【正文】 免了天然冷源的局限性，特別是可以根據(jù)不同的要求獲得不同的低溫。 天然冷源是自然界存在的冷源，例如冰、雪、地下水等，可用作食品的冷藏和防暑降溫。 什么是空氣調(diào)節(jié)？ —— 使某一特定空間（房間）內(nèi)空氣溫度、相對(duì)濕度、空氣流速、壓力、潔凈度等參數(shù)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的技術(shù)稱(chēng)為 空氣調(diào)節(jié) ，簡(jiǎn)稱(chēng)為 空調(diào) 。 對(duì)于某一空間，在夏季由于太陽(yáng)輻射或內(nèi)外溫差向室內(nèi)傳進(jìn)熱量，以及室內(nèi)人 員、燈光、設(shè)備產(chǎn)生熱量及濕量而在室內(nèi)形成熱、濕負(fù)荷，若要保持這房間內(nèi)空氣溫、濕度，就必須要求空調(diào)設(shè)備將這些熱、濕負(fù)荷從室內(nèi)轉(zhuǎn)移出去。我國(guó)對(duì)天然冷源的應(yīng)用有悠久的歷史，而且在采集、貯存和使用天然冷源方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，直到現(xiàn)在，天然冷源在一些地區(qū)仍然得到應(yīng)用。 人工制冷可以獲得的溫度稱(chēng)為制冷溫度。因此，只要選擇適當(dāng)?shù)墓べ|(zhì)、創(chuàng) 造一定的壓力條件，就可以利用物體的相變獲得所要求的溫度。 氣體逆向循環(huán)是利用氣體吸收顯熱實(shí)現(xiàn)制冷的，因?yàn)闅怏w的比熱容很小，單位制冷量很小，一般情況下要求氣體的流量大，循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性較低，所以后來(lái)氣體膨脹制冷逐漸被蒸汽壓縮式制冷所取代。相反，如果在電路中通入電流，則一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的溫度就會(huì)降低成為吸熱端（冷端），而另一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的溫度會(huì)上升成為放熱端（熱端），這樣就形成了熱電制冷和制熱的效應(yīng)。我們將重點(diǎn)學(xué)習(xí) 3 它。一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家制冷的電耗量約占電能總消耗量的 20％ 30％。 一些科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，如材料研究所、物理研究所、化學(xué)研究所等都需要人工制冷，以滿(mǎn)足科學(xué)研究和試驗(yàn)的需要。這個(gè)系統(tǒng)主要由四大部件組成，通過(guò)管路把它們連結(jié)在一起。由于采用壓縮機(jī)使氣態(tài)制冷 劑增壓，故稱(chēng)為蒸汽壓縮式制冷。 P６ . 4. 熱泵裝置 供熱系數(shù) μ＝ qk/∑w＝ ε＋ 1，所以熱泵供熱量＞消耗的功量，可以綜合利用能源。所以，熱力完善度是制冷循環(huán)的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同。 有溫差傳熱時(shí)的制 冷系數(shù)： εc’= (p5) 蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán) 一、蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán) 雖然人們?cè)O(shè)想利用濕蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)，但是在實(shí)際上，即使在濕蒸汽區(qū)，其理想循環(huán)也難以實(shí)現(xiàn)，困難在于： ①無(wú)溫差傳熱過(guò)程實(shí)際上不能實(shí)現(xiàn)；②液體膨脹做功少；③濕壓縮危害。 （ 2）干壓縮代替濕壓縮 在濕壓縮時(shí)，壓縮機(jī)所吸入的是濕蒸汽，壓縮后為飽和蒸汽，而干壓縮時(shí)壓縮機(jī)吸入的是飽和汽，壓縮后為過(guò)熱蒸汽。 循環(huán)分析： 采用節(jié)流閥＋干壓縮時(shí)，循環(huán)為 12341。而且，對(duì)于同一種制冷劑，節(jié)流損失的大小主要與節(jié)流前后制冷劑的溫度差有關(guān)。圖中 3→ 3`就是高壓液態(tài)制冷劑在再冷卻器中的再冷卻過(guò)程。