建筑冷热源素材(2).doc

● 根据示功图计算容积效率ηv，i

往复式压缩机的示功图
设汽缸的余隙容积为Vc（m3），吸排汽阻力分别为Δp1、Δp2（kPa）。由示功图得
ηv，i=（V1-V4）/Vcy
V1=（p1-Δp1）（Vcy+Vc）/p1
V4=
ηv，i=
C=
● 实际容积效率
实际上，有的容积损失未能反映在示功图上，如吸汽被预热和泄漏，分别用预热系数 λp与气密性系数λl来衡量，实际容积效率为
ηv=ηv，iλpλl
高速、多缸往复式压缩机（η≥720r/min，C=0.03～0.04）ηv的经验公式
ηv=0.94-0.085
双级压缩制冷系统中低压级压缩机的ηv为
ηv=0.94-0.085
小型全封闭压缩机的ηv

小型全封闭压缩机的容积效率
● 往复式压缩机的制冷量

● 往复式压缩机指示功率和指示效率
压缩机对制冷剂做功所耗的功率称指示功率（kW或W）。1kg制冷剂所耗的功称单位质量指示功（单位指示功）Wi（kJ/kg或J/kg），它总是大于理想压缩过程的单位绝热功 Wad（kJ/kg或J/kg）。
用指示效率ηi衡量实际压缩过程与理想压缩过程接近程度，ηv定义为

往复式压缩机的指示效率
指示功率为

绝热功率

● 往复式压缩机的轴功率与轴效率
传递到压缩机主轴上的功率称轴功率（kW或W），它由指示功率和摩擦功率（含油泵功率）（kW或W）组成。

摩擦功率用机械效率ηm来估计，它定义为
ηm
压缩机的轴功率

ηs=ηiηm
ηs称为轴效率或等熵效率。往复式压缩机的ηs=0.65～0.78。
压缩机配用电机的功率需考虑传动效率ηd和一定裕量，电机功率为

若电机的效率为ηmo，压缩机实际消耗的功率——输入功率（kW或W）为

对于封闭式压缩机，ηd=1，则为

ηe=ηiηmηmo
ηe称压缩机电能效率，对封闭式压缩机也即为等熵效率ηs。
● 往复式压缩机的制热量
开启式压缩机
封闭式压缩机
● 压缩机的性能系数
以轴功率计
以输入功率计
以输入功率计的 COP又称能效比EER（Energyefficiency ratio）
制热性能系数
● 往复式压缩机的性能曲线

某往复式压缩机的制冷性能曲线

某往复式压缩机制热量性能曲线
● 名义工况
中性活塞式制冷压缩机名义工况（摘自我国标准GB 10874）
工况名称
制冷剂
蒸发温度（℃）
吸汽温度（℃）
冷凝温度（℃）
过冷温度（℃）
低冷凝压力
高冷凝压力
低冷凝压力
高冷凝压力
高温
R22
7
18
43
55
38
50
中温
R22
R717
-7
18
1
35
55
—
30
50
—
低温
R22
R717
-23
5
-15
35
55
—
30
—
小型全封闭制冷压缩名义工况（摘自我国标准GB 10079）
工况名称
蒸发温度（℃）
吸汽温度（℃）
冷凝温度（℃）
液体温度（℃）
环境温度（℃）
高温
7.2
35
54.4
46.1
35±3
低温
-15
15
30
25
35±3

热泵中压缩机的名义工况（摘自美国ARI标准）
类 别
蒸发温度（℃）
冷凝温度（℃）
吸汽温度（℃）
液体温度（℃）
空气源（高温制热）
-1.1
43.3
4.4
35
空气源（低温制热）
-1.5
35
-3.9
26.7
水源（制冷与制热）
7.2
48.9
18.3
40.6
3.4 螺杆式压缩机
● 双螺杆压缩机的结构
双螺杆压缩机就称螺杆式压缩机，有开启式、半封闭式和全封闭式三类。

开启式螺杆式压缩机

螺杆式压缩机的转子
● 螺杆式压缩机的工作过程

螺杆式压缩机的工作过程
螺杆式压缩机运行时汽缸内需喷油，其作用是：（1）冷却；（2）密封；（3）润滑；（4）推动油活塞（调节排汽量）。
● 螺杆式压缩机的容积效率与轴效率
容积效率与压缩机的工况、结构、转速、制冷剂等有关。一定结构的压缩机主要与压缩比有关。

