制冷的主要方式

1、蒸汽壓縮式制冷

原理：在蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)中，壓縮機從蒸發(fā)器吸入低溫低壓的制冷劑蒸汽，經壓縮機絕熱壓縮成為高溫高壓的過熱蒸汽，再壓入冷凝器中定壓冷卻，并向冷卻介質放出熱量，然后冷卻為過冷液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑經膨脹閥（或毛細管）絕熱節(jié)流成為低壓液態(tài)制冷劑，在蒸發(fā)器內蒸發(fā)吸收空調循環(huán)水（空氣）中的熱量，從而冷卻空調循環(huán)水（空氣）達到制冷的目的，流出低壓的制冷劑被吸入壓縮機，如此循環(huán)工作。

系統(tǒng)循環(huán)

焓：物質系統(tǒng)能量的一個狀態(tài)函數(shù)。

等于工質的內能加上其體積與絕對壓力的乘積。

即：H=U+pV

熵：物質系統(tǒng)狀態(tài)的一個物理量(記為S)，它表示該狀態(tài)可能出現(xiàn)的程度。在熱力學中，是用以說明熱學過程不可逆性的一個比較抽象的物理量。孤立體系中實際發(fā)生的過程必然要使它的熵增加。

等熵過程：制冷劑在壓縮機中壓縮是等熵過程；

等壓過程：制冷劑在冷卻及冷凝過程為等壓過程;

等焓過程：制冷劑通過膨脹閥節(jié)流時，節(jié)流前后焓值相等;

等溫過程：制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中沒壓力損失。

制冷四大件：壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置。

壓縮機

功能：把制冷劑蒸氣從低壓狀態(tài)壓縮至高壓狀態(tài)，創(chuàng)造了制冷劑在冷凝器中常溫液化的條件。被稱為整個裝置的“心臟”。

壓縮機分類：

冷凝器

功能：使壓縮機排出的制冷劑 過熱蒸氣冷卻，并凝結為制冷劑液體，在冷凝器內制冷劑的熱量排放給冷卻介質。

分類：水冷式冷凝器、風冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器。

風冷式冷凝器：使用和安裝方便，不需要冷卻水、熱量由分機將其帶入大氣中。但同樣傳熱系數(shù)低，相對其他類型重量偏大，翅片表面會積灰是散熱能力下降，須及時清理。

蒸發(fā)器

功能：依靠制冷劑液體的蒸發(fā)來吸收冷卻介質熱量的換熱設備，它在制冷系統(tǒng)中的任務是對外輸出冷量。

分類：滿液式（沉浸式）蒸發(fā)器、干式蒸發(fā)器。

干式蒸發(fā)器：沉浸式蛇管、殼管式、板式、噴淋式等。

節(jié)流裝置

功能

1、截流降壓：高壓常溫的制冷劑液體流過膨脹閥后，就變?yōu)榈蛪?、低溫的制冷劑液體。

2、控制制冷劑流量：膨脹閥通過感溫包感受蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度的變化來控制閥的開度，調節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量，使其流量與蒸發(fā)器的熱負荷相匹配。

3、控制過熱度：膨脹閥具有控制蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度的功能，即保持蒸發(fā)器的傳熱面積的充分利用，又防止壓縮機沖缸事故的發(fā)生。

分類：手動節(jié)流閥、熱力膨脹閥、毛細管、電子膨脹閥、浮球板、固定孔板、可變孔板。

2、蒸汽吸收式制冷

工作流體

以制冷劑-吸收劑為工作流體，稱為吸收工質對。

常用工質對：溴化鋰-水（制冷劑是水）、氨-水（制冷劑是氨）-低沸點工質是制冷劑。

裝置：吸收式制冷裝置由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、循環(huán)泵、節(jié)流閥等部件組成，工作介質包括制取冷量的制冷劑和吸收、解吸制冷劑的吸收劑，二者組成工質對。

優(yōu)點：

1、夏天需供應冷氣，冬天需供應暖氣的全年候空氣調節(jié)地區(qū)，最適合使用吸收式系統(tǒng)。目前美國、日本的中央空調系統(tǒng)，吸收式系統(tǒng)的約占80% 以上。

