热能与动力工程机械基础 制冷与空调习题

第六章制冷与空调思考题和习题
1、制冷系统的冷凝温度低则效率高，试评价用另外一个制冷系统来冷却该制冷系统冷凝器的冷却水的可能性。

两个系统组合后的性能是比单个的好、相同或者差？为什么？
答：这个系统可行，这就是复叠系统，复叠系统是为了获取低温，解决单级压缩蒸气受到循环压比的限制以及制冷剂热物理特性限制而出现的一种制冷系统。

复叠制冷系统图见图1。

如果冷热端温差相差不大，单级压缩系统能够正常运行，复叠系统比单级压缩系统制冷系数小，运行并不经济，因为复叠系统的冷凝蒸发器存在换热温差，会发生一部分不可逆传热损失。

如果冷热端温差相差较大，采用单级压缩系统会导致超压比运行，使实际压缩过程更偏离等熵压缩过程，引起压缩机排温升高、效率降低、功耗增大。

此时采用多级复叠循环系统比较经济。

2、制冷系统中的热交换器的传热系数与哪些因素有关？如何提高运行中的热交换设备的传热效果？
答：制冷系统中的热交换器的传热系数与传热管的形式，介质的换热条件，管内外热阻的大小等因素有关。

运行中机组分油效果要好，避免油进入换热器，在换热器表面形成油膜，增大热阻，影响换热效果；避免结霜、结露现象。

3、为什么要规定压缩机的运行工况？空调工况和标准工况中的冷凝温度和蒸发温度各为多少？
答：任何压缩机都是在一定的外界条件下工作的。

为了考核压缩机在通常工作条件下的工作状态，规定了标准工况和空调工况。

标准工况下，蒸发温度为－15℃，冷凝温度30℃。

空调工况下，蒸发温度为5℃，冷凝温度为40℃。

4、试分析从蒸发器出来的低压蒸气过热程度及过热度大小对制冷系统的影响。

答：蒸气过热的影响，见图2。

图2
从图中可以看出，制冷量增加了，增加量为： 功也增加了，增加量为： 因此，制冷系数 是否增加和制冷剂的特性有关。

各种制冷剂制冷系数随过热度变化情况见图3。

图3 制冷系数随过热度变化情况
5、试用p －h 和有关公式分析，当一台制冷压缩机运行时的冷凝温度tk 降低（此时蒸发温度t0不变）和蒸发温度t0升高（此时冷凝温度tk ）不变时，制冷压缩机的制冷量Q0和理论制冷循环的制冷系数ε0将如何变化？
答：蒸发温度不变，冷凝温度降低的影响：见图4
01'1q h h ∆=-'02'211()()
w h h h h ∆=---'
00000
q q q w w w ε+∆'=='
+∆
图4 冷凝温度变化时，循环状态参数的变化情况
从图中可以看出，制冷量增加了，增加量为： 功减少了，减少量为：
因此，制冷系数 增加了。

冷凝温度不变，蒸发温度升高的影响：见图
5
图5 蒸发温度变化时，循环状态参数的变化情况
从图中可以看出，制冷量增加了，增加量为： 功减少了，减少量为：
因此，制冷系数
增加了。

6、已知某制冷装置以R12为制冷剂，制冷压缩机为2F10型，制冷量Q0＝15KW ，其工况是：蒸发温度t0＝－15℃，冷凝温度tk ＝30℃，过热温度－5℃，过冷温度为25℃，试求： 1）将该循环画在p －h 图上。

2）确定各状态下的有关参数值（v ，h ，s ，t ，p 等）。

3）进行理论循环的热力计算（qv ，q m ，R ，q V ，R ，Q k ，P 0，ε0）
06'6q h h ∆=-02'2
w h h ∆=-'
00000
q q q w w w ε+∆'=='
-∆'011q h h ∆=-02'2
w h h ∆=-'
00000
q q q w w w ε+∆'=='
-∆
答：热力循环图如下：
lgp
查取R12 的p－h图得各状态点参数如下
（1）单位质量制冷量
q0=h1-h4=350.95-223.68=127.27 kJ/kg （2）单位容积制冷量
q v=q0/υ1= 127.27/0.0941=1352.49 kJ/m3 （3）理论比功
w0= h2-h1=377.16-350.95=26.21 kJ/kg
（4）单位冷凝热
q k= h2-h3’=377.16-223.68=153.48 kJ/kg
(5) 制冷剂质量流量
q m，R=Q0/ q0= 15/127.27=0.118 kg/s
(6) 制冷剂体积流量
q v，R= q m，R×υ1= 0.118×0.0941＝0.011 m3/s
（7）理论功率
P0＝q m，R×w0＝0.118×26.21＝3.09kW
（8）冷凝热负荷
Qk＝q m，R×qk＝0.118×153.48＝18.11kW
（9）制冷系数
ε0=q0/w0=127.27/26.21=4.86
7、某制冷系统的制冷剂为R22，产冷量为80kW。