R22螺杆式压缩机的轴效率与容积效率
轴效率
螺杆式压缩机的能量损失有：蒸气在机内高速流动，泄漏，喷油，吸汽过热，机械摩擦等引起的能量损失。除此之外，还有一项这种压缩特有的损失——内压力比Π与系统压力比不一致引起的能量损失。
内压力比与内容积比的关系为
Π=φn

螺杆式压缩机的p-V图
Πp1>p2或Πp1<p2都有额外的功耗；Πp1>p2的情况额外功耗更多。
● 螺杆式压缩机的能量调节

滑阀能量调节原理示意图
● 单螺杆压缩机

半封闭单螺杆式压缩机结构图

半封闭单螺杆式压缩机工作过程
3.5 滚动转子式压缩机
● 结构与工作原理

全封闭立式滚动转子式压缩机
转子在汽缸内滚动2周完成吸汽—压缩—排汽过程。
● 能量调节
（1）变速调节 常采用电源变频，改变电机转速
（2）旁通调节

全封闭滚动转子式压缩机旁通调节

双缸滚动转子式压缩机旁通调节原理图
3.6 涡旋式压缩机
● 结构与工作原理

全封闭涡旋式压缩机结构图

涡旋式压缩机的工作过程
● 能量调节
（1）变速调节
（2）脉冲宽度调节

涡旋式压缩机脉冲宽度调节原理图
电磁阀得电开启——压缩机卸载
电磁阀失电关闭——压缩机正常负载运行
设控制周期20s，电信号脉冲宽度6s（卸载），则一个周期内排汽量为14/20=0.7=70%。
（3）旁通调节
3.7 离心式压缩机
● 压缩机的结构

半封闭离心式压缩机剖面图
● 压缩机需要的能量头和功率

lgp-h图上单级离心式压缩机压缩过程
设离心式压缩机的制冷剂流量为（kg/s），则压缩机的内功率（W或kW）为

内功率由两部分组成——可逆的多变压缩消耗的功率和内部损失消耗的功率
单位质量可逆的多变压缩功（称多变能量头）wp（J/kg或kJ/kg）为

内部损失用多变效率ηp来估算，ηp为

内部损失也可用等熵效率ηs来估算，ηs为

wp=（h2s-h1）ηp/ηs
压缩机轴功率还需考虑摩擦损失，通常用机械效率ηm来估计，因此轴功率（W或kW）为

● 叶轮提供的能量头
压缩机对制冷剂进行多变压缩的能量由叶轮所提供。叶轮提供的能量与叶轮的结构有关。

叶轮中的速度图
叶轮提供的理论能量头wth（J/kg）为
wth=u2c2u-u1c1u
当c1u≈0时

上述能量头中主要用多变压缩，一小部分损失了，用水力效率ηh来估计，因此

u2↑，叶轮提供的能头↑，u2提高是有限制的。受两个因素制约：
（1）材料强度要求，u <300m/s。
（2）气体动力特性要求，马赫数Mu2不太大。
Mu2=u2/a1
a1=
R=8341/μ
分子量μ愈大，a1愈小，允许的u2就小。
● 离心式压缩机的特性曲线
因为
因此有

离心式压缩机特性曲线
D—设计点；M—最大流量点；S—喘振点
● 离心式压缩机能量调节
（1）导叶调节

离心式压缩机导叶调节的特性曲线
调节范围40%～100%
（2）转速调节

离心式压缩机转速调节的特性曲线
调节范围60%～110%
（3）热气旁通调节
在低负荷作辅助调节。
3.8 冷 凝 器
● 冷凝器
冷凝器
● 水冷式冷凝器
（1）壳管式冷凝器
有立式与卧式两类。建筑常用的是卧式。

卧式壳管式冷凝器结构示意图
适用于大、中、小型系统中。
（2）套管式冷凝器

套管式冷凝器
适用于小型系统中。
（3）焊接板式冷凝器

焊接板式冷凝器
适用于小型系统中
● 风冷式汽凝器
建筑冷热源中常用的是强迫对流式风冷冷凝器

风冷式冷凝器
● 蒸发式冷凝器
按风机位置有吸入式和压送式两大类。

蒸发式冷凝器结构示意图

盘管/填料型蒸发式冷凝器
● 冷凝器比较
建筑用冷水机组（提供冷冻水）4种冷凝器方案：
A——水冷式冷凝器+冷却塔
B——水冷式冷凝器，用江、河、湖水
C——蒸发式冷凝器，与压缩机分开设置
D——风冷式冷凝器，与压缩机等组成一体机
方 案
A
B
C
D
系统紧凑性
水泵能耗
冷凝温度
制冷剂充注量
耗水量
差
大
较高
较少
少
差
大
低
较少
大
紧凑
小
较低
较多
少
很紧凑
—
高
较少
—
● 冷凝器选择计算
冷凝器选择计算是确定传热面积A（m2）。
对于水冷式和风冷式冷凝器

