《制冷技術應用與節能》

第一講制冷技術原理及應用介紹

主講人：甘念重武漢理工大學能源與動力工程學院

現在是1頁\一共有47頁\編輯于星期六

課程主要內容及安排第一次課（第10周）：①制冷技術原理及應用介紹（2學時理論）；②家用冰箱與空調裝置的節能方法（1學時研討）；第二次課（第11周）：③家用小型制冷設備（冰箱及空調）的結構認識實驗（1.5學時實驗）；④制冷主要設備（制冷壓縮機、膨脹閥、供液電磁閥等）的結構認識實驗（1.5學時實驗）；第三次課（第12周）：⑤余熱及太陽能在空調制冷工程中的節能研究（2學時理論）；⑥熱電制冷的工作原理及應用討論（1學時研討）；第四次課（第13周）：⑦吸收式制冷空調裝置的系統認識（2學時實驗）；第五次課（第14周）：⑧復疊式低溫制冷與結冰實驗（1學時實驗）；⑨制冷壓縮機的性能測試實驗（2學時實驗）；第六次課（第15周）：⑩相關理論及實驗問題大討論（2學時研討）。現在是2頁\一共有47頁\編輯于星期六

課程其它注意事項一、課程時間及地點安排1、理論和研討課程的上課地點定在航海樓5-505（第5教學樓）2、其它實驗課的上課地點都在航海樓制冷實驗室（航海樓一樓）；3、上課的時間定為每周五下午的16:00-18:25（7、8節）;4、時間和地點有變動會提前通知。二、課程考核要求1、上課考勤——占總成績30%；2、問題討論——占總成績30%；3、總結報告——占總成績40%。三、參考文獻1、吳業正，制冷原理及設備，西安：西安交通大學出版社，2005；2、辛長平，溴化鋰吸收式制冷機實用教程，北京：電子工業出版社，2004；3、袁秀玲，制冷與空調裝置，西安：西安交通大學出版社，2000。QQ群：310645225現在是3頁\一共有47頁\編輯于星期六一、制冷發展簡史

人類最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物質－冰、深井水等。我國早在周朝就有了用冰的歷史。到了秦漢，冰的使用就更進了一步，據《藝文志》記載：大秦國有五宮殿，以水晶為柱拱，稱水晶宮，內實以冰，遇夏開發。這實質是我國最早的空調房間。

1755年愛丁堡的化學教師庫侖利用乙醚蒸發使水結冰。他的學生布拉克從本質上解釋了融化和氣化現象，提出了潛熱的概念，并發明了冰量熱器，標志著現代制冷技術的開始。

1834年發明家波爾金斯造出了第一臺以乙醚為工質的蒸氣壓縮式制冷機，并正式申請了英國第6662號專利。

1844年醫生高里用封閉循環的空氣制冷機為患者建立了一座空調站，空氣制冷機使他一舉成名。

1875年卡利和林德用氨作制冷劑，從此蒸氣壓縮式制冷機開始占有統治地位。

1910年左右，馬利斯·萊蘭克發明了蒸氣噴射式制冷系統。 現在是4頁\一共有47頁\編輯于星期六一、制冷發展簡史1820年--人造冰首次在實驗室中制造出1824年--揭示吸收式制冷原理1834年--人造冰的生產開始 1855年--制造出吸收式制冷裝1890年--小塊人造冰面市 1910年--家用機械冰箱出現 1913年--造出第一臺手動家用冰箱

現在是5頁\一共有47頁\編輯于星期六二、制冷的定義制冷就是從某一物體或空間吸取熱量，并將其轉移給周圍環境介質（水或空氣），使該物體或空間的溫度低于環境的溫度，并維持這一低溫的過程。單位時間內從低溫物體或空間吸收的熱量稱為制冷量。用于完成制冷過程的設備綜合體稱為制冷機或制冷裝置。用于存放低溫物體的空間稱為冷藏室或冷庫。制冷是從物體及其周圍移出熱量以造成并維持其一定低溫狀態的技術。現在是6頁\一共有47頁\編輯于星期六1、對流對流：就是熱量穿過流體（液體或氣體）傳熱的三種方式現在是7頁\一共有47頁\編輯于星期六2、傳導傳導：就是熱量在內部流動或者穿過另一個導體。現在是8頁\一共有47頁\編輯于星期六3、輻射熱量傳遞不需要任何材料作為載體。現在是9頁\一共有47頁\編輯于星期六絕緣物絕緣物：阻礙熱的流動。現在是10頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用空調工程：家用空調、集中空調、空調冷水機組、空調設備;食品工程：冷庫、家用冰箱、冰柜、冷藏陳列柜等；

機械與電子工業：工業的許多生產過程需要在低溫下進行；農業：種子貯存以及育苗等；醫療衛生事業：血漿、疫苗及某些特殊藥品的低溫保存；國防工業和現代科學：人工降雨；在高寒地區使用的發動機、汽車、常規武器的環境模擬試驗等。現在是11頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

