第五章第五章空调的冷热源空调的冷热源知识要点：
制冷的含义、基本方法及实例制冷剂的分类、表示方法及环境影响压缩式制冷的原理、制冷系数、热泵循环及应用吸收式制冷的原理、与压缩式制冷的比较空调的热源
5.1 空调冷源概述
z 冷源种类
z 天然冷源
? 地下水
? 地道风
? 天然冰
? 深湖水、山涧水、溶洞水
z 人工冷源－制冷
z 制冷的含义：
? 人工的方法
? 被冷却对象热量转移到周围环境介质，
? 使被冷却对象温度比周围环境介质温度低
? 在所需要时间内保持
z 实质：热量由低温热源向高温热源转移的逆向传热过程。
制冷的方法
z 液体蒸发
z 固体升华
z 气体膨胀制冷技术的历史和发展
z 国内最早的记载：《艺文志》记载：,大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开放。,
z 1777年 莱斯利发现吸收式制冷原理
z 1845年 格林 空气膨胀式制冷机
z 1859年 卡尔林达 氨吸收式制冷机
z 1872年 波义耳 氨压缩式制冷机
z 1922年卡莱尔 离心式制冷机制冷技术的分类
z 普通制冷,-100℃～低于环境温度
z 深度制冷,-200℃～ -100℃
z 低温制冷,-268.95℃～ -200℃
z 极低温制冷,< - 268.95℃
5.2 制冷剂
z 制冷剂,在制冷系统中不断循环，以实现制冷目的的工质。
用 R××表示。
z 对制冷剂的要求：
? 热力学
? 物理化学
? 其它方面热力学
1.适当的蒸发压力和冷凝压力。
2.临界温度要高。
3,单位容积的制冷量 q
v
应大。
4,绝热指数应小。
物理、化学方面
z 粘度和比重小(流阻)。
z 导热和放热系数大(减小换热器体积)。
z 化学稳定性和热稳定性好。
z 溶油性和吸水性。
其它要求
z 不易燃爆，对人体、食品和环境无害。
z 价格低廉，易于补给常用的制冷剂
z (1)无机化合物
z表示,R7XX.
?(R是英文,制冷剂,字头 )
?编号的后两位数表示该无机化合物的分子量三大类氟利昂化学通式,C
m
H
n
F
x
CL
y
Br
z
表示,R （ m-1），（ n+1）,x
CHClF
2
，－－ R22。
CF
2
Cl
2
－－ R12
C
2
H
3
F
2
Cl －－ R142
z(2)饱和烃的卤化物 —氟利昂氟利昂制冷剂
z 特点：
? 多无毒，无味
? 单位容积制冷量小，密度大，节流损失大
? 导热系数小，遇火焰时会分解出有毒气体
? 易漏泄而不易察觉。
常用制冷剂及其性质
CCl
4
(R10)
CH
4
(R50)
CF
4
(R14)
稳定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中间大氯氟烃CFC
氢氟烃HFC
含氢氯氟烃
HCFC
Chlorine,氯
Fluorine,氟
Carbon,碳
Hydrogen,氢
z CFC表示不含氢的氯氟烃－公害物质
z HCFC表示含氢的氯氟烃－低公害物质
z HFC表示含氢而无氯的氟化烃－无公害物质
z 含有氢原子越少，可燃性和爆炸性越低
z 含有氟原子越多，对人体越无害，对金属腐蚀性越小；
z 不含氢原子时，在大气中寿命最长。
z 含氯的氟里昂
– 分解出 Cl
－
，破坏臭氧层
– 产生,温室效应,
? ODP(Ozone Depletion Potential):臭氧消耗潜能值。
? GWP(Global Warming Potential),全球变暖潜能值
z CFC 1996年起禁用，发展中国家推迟 10年
z HCFC 2016年冻结在 2015年的水平，于 2040年完全禁用，工业化国家于 2020年（其它国家 2040年 ） 禁用。
由两种或两种以上特定的制冷剂按一定的比例混合而成。
饱和状态下气液两相的组分是否相同。
