建筑工程冷热源素材.doc

未经出版者预先书面允许，不得转载或用于其她任何以营利为目活动建筑冷热源素材电子版前 言建筑冷热源素材电子版（如下简称电子版）摘录了教材建筑冷热源（如下简称教材）中重要内容梗概，以以便教师在制作授课课件时摘取教材中素材。电子版涵盖了教材第1章第13章重要内容，不涉及第14章内容。第14章供学生做课程设计或毕业设计时参照，教师在指引学生设计时可结合设计题择要讲授。为便于查找内容，电子版保存了教材章、节名称，但取消了节下小节编排。电子版每节内容均分若干段，在每段标题前用“”标志，标题名称及分段办法并不完全与教材小节一致，但每节内容顺序仍保持与教材一致。电子版中公式、插图、表均无编号。教材制作课件时，可依照所选内容及增补内容，重新编章、节、小节序号和公式、插图、表序号。为便于辨认图中各构成部件，电子版中插图原标注1、2、3均用文字取代，但图中英文标注仍保存。图中英文字母均为该部件英文名称第一种或前两个字母。例如图2-1中C为Condenser第一种字母；CO为Compressor前两个字母。教师在讲学时解释一种即可，学过英语学生很易记住。因而，电子版中未予以注释。限于作者水平，电子版也许存在不尽人意地方，敬请使用者提出宝贵意见，以便此后进一步完善。未经出版者预先书面允许，不得转载或用于其她任何以营利为目活动陆亚俊第1章 绪 论1.1 建筑与冷热源 保持建筑室内一定温、湿度办法在一定温湿度条件下维持室内热量、湿量平衡，即可维持室内一定温度和湿度。当室内有多余热量和湿量时，需把它移到室外；当室内有热量损失时，需补充热量。建筑物热量和湿量传递过程建筑物夏季与冬季热量和湿量传递过程建筑有多余热量和湿量，如何移到室外呢？运用低温介质通过换热器对空气冷却和去湿，从而通过低温介质将热量湿量移到室外。、低温介质建筑物夏季与冬季热量和湿量传递过程建筑有热量损失，如何向建筑补充热量呢？运用温度较高介质通过换热器对室内空气进行加热。高温介质 制冷量、冷量、供热量、制热量、热量概念热量是有温差两个物体间传递能量。工程中依照能量传递方向不同分别用不同名称。 制冷装置（制冷机）热泵一套由各种设备构成，消耗一定量高位能量将热量由低位热源传递到高位热源装置称为制冷装置或制冷机；若它目的为供热用，则称为热泵制冷物理办法 建筑热源在建筑中其她用途热水供应；工艺过程用热；其她用热，如游泳池池水加热、洗衣房用热。1.2 冷源与热源种类 人工冷源种类蒸气压缩式制冷机（消耗机械功冷源）吸取式制冷机（消耗热能冷源） 建筑热源种类消耗燃料热源太阳能热源运用太阳能生产热能热源热泵电能直接转换为热能热源余热烟气、热废气或排气、废热水、废蒸汽、热固体或液体等。 冷热源按集中限度分类集中式冷源、热源集中制备冷量或热量，运用冷媒或热媒提供应顾客应用。分散式冷源、热源设备制取冷量或热量直接提供应房间应用1.3 建筑冷热源系统基本构成 建筑冷热源系统由制冷机、锅炉等冷热源设备与相配套各子系统构成综合系统。 冷源系统电动制冷机冷源系统典型制冷机构成冷源系统蒸汽或热水型溴化锂吸取式制冷机冷源系统典型制冷机构成冷源系统直燃型溴化锂吸取式冷热水机组冷热源系统典型制冷机构成冷源系统 热源系统燃煤锅炉热源系统典型热源构成热源系统电动热泵热源系统典型热源构成热源系统第2章 蒸气压缩式制冷与热泵热力学原理2.1 蒸气压缩式制冷与热泵工作原理 蒸气压缩式制冷机工作过程最简朴蒸气压缩式制冷机原理图制冷机中充注易挥发工质，例如四氟乙烷（CH2FCF3，代号R134a）。制冷机中工质称制冷剂。工质在制冷机中4个状态变化过程：（1）工质在蒸发器中档压汽化过程（蒸发过程）汽化吸热，产生制冷效应。汽化时压力称蒸发压力，相应饱和温度称蒸发温度。（2）工质在压缩机中压缩过程压缩过程消耗机械功。压缩后工质压力升高。（3）工质在冷凝器中档压冷却和凝结过程（冷凝过程）冷凝过程放出热量，产生制热效应。冷凝过程中压力称冷凝压力，相应饱和温度称冷凝温度。（4）工质经节流阀节流节流后工质压力减少。工质经历了蒸发压缩冷凝节流4个状态循环变化过程，实现了热量从低温到高温转移。其代价是消耗了功。当制冷机用于供热（运用转移到高温处热量）时，称为热泵。 制冷量和制热量制冷量单位时间内蒸发器从被冷却介质中提取热量。