温度计测量物体的温度变的冷热变化感觉。通常可以用温度计测量物体的温度变化。化。如果把一杯开水如果把一杯开水(100)放在空气中冷却，不断放在空气中冷却，不断地放出热量，温度也不断地下降，但其形态仍然是水，地放出热量，温度也不断地下降，但其形态仍然是水，这种放热称为显热放热。同样，把一杯水放入电冰箱中，这种放热称为显热放热。同样，把一杯水放入电冰箱中，它的温度会逐渐下降，在冷却到它的温度会逐渐下降，在冷却到0之前放出的热量也之前放出的热量也是显热。是显热。2)潜热。潜热。当单位质量的物体在吸收或放出热量的过程中，当单位质量的物体在吸收或放出热量的过程中，其形态发生变化，但温度不发生变化，这种热量无其形态发生变化，但温度不发生变化，这种热量无法用温度计测量出来，人体也无法感觉到，但可通法用温度计测量出来，人体也无法感觉到，但可通过试验计算出来，这种热量就称为潜热。过试验计算出来，这种热量就称为潜热。4.热力学第一定律热力学第一定律 热力学第一定律就是不同形式的能量在传递与热力学第一定律就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为转换过程中守恒的定律，表达式为Q=U+W。表述形式：表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。持不变。例如，煤燃烧后放出热量，可以用来取暖；可以用来例如，煤燃烧后放出热量，可以用来取暖；可以用来生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，推动汽轮发电机转生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或热能等。换为机械能、光能或热能等。表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态能量守恒定律，系统由初态经过任意过程到达终态经过任意过程到达终态后，内能的增量后，内能的增量U应等于在此过程中外界对系统应等于在此过程中外界对系统传递的热量传递的热量Q和系统对外界作功和系统对外界作功W之差，即之差，即UUUQW或或QUW这就是热力学第一定律这就是热力学第一定律的表达式。的表达式。5.热力学第二定律热力学第二定律 如果两个温度不同的物体相接触，热量总是从如果两个温度不同的物体相接触，热量总是从高温物体传向低温物体而不能逆向进行。机械能可以通高温物体传向低温物体而不能逆向进行。机械能可以通过摩擦变为热能，而热能却不能通过摩擦转变为机械能。过摩擦变为热能，而热能却不能通过摩擦转变为机械能。前一过程是自发进行的不需要任何条件，而后一过程却前一过程是自发进行的不需要任何条件，而后一过程却不能自发进行，要使它成为可能，必须具备一定的补充不能自发进行，要使它成为可能，必须具备一定的补充条件，即消耗一定的外界功。条件，即消耗一定的外界功。热力学第二定律说明，热量能自动地从高温物热力学第二定律说明，热量能自动地从高温物体向低温物体传递，不能自动地从低温物体向高温物体体向低温物体传递，不能自动地从低温物体向高温物体传递。要使热量从低温物体向高温物体传递，必须借助传递。要使热量从低温物体向高温物体传递，必须借助外功，即消耗一定的机械能。外功，即消耗一定的机械能。三、制冷的基本原理三、制冷的基本原理（一）基本原理（一）基本原理 空调系统基本构成：压缩机、冷凝器、膨胀空调系统基本构成：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器。通过冷媒在四大部件之间循环完成制冷阀及蒸发器。通过冷媒在四大部件之间循环完成制冷/制热。制热。压缩机将低压的制冷剂（氟利昂）气体压缩压缩机将低压的制冷剂（氟利昂）气体压缩成高温高压的制冷剂气体进入冷凝器后，通过冷却系成高温高压的制冷剂气体进入冷凝器后，通过冷却系统（水冷或风冷）冷却变为中温高压的液体，经过节统（水冷或风冷）冷却变为中温高压的液体，经过节流装置（膨胀阀），再变为低温低压的制冷剂气体，流装置（膨胀阀），再变为低温低压的制冷剂气体，通过蒸发器，在低压下蒸发，此过程中，制冷剂将吸通过蒸发器，在低压下蒸发，此过程中，制冷剂将吸收热量，产生冷气。收热量，产生冷气。气体气体高高温温高高压压液液体体低温低温 低圧低圧气气体体低温低温低压低压压缩机压缩机（压缩压缩）耗电做功使低温低压冷媒气体变为高温高压气体膨胀阀膨胀阀（膨胀膨胀）降低冷媒压力调整冷媒流量蒸发器蒸发器（蒸发蒸发）冷媒吸收热量使液态冷媒变为气态液液体体高高压压高温高温冷凝器冷凝器（冷凝冷凝）放出冷媒的热量使气态冷媒变为液态冷媒在冷凝器散热，在蒸发器吸热。冷媒在冷凝器散热，在蒸发器吸热。吸热 散热（二）制冷四大件（二）制冷四大件1、制冷、制冷部件部件压缩机压缩机消耗一定的外界功，将蒸发器内的氟利昂蒸汽吸入，并压缩到冷凝压力后，排入冷凝器中2、制冷、制冷部件部件蒸发器蒸发器制冷剂吸收被冷却介质（冷冻水）的热量后，由液态转变为气态3、制冷、制冷部件部件冷凝器冷凝器制冷剂向外界散热，由气态转变为液态4、制冷、制冷部件部件节流装置节流装置冷凝后的高压液体经节流机构后，变为低压液体n毛细管n膨胀阀（三）（三）3号线冷水机组号线冷水机组3号线车站采用的是海尔螺杆式水冷机组。号线车站采用的是海尔螺杆式水冷机组。冷冻水循环系统：来自空调设备的冷冻水回水经集水器、水处理器、循环水泵，进入冷水机组蒸发器内、吸收了制冷剂蒸发的冷量，使其温度降低成为冷冻水，进入分水器后再送入空调设备的表冷器或冷却盘管内，与被处理的空气进行热交换后，再回到冷水机组内进行循环再冷却。冷却水循环系统：进入到冷水机组的冷凝器的冷却水吸收冷凝器内的制冷剂出的热量而温度升高，然后进入室外冷却塔散热降温、通过冷却水循环水泵进行循环冷却，不断带走制冷剂冷凝放出的热量，以保证冷水机组的制冷循环。（四）介质与工质（四）介质与工质介质：在制冷技术中，凡是可以传递热量和冷量的物质称为介质，介质：在制冷技术中，凡是可以传递热量和冷量的物质称为介质，如空气和水。如空气和水。工质：工质：制冷机中使用的工作介质称为制冷工质，即制冷剂，又叫制冷机中使用的工作介质称为制冷工质，即制冷剂，又叫冷媒。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，冷媒。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列状态变化过程称为制冷循环。常用制冷剂：系列状态变化过程称为制冷循环。常用制冷剂：R22（普通家用空（普通家用空调）、调）、R134a（3号线车站水冷机组）、号线车站水冷机组）、R410a（3号线车辆段多联号线车辆段多联机）。机）。谢 谢 大 家！