其中冷凝器热负荷（W）为

传热系数k（W/（m2·℃））采用推荐值，见《建筑冷热源》表3-4。
平均温差

水冷式、风冷式冷凝器制冷剂和冷却介质的温度沿传热面变化

冷凝器冷却介质的流量（kg/s）用下式计算：

对于蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器制冷剂和冷却介质的温度变化

hc、hai分别为与tc对应饱和空气比焓和入口空气比焓（kJ/kg），ke，u（kg/（cm2·s））采用推荐值，见《建筑冷热源》表3-4。
3.9 蒸 发 器
● 蒸发器种类
蒸发器
● 液体冷却器
（1）壳管式

壳管式蒸发器结构示意图
建筑冷源中应用普遍的一种蒸发器。
（2）水箱式

水箱式蒸发器
（3）焊接板式蒸发器
结构与焊接板式冷凝器一样。
● 直接蒸发式空气冷却器

直接蒸发式空气冷却器
空调用空气冷却器的结构：铜管串整张铝肋片；排数3～8排；片距2～3mm。
迎面风速2～3m/s。
分液器——保证每一路的质量流量相等，汽液比例相同。

3种典型分液器结构示意图
● 蒸发器选择计算
蒸发器的选择计算是确定传热面积A（m2）。当已知蒸发器的制冷量，则

式中 ——被冷却液体（水、乙二醇水溶液）或空气的质量流量，kg/s；
c——被冷却液体的比热，J/（kg·℃）；
t1、t2——被冷却液体进、出蒸发器的温度，℃；
h1、h2——被冷却空气进、出蒸发器的比焓，J/kg。
平均温差

传热系数K（W/（m2·℃））采用推荐值，见《建筑冷热源》表3-5。
3.10 节 流 机 构
● 手动膨胀阀

手动膨胀阀和阀芯形式
● 浮球膨胀阀

氨用低压浮球膨胀阀的结构及安装示意图

高压浮球膨胀阀结构示意图
● 热力膨胀阀

外平衡式热力膨胀阀的结构与工作原理图
● 电子膨胀阀

电动式膨胀阀工作原理图

电磁式和脉冲调节式膨胀阀工作原理图
● 毛细管
内径约为0.6～2.5mm，长度约为0.5～5m的紫铜管。
3.11 其他辅助设备
● 油分离器
油分离器分离油的方法：
（1）过滤、阻挡
（2）利用惯性原理
（3）利用离心力的作用
（4）利用冷却的方法

卧式油分离器
● 液体分离器

卤代烃用液体分离器

氨液分离器及其应用原理图
● 储液器
高压储液器——储存高压液体
低压储液器——储存节流后的液体
排液桶——对蒸发器进行热气除霜时收集液体

卧式储液器
● 回热器

盘管式回热器
● 经济器

经济器
● 过滤器与干燥器

卤代烃用液体过滤器

干燥过滤器

第4章 制冷剂、冷媒和热媒
4.1 制冷剂的热力学性质
● 压力
制冷剂的压力水平用标准沸点来区分。
标准沸点——标准大气压（101.3kPa）下的沸点
几种制冷剂标准沸点和不同温度下的饱和压力
制冷剂
标准沸点（℃）
在下列温度下的饱和压力（MPa）
-15℃
5℃
30℃
55℃
R123
27.87
0.016
0.041
0.11
0.247
R134a
-26.16
0.164
0.243
0.77
1.491
R717
-33.3
0.237
0.517
1.169
2.31
R22
-40.76
0.296
0.584
1.192
2.174
R407C
-40.79
0.338
0.665
1.356
2.475
R23
-82.1
1.632
2.853