當(dāng)采用冷卻水與制冷劑逆流時(shí)，適當(dāng)放大冷凝面積也可達(dá)到過(guò)冷目的。 幾點(diǎn)說(shuō)明： ① 過(guò)冷增加的制冷能力Δ q0（面積 4`4bb`）＝過(guò)熱吸熱量Δ q（面積 11`a`a），但是壓縮機(jī)多耗功Δ wc（ 1`2`21）； ② ε是否提高取決于制冷劑性質(zhì)和工作溫度上下限。 綜上所述，改善制冷循環(huán)的措施： 減少節(jié)流損失 —— 過(guò)冷、回?zé)?；減少過(guò)熱損失 —— 多級(jí)壓縮，中間冷卻。箭頭表示各參數(shù)值增加的方向。 點(diǎn) 1：制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)狀態(tài)。 二、蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算 計(jì)算蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)時(shí)，首先需要確定循環(huán)的工作參數(shù)（即工況，通常為蒸發(fā)溫度 t0、冷凝溫度 tk、液態(tài) 制冷劑再冷度和壓縮機(jī)的吸氣溫度 t1），根據(jù)工況便能在 lgph 圖上確定各有關(guān)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)值，進(jìn)而畫(huà)出循環(huán)過(guò)程。當(dāng)制冷劑被壓縮至高于氣缸壁的溫度時(shí)，制冷劑將向氣缸壁散熱，變?yōu)榉艧釅嚎s過(guò)程，比熵有所減小，直到壓力升至 p2。至于如何考慮，將在以后介紹。 制冷劑 一、制冷劑的種類(lèi)和編號(hào) 目前使用的制冷劑有很多種，歸納起來(lái)主要有四類(lèi)：無(wú)機(jī)化合物、烴類(lèi)、鹵代烴以及混合溶液。目前用作制冷劑的主要是甲烷和乙烷的衍生物。 化合物名稱(chēng) 分子式 m、 n、 x、 z 值 a、 b、 c、 d 值 編號(hào) 一氟三氯甲烷 CFCl3 1 0 1 0 0 1 1 0 R11 二氟二氯甲烷 CF2Cl2 R12 五氟一氯乙烷 C2F5Cl R115 三氟一溴甲烷 R13B1 甲烷 1 4 0 0 0 5 0 0 R50 乙烷 2 6 0 0 1 7 0 0 R170 丙烷 3 8 0 0 2 9 0 0 R290 乙烯 2 4 0 0 1 5 0 0 R1150 丙烯 C3H6 R1270 （三）多元混合溶液 由兩種或兩種以上的制冷劑按一定比例相互溶解而成的溶合物，以擴(kuò)大溫度使用范圍，改善耗能指標(biāo)。 目前對(duì)非共沸溶液仍未給予編號(hào)，只是將組成的組分間用“ /”隔開(kāi)表示，如 R12/R22，R22/R142b， R22/R13B1 等。但由于該類(lèi)制冷劑易燃燒和爆炸，而且溶于潤(rùn)滑油中會(huì)使油的粘度降低，安全性較差，使其應(yīng)用受到一定的限制。 二、對(duì)制冷劑的要求 制冷效率 ：理論循環(huán)制冷系數(shù)與兩個(gè)傳熱過(guò)程具有傳熱溫差的逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)之比：39。制冷系統(tǒng)中所采用的冷卻物質(zhì)一般為水或空氣，冷凝溫度處于常溫，故希望常溫下冷凝壓力不要過(guò)高，一般不超過(guò) ～ MPa，這樣可以減少制冷設(shè)備的承受壓力，以及制冷劑向外滲漏的可能性。這不但有利于提高壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，而且不會(huì)使?jié)櫥吞蓟瑢?duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑也是有利的。 （ 5）溶水性和溶油性 ★溶水性 氟里昂和烴類(lèi)制冷劑難溶于水，氨易溶于水。（ 所謂“鍍銅”現(xiàn)象 ，是指在氟里昂制冷系統(tǒng)中，制冷劑水解產(chǎn)生的酸，腐蝕銅和銅合金，而后生成物再與高溫的氣缸內(nèi)表面、閥門(mén)、活塞、活塞銷(xiāo)、曲軸、軸承等部位接 觸，銅被鐵所轉(zhuǎn)換，在這些表面上產(chǎn)生一層銅膜的現(xiàn)象。 ② 無(wú)限溶解潤(rùn)滑油。這與溶液的溫度、制 冷劑種類(lèi)、潤(rùn)滑油的種類(lèi)有關(guān)。 三、常用制冷劑及其性質(zhì) 目前在蒸汽壓縮式制冷裝置中采用較為廣泛的制冷劑有氨、氟里昂及混合工質(zhì)。