?共沸制冷剂 R502,48.8％ R22＋ 51.2％ R115
?非共沸制冷剂 36％ R22/24％ R152a/40％ R124
(3) 混合制冷剂船舶辅机?第 11章船舶制冷装置[Marine Refrigeration Plant]
4.944.74.084.04+ 30
o
C/ － 15
o
C压力比
3.190.7910.6150.731
蒸气定压比热( kg/kgK） 25
o
C
0.5080.1200.0930.078比容 m
3
/kg (－ 15
o
C)
0.9310.6070.5610.895+ 30
o
C/ － 15
o
C压力差
1.1670.7710.7431.201
0.2360.1640.1820.299饱和压力 MPa
－ 15
o
C～ + 30
o
C
－77.7－101.0－155－160凝固点(
o
C)
1368219.8165.3233.7标准沸点气化潜热kJ/kg
4.351.1890.9711.25液体比热( kg/kgK)(25
o
C)
602.7120613091193.5液体密度( kg/m
3
)(25
Oc
)
1.323.944.124.963临界压力( MPa)
132.4100.611296临界温度(
o
C)
－33.4－26.5－29.8－40.8标注大气压沸点(
o
C)
17.03102.0120.068.48分子量
NH
3
CH
2
FCF
3
CCl
2
F
2
CHClF
2
分子式
R717R134aR12R22制冷剂
z (1)R22
– 广泛使用,无毒、无味、不燃不爆、热稳定性好和火焰 (800℃以上 )接触时会分解产生有毒光气
– 工作压力适中，标准沸点为 -40.8℃
– 单级压缩制冷蒸发温度可达一 40℃
– R22在 -15℃时的蒸发压力为 0.295MPa,+30℃时冷凝压力为 1.19MPa,属中压中温制冷剂
– 标准工况压缩终温为 83℃，可不用水冷却压缩机
– 对天然橡胶有侵蚀作用，在 R22装置中一般采用氯丁橡胶或丁基橡胶作密封材料
z (2)R12(二氟二氯甲烷 )
– 是 30年代问世后甚为风行的冷剂
– 破坏大气臭氧层，对地球也有温室效应
– R12与 R22的主要差别有以下,
z①溶水性差，溶水能力随温度降低而下降。易发生,冰塞,
z②与润滑油相互易溶 (蒸气也能溶油 )
z⑧电绝缘性较好
z (3)R134a(四氟乙烷,CH2FCFs)
– R134a不含氯原子 C1，其臭氧耗减潜能值 (ODP)
为 0，全球变暖潜能值 (GWP)为 0,26，也比
R12(GWP为 3)小得多。
– R134a标准沸点为 -26.5℃，一 15℃时蒸发压力为
0.164 MPa,+30℃时冷凝压力
– R134a绝热指数为 1.11，在相同工作参数下压缩机排气终温与尽 12相近，压缩机气缸无需用水冷却。
– R134a对普通橡胶有更强的易膨胀湿润特性，所以密封材料宜采用氢化丁腈橡胶、氯化橡胶
– R134a本身无润滑性能。对润滑油的润滑性有更高的要求。
z (4)R717,氨
– ①有毒，有强烈的刺激性臭味。当空气中达到一定浓度时对人有危险，也可引起燃烧和爆炸，氨与食品接触会使其品味变差
– ②与水能大量互溶，不会发生,冰堵,
– ③微溶于油；④纯氨不腐蚀铁、铜等金属，但氨中含有水分时会腐蚀锌、铜及铜合金 (磷青铜除外 )；⑤氨水呈碱性，可使酚酞试纸变红色
– ⑥放热系数比氟利昂大，密度、粘度比氟利昂小
– ⑦单位容积制冷量比 R12大 60％左右，且价格便宜，目前主要用于一些水产品加工船和冷藏船溶水性、溶油性、禁用材料：
R12溶水性差，极易发生冰塞[Freeze Up](低温工况下游离水在膨胀阀等流道狭窄处结冰，
导致系统堵塞的故障。)
R22溶水性强于 R12,不易发生冰塞。