2、運轉安靜，可減少磨損至最小(除液體泵運轉外)，故障較少、維護簡單。

3、不依賴電力。

4、容量控制容易，僅需控制發(fā)生器的熱源。

5、系統(tǒng)安全性高，無爆炸。

6、系統(tǒng)滿載與輕載效果相同，當負載改變時，只需調節(jié)發(fā)生器熱源和水循環(huán)量即可。

7、當蒸發(fā)溫度及壓力減低時，吸收式容量僅有限度地減少，運轉穩(wěn)定。

(2) 缺點：

1、以水為冷媒時，無法獲得低溫（水冰點為0℃）。

2、操作不當時，溴化鋰易生結晶。

3、蒸汽噴射式制冷

原理：由鍋爐供給的壓力較高的水蒸汽(稱為工作蒸汽)進入主噴射器中,在拉瓦爾噴嘴中絕熱膨脹，利用這一高速汽流不斷從蒸發(fā)器中抽汽，在其中保持較高的真空，即較低的蒸發(fā)壓力。從制冷裝置來的冷水，經節(jié)流減壓后進入蒸發(fā)器，其中一部分蒸發(fā)并吸收其余水的熱量而使之溫度降低。

降溫后的冷水由泵輸出，供給冷量之后反復使用。在噴射器中的工作蒸汽連同從蒸發(fā)器中抽吸的蒸汽，一起流經擴壓管使壓力升高到冷凝壓力（仍為真空），進入冷凝器中與冷卻水直接接觸并凝結于冷卻水中。冷凝器中的不凝性氣體用一兩級輔助噴射器抽除，以使冷凝器保持一定的真空度。圖中的冷凝器稱為混合式冷凝器。蒸汽噴射式制冷機也可使用管殼式冷凝器，這時進入冷凝器中的水蒸汽通過傳熱管被冷卻并冷凝成水，凝結水即可用冷卻水泵注入鍋爐中，重復使用。

4、吸附式制冷

原理：一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用，且吸附能力隨吸附劑溫度的改變而不同。通過周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸。解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之冷凝為液體；吸附時，制冷劑液體蒸發(fā)，產生制冷作用。

按吸附機理分類：物理吸附式制冷、化學吸附式制冷。

原理：吸附式制冷基本結構由太陽能集熱器、冷凝器、儲液器、蒸發(fā)器和閥門五個模塊組成。吸附式制冷系統(tǒng)的運作機制為：在白天，集熱器溫度隨著氣溫的升高而升高，制冷劑蒸發(fā)集熱器中壓力升高，氣體進入冷凝器并冷凝、制成液體；在晚上，溫度降低，吸附劑會吸收制冷劑蒸汽，蒸發(fā)器中壓力降低，于是會有更多液體氣化，蒸發(fā)中吸收熱量降溫。

5、熱電制冷

熱電制冷是利用熱電效應(即帕爾帖效應)的一種制冷方法——又稱溫差電制冷、半導體制冷。

1834年法國物理學家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，在將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上，通電后，發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，另一個接頭變冷，即兩個接頭處分別發(fā)生了吸放熱現(xiàn)象。

熱電效應的大小取決于兩種材料的熱電勢，純金屬材料的熱電勢很小，常用熱電勢較高的半導體材料來做小型熱電制冷器。

陶瓷平板型一級半導體制冷組件

一對N、P熱電偶產生的制冷量很小，實際的熱電制冷裝置是將許多熱電偶組成熱電堆使用。

原理：電荷載體在不同的材料中處于不同的能量級，在外電場的作用下，電荷載體從高能級的材料向低能級的材料運動時，便會釋放出多余的能量。反之，電荷載體從低能級的材料向高能級的材料運動時，需從外界吸收能量。能量在不同材料的交接面以熱的形式放出或吸收。

6、磁制冷、聲制冷

磁制冷：基于“磁熱效應”（MCE）的磁制冷是傳統(tǒng)的蒸汽循環(huán)制冷技術的一種有希望的替代方法。在有這種效應的材料中，施加和除去一個外加磁場時磁動量的排列和隨機化引起材料中溫度的變化，這種變化可傳遞給環(huán)境空氣中。

聲制冷：基于所謂的熱聲效應，熱聲效應機理可以簡單的描述為在聲波稠密時加入熱量，在聲波稀疏時排出熱量，則聲波得到加強；反之聲波稠密時排出熱量，在聲波稀疏時吸入熱量，則聲波得到削弱。當然，實際的熱聲理論遠比這復雜的多。

