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《冷热工程》综述

前9周一共学习了七章，主要就制冷循环、制冷剂及载冷剂、压缩机、冷凝器和蒸发器和膨胀阀及其他辅助设备、热泵、吸收式制冷剂、蓄冷技术进行学习。通过学习这些知识理解冷热源设备的工作原理、特点，以高效合理用能为核心，研究怎样提高能源利用率、降低环境污染。
第一章 制冷基本知识
要研究制冷，首先要知道制冷的方法有哪些。目前，广泛应用的制冷方法大都为物理制冷法，主要有下列五种：
固体融化制冷
相变制冷 液体汽化制冷
固体升华制冷
气体绝热膨胀制冷
热电制冷
固体吸附式制冷
个体涡流制冷

知道这五种常用的制冷方法后我们讨论的是制冷循环，有以下几种循环：
无温差传热
逆卡诺循环
有温差传热

劳伦兹循环：考虑具有变温热源的理想制冷循环
理论

蒸汽压缩式制冷循环 实际

①通过有无温差的逆卡诺循环提出热力完善度，其含义是工作在相同温度区间的不可循环的实际制冷系数与可逆循环的制冷系数的比值，热力完善度，越接近1，说明实际循环越接近可逆循环，经济性越好。
②学习了蒸汽压缩式理论制冷循环 T-S图，lgP-h 图及热力计算。

1） 单位质量制冷量，其中，为制冷剂在蒸发压力下的汽化潜热；为制冷剂节流后湿蒸气的干度。
2） 单位容积制冷量，其中是吸气状态下制冷剂的蒸汽的比容。
3） 单位功：压缩机压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功。
4） 冷凝器单位热负荷：1kg制冷剂在冷凝器中放给冷却介质的热量。
5） 制冷系数
6） 热力完善度
③通过学习蒸汽压缩式实际制冷循环，研究制冷过程中液体过冷、蒸汽过热、热交换及压力对制冷循环性能的影响、运行工况对制冷性能的影响等问题不断改善蒸汽压缩式实际制冷循环。其中运行工况指制冷机工作参数（蒸发温度、冷凝温度、过冷温度、吸气温度），蒸发温度越高、冷凝温度越低，制冷系数越大。
第二章 制冷剂与载冷剂
⑴制冷剂
作用：在制冷系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。
要求：
1）热力学性质要求：
①蒸发压力接近甚至高于大气压，防止空气渗入系统；冷凝压力不宜过高，宜小于20atm，以减少制冷设备的承压和制冷剂向外渗漏的可能性。
单位容积制冷量较大，以减少压缩机输气量。
制冷剂临界温度高。
凝固温度低，便于得到较低的蒸发温度。
绝热指数小，使压缩机排气温度低。
2）物理性质要求：
制冷剂在润滑油中的可溶性。
导热系数、放热系数要高，这样可提高热交换效率。
密度、黏度要小。
对金属及其他材料应无腐蚀和侵蚀作用。
在高温下应不分解，且不燃烧、不爆炸，
3）其他性质要求：对人的生命和健康应无危害，不具有毒性、窒息性和刺激性；易于购买，价廉。
制冷剂可分为下列5种：
无机化合物，简写符号R7( )
卤代烃（氟利昂），代号R×××B××
烷烃类（碳氢化合物），简写符号R（m-1）（n+1）
多元混合溶液 共沸溶液 R5( )
非共沸溶液R4( )
环状有机物 ,以字母“RC”开头
有机化合物 不饱和有机化合物，以字母“RI”开头
有机氧化物，以“R6”开头
常用制冷剂：
氨 R134a
氟利昂 R22
R123
共沸：R507
混合制冷工质
非共沸：R410A,R410B,R407C
注：由于CFCs对臭氧层的破坏作用，逐渐被替代。