用表达（e蒸发器evaporator第一种字母）。制热量单位时间内热泵冷凝器供出热量，在制冷机中称为冷凝热量，用表达（c冷凝器condenser第一种字母）。制冷量、制热量法定单位：W，kW。工程制单位：千卡/小时（kcal/h），英热单位/小时（Btu/h）。换算关系：1W=0.86kcal/h 1kW=860kcal/h 1kcal/h=1.163W 1W=3.412Btu/h制冷量另一单位冷吨（TR-Ton of Refrigeration）。1RT是指1吨0水24h凝固成0冰所需提出热量。英、美国家1吨=磅，因而有1USRT=3517W=3024kcal/h=1Btu/h 压缩机消耗功率 制冷机或热泵中压缩机在单位时间内消耗功称为压缩机消耗功率，用表达，单位为W,kW。 制冷机或热泵性能系数制冷机 热 泵注意：可以指压缩机理论消耗功率、轴功率、电机输入功率或制冷机（热泵）总输入功率（含风机、泵电机功率）。2.2 制冷剂及其热力性质图表 卤代烃卤代烃是饱和碳氢化合物（CmH2m+2）氟、氯、溴衍生物，是建筑中应用制冷机（热泵）中惯用一类制冷剂。卤代烃化学通式 CmHnClpFqBrr卤代烃编号 RabcBd其中a=m-1，当a=0时，编号中省略b=n+1c=qd=r，当r=0时，编号中Bd均省略编号中氯原子数不表达，可按下式推算：n+p+q+r=2m+2例：R22CHClF2（二氯一氟甲烷） CCl2F2R12乙烷（C2H6）衍生物有同分异构体卤代烃有如下几类：氟烃（FC），如CF4（R14），或写成FC14氯氟烃（CFC），如CCl2F2(R12)，或写成CFC12氢氯氟烃（HCFC），如CHClF2（R22），或写成HCFC22氢氟烃（HFC），如CH2FCF3（R134a），或写成HFC134a氢氯烃（HCC），如CH3Cl（R40），或写成HCC40全氯代烃，如CCl4符号中第一种C代表氯，第二个C代表碳。 饱和碳氢化合物甲烷（CH4）R50，乙烷（C2H6）R170丁烷及后来烷类按序号600依次编号 环状有机化合物分子构造呈环状有机化合物，如C4F8，编号为RC318。 共沸混合制冷剂由两种或各种制冷剂按一定比例混合在一起制冷剂，在一定压力下平衡液相和气相组分相似，且保持恒定沸点，这样混合物称为共沸混合制冷剂。例如R125/134a（50/50），编号为R507A编号法则：已商品化共沸混合制冷剂予以编号，序号从500开始。 非共沸混合制冷剂由两种或各种制冷剂按一定比例混合在一起制冷剂，在一定压力下平衡液相和气相组分不同（低沸点组分在气相中成分高于液相中成分），且沸点并不恒定。例如R32/125/134a（23/25/52），编号R407C编号法则：已商品化非共沸制冷剂予以编号，序号从400号开始。 无机化合物编号法则：700加分子量氨（NH3）R717二氧化碳（CO2）R744水（H2O）R718 制冷剂热力参数表 制冷剂饱和状态下热力性质表R134a饱和状态下热力性质表温度t()绝对压力p（kPa）比 容比 焓汽化潜热hfg（kJ/kg）比 熵液体f（L/kg）蒸气g（m3/kg）液体hf（kJ/kg）蒸气hg（kJ/kg）液体sf（kJ/（kgK）蒸气sg（kJ/（kgK）6016.3170.678731.05020127.283360.230232.9480.701391.79427 5917.3860.679990.98961128.380360.862232.4820.706521.792125818.5130.681260.93311129.481361.494232.0130.711651.790025719.7000.682530.88038130.586362.127231.5400.716771.787975620.9490.683820.83114131.695362.759231.0640.721881.78596制冷剂过热蒸气热力性质表R134a过热蒸气热力性质表温度t（）比容（m3/kg）比焓h（kJ/kg）比熵s（kJ/（kgK）温度t（）比容（m3/kg）比焓h（kJ/kg）比熵s（kJ/（kgK）p292.82kPap1016.4kPa00.068891397.2161.72200400.019857418.2261.7071350.070716401.8031.73865450.020583424.0771.72567100.072500406.3911.75499500.021272429.8121.74355150.074250410.9831.77107550.021931435.4581.76089200.075969415.5861.78691600.022565441.0361.77776 