R717溶水性极强，不发生冰塞。
溶水性：
溶水性、溶油性、禁用材料：
溶油性：
R12与油互溶 (液、气态 )
R22条件性溶油 (>8°C易溶,<8°C不易溶 )。
R717微溶于油。
R134a难溶普通滑油，使用专用油。
溶水性、溶油性、禁用材料：
禁用材料：
R22天然橡胶 →氯丁橡胶、丁基橡胶
R717锌、铜及合金 (磷青铜除外 )
R134a普通橡胶 →氢化丁橡胶、氯化橡胶二、载冷剂[Secondary Refrigerant,Refrigerating Medium]
在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质要求
(1) 比热大
(2) 导热系数大
(3) 粘度低
(4) 凝固点与使用温度范围相适应
(5) 腐蚀性小
(6) 无毒、不燃、不爆
(7) 化学稳定性好
(8) 价格低廉常用的载冷剂常用的载冷剂
水
– 比热大、密度小、对设备和管道腐蚀性小、不燃烧、不爆炸、无毒、化学稳定性好、价廉易得
– 凝固点高，在使用上受到限制
– 在大型空调制冷系统中广泛采用
盐水溶液
– 一般为氯化钠、氯化钙、或氯化镁水溶液
– 普遍采用，适用于中、低温制冷系统
4.3 冷源装置
z 组成：
? 制冷装置
? 载冷剂输配送装置
? 配套设备和元器件
z 制冷方式：
? 压缩式制冷
? 吸收式制冷液体蒸发制冷压缩式制冷的原理
冷凝器
z 分类：冷却介质种类
? 水冷却式
? 空气冷却式（风冷）
? 水－空气冷却式
? 蒸发－冷凝式压缩机
z 活塞式
z 螺杆式
z 离心式
94x100 6k jpg
应用
z 家用冰箱
z 窗式空调
z 分体式空调冰箱的种类按用途按结构形式按制冷方式按箱内冷却方式其他冷藏箱冷藏冷冻箱冷冻箱单门电冰箱双门电冰箱多门电冰箱蒸汽压缩式吸收式半导体式直冷式间冷式间直冷式容积冷冻室所能达到的温度适应的气候环境冰箱的结构制冷系统电控系统箱体系统及附件蒸汽压缩式电冰箱压缩机组：包括压缩机和电动机冷凝设备：蒸发器、蒸发水皿加热器、门防冻防露管冷却设备：蒸发器、间冷式中还有冷却风机和电动机干燥过滤器节流元件：毛细管管道：排气管，回气管等制冷剂制冷系统构成冷凝器冷凝器是使气态制冷剂放出热量而冷凝为液态的热交换器。
家用电冰箱的冷凝器都为空气冷却方式。
空气冷却冷凝器可分为自然对流冷却方式和强制通风冷却方式两种。
散热片为 0.5mm-0.6mm
钢板，盘管为镀铜钢管盘管为φ 8mm- φ 10mm镀铜钢管,翅片为 0.2mm-0.4mm的镀锌钢板或铝板散热片为φ 1.5mm左右的钢丝，盘管为镀铜钢管蒸发器毛细管目前国内外电冰箱的节流机构一般都采用毛细管，它是一根内径为 0.5-1mm，外径为 2-3mm，长度为 2-4m的紫铜管，在制冷系统中的作用是控制制冷剂的流量和保持冷凝器与蒸发器的合理压差毛细管代替节流阀家用空调
吸收式制冷
z 工作物质：
? 吸收剂
? 制冷剂
z 分类：
? 氨－水吸收式机组
? 溴化锂吸收式机组吸收式制冷的原理
与压缩式制冷的比较
z 相同点：
? 制冷方式－液体蒸发
z 不同点：
? 能源：压缩式－电能，吸收式－热能
? 循环：压缩式－压缩机，吸收式－溶液循环吸收式制冷的特点
z 优点：
? 低品位能量
? 结构简单，振动、噪声小
? 工作压力小，安全可靠
? 工质污染小
z 缺点：
? 热效率低
? 设备投资大，折旧费用高
? 冷却负荷高，冷却水量大
4.4 空调的热源
z 热源的分类
z 按热源的性质
? 蒸汽
? 热水
? 电热按热源装置
z 锅炉
z 热交换器
z 热泵供热锅炉
z 热水锅炉
z 蒸汽锅炉
? 燃煤锅炉
? 燃油锅炉
? 燃气锅炉
? 电热锅炉
? 有压锅炉
? 无压锅炉
热交换器
z 列管式
z 螺旋板式
z 板式列管式螺旋板式板式