制冷相關

1、制冷劑（點擊看相關課件）

分類：

1、無機化合物：水，氨，二氧化碳

2、鹵代烴：氟利昂

3、碳氫化合物：甲烷，乙烷、丙烷

4、混合制冷劑：公沸和非共沸

5、其他烴類：乙烯、丙烯

性質要求

1、具有優(yōu)良的熱力學特性，以便能在給定的溫度區(qū)域內運行時有較高的循環(huán)效率。具體要求為：臨界溫度高于冷凝溫度、與冷凝溫度對應的飽和壓力不要太高、標準沸點較低、流體比熱容小、制冷劑絕熱指數(shù)低、單位容積制熱量較大等；

2、具有優(yōu)良的熱物理性能 具體要求為：較高的傳熱系數(shù)、較低的粘度及較小的密度；

3、具有良好的化學穩(wěn)定性 要求工質在高溫下具有良好的化學穩(wěn)定性，保證在最高工作溫度下工質不發(fā)生分解；

4、與潤滑油有良好互溶性 ；

5、安全性 工質應無毒、無刺激性、無燃燒性及爆炸性；

6、有良好的電氣絕緣性 ；

7、經濟性 要求工質低廉，易于獲得；

8、環(huán)保型性 要求工質的臭氧消耗潛能值（ODP）與全球變暖潛能值（GWP）盡可能小，以減小對大氣臭氧層的破壞及引起全球氣候變暖。

環(huán)境親和度的要求

1、臭氧衰減指數(shù)ODP(Ozone Depletionpotential )：

表示物質對大氣臭氧層的破壞程度。應越小越好，ODP=0則對大氣臭氧層無害。

2、溫室效應指數(shù)GWP(Global warmingpotential)：

表示物質造成溫室效應的影響程度。應越小越好，GWP=0則不會造成大氣變暖。

1、CFCs：包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5 等氯氟烴物質；

（1）對發(fā)達國家，規(guī)定從1996年1月1日起完全停止生產與消費；

（2）對發(fā)展中國家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。

2、HCFCs：包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等；

（1）對發(fā)達國家，從1996年起凍結生產量，2004年開始削減，至2020年完全停用；

（2）對發(fā)展中國家，從2016年開始凍結生產量，2040年完全停用。

3、HFCs:包括HFC134a，HFC125，HFC245。

2、能效等級

能效等級：是表示能效等級是表示家用電器產品能效高低差別的一種分級方法，按照國家標準相關規(guī)定，目前我國的能效標識將能效分為五個等級。等級1表示產品節(jié)電已達到國際先進水平，能耗最低；等級2表示產品比較節(jié)電；等級3表示產品能源效率為我國市場的平均水平；等級4表示產品能源效率低于市場平均水平；等級5是產品市場準入指標，低于該等級要求的產品不允許生產和銷售。

3、單位換算

瓦特：符號：W，國際單位制的功率單位。瓦特的定義是1焦耳/秒（1J/s），即每秒鐘轉換，使用或耗散的（以焦耳為量度的）能量的速率。

BTU：1Btu就是將1磅水的溫度升高1華氏度所需要的熱量。1BTU約等于251.9958卡路里/1.055千焦。

卡路里：將1克水在1大氣壓下提升1℃所需要的熱量。1千卡=1大卡=4.184千焦=1卡/克。

冷噸：1噸0℃的飽和水在24小時冷凍到0℃的冰所需要的制冷量。1美國冷噸=3024千卡/小時=3.517千瓦。

1日本冷噸=3320千卡/小時=3.861千瓦。

匹：就是輸入功率為735W產生的制冷量。一個2級能效的1匹空調產生的制冷量為2352~2500W。

4、空氣焓濕圖

空氣的組成：干空氣的成分：主要成分是氮（N2）和氧（O2）。干空氣中N2的體積分數(shù)約為78%；O2的體積分數(shù)約為21%；其余的1%左右時其他氣體。

濕空氣：由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的大氣。大氣中的水蒸氣含量是不多的，它與干空氣的質量比在千分之幾到千分之二十幾的范圍內。雖然濕空氣中水蒸氣的含量少，但其變化會引起濕空氣干、濕度變化，進而對人體感覺、產品質量、工藝過程和設備維護等都有直接影響：同時，濕空氣中水蒸氣含量的變化又會使?jié)窨諝獾奈锢硇再|隨之變化。因此，從空氣調節(jié)的角度來說，空氣的潮濕程度是我們十分關心的問題。

