空调制冷第一讲制冷原理(压焓图)

压力降没有关系，只要没有气化。
（4）膨胀阀到蒸发器之间的管道
通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。倘若 将它安装在被冷却空间内，传给管道的热量 将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的 传递使制冷减少，因而此段管道必须保温。
压力降也没关系。
（5）冷凝器
假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器 中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝器时 制冷剂的压力，这必须导致压缩机的排气压 力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制 冷系数下降。
上面所述的循环，是单级压缩蒸气制 冷机的基本循环，也是最简单的循环。在 实用上，根据实际条件对循环往往要作一 些改进，以便提高循环的热力完善度。在 单级制冷机循环中，这一改进主要有液体 过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。
2.1 液体过冷对循环性能的影响
将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝 温度的状态，称为过冷。 带有过冷的循环，叫做过冷循环。
节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节 进入蒸发器的制冷剂流量。
蒸发器: 输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器 中吸收被冷却对象的热量，从而达 到制冷的目的。
1.2 压焓图
p
T
s
h
v x
p
h
压焓图
等压线----水平线；
等焓线----垂直线；
等温线----液体区几乎为垂直线。两相区内，因制 冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等 温线 与等压线重合，是水平线。过热蒸气区为向右下方 弯曲的倾斜线；
冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系：
q0 r0 (1 x5 )
(1-6)
由式（1-6）可知，制冷剂的汽化潜热越
大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单
位制冷量就越大。
(2)单位容积制冷量
qv
qv
q0 v1
h1 h4 v1
(3)理论比功 w0
(1-7)
对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来 说，理论比功可表示为
qk q0 w0
(1-10)
(5)制冷系数 0
对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，
制冷系数为
0
q0 w0
h1 h4 h2 h1
(1-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条
件下：
制冷系数愈大
经济性愈好
(6)压缩终温 t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
(7)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发， 成为低压蒸气
②将该低压蒸气提高压力为高压蒸气 ③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体 ④高压液体降低压力重新变为低压液体， 返回到①从而完成循环。
压缩机:
压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发 器中低压、冷凝器中高压，是整个
系统的心脏。
冷凝器: 输出热量的设备，将制冷剂在蒸发 器中吸收的热量和压缩机消耗功所 转化的热量排放给冷却介质。
(2)冷凝过程： w 0
（1-2）
qk h2 h4
（1-3）
(3) 节流过程： w 0, q 0
h4 h5
（1-4）
（4）蒸发过程： w 0
q0 h1 h5 h1 h4 （1-5）
为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环 的性能， 采用下列一些性能指标。
(1)单位制冷量 q0
单位制冷量可按式（2-5）计算。单位制
第一讲
单级蒸气压缩制冷循环
1 单级压缩制冷的理论循环 2 单级压缩制冷的实际循环 3 工况与性能
1 单级蒸气压缩制冷的理论循环
1.1 系统与循环 1.2 压焓图 1.3 制冷循环过程在压焓图上的表示 1.4 单级蒸气压缩式制冷理论循
环的热力计算
1.1系统与循环
液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：
h4 h4 h1 h1
(1-20)
p
4’ 4 pk 3 2 2’ 5’ 5 p0 1 1’
q0 q0
h 回热循环在p-h图上的表示 回热循环中各性能指标的变化完全同于过冷和 无效过热循环。
2.4 不凝性气体的存在对循环性能的 影响
积存于冷凝器； 冷凝压力增加； 压缩机排气压力升高； 比功增加； 制冷系数下降； 压缩机容积效率降低；
采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数 都是有利的
p
4’ 4
pk 3 2
5’ 5 p0 1
q0 q0
w
h
过冷循环在p-h图上的表示
（1）单位制冷量 q0 增加
q0 h1 h5
(h1 h5 ) (h5 h5)
(2)单位容积制冷量 qv
增加
qv'
h1 h5 v1
(3)理论比功 w0
不变
(1-13)
4
pk 3 2
5
p0 1
q0
w
h
理论循环在p-h图上的表示
1.4 单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力 计算
单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的：
（1）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程 中不存在任何不可逆损失
（2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝 温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被 冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都 是定值
等熵线----向右上方倾斜的实线；
等容线----向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；
等干度线----只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱 和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。
1.3 制冷循环过程在压焓图上的表示
3 4
B C
5D
p
2 1A
单级蒸气压缩 式制冷系统图
A—压缩机； B—冷凝器； C—节流阀； D—蒸发器。
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多变过程。另外，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
p 4 5
pk
3 2s 2
p0 0
下图示出了过热循环1-1’-2’-3-4-5-1的lg ph图。图中1-1’是吸气的过热过程，其余与基 本循环相同。
p
4 pk 3 2 2’ 5 p0 1 1’ q0 q0
h 过热循环在p-h图上的表示
过热循环分有效过热和无效过热两种情况
有效过热循环
有效过热循环：过热过程中产生的冷量也为
被冷却介质所吸收。
(4)单位冷凝热 qk
增加
qk h2 h4'
(1-14)
(h2 h4 ) (h4 h4' )
(5)制冷系数
增加
h1
h4 h4
h2 h1
h4
0
ct h2 h1
(6)压缩终温 t2
不变
(1-15)
2.2 蒸气过热对循环性能的影响
压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于 吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过热。 具有吸气过热的循环，称为过热循环。
qk h2 h4
（1-34）
上式中点2状态的焓值用下式计算
h2 (h2s h1) i h1 （1-35）
式中i 为压缩机的指示效率，它被定 义为等熵压缩过程耗功量与实际压缩过程 耗功量之比。
3．制冷剂的循环流量
qm Q0 q0
（1-36）
式中Q0为制冷量，通常由设计任务给出。
4．压缩机的理论功率和指示功率分别为
N 0 qm w0
Ni
N0
i
（1-38）
5．实际制冷系数
s
Q0
(Ni /e )
（1-39）
式中e为压缩机的机械效率。
1
h 简化后的实际循环在 p-h图上的表示
下面是按照这样简化后的循环的性能指标 的表达式，各下标对应于图2-23所示的状 态点。
1．单位制冷量、单位容积制冷量及单位 理论功
q0 h1 h5 h1 h4
qv
q0 v1
w0 h2s h1
（1-33）
这些同理论循环的计算完全一致。
2．单位冷凝热
无效过热循环
无效过热循环：过热过程中产生的冷量没有
被冷却介质所吸收。
（1）单位制冷量 q0
不变
q0 (h1 h5 )
(1-13)
(2)单位容积制冷量 qv 减小
qv
h1 h5 v1'
(3)理论比功 w0
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk
qk h2' h4
增加 增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
2.5 单级压缩实际制冷循环的热力 计算
实际循环和理论循环有许多不同之处， 除了压缩机中的工作过程以外，主要还有下 列一些差别：
1．流动过程有压力损失。
2．制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热 交换。
3．热交换器中存在温差。
热交换及压力损失对循环性能的影响
（1）吸入管道
吸入管道中的压力降始终是有害的，它使 得吸气比容增大，压缩机的压力比增大，单位容 积制冷量减少，压缩机容积效率降低，压力比增 大，制冷系数下降。
(5)制冷系数
减小
h1 h5
h2' h1'
(1-14) (1-14) (1-15)
2.3 回热器对循环性能的影响
利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸 入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、 蒸气过热，称之为回热。
若不计回热器与环境空气之间的热交换，则 液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其 热平衡关系为
w0 h2 h1
(1-8)
单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随 制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变
的。