制冷剂lgp-h图和T-s图 lgp-h图R134algp-h图（简图）T-s图T-s示意图2.3 蒸气压缩式制冷（热泵）抱负循环和饱和循环 抱负循环（逆卡诺循环）逆卡诺循环在T-s图上表达1-2等熵压缩过程2-3等温压缩过程3-4等熵膨胀过程4-1等温膨胀过程设M（kg）工质在系统内循环一周，则从低温热源处吸取热量Q2=T2（sbsa）M向高温热源排出热量W=Q2Q（T2T1）（sbsa）M循环消耗净功制冷性能系数制热性能系数 在湿蒸气区中逆卡诺循环在湿蒸气区中逆卡诺循环在T-s图上表达事实上这个循环无法实现，其因素是：（1）无温差传热事实上是行不通。（2）压缩过程在湿蒸气区进行危害性大。（3）膨胀机尺寸很小，制造不易。（4）状态点1很难检测和控制。 饱和循环蒸气压缩式制冷饱和循环在T-s图上表达饱和循环是对湿蒸气区中逆卡诺循环进行如下改造后可实现循环：（1）取消膨胀机，改用节流阀。（2）状态点1改为饱和蒸气状态。（3）使TeT2。饱和循环在lgp-h图上表达lgp-h图上饱和循环设系统内制冷剂质量流量为（kg/s），制冷剂在各设备中与外界热量、功量互换如下：制冷量冷凝热量或热泵制热量压缩机消耗功率上式各式除以，则有单位质量制冷量单位质量冷凝热量（单位质量制热量）单位质量压缩功依照热力学第一定律qc=qe+w制冷性能系数制热性能系数COPh=1+COP 压缩机吸入口容积流量单位容积制冷量注意：制冷机容积流量各处不一定相等。如无特殊阐明、qv均指压缩机吸汽口处物理量。 Te和Tc对饱和循环影响蒸发温度变化影响当Te，则qe，qv，w，qc，COP，COPh冷凝温度变化影响当Tc，则qe，qv，w，COP，COPh，qc与制冷剂性质关于，普通是增长。2.4 饱和循环和抱负循环比较 不考虑传热温差两个循环比较饱和循环和逆卡诺循环在T-s上比较饱和循环与抱负循环差别有：（1）采用干压缩后，压缩多耗了功A1（称过热损失）；且排汽温度升高了。（2）用节流阀取代膨胀机，损失了膨胀功A2和单位制冷量减少了A2（称节流损失）。饱和循环与卡诺循环比较逆卡诺循环饱和循环差 值单位质量制冷量qe面积6-1-c-a-6面积4-1-c-b-4-A2单位冷凝热量qc面积5-3-a-c-5面积2-2-3-a-c-2+A1单位压缩功w面积1-5-3-6-1面积1-2-2-3-a-b-4-1A1+A2注：w面积按w=qc-qe拟定。由于有过热损失和节流损失，导致性能系数下降。用制冷循环效率来衡量饱和循环接近逆卡诺循环限度。4种制冷剂节流损失、过热损失（te/tc=0/40）制冷剂节流损失过热损失t2（）COPR（%）A2（kJ/kg）（%）（%）A1（kJ/kg）（%）R134a4.29220.162.950.1160.55445.48780.4R224.08417.452.560.5762.558.45.54681.2R71713.8038.721.2813.588.5795.75.74584.2R1231.7238.21.200406.23291.34种制冷剂热泵循环效率制冷剂R134aR22R717R123H，%82.883.786.292.42.5 饱和循环改进办法 节流前过冷高压制冷剂液体在节流以迈进一步冷却成过冷液体 ，以减少节流损失。节流前过冷在lgp-h图上表达qe、qv、COP每过冷1增长百分数（te/tc=0/40）制冷剂R134aR22R717R123qe、qv、COP增长百分率（%）1.050.840.440.72 回热循环回热循环运用压缩机吸入前低温蒸气对节流前液体过冷却，以获较大过冷度。