2022年中央空调设备基础知识 .pdf

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1、读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思家用及商用中央空调基础知识空调的发展历史一、概述人类利用天然冷源来制冷已有悠久的历史。早在3000 多年前，我国诗经上就有冬季采集冰雪储藏，到夏季取出降温的记载。但采用天然冷源，要受到地区、 季节等条件的限制，远远不能满足社会发展的需要。工程技术上的人工制冷，就是利用一定的装置（制冷装置），消耗一定的能源，强制地使某一对象（空间或物体）的温度，低于周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程。人工制冷技术是从19世纪中叶开始发展的。1834 年英国人波尔进里制成吸收式制冷机。1874 年德国人林德发明了世界上第一台氨压缩机，使制冷技术进入实际应用的广阔天地：人

2、工制冷不受季节、地区等限制。随着我国城市建设中楼宇、住宅迅速兴建， 人民生活水平的提高和生活条件的改善，热泵作为一种节能型制冷空调产品以从工业应用转入空调领域，并得到了愈来愈广泛的应用，其增长势头喜人。热泵按新国际制冷辞典（New International Dictionary of Refrigeration）的定义，热泵（ Heat Pump ）就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统。事实上，从热力学或工作原理上说，热泵就是制冷机。如果要说这两者有什么区别的话，主要有两点：两者的目的不同：一台热泵 （或制冷机） 与周围环境在能量上的相互作用是从低温热源（Heat Source）吸热，然后

3、放热至高温热源（或称热汇，Heat Sink ） ，与此同时，按照热力学第二定律，必须消耗机械功。如果目的是为了获得高温（制热），也就是着眼于放热至高温部分脱是热泵。如果目的是为了获得低温（制冷），也就是着眼于从低温热源吸热，那就成了制冷机。两者的工作温度区往往有所不同：上述所谓高温热源或低温热源都是相对于环境温度而言的。 由于上述两者目的不同，热泵将环境温度作为低温热源，而制冷机则是将环境温作为高温热源。那么，对同一环境温度说来，热泵的工作温度区就明显高于制冷机。正是由于有以上两点区别，在工程实践上热泵与制冷机两者就有许多共性，也有许多特殊性。而且，还要提出存在这样一种有趣的情况，即当这种装

4、置同时实现制热与制冷功能时，也就是说， 这种装置运行时高温（冷凝器） 输出用作制热， 而低温 （蒸发器） 吸热用作制冷，这种“一举两得”功能的联合装置既可称热泵也可称制冷机。二、国外热泵的发展概况：热泵这个名词最早在欧洲使用约在本世纪初。但就压缩式热泵的理论来说，可追溯到1824 年法国物理学家卡诺（S.Carnot ）发表的著名论文。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思19 世纪初，人们对热能是否可“泵”送至较高的温度发生了兴趣。英国物理学家焦耳（JPJoule ）论证了改变气体

5、的压力能引起温度变化的原理。英国汤姆森 （W.Thomson ）教授以后改名为开尔文（Lord Kelvin ）勋爵，于1852 年发表的论文中首先提出并描述了关于热泵的设想。当时称为热量倍增器（Heat Multiplier ） 。该装置有一个吸入气缸和一个排出气缸，均由蒸汽机驱动。 室外空气被气缸吸入，膨胀降温后被排至室外作为换器用的贮气筒，在其中吸收外界空气热量并升温。然后进入排出气缸被压缩至大气压力，此时空气的温度已高于环境温度， 最后被排送至需供暖的建筑物内，这是一个开式装置，也可以向建筑物供冷。汤姆森教授预见到了闭式循环的可能性，但当时的技术基础使他没有可能设计出象现代这样的热泵装

6、置。与制冷机的发展相比，由于取暖的方式多样化，简单而价廉， 因此当时在技术上对热泵的迫需性就不大，这就是热泵的发展明显地滞后于制冷机的原因。直至本世纪2030 年代，热泵有了较快的发展，一方面，在这之前工业技术特别是制冷机的发展为热泵的制造奠定了良好的基础，另一方面社会上出现了对热泵的需要。有代表性的是英国霍尔丹（Haldane ）于 1930 年在他的著作中报道了1927 年在苏格兰安装试验的一台热泵。 当时霍尔丹已经能认识到通过简单的切换制冷循环来实现冬季供热夏季制冷的可能性。 他还研究了利用废水热量廉价的低谷电力，带废热回用的柴油机及在低温热源端制冰等问题。在这之后，美国开始对热泵进行了

7、不少设计和研究，但能进行试验的很少。至1931 年间，美国南加利福尼亚安迪生公司的洛衫机办公楼，将制冷设备用于供热，这是大容量热泵的最早利用，供热量达1050KW ，制热系数达到2.5。欧洲第一台较大的热泵在1938-1939年间，安装于瑞士苏黎世。以河水做低温热源，采用离心式压缩机，R12做为工质，向市政厅供热175KW ，制热系数为2，输出水温60 度，有蓄热系统，在高峰负荷时采用电加热做为辅助加热。该装置夏季也能来制冷。第二次世界大战的爆发，一方面影响与中断了空调用热泵的发展，另一方面战时能源的短缺促进了大型供热和工艺用热泵的发展。对木材及其他生物制品的干燥不仅有明显的节能效果， 而且能