濕空氣的物理性質除和它的組成成分有關外，還決定于它所處的狀態(tài)。濕空氣的狀態(tài)通?？梢杂脡毫、溫度t、相對濕度φ、含濕量d及比焓h等參數(shù)來度量和描述。這些參數(shù)稱為濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。

一、空氣的壓力

根據(jù)道爾頓分壓力定律：混合氣體總壓力等于各組成氣體分壓力之和。濕空氣的總壓力就等于干空氣分壓力和水蒸氣分壓力之和，即p=pg+ps。

濕空氣中含水蒸氣的分壓力大小，是衡量濕空氣干燥與潮濕程度的基本指標。標準大氣壓力是p=101325Pa。

二、空氣的溫度

干球溫度：是溫度計在普通空氣中所測出的溫度，即我們一般天氣預報里常說的氣溫 。

濕球溫度：指同等焓值空氣狀態(tài)下，空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度，在空氣焓濕圖上是由空氣狀態(tài)點沿等焓線下降至100%相對濕度線上，對應點的干球溫度 。

露點溫度：在含濕量不變的條件下冷卻空氣，一直冷卻到空氣中的水蒸氣開始凝結成水的那一時刻的溫度。在冬天的玻璃窗上或夏季的自來水管上常?？梢钥吹接心Y水或露水存在。這一現(xiàn)象可以用露點溫度形成來解釋。

干濕球濕度計：是測定氣溫、氣濕的一種儀器。由兩支規(guī)格完全相同的溫度計組成，一支稱為干球溫度計，其溫泡暴露在空氣中，用以測量環(huán)境溫度；另一支稱為濕球溫度計，其溫泡用特制的紗布包裹起來，并設法使紗布保持濕潤，紗布中的水分不斷向周圍空氣中蒸發(fā)并帶走熱量，使?jié)袂驕囟认陆?。水分蒸發(fā)速率與周圍空氣含水量有關，空氣濕度越低，水分蒸發(fā)速率越快，導致濕球溫度越低。可見，空氣濕度與干濕球溫差之間存在某種函數(shù)關系。干濕球濕度計就是利用這一現(xiàn)象，通過測量干球溫度和濕球溫度來確定空氣濕度的。

三、含濕量

含濕量d是指單位質量干空氣中含有的水蒸汽量。

單位是kg/kg（干空氣）或g/kg（干空氣）。

含濕量d的數(shù)值計算：d=0.622ps/（p-ps）

四、相對濕度

相對濕度是空氣中水蒸氣分壓力和同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比，也稱為飽和度。相對濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度?？諝獾南鄬穸圈赵酱螅簿褪窃匠睗?。 φ的最大值是1（或100%），這相當于飽和空氣。如果φ =0，這表明空氣中不含水蒸氣（干空氣）。

濕空氣焓濕圖

理論上，對于一定的大氣壓，只要知道空氣的任意兩個參數(shù)，就能算出所有其他參數(shù)。在工程應用中，用公式計算和用查表方法來確定空氣狀態(tài)和參數(shù)，比較繁瑣，而且對空氣的狀態(tài)變化過程的分析也缺乏直觀的感性認識。因此，為了便于工程實際應用，通常把一定大氣壓力下，各種參數(shù)之間的相互關系作成線算圖來進行計算。根據(jù)所取坐標系的不同，線算圖也有好幾種，國內常用的是焓濕圖，簡稱h-d圖。

這里需要強調的是，每一張h-d圖都是按規(guī)定的大氣壓繪制的，因此在計算工作中，應選用與要求大氣壓相符的（或接近的）焓濕圖。

6、水的壓焓圖

7、真空度

空氣的危害：可能是冷凍機油氧化被黑，生成油污，并與制冷劑反應，析出水和酸，腐蝕制冷系統(tǒng)?？諝膺€會使冷凝壓力溫度和壓力升高，制冷能力下降，降低制冷效率

水分的危害：在工作使，由于節(jié)流裝置出溫度降低，使水分凝結，產生冰堵，使系統(tǒng)不能工作。水分同樣會與制冷劑反應，造成不利影響。R134a和潤滑油會大量吸收水分。

雜質的危害：雜質包括灰塵、金屬和金屬氧化物等 這些雜質可導致臟堵和機械 電路故障．同時氧化物可促進氟里昂的分解。

綜上所述，通過提高制冷系統(tǒng)的真空度，會將以上的部分減少到一定程度，使制冷系統(tǒng)按照設計要求工作。