● 单位容积制冷量
几种制冷剂在tc/te=40℃/5℃时的qv值
制冷剂
R717
R22
R134a
R123
R407C①
qv（kJ/m3）
4443.3
3901.8
2480.5
399.5
4000.5
① tc、te均取泡点和露点的平均值。
● 制冷剂循环效率和排汽温度
制冷剂
R134a
R22
R717
R123
ηR，%
80.4
81.2
84.2
91.3
t2,℃
44
58.4
95.7
40
4.2 制冷剂的物理、化学、安全等的性质
● 制冷剂与润滑油的溶解性
制冷剂与油相溶解的优缺点：
（1）润滑条件好。
（2）换热表面油膜热阻。
（3）会降低润滑油的黏度。
（4）引起蒸发温度升高，沸腾时泡沫多。
● 制冷与水的溶解性
制冷剂与水不溶解，在节流阀处可能出现结冰——称冰塞。
氨与水无限溶解，卤代烃与水溶解性差。
● 制冷剂的安全性
毒性：A——未发现毒性；B——有明显毒性。
可燃性：1—在18℃、101kPa大气压的空气中不传播火焰。
2—在21℃、101kPa条件下，最低可燃极限浓度大于0.1kg/m3和燃烧热值 ＜19000kJ/kg。
3—在21℃、101kPa条件下，最低可燃极限浓度≤0.1kg/m3或燃烧热值≥19000 kJ/kg
几种制冷剂的安全性等级
安全性等级
制 冷 剂
安全性等级
制 冷 剂
A1
R22，R134a，R125，R507A，RC318
B1
R123
A2
R32,R152a
B2
R717
A3
R50,R290,R600

● 制冷剂对材料的腐蚀性
卤代烃：对金属（除镁、锌和含镁超过2%的铝合金）无腐蚀作用；对天然橡胶有溶解作用。
氨：对铜、黄铜和铜合金（除磷青铜外）有腐蚀作用。
● 制冷剂对环境的影响
对大气臭氧层的破坏作用
评价指标——ODP臭氧消耗潜能值，CFC11的ODP=1。
温室效应
评价指标——GWP全球变暖潜能值，CO2的GWP=1.0。
几种制冷剂的ODP和GWP值①
制冷剂
R11
R22
R32
R123
R134a
R152a
R407C
R507A
ODP
1.0
0.034
0
0.012
0
0
0
0
GWP
4600
1700
550
120
1300
120
1700
3900
① 摘自文献［1］第5章表1和表2
4.3 几种常用制冷剂的性质
● R22
传统制冷剂。2040年完全停用，是目前应用普遍的过渡性替代CFC的制冷剂。热力性质良好；无毒，无燃烧爆炸危险。
● R134a
替代R12的新制冷剂。是温室气体。热力性质良好；无毒，无燃烧爆炸危险。
● R123
替代R11的过渡性制冷剂。压力水平低；qv小；应采用回热循环，以保证干压缩；适宜用于离心式压缩中。
● R407C
非共沸混合制冷剂，性质与R22相近。
● R717
传统制冷剂，在冷库中广为应用。热力性质良好；与环境友好；有毒性，有燃烧爆炸危险。
4.4 冷媒和热媒
冷媒和热媒是用于传递冷量和热量的中间介质，冷媒又称载冷剂。
● 水
优良的冷媒和热媒。作冷媒时称为冷冻水；作热媒时称为热水。
比热大
黏度小
腐蚀性小
无毒，无燃烧爆炸危险
化学稳定性好
来源充沛
只能用于0℃以上场合
● 乙二醇、丙二醇水溶液
用于0℃以下的系统作冷媒
乙二醇、丙二醇的凝固点与浓度有关。
乙二醇水溶液和丙二醇水溶液的凝固点①
质量浓度（％）
10
15
20
22
24
26
28
30
35
乙二醇水溶液
-3.2
-5.4
-7.8
-8.9
-10.2
-11.4
-12.7
-14.1
-17.9
丙二醇水溶液
-3.3
-5.1
-7.1
-8
-9.1
-10.2
-11.4
-12.7
-16.4
① 摘自文献［2］第21章表4和表5。
溶液性质：无色，无味，无电解性，无燃烧性，化学性质稳定；有腐蚀性，需添加缓蚀剂；乙二醇水溶液略有毒性，丙二醇水溶液无毒。
溶液的密度、比热、导热系数、黏度与浓度及温度有关，参见《建筑冷热源》表4-6。
● 盐水溶液
氯化钙和氯化钠水溶液。
● 蒸汽
蒸汽作热媒的优点
（1）靠压力流动，不需设泵。
（2）密度小，用于高层建筑中不会给底层带来超压危险。
（3）系统维修方便。
（4）利用汽化潜热传递热量，质量流量小。
缺点：
（1）运行时，管路系统有“水击”发生。
（2）凝结水管内有可能产生“二次蒸汽”，易产生跑冒蒸汽。
（3）系统停止运行时，空气进入，管路易腐蚀。

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