CFCs：表示氢原子全部被氟氯置换的卤代烃，已禁止使用。

HCFCs：表示氢原子部分被氟氯置换的卤代烃

HFCs：表示氢原子部分被氟置换的卤代烃
⑵载冷剂
含义：在间接冷却的制冷装置中，被冷却物体或空间中的热量，通过制冷剂传给制冷工质。
载冷剂的常用的3大类有：水，盐类溶液，有机化合物及其水溶液。
常用的载冷剂：
盐水：氯化钠水溶液质量分数图
盐水溶液的质量分数越大，密度越大，流动阻力越大，且比热减小，因此选择盐水溶液时，应保证蒸发盐水溶液不冻结，凝固温度不过低，比蒸发温度低6-8℃即可，且其质量分数不应大于合晶点质量分数。
②有机载冷剂：乙二醇、丙二醇、丙三醇的水溶液都是性能好较好的低温载冷剂。

第三章 制冷压缩机
本章主要讲给类型压缩机的基本构造、常用术语及各种性能系数、应用范围。
⑴活塞式制冷压缩机
①分类 开启式：曲轴功率输入端伸出机体之外，通过传动装置与原动机相连接。
半封闭式：机体与电动机外壳铸成一体，缸盖可拆卸。
全封闭式：压缩机与电动机共同装在一个封闭壳体内，上、下机壳接合处焊封。
常用术语：上、下止点，活塞行程S，气缸工作容积Vg，余隙容积Vc，相对余隙容积C。其中，Vg=,D为气缸内径，m；相对余隙容积C=.
性能：压缩机的输气系数，其中，分别指压缩机的实际输气量和理论输气量。且输气系数受余隙容积、吸排气阻力、吸气过热和泄漏的影响，因此有
。
功率和效率：
轴功率：有原动机传到压缩机主轴上的功率
指示功率：轴功率中用于压缩气体的功率
摩擦功率：轴功率中用于克服运动机构的摩擦阻力和带动油泵工作的功率
且有=﹢
指示效率，其中是，分别是单位质量制冷剂的理论耗功和实际耗功。
机械效率是压缩机指示功率和轴功率之比，
轴效率是指示效率与机械效率的乘积，。
⑵螺杆式制冷压缩机
基本构造
工作过程：吸气过程、压缩过程、排气过程
能量调节：多采用滑阀调节，基本原理是通过滑阀的移动使压缩机阳、阴转子齿间的工作容积，在齿间接触线从吸气端向排气端移动的前一段时内，仍与吸气口相通，使部分气体回流至吸气口，即减少了螺杆有效工作长度达到能量调节的目的。
主要参数：理论排气量，其中，是阳转子和阴转子的齿间容积；，是阳转子和阴转子的齿数；，是阳转子和阴转子的转速，r/min。
⑶离心式压缩机
结构
基本工作原理
叶轮的作用原理
离心式制冷压缩机的特性：在一定的进口压力下，输气量、功率、效率与排出压力之间的关系。
影响离心式制冷压缩机的因素有：蒸发温度、冷凝温度、转速。
离心式制冷压缩机的调节
制冷量的调节：改变压缩机的转速、压缩机吸入管道上的节流、转动吸气口导流叶片调节、改变冷凝器冷却水量。
反喘振调节：发生喘振的主要原因是冷凝压力过高或蒸发压力过低，因此维持正常的冷凝压力和蒸发压力可防止喘振。
⑷其他类型压缩机：涡旋式制冷压缩机、滚动转子式制冷压缩机、三角转子式制冷压缩机、双回转式制冷压缩机。