单位质量制冷量单位容积制冷量单位压缩功单位冷凝热量（单位制热量）COP=qe/w制冷性能系数COPh=qc/w制热性能系数qe=h1h64种制冷剂采用回热循环后COP、COPh、qv增减比例及t2制冷剂R134aR22R717R123COP增减比例（）13.9-1.14-4.21-3.2COPh增减比例（）11.8-0.97-3.6-2.8qv增减比例（）2.49-1.03-4.531.5排汽温度t2（）62.877.912059.8 工况为te=0，tc=40，吸气温度t1=20。2.6 双级压缩制冷（热泵）循环 压力比增长对循环影响R134a在如下两种工况循环比较te,tc，pe,kPapc,kPapc/pe070292.822116.27.23040292.821016.43.47不同压力比饱和循环在lgp-h图上比较te/tc=0/70工况下两种制冷剂比较制冷剂节流损失过热损失t2（）COPhH（）A2/wc（）A1/qec（）A1/wc（）R134a48.712.50.5571.13.7977.3R71716.14.111.5159.13.9380.2 两级节流完全中间冷却双级制冷（热泵）循环两级节流完全中间冷却双级压缩制冷（热泵）循环 两级节流不完全中间冷却双级制冷（热泵）循环两级节流不完全中间冷却双级压缩制冷（热泵）循环 一级节流不完全中间冷却双级制冷（热泵）循环一级节流不完全中间冷却双级压缩制冷（热泵）循环 准双级制冷（热泵）循环 有两级叶轮离心式压缩机可实现此循环。第一级叶轮相称于低压级压缩机，第二级叶轮相称于高压级压缩机。 双级压缩制冷（热泵）循环热力计算单位质量制冷量wL=h2h1低压级压缩机单位压缩功wH=h4h3高压级压缩机单位压缩功低压级压缩机质量流量和容积流量高压级压缩机质量流量和容积流量完全中间冷却不完全中间冷却低压级压缩机消耗功率高压级压缩机消耗功率冷凝热量或热泵制热量盘管式中间冷却器负荷制冷性能系数2.7 实际循环与理论循环差别 在lgp-h图上表达差别在lgp-h图上实际循环与理论循环差别（1）蒸发器中并非等压过程。（2）压缩机吸汽状态偏离饱和状态。（3）压缩过程并非可逆绝热过程。（4）冷凝器入口状态并非压缩终点状态。（5）冷凝器中并非等压过程。（6）高压液体管有阻力和传热。（7）节流阀及低压液体管中并非绝热节流 运用吸汽管压降调节制冷机制冷量用算例来阐明，设饱和循环te=40，tc=0；制冷剂为R134a；吸汽管上装有调节阀，使吸汽压力节流到相称于5饱和压力。循环在lgp-h图上表达循环各状态热力参数：h1=397.216kJ/kg v1=0.068891m3/kgh2=424.919kJ/kg v1=0.084367m3/kgh2=428.975kJ/kg 吸汽有节流制冷量与无节流制冷量之比吸汽有节流消耗功率与无节流消耗功率之比吸汽节流后制冷量减少了18.3%，而消耗功率仅减少了6.4%。这种调节制冷量办法，其性能系数是下降。第3章 蒸气压缩式制冷机和热泵中重要设备3.1 制冷压缩机种类制冷和热泵中压缩机分类及重要机种构造示意图3.2 往复式压缩机构造与种类 启动式往复式压缩机8SF10启动式压缩机剖面图（1）机体组 含机体、汽缸盖、先后轴承盖。（2）汽缸套与汽阀组合件汽缸套及汽阀组合件（3）活塞和曲轴连杆机构活塞（4）轴封摩擦环式轴封（5）能量调节装置排汽量调节办法有：汽缸卸载法；变化压缩机转速；旁通法；吸汽节流；汽缸附加余隙。顶杆机构和油压推杆机构（6）润滑系统润滑油系统转子式内齿轮油泵 封闭式往复式压缩机（1）半封闭式往复式压缩机半封闭往复式压缩机封闭式压缩机中阀片簧片式吸、排汽阀片半封闭式压缩重要长处密封性好且具备维修便利。（2）全封闭往复式压缩机全封闭往复式压缩机重要长处密封性最佳，构造紧凑，重量轻。 往复式压缩机种类按使用制冷剂分：氨压缩机，氟利昂压缩机（使用卤代烃制冷剂），多工质压缩机，二氧化碳压缩机。按汽缸排列分：启动式和半封闭压缩机全封闭式压缩机3.3 往复式压缩机制冷量与功率 往复式压缩机工作过程往复式压缩机工作过程 往复式压缩机容积效率定义1个直径为D（m），活塞行程为S（m）汽缸，其工作容积Vcy（m3）为Z个汽缸，转速n（r/min）压缩机，理论排汽量（活塞排量）（m3/s）为压缩机理论质量流量（kg/s）为容积效率（输汽系数）定义式中 、分别为压缩机实际质量流量和排汽量，kg/s，m3/s。