制冷的含义、基本方法及实例制冷剂的分类、表示方法及环境影响压缩式制冷的原理、制冷系数、热泵循环及应用吸收式制冷的原理、与压缩式制冷的比较空调的热源
5.1 空调冷源概述
z 冷源种类
z 天然冷源
? 地下水
? 地道风
? 天然冰
? 深湖水、山涧水、溶洞水
z 人工冷源－制冷
z 制冷的含义：
? 人工的方法
? 被冷却对象热量转移到周围环境介质，
? 使被冷却对象温度比周围环境介质温度低
? 在所需要时间内保持
z 实质：热量由低温热源向高温热源转移的逆向传热过程。
制冷的方法
z 液体蒸发
z 固体升华
z 气体膨胀制冷技术的历史和发展
z 国内最早的记载：《艺文志》记载：,大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开放。,
z 1777年 莱斯利发现吸收式制冷原理
z 1845年 格林 空气膨胀式制冷机
z 1859年 卡尔林达 氨吸收式制冷机
z 1872年 波义耳 氨压缩式制冷机
z 1922年卡莱尔 离心式制冷机制冷技术的分类
z 普通制冷,-100℃～低于环境温度
z 深度制冷,-200℃～ -100℃
z 低温制冷,-268.95℃～ -200℃
z 极低温制冷,< - 268.95℃
5.2 制冷剂
z 制冷剂,在制冷系统中不断循环，以实现制冷目的的工质。
用 R××表示。
z 对制冷剂的要求：
? 热力学
? 物理化学
? 其它方面热力学
1.适当的蒸发压力和冷凝压力。
2.临界温度要高。
3,单位容积的制冷量 q
v
应大。
4,绝热指数应小。
物理、化学方面
z 粘度和比重小(流阻)。
z 导热和放热系数大(减小换热器体积)。
z 化学稳定性和热稳定性好。
z 溶油性和吸水性。
其它要求
z 不易燃爆，对人体、食品和环境无害。
z 价格低廉，易于补给常用的制冷剂
z (1)无机化合物
z表示,R7XX.
?(R是英文,制冷剂,字头 )
?编号的后两位数表示该无机化合物的分子量三大类氟利昂化学通式,C
m
H
n
F
x
CL
y
Br
z
表示,R （ m-1），（ n+1）,x
CHClF
2
，－－ R22。
CF
2
Cl
2
－－ R12
C
2
H
3
F
2
Cl －－ R142
z(2)饱和烃的卤化物 —氟利昂氟利昂制冷剂
z 特点：
? 多无毒，无味
? 单位容积制冷量小，密度大，节流损失大
? 导热系数小，遇火焰时会分解出有毒气体
? 易漏泄而不易察觉。
常用制冷剂及其性质
CCl
4
(R10)
CH
4
(R50)
CF
4
(R14)
稳定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中间大氯氟烃CFC
氢氟烃HFC
含氢氯氟烃
HCFC
Chlorine,氯
Fluorine,氟
Carbon,碳
Hydrogen,氢
z CFC表示不含氢的氯氟烃－公害物质
z HCFC表示含氢的氯氟烃－低公害物质
z HFC表示含氢而无氯的氟化烃－无公害物质
z 含有氢原子越少，可燃性和爆炸性越低
z 含有氟原子越多，对人体越无害，对金属腐蚀性越小；
z 不含氢原子时，在大气中寿命最长。
z 含氯的氟里昂
– 分解出 Cl
－
，破坏臭氧层
– 产生,温室效应,
? ODP(Ozone Depletion Potential):臭氧消耗潜能值。
? GWP(Global Warming Potential),全球变暖潜能值
z CFC 1996年起禁用，发展中国家推迟 10年
z HCFC 2016年冻结在 2015年的水平，于 2040年完全禁用，工业化国家于 2020年（其它国家 2040年 ） 禁用。
由两种或两种以上特定的制冷剂按一定的比例混合而成。
饱和状态下气液两相的组分是否相同。
?共沸制冷剂 R502,48.8％ R22＋ 51.2％ R115