第四章 制冷系统设备与机组
⑴冷凝器和蒸发器：制冷系统的基本换热设备。制冷换热器与其他热力设备中的换热器相比有以下特点：
⒈制冷换热器的工作压力、温度范围较窄。一般压力为0.1~2.0MPa，温度为-60~50℃.
⒉介质间的传热温差较小，一般为几摄氏度至十几摄氏度。
⒊制冷换热器应与压缩机匹配。
冷凝器
作用：将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸汽，通过其向环境介质放出热量而被冷却、冷凝成为饱和液体，甚至过冷液体。
分类： 卧式
壳管式冷凝器 （壳内管外为制冷剂，管内为冷却水）
①冷凝器 水冷式冷凝器 立式
套管式冷凝器
空气自由运动（用于小机型）
空气冷却式冷凝器 空气强制卧式流动 （用于缺水或不适合用水的地方）
蒸发式冷凝器 （冷却塔）
注：一般卧式壳管式冷凝器多用于氨和氟利昂的冷却，立式多用于氨的冷却。
蒸发器：根据制冷剂的供液方式的不同，有满液式、干式、循环式和喷淋式等类型
壳管式满液式蒸发器
② 满液式蒸发器
水箱式蒸发器
蒸发器 冷却液体介质
干式蒸发器 （制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器）
冷却空气介质

循环式蒸发器：制冷剂在其管内反复循环吸热蒸发直至完全汽化。
（2）节流机构
作用：将冷凝器或贮液器中冷凝压力下的饱和液体（或过冷液体）节流降至蒸发压力和蒸发温度；同时，根据负荷的变化，调节进入蒸发器制冷剂的流量。
按照节流机构的供液量调节方式可分为以下5种：
① 手动调节的节流机构：一般为手动节流阀，手动调整阀孔的流通面积来改变供液量。
② 用于液位调节的节流机构：浮球调节阀，通过浮球位置控制阀芯开闭。
③ 用蒸汽过热度调节的节流机构：包括热力膨胀阀和电热膨胀阀，通过蒸发器出口蒸气过热度的大小调整供液量。
④ 用电子脉冲调节的节流机构：由压缩机变频脉冲控制阀孔开度。
⑤ 不进行调节的节流机构：有节流管（俗称毛细管）、恒压膨胀阀、节流短管及节流孔，一般用于小型制冷装置。
（3）辅助设备
l 油分离器：将制冷压缩机排出的高压蒸汽中的润滑油进行分离。
l 集油器：在氨制冷系统中，油分离器、冷凝器、贮液器和蒸发器等设备底部均有润滑油，因此应装集油器。
l 贮液器（贮液筒）：用于储存制冷剂液体。
l 汽-液分离器：满液式蒸发器在蒸发器出口处应设置汽-液分离器，靠气流速度的降低和方向的改变，将低压气态制冷剂中携带的液滴分离出来，以防止压缩机发生液击。
l 不凝性气体分离器：由于气体渗入空气或润滑油分解，这些气体在冷凝器表面附近聚集，形成气膜热阻，降低了冷凝器的传热效果，因此需要装有不凝性气体分离器。
l 过滤器和干燥器：压缩机入口应装有过滤器，以防止铁屑、铁锈等污物进入压缩机；
在氟利昂制冷系统中，干燥器应装在膨胀前的液管上。
l 回热器：使进入热力膨胀阀前的液体得到必要的过冷，以减少闪发气体发生，保证节流效果正常发挥。
l 中间冷却器：是两级压缩制冷的关键设备，用于同时冷却低压级压缩机的排气和高压制冷剂液体，使之获得较大的制冷度。
l 冷凝-蒸发器：既是中低温级循环的冷凝器，又是高温级循环的蒸发器。
l 安全阀：装在压缩机上，当压缩机排气压力超过允许值时，阀门开启，保证压缩机的安全。
l 熔塞
l 紧急泄氨器：发生紧急情况时，可将给水管的进水阀与氨液泄出阀开启，使大量水与氨液混合，形成稀氨水，以防引起严重事故。
（4）制冷机组
含义：制冷机组就是将制冷系统中的部分设备或全部设备组装在一起，成为一个整体。
优点：结构紧凑，使用灵活，管理方便，占地面积小，安装方便。
1） 蒸汽压缩式制冷系统
① 氨制冷系统：这个系统包括氨管道系统和油润滑系统。
② 氟利昂制冷系统：由于节流损失较大，常采用回热式制冷循环；
2） 压缩-冷凝机组：将压缩机、冷凝器等组成一个整体，可与节流机构及各种类型的蒸发器组成制冷系统。
3） 冷水机组：直接为空调工程提供冷水的制冷机组；多采用氟利昂作工质。
① 活塞式冷水机组：以活塞式压缩机为主机
② 螺杆式冷水机组：以各种类型的螺杆式压缩机为主机
③ 离心式冷水机组：以离心式压缩机为主机
④ 模块式冷水机组：新型制冷装置，由多台模块式冷水机单元并联组成
⑤ 多机头冷水机组：装有2台以上压缩机的冷水机组。
⑥ 户式空调冷水机组：微型的中央空调系统的制冷机组。
4） 空气调节机组：包括制冷设备和空气处理设备两大部分。
① 冷风机组：用于夏季降温除湿。
② 恒温恒湿空调机组
③ 特殊用途的空调机组和空气降湿机
5） 机组制冷系统的自动控制：保证供需平衡，节能
① 被冷却对象温度的自动控制：有双位控制法（机组的起停），卸载控制法（停止部分压缩机），变频调节法（改变压缩机的转速）
② 制冷装置的自动保护：有高低压继电器、压差继电器、温度继电器、水流量继电器、主阀-导阀组。