8、改善产品质量。而在物料的浓缩工艺中，只需将蒸发装置中产生的废气采用压缩热泵提高一些温度便可重复用于对装置的加热，热泵在这种场合下使用因温升少其制热系数极高。 同样在精馏装置中应用热泵的经济性也非常好。热泵在二次世界打战中也直接用于战事装备，如美国制造了一万台蒸馏热泵为上百万的人们提供饮用水。在美国，各种空调与热泵机组与战后开始发展起来。于1950 年，已有20 个厂商及十余所大学和研究单位从事热泵的研究。当时拥有的600 台热泵中约50% 用于房屋供暖， 45%为商用建筑空调。仅5%用于工业。通用电器公司生产的以空气为热源，制热和制冷可自动切换的机组打开了局面，使空调用热泵作用一种全年运行的空

9、调机组而进入空调商品市场。1957 年美国军事当局决定在建造大批住房项目中用热泵来代替原先设想的燃气供热方案，这又使热泵的发展进入了一个高潮。数十家空调设备制造商匆忙赶制热泵，导致数以万计的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思压缩机损坏，连维修更换都来不及。至60 年初，在美国安装的热泵机组已到近万8 万台。然而由于过快的产品增长速度造成制造质量较差、设计安装水平低、维修及运行费用高，成了美国热泵发展史上的一个重大挫折，大大影响了热泵的声誉，使热泵进入10 年左右的调整期，直至70

10、 年代中期才重新有了快速增长，这一方面时由于热泵技术的发展，机组可靠性的提高，另一方面是1973 年能源危机的推动。至1978 年美国的热泵产量已近60 万台，而至 1988 年，美国包括热泵在内的房间空调器和单元式空调机的产量已分别达到463 万和321 万台。 至 1996 年单元式空调机产量已达567 万台，而空气热源热泵产量已达114 万台。与美国的早期的迅速发展相比，欧洲一些国家热泵的发展较为缓慢。直至 1973 年能源危机时才又一次推动了世界范围内热泵的发展。瑞士被称为传统的热泵国家。瑞典， 挪威等北欧国家取暖的需求明显超过了夏季空调的要求，故在热泵理论及技术上均有许多研究。还有象

11、德国、 法国、 苏联等国家对热泵的研究也十分重视。在德国最为广泛应用的是一种即可降低地窖食物存储室温度又可供应生活热水的一举两得式热泵热水器。而热泵用于区域供暖则以瑞典为最多。斯德哥尔摩市区域供暖的容量约为50% 由大型热泵提供。一些国际组织如国际制冷学会（IIR） ，世界能源委员会（WEC ） ，国际能源机构（IEA）等，经常组织有关热泵的国际活动与学术会议，促进热泵技术的发展。1922-1944年，国际能源机构的热泵中心在国际制冷协会合作下进行了国际热泵状况与政策调整调研，对于25个国家（其中包括经济合作发展组织OECD 美、日、英、法、德等16 国和中、韩、巴西、捷克等9 国）在热泵方面

12、的技术和市场状况，有关政策和国际合作等进行了调查和分析。全世界已经安装运行的热泵已超过了5500 万台。除住宅用热泵外，世界上已有7700 台工业热泵在使用，近400 套区域集中供热在供热。据统计，全世界的供热量中由热泵提供的近 2%。下表列出了某些国家供热量需求及由热泵供热的百分比。某些国家供热量需求量及热泵供热百分比国家总供热量屋宇的供热需求供热需求 /（1012Wh/a ）热泵供热 /% 供热需求 /（1012Wh/a ）热泵供热/% 德国1700 0.1 1150 0.15 日本1400 2.8 400 9.5 美国7700 3.5 3250 8.2 瑞典270 3.7 140 7.2

13、 瑞士85 1.6 70 2.0 简要回顾一下热泵在日本的发展也颇具意义。日本最早进行热泵试验时在1930 年.其发展大致可分为几个时期：1. 开创期 (1930-1949) 。当时热泵时用进口的部件组成的.有代表性的是1937 年在大型办公楼内安装了两台194KW 压缩机的带有蓄热箱的热泵系统。以井水为热源 ,制热系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思数达 4.4 。二次世界大战中停止了对热泵的发展。2. 重建期 (1950-1964) 。战后食品十分短缺，尤其是食盐。当时发展了

14、从海水中制盐的电力热泵。 60 年代以后 ,热泵才逐渐由工业向空调用发展。3. 起飞期 (1965-1970) 。 60 年代日本工业的发展造成了大城市空气污染严重,政府颁发了一些强制性的环保法规,促进了热泵的应用和发展。4. 快速增长期 (1971-1985) 。日本时能源短缺的国家，1973 年的石油危机影响很大,在政府的鼓励下，设计人员致力于节能建筑,高效系统的设计，大大促进了各型热泵的发展。 1985 年房间空调器年产量350 万台 (其中热泵型约220 万台 )，商用空调器约55万台 (其中热泵型37 万台 ),可见热泵在空调器中的比例约占65% 。5. 成熟期 (1986 年以后