?非共沸制冷剂 36％ R22/24％ R152a/40％ R124
(3) 混合制冷剂船舶辅机?第 11章船舶制冷装置[Marine Refrigeration Plant]
4.944.74.084.04+ 30
o
C/ － 15
o
C压力比
3.190.7910.6150.731
蒸气定压比热( kg/kgK） 25
o
C
0.5080.1200.0930.078比容 m
3
/kg (－ 15
o
C)
0.9310.6070.5610.895+ 30
o
C/ － 15
o
C压力差
1.1670.7710.7431.201
0.2360.1640.1820.299饱和压力 MPa
－ 15
o
C～ + 30
o
C
－77.7－101.0－155－160凝固点(
o
C)
1368219.8165.3233.7标准沸点气化潜热kJ/kg
4.351.1890.9711.25液体比热( kg/kgK)(25
o
C)
602.7120613091193.5液体密度( kg/m
3
)(25
Oc
)
1.323.944.124.963临界压力( MPa)
132.4100.611296临界温度(
o
C)
－33.4－26.5－29.8－40.8标注大气压沸点(
o
C)
17.03102.0120.068.48分子量
NH
3
CH
2
FCF
3
CCl
2
F
2
CHClF
2
分子式
R717R134aR12R22制冷剂
z (1)R22
– 广泛使用,无毒、无味、不燃不爆、热稳定性好和火焰 (800℃以上 )接触时会分解产生有毒光气
– 工作压力适中，标准沸点为 -40.8℃
– 单级压缩制冷蒸发温度可达一 40℃
– R22在 -15℃时的蒸发压力为 0.295MPa,+30℃时冷凝压力为 1.19MPa,属中压中温制冷剂
– 标准工况压缩终温为 83℃，可不用水冷却压缩机
– 对天然橡胶有侵蚀作用，在 R22装置中一般采用氯丁橡胶或丁基橡胶作密封材料
z (2)R12(二氟二氯甲烷 )
– 是 30年代问世后甚为风行的冷剂
– 破坏大气臭氧层，对地球也有温室效应
– R12与 R22的主要差别有以下,
z①溶水性差，溶水能力随温度降低而下降。易发生,冰塞,
z②与润滑油相互易溶 (蒸气也能溶油 )
z⑧电绝缘性较好
z (3)R134a(四氟乙烷,CH2FCFs)
– R134a不含氯原子 C1，其臭氧耗减潜能值 (ODP)
为 0，全球变暖潜能值 (GWP)为 0,26，也比
R12(GWP为 3)小得多。
– R134a标准沸点为 -26.5℃，一 15℃时蒸发压力为
0.164 MPa,+30℃时冷凝压力
– R134a绝热指数为 1.11，在相同工作参数下压缩机排气终温与尽 12相近，压缩机气缸无需用水冷却。
– R134a对普通橡胶有更强的易膨胀湿润特性，所以密封材料宜采用氢化丁腈橡胶、氯化橡胶
– R134a本身无润滑性能。对润滑油的润滑性有更高的要求。
z (4)R717,氨
– ①有毒，有强烈的刺激性臭味。当空气中达到一定浓度时对人有危险，也可引起燃烧和爆炸，氨与食品接触会使其品味变差
– ②与水能大量互溶，不会发生,冰堵,
– ③微溶于油；④纯氨不腐蚀铁、铜等金属，但氨中含有水分时会腐蚀锌、铜及铜合金 (磷青铜除外 )；⑤氨水呈碱性，可使酚酞试纸变红色
– ⑥放热系数比氟利昂大，密度、粘度比氟利昂小
– ⑦单位容积制冷量比 R12大 60％左右，且价格便宜，目前主要用于一些水产品加工船和冷藏船溶水性、溶油性、禁用材料：
R12溶水性差，极易发生冰塞[Freeze Up](低温工况下游离水在膨胀阀等流道狭窄处结冰，
导致系统堵塞的故障。)
R22溶水性强于 R12,不易发生冰塞。
R717溶水性极强，不发生冰塞。
溶水性：