第七章 热泵

（1） 含义：当需要供热时，它从热源获取热量并释放至需调节的空间去；当需要制冷或去湿时，它从该空间吸收热量并排放到冷却介质中去的一个系统。
（2） 热泵的分类及其热源
① 分类：空气-空气热泵、空气-水热泵、水-水热泵、大地耦合式热泵等
② 热源： 空气：根据日本经验，采暖度日数小于3000，用空气热源热泵可行。

水：水的比容大，传热性能好，水是最佳热源，一般有地下水和地表水。

土壤：土壤有稳定的稳定，适宜的温度分为，蓄热性好且到处都有，无噪声，无除霜要求
（3） 热泵的能源利用系数
意义：除反映质量系数的高低外，还考虑到热泵利用一次能源的效率。
① 热泵热源是低位热量 ，要提升热位需采用驱动设备并利用必要的驱动能源。对于电能驱动的热泵，若热泵的制冷系数为，发电效率为，输配电效率为，则电动热泵的能源利用系数；
（4） 热泵在空调供热系统中的应用
①空气源热泵的应用
空气-空气热泵：属于这类机组的主要有—窗式或分体式冷暖两用型空调机，各类卧式和立式风冷型冷热机组等。热源方向：室外空气-制冷剂-室内空气

空气-水热泵：主要是空调设计中常用的各种所谓空气热源热泵式冷水机组。
热源方向：室外空气-制冷剂-热水
② 水源热泵的应用
水-水热泵机组：运行性能稳定，COP值较高，且可充分利用江、河、湖水等自然能源，冬季管供暖所需能耗少，是中央集中式空调系统节能性能最好的冷热源设备。

水-空气热泵机组：由压缩机、水侧换热器、风侧换热器、风机等组合而成。

③ 其他热源热泵的应用
以土壤为热源的热泵

以太阳能为热源的热泵

第八章 吸收式制冷及设备
（1）吸收式制冷的工作原理
①吸收式制冷与蒸汽压缩式制冷相比的不同之处：a.使低压蒸汽变为高压蒸汽的方式不同b.使用工质不同。
②吸收式制冷工质对的特性：a.两组分的沸点不同，而且相差还要比较大b.吸收剂对制冷剂
要有强烈的吸收性能。
③简单溴化锂吸收式制冷系统图：下图中右半部分相当于压缩机