15、),80 年代后期 (1989 年)，各种热泵年产量为565 万台， 热泵在空调机中的比例约65%，热泵的年产量不断发展，至 1996 年,房间的空调器产量达800万台 (其中热泵型约为700 万台 )，商用空调器产量92 万台 (其中热泵约75 万台。热泵在空调器中的比例也上升至87% 左右。 80 年代末 ,在政府的资助下开展高性能的超级热泵项目研究。二、我国热泵的发展概况：我国的热泵工业相对于世界上工业发达国家的热泵发展与应用说来,有一段明显的滞后。 1965 年 ,原上海空调器厂的前身上海冰箱厂研制成我国第一台制热量为3720W 的CKT-3A 热泵型窗式空调器，但是因换向阀的工作可靠

16、性等原因,长期未有发展。相比之下，我国学术界比较活跃。早在50 年代初，天津大学的一些学者已开始从事热泵的研究。70年代后期 ,由于能源危机推动的世界性热泵发展也影响了我国学术界。中国制冷学会,中国建筑科学研究所空调研究所，广州能源研究所等经常组织有关热泵及低势能利用方面的学术会议。当时学术界普遍看法时由于电价等原因，我国热泵的发展应先从工业上应用开始，然后才有可能用于空调并逐渐进入家庭.实际情况的发展也确实如此，这是与日本及其他国家的热泵发展过程相似。在 80 年代 ,我国热泵在各种场合的应用研究有许多发展,广州能源研究设计并在东莞建造了一套用于加热室内游泳池的热泵,该低温加热系统由太阳房和

17、水水热泵组成,制热系数达到 56,用 25 40 米深井中的24地下水做热源,针对我国地热资源比较丰富的情况,天津大学等曾对京津地区的地热热泵进行了技术经济分析并建立了实验系统进行实验.天津大学,西安交通大学对非共沸混合物作为工质进行了许多研究.1985 年上海机械学院(现为上海理工大学 )与浙江农业大学协作对用于干燥茶叶的热泵进行了试验与研究.上海能源研究所从 1987 年开始研究将热泵技术应用与木材干燥中,以后由上海桑菱环境能源研究所成功地发展为用于木材干燥的SRG 型热泵系列产品,采用的工质是R142b. 从 80 年代起 ,我国热泵在空调上的应用也有了起步,国内第一台自行设计的较大容量

18、的空气 -水热泵是1980 年由上海手工业局设计室与上海冷气机厂协作安装在上海工艺美术服精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思务部 ,以 R12 为工质压缩机功率为55KW 的热泵系统 ,供 1200 平方米面积空调用,供热时手动阀将热泵工质回路切换,配有 48KW 辅助加器，1985 年上海空调机厂和上海冷气机厂试制成功国内生产的第一批热泵型立柜型空调机组系列。1984 年有上海704 研究所 ,开封通用机器厂和无锡第四织布厂联合试制了双效型第一类吸收式热泵。1989 年青岛建筑工

19、程学院建立了利用大地土壤作为热源的热泵实验室已运行多年，1990 年上海市通用机械技术研究所多次进行了第二类吸收式热泵的模拟试验,同年上海交通大学、上海第一冷冻机厂、上海溶剂厂联合研制了35350KW第二类吸收式热泵。值得回顾的是我国80 年代改革开放政策所带来的经济飞速发展，人民生活水平的显著提高，住宅条件的改善,电力供应的增长，特别是城市商场、 高层建筑的兴起，大大促进了空调与热泵行业。以包括热泵在内的房间空调器年产量的增长为例，1991 年的产量为59.6 万台， 5 年后至 1996 年产量已猛增至645.9 万台，为 1991 年的 10.8 倍。这种发展速度时空前的。如以热泵型空调

20、房间空调器的年产量大致已达420 万台。此外，单元式热泵机组及热泵型冷水机组也有相应的发展。就我国目前空调用各种泵的产量而言，大致相当于美国或日本90 年代初的水平。数量上已步入世界空调用热泵产量的大国.产品质量上也与美国，日本相差不远，但新品种特别时压缩机的开发能力与国际先进水平差距还比较大。可以看出 ,热泵的发展不仅与国家国民经济总体发展及热泵本身技术发展有关，还与能源的结构与供应，特别是与政府的政策导向密切相关。目前， 在世界范围内热泵做为空调商品已处于成熟期，在我国也处于迅速发展期.热泵。作为一种高效有效的节能产品，它不仅在工业应用上、更多的将在空调应用上在我国将发挥越来越重要的作用。空调用热泵具有冬季供热、夏季制冷的双重功能，它特别适用于我国长江流域南方的气候特征， 发挥其独特的优势，而且也可以在北方地区获得合适的应用。使用空调用热泵还可以省却锅炉房，供热无污染，能量利用系数高，机组可以室外安置，不需专用机房，可减少土建工程的投资，运行过程采用电脑控制，机组安装方便，管理、维修简单。它可广泛应用于宾馆、别墅、医院、影剧场、体育馆、娱乐中心、商业大厦、工矿企业等部门。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页