采用蒸气压缩式理论循环，蒸发温度为－8℃，冷凝温度为42℃，取过热度为10℃，过冷度为5℃。

求：
1）压缩机进口处的制冷剂体积流量（m3/s）
2)压缩机的功率
答：热力循环图如下：
lgp
查取R22 的p－h图得各状态点参数如下
(1)单位质量制冷量
q0=h1-h4=409.32-245.74=163.58 kJ/kg （2）理论比功
w0= h2-h1=449.11-409.32=39.79 kJ/kg
(3) 制冷剂质量流量
q m，R=Q0/ q0= 80/163.58=0.489 kg/s
(4) 制冷剂体积流量
q v，R= q m，R×υ1= 0.489×0.0646＝0.0316 m3/s
（5）理论功率
P0＝q m，R×w0＝0.489×39.79＝19.46kW
8、吸收式制冷系统与压缩式制冷系统相比有哪些特点？
答：与蒸气压缩式制冷循环一样，吸收式制冷循环也是利用相变过程伴随的吸、放热特性来获取低温的，不同的是前者以消耗机械功为代价、后者则以热能为动力。

吸收式制冷循环同样包含了制冷剂的冷凝、节流和蒸发过程，这些过程同蒸气压缩式制冷循环相同，不同的是吸收式制冷没有压缩机，它是通过吸收过程不断地把蒸发后的制冷剂蒸气抽吸出来，通过发生过程再使之重新逸出。

9、选择制冷剂应考虑哪些因素？
答：热力学方面应考虑：
1）在工作温度范围内有合适的压力和压力比。

2）单位制冷量和单位容积制冷量比较大。

3）比功和单位容积压缩功小，循环效率高。

4）等熵压缩的终了温度不太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。

迁移性方面应考虑：
1）粘度、密度尽量小，减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。

2）热导率大，提高热交换设备的传热系数，减少传热面积，使系统结构紧凑。

物理化学性质方面应考虑：
1）无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。

2）化学稳定性和热稳定性好，使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。

3）对大气环境无破坏作用。

其他方面应考虑：原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。

10、一台R12制冷压缩机，现改用R22制冷剂，至少应考虑哪些问题？
答：R12与R22相比，在相同使用温度下它的压力较低、排气温度较低，单位容积制冷量
较小，对有机物的膨润作用不如R22强。

R22融水性比R12更加要受限制。

因此如果改为使用R22的压缩机，压缩机在耐压和耐高温方面要加强，另外气缸尺寸可以做小一点，绝缘体和密封材料要用防止膨润作用氯乙醇橡胶。

11、为什么必须防止制冷剂和水混合？
答：制冷剂和水混合，蒸发温度在0℃以下，会造成系统冰堵。

12、中央空调系统的冷水机组主要有哪几种类型？他们压缩制冷剂的原理是什么？他们在使用和维修方面有什么优缺点？
答：中央空调系统的冷水机组主要有活塞式、螺杆式、离心式3种类型。

活塞式和螺杆式压缩机都属于容积型压缩机，离心式压缩机属于速度型压缩机。

容积型压缩机的工作原理为：一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中其容积被强制缩小，压力升高，当达到一定压力时，气体便被强制地从气缸排出。

速度型压缩机的工作原理为：先使吸入的气流获得一定的高速，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。

活塞式冷水机组操作简单、结构紧凑、安装快。

螺杆式冷水机组传动平稳、结构紧凑、质量轻。

离心式机组应用于大型空调系统中。

13、针对我国不同气候区域、季节变化以及用户需求的不同特点，设计地源热泵时应如何考虑？
答：我国幅员辽阔，南北纬度跨度大。

以长江为界，北方多为严寒及寒冷地区，主要以供冷为主；南方多为夏热冬冷地区，以供冷为主。

因此根据当地的水文、地质情况，建筑物周围的环境，业主的要求和建筑物的供冷、供热负荷，对地源热泵空调系统的地下部分进行系统的选择。