（2）吸收式制冷剂的热力系数与热力完善度
①热力系数是吸收式制冷机中获得的制冷量与消耗的热量之比，即
最大热力系数为，其中，，分别为发生器中热媒温度，蒸发器中被冷却物温度，环境温度。
热力完善度
（3）溴化锂吸收式制冷剂
①溴化锂具有极强的吸水性；溴化锂水溶液对一般金属有腐蚀性，所以一定要做好防腐；溴化锂水溶液质量分数过高或温度过低时均易形成结晶。
③ 溴化锂吸收式制冷机的典型结构及流程
两级发生的溴化锂吸收式制冷装置
1—高压发生器;2—冷凝器;3—蒸发器;4—U形管;5—吸收器;6—蒸发器泵;7—抽气装置;8—发生器泵;9—吸收器泵;10—第2热交换器;11—溶液调节器;12—低压发生器;13—凝结水热交换器;14—第1热交换器
溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施
防腐蚀问题：确保机组的密封性、经常维持机内的高度真空、在机组长期不运行时充入氮气，在溶液中加入有效的缓蚀剂。
抽气设备
防止结晶问题
制冷量的调节：一般根据蒸发器的出口被冷却介质的温度进行调节。
提高效率的措施：对传热管表面进行处理、在溶液中加入表面活性剂。

（5） 直燃性溴化锂吸收式冷热水机组
定义：以燃气或燃油直接燃烧驱动的双效吸收式制冷机组。
直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的特点：
① 一机多用，能同时或单独实现制冷、制热、提供卫生用热水，效率高，占地少。
② 采用“分隔式供热”
③ 制冷量较大时，初投资与常规制冷设备相当，运行成本较低。
④ 几乎没有传动设备。
⑤ 噪声和振动小。
⑥ 负压运行。
⑦ 不使用CFCs物质。

第九章 蓄冷技术
（1）综述
①基本概念：利用某些工程材料（工作介质）的蓄冷特性，储藏冷能并加以合理使用的一种实用储能技术。
②作用：可以充分利用电网低谷时段的廉价电能，使用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，并将冷量予以储存；而后在用电峰值时段再将这些冷量取出，并供至用户，实现移峰填谷。
（2）冰蓄冷技术
①基本概念：指利用水或一些有机盐溶液作为蓄冷介质，在电力非峰值期用以制成冰或冰晶，借助其凝固相变过程的放热作用将冷量蓄存起来。
②冰蓄冷系统形式：
冷凝盘管式：通常采用往复式或螺杆式制冷机，其制冷系统的蒸发器直接放入蓄冷槽内。
完全冻结式：采用特定类型的换热盘管沉浸在充满水的容器中构成冰蓄冷装置。
封装式：采用充满水或有机盐溶液的塑料密封胶囊作为蓄冰原件，将其密闭地安置在密闭的金属贮罐内或堆放在开敞的贮槽中。
片冰滑落式
冰晶式
（3）水蓄冷技术
①基本概念：使用水作为蓄冷介质，利用水温变化进行显热蓄冷。
②应用特点：用于水蓄冷系统的蓄冷容器包括蓄水池（槽、罐），对于大型蓄冷系统，通常将蓄冷水槽分隔成多个单元槽，个单元间有序地加以串联或并联，或采取复合流动方式，从而构成多槽混合型蓄水水槽。
（4）共晶盐蓄冷技术
共晶盐：由水、无机盐和若干起成核作用和稳定作用的添加剂调配而成的混合物。
基本概念：利用共晶盐的相变潜热蓄存冷量的技术。

对罗老师的评价与建议

对罗老师的评价：第一次上课的时候就觉得罗老师是一个非常负责任的人，讲的很细，让我想到徐青老师，说实话，上过的专业课里最喜欢的是徐青老师，因为徐青老师讲的很有层次感，详略得当，而且讲课的情绪很高，让人听得很有劲。罗老师您讲的课则很详细，把我们学的糊里糊涂的东西都拎出来解释的很清楚，而且有时上课会对我们进行一下思想教育，我觉得这也很不错，其实到了大学，对自己耳提面命的人少了，这时候有人站出来批评一下自己反倒觉得真的很有效。
对罗老师的建议：个人觉得我们学生对专业的课外拓宽量太少了，一方面是学生自己的原因，不勤于学习寻找；一方面我希望专业老师们也适当提供一些途径让我们更了解我们的专业。其实，我觉得罗老师真的很好，非让我写些建议的话我只能说学生的学习主要还是靠自己主动，书山有路勤为径。

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