所以要求含水量＜ ％。 ⑤ 傳熱性能差（放熱系數(shù)低）； ⑥ 分子量大，比重大，流動(dòng)性差，所以阻力損失大； ⑦ 絕熱指數(shù) k 小，壓縮終溫低； ⑧ 單位容積制冷能力 qv 差，制冷劑循環(huán)量大； ⑨ 吸水性差，易產(chǎn)生冰塞，所以要設(shè)置干燥器；若有水存在，能分解出 HCl、 HF，會(huì)腐蝕金屬，產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象。 ● R22 (CHF2Cl)： ★ 蒸發(fā)溫度 ℃，凝固溫度 160℃。 ★ 含氟多，所以性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒； ★ qv 大。 ● R114 (C2F4Cl2)： ★ 沸點(diǎn)為 ℃，冷凝 壓力比較低。 ★ 化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)金屬的腐蝕程度比 R12 小。沸點(diǎn)為－ ℃，可替代 R22 用于獲得較低的溫度。現(xiàn)以 CFC12（ R12）為例說(shuō)明當(dāng) CFCs 受強(qiáng)烈紫外線(xiàn)照射后破壞臭氧層的反應(yīng)過(guò)程： CF2Cl2— → CF2Cl+Cl Cl+O3— → ClO+O2 ClO+O— → Cl+O2 循環(huán)反應(yīng)生成的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個(gè)氯原子可以破壞成千上萬(wàn)個(gè)臭氧分子。 21 一般用 ODP（ Ozone Depression Potential）和 GWP（ Greenhouse Warming Potential）分別表示消耗臭氧潛能值及溫室效應(yīng)潛能值。比如盡量減少制冷系統(tǒng) CFCs的充灌量， 強(qiáng)化密封措施，研制 CFCs 的回收裝置，逐年減少 CFCs 的生產(chǎn)和使用。中國(guó) 700 多萬(wàn)臺(tái)，每年消耗氟里昂 9719 t。 22 載冷劑 前面說(shuō)過(guò)，蒸發(fā)器一般置于被冷卻房間，通過(guò)制冷劑蒸發(fā)直接制冷。由于水的冰點(diǎn)為 0℃，若要求載冷劑的溫度低于 0℃時(shí)，則應(yīng)采用其它冰點(diǎn)較低的載冷劑，如鹽水溶液等。合晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度或凝固溫度分別稱(chēng)為合晶濃度或合晶溫度。 當(dāng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，鹽水溶液會(huì)不斷吸收空氣中的水分而濃度降低，凝固溫度升高。它的粘度和價(jià) 格都低于丙三醇。這些有機(jī)化合物的凝固溫度比較低，適用于低溫制冷裝置中。 鹽水溶液對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用。 CaCl2鹽水溶液的合晶濃度為％，合晶溫度為 55℃。鹽水溶液可獲得的最低載冷溫度與鹽水溶 液的濃度有關(guān)。 此時(shí)要進(jìn)行間接制冷，就需要一種中間物質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)被冷卻降溫，再用它冷卻被冷卻物，此中間物質(zhì)稱(chēng)載冷劑。 1997 年，聯(lián)合國(guó)綠色和平組織為表彰科龍集團(tuán)對(duì)促進(jìn)環(huán)保方面的貢獻(xiàn)，將科龍公司的R600a 環(huán)保冰箱永久陳列聯(lián)合國(guó)。 長(zhǎng)期的解決辦法是采用 HFC（氫氟化碳）類(lèi)物質(zhì)作為制冷劑。根據(jù)目前的技術(shù)水平，認(rèn)為 ODP 值小于或等于 和 GWP 值小于或等于 的制冷劑 是可以接受的。 臭氧層的破壞，增加了太陽(yáng)對(duì)地球表面的紫外線(xiàn)輻射的強(qiáng)度。在單級(jí)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中，R502 的 蒸發(fā)溫度可低達(dá)－ 55℃左右。 以 R12 為制冷劑的制冷機(jī)改用 R134a 后，基本上不需要更換什么部件，制冷量和能效比都不會(huì)降低因此它一開(kāi)始就被作為 R12 的重要替代物進(jìn)行研究。 ★ 對(duì)大氣臭氧層破壞嚴(yán)重。 ● R11 (CFCl3)： ★ t0＝ ℃，凝固溫度 111℃。廣泛應(yīng)用于柜式空調(diào)機(jī)組和窗式空調(diào)器。 下面分別介紹幾種氟里昂的主要特性： ● R12 (CF2Cl2)： ★ 沸點(diǎn) ℃，凝固點(diǎn) 155℃，最早出現(xiàn)并廣泛使用達(dá) 50 余年。氨油是分層的，要定期排油。 ★ 粘性小，流阻小，傳熱好； ★ 對(duì)大氣臭氧層無(wú)任何破壞作用、對(duì)全球溫室效應(yīng)無(wú)任何作用。 18 制冷劑對(duì)油的溶解有利有弊： 好處： a. 換熱器表面不形成油膜，對(duì)傳熱有利； b. 與制冷劑一起滲透到壓縮機(jī)的各個(gè)部件，形成良好的潤(rùn)滑條件； c. 使油的凝固點(diǎn)↘，對(duì)低溫裝置有利。油較難分離。因此，在氨系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)冰塞現(xiàn)象。在溫度為 15℃時(shí)，一個(gè)單位容積的水能溶解 700 個(gè)單 位容積的氨。 （ 6）分子量 對(duì)于離心式制冷壓縮機(jī)希望采用分子量較大的制冷劑，因?yàn)榉肿恿吭酱髸r(shí)，在相同的旋轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生的離心力也越大，使得每一級(jí)產(chǎn)生的壓縮比較大，當(dāng)壓縮比一定時(shí)，所需的級(jí)數(shù)較少。這樣，可以減小壓縮機(jī)的尺寸和重量，節(jié)省金屬用量。 選用制冷效率較高的制冷劑可以提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，但是，制冷效率并不是選用制冷劑的唯一指標(biāo)，還應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 （一）對(duì)熱力學(xué)性質(zhì)的要求 （ 1）制冷效率要高 制冷劑的熱力性質(zhì)對(duì)制冷系數(shù)的影響很大，可用制冷效率η R 表示。通常可以按照制冷劑在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的飽和溫度 tB 和常溫下的冷凝 壓力 pk 的高低及適用溫度范圍，將其分為高溫（低壓）、中溫（中壓）和低溫（高壓）三大類(lèi)： ① 高溫（低壓）制冷劑 —— 一般 tB＞ 0℃， pk＜ 。 對(duì)于烷類(lèi)，表示方法與氟里昂相同。 共沸溶液：性質(zhì)與單質(zhì)溶液一樣，在恒定的壓力下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，蒸發(fā)溫度或冷凝溫度保持不變，而且其氣相和液相具有相同的組分。 Cl 原子數(shù)在編號(hào)中不表示，它可根據(jù)上式推算出來(lái)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用字母 R 和它后面的一級(jí)數(shù)字或字母作 為制冷劑的代號(hào)。 7．蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)與理想循環(huán)有何不同？ 8．蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)中為什么用節(jié)流 閥代替膨脹機(jī)，對(duì)制冷系數(shù)有何影響？ 9．蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)中為什么用干壓縮代替濕壓縮？對(duì)制冷系數(shù)有何影響？ 10．改善蒸汽壓縮式制冷循環(huán)有哪些措施？ 11．節(jié)流閥前液體過(guò)冷有何意義？ 12．多級(jí)壓縮中間冷卻意義？ 13．實(shí)際壓縮與理論壓縮的區(qū)別？ 14 2 制冷劑和載冷劑 制冷劑是在制冷系統(tǒng)中完成制冷循環(huán)的工作物質(zhì)。由于制冷劑流經(jīng)冷凝器的途中有摩擦和渦流，所以冷凝過(guò)程并不是定壓過(guò)程，根據(jù)冷凝器形式的不同，其壓力有不同程度的降低。制冷循環(huán)的 熱力計(jì)算 就是根據(jù)這些已知條件，求出各狀態(tài)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，然后計(jì)算下列數(shù)值： 1．單位質(zhì)量制冷能力 ： q0=h1h4 單位容積制冷能力：1