溶水性、溶油性、禁用材料：
溶油性：
R12与油互溶 (液、气态 )
R22条件性溶油 (>8°C易溶,<8°C不易溶 )。
R717微溶于油。
R134a难溶普通滑油，使用专用油。
溶水性、溶油性、禁用材料：
禁用材料：
R22天然橡胶 →氯丁橡胶、丁基橡胶
R717锌、铜及合金 (磷青铜除外 )
R134a普通橡胶 →氢化丁橡胶、氯化橡胶二、载冷剂[Secondary Refrigerant,Refrigerating Medium]
在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质要求
(1) 比热大
(2) 导热系数大
(3) 粘度低
(4) 凝固点与使用温度范围相适应
(5) 腐蚀性小
(6) 无毒、不燃、不爆
(7) 化学稳定性好
(8) 价格低廉常用的载冷剂常用的载冷剂
水
– 比热大、密度小、对设备和管道腐蚀性小、不燃烧、不爆炸、无毒、化学稳定性好、价廉易得
– 凝固点高，在使用上受到限制
– 在大型空调制冷系统中广泛采用
盐水溶液
– 一般为氯化钠、氯化钙、或氯化镁水溶液
– 普遍采用，适用于中、低温制冷系统
4.3 冷源装置
z 组成：
? 制冷装置
? 载冷剂输配送装置
? 配套设备和元器件
z 制冷方式：
? 压缩式制冷
? 吸收式制冷液体蒸发制冷压缩式制冷的原理
冷凝器
z 分类：冷却介质种类
? 水冷却式
? 空气冷却式（风冷）
? 水－空气冷却式
? 蒸发－冷凝式压缩机
z 活塞式
z 螺杆式
z 离心式
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应用
z 家用冰箱
z 窗式空调
z 分体式空调冰箱的种类按用途按结构形式按制冷方式按箱内冷却方式其他冷藏箱冷藏冷冻箱冷冻箱单门电冰箱双门电冰箱多门电冰箱蒸汽压缩式吸收式半导体式直冷式间冷式间直冷式容积冷冻室所能达到的温度适应的气候环境冰箱的结构制冷系统电控系统箱体系统及附件蒸汽压缩式电冰箱压缩机组：包括压缩机和电动机冷凝设备：蒸发器、蒸发水皿加热器、门防冻防露管冷却设备：蒸发器、间冷式中还有冷却风机和电动机干燥过滤器节流元件：毛细管管道：排气管，回气管等制冷剂制冷系统构成冷凝器冷凝器是使气态制冷剂放出热量而冷凝为液态的热交换器。
家用电冰箱的冷凝器都为空气冷却方式。
空气冷却冷凝器可分为自然对流冷却方式和强制通风冷却方式两种。
散热片为 0.5mm-0.6mm
钢板，盘管为镀铜钢管盘管为φ 8mm- φ 10mm镀铜钢管,翅片为 0.2mm-0.4mm的镀锌钢板或铝板散热片为φ 1.5mm左右的钢丝，盘管为镀铜钢管蒸发器毛细管目前国内外电冰箱的节流机构一般都采用毛细管，它是一根内径为 0.5-1mm，外径为 2-3mm，长度为 2-4m的紫铜管，在制冷系统中的作用是控制制冷剂的流量和保持冷凝器与蒸发器的合理压差毛细管代替节流阀家用空调
吸收式制冷
z 工作物质：
? 吸收剂
? 制冷剂
z 分类：
? 氨－水吸收式机组
? 溴化锂吸收式机组吸收式制冷的原理
与压缩式制冷的比较
z 相同点：
? 制冷方式－液体蒸发
z 不同点：
? 能源：压缩式－电能，吸收式－热能
? 循环：压缩式－压缩机，吸收式－溶液循环吸收式制冷的特点
z 优点：
? 低品位能量
? 结构简单，振动、噪声小
? 工作压力小，安全可靠
? 工质污染小
z 缺点：
? 热效率低
? 设备投资大，折旧费用高
? 冷却负荷高，冷却水量大
4.4 空调的热源
z 热源的分类
z 按热源的性质
? 蒸汽
? 热水
? 电热按热源装置
z 锅炉
z 热交换器
z 热泵供热锅炉
z 热水锅炉
z 蒸汽锅炉
? 燃煤锅炉
? 燃油锅炉
? 燃气锅炉
? 电热锅炉
? 有压锅炉
? 无压锅炉
热交换器
z 列管式
z 螺旋板式
z 板式列管式螺旋板式板式