1、交通運輸行業（1）船舶領域：LNG和LPG船舶的重要設備（貨物液化的關鍵系統），冷藏船上的重要設備（貨物的冷藏與冷凍），普通貨輪上的重要輔助設備（船舶中央空調、船舶伙食冷庫）。現在是12頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

1、交通運輸行業（2）汽車冷藏運輸領域：食品冷藏運輸的重要設備。現在是13頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

1、交通運輸行業（3）航空航天領域：是人、機環境控制的重要組成部分。現在是14頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

2、家用電器行業現在是15頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

2、家用電器行業現在是16頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

3、工業制氧行業現在是17頁\一共有47頁\編輯于星期六三、制冷技術的應用

4、其它應用現在是18頁\一共有47頁\編輯于星期六四、制冷的主要方法1、冰制冷—一利用天然冰或人造冰溶解時吸收熱量，以造成低溫。此方法雖然簡單，但卻無法對冷藏溫度進行精確調節。此外，由于冰的溶化，還會使貨物潮濕，而大量水分的存在也助長了微生物的繁殖，因而冰制冷僅用在不怕受潮的貨物及魚類的冷凍。2、機械制冷一不論外界氣溫如何，可獲得所需的低溫，并保持不變，故在實際生活中得到廣泛應用．根據其工作原理不同，可分為壓縮制冷、吸收制冷、蒸汽噴射制冷和熱電制冷（即半導體制冷）等．目前以壓縮制冷應用最為廣泛，故后面將著重予以敘述。現在是19頁\一共有47頁\編輯于星期六五、蒸氣壓縮式制冷的基本原理我們知道，在一定溫度下，將1kg質量的某種液體全部汽化，所需的熱量的多少，稱該液體在該溫度下的汽化潛熱。任何液體在其蒸發時，均吸收大量的汽化潛熱。例如1kg質量的水，在100℃時全部汽化，需供給539千卡熱量的汽化潛熱、根據這一規律，我們選擇一種汽化潛熱值更大的，且能在低溫下蒸發吸熱的氟里昂作為制冷劑，液態氟里昂12（R12）在一個標準大氣壓下，汽化溫度為-29.8℃，在節流降壓作用下送入冷庫內的蒸發器盤管內蒸發，可吸收大量的汽化潛熱，降低冷庫內食品的溫度，達到制冷的目的。為使汽化后的汽態冷劑回收為液體，再次進入冷庫汽化吸熱，造成冷庫內食品的長期低溫；且使冷庫蒸發器的盤管內保持的恒定的低壓，這就需要一個完整的工作循環，即壓縮式制冷系統。現在是20頁\一共有47頁\編輯于星期六蒸氣壓縮式制冷裝置是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥（或毛細管）和蒸發器這四個最基本的設備組成的相互連接而又密閉的系統，如下圖所示。現在是21頁\一共有47頁\編輯于星期六制冷循環冷凝盤管蒸發盤管壓縮機液態冷媒控制裝置現在是22頁\一共有47頁\編輯于星期六①⑤④③②制冷循環現在是23頁\一共有47頁\編輯于星期六－30℃大氣+30℃+40℃－16℃－30℃低溫飽和氣體低溫過熱氣體蒸發器膨脹閥電磁閥視鏡過濾器冷凝器過熱（過冷）器現在是24頁\一共有47頁\編輯于星期六在整個制冷循環過程中：壓縮機起壓縮和輸送制冷劑蒸汽和維持蒸發器內低壓的作用，它是系統的心臟；節流閥的作用是對液態冷劑節流降壓和調節流進蒸發器的冷劑量；蒸發器是輸出冷量的設備，冷劑借其與被冷卻物進行熱交換；冷凝器為輸出熱量設備，蒸發器吸收被冷卻物的熱量及壓縮機消耗的功所轉化的熱量，經冷凝器被冷卻介質帶走。制冷循環中，壓縮機所消耗的功起補償作用，使制冷劑不斷從低溫物質中吸熱并向高溫介質放熱，完成整個制冷循環，可見，制冷循環是由汽化、壓縮、冷凝和節流四個過程組成的。制冷循環現在是25頁\一共有47頁\編輯于星期六制冷機組現在是26頁\一共有47頁\編輯于星期六熱泵機組現在是27頁\一共有47頁\編輯于星期六制冷站現在是28頁\一共有47頁\編輯于星期六制冷機組控制界面現在是29頁\一共有47頁\編輯于星期六六、冰箱的制冷原理（1）冰箱的制冷系統組成：壓縮機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管、蒸發器、制冷劑及管路附件等。現在是30頁\一共有47頁\編輯于星期六1、壓縮機(組)：屬于全封閉式(圖1),壓縮機為活塞滑管式;產生高溫高壓氣態工質,為制冷循環提供動力。（功率約110W,噪聲≤60dB）2、冷凝器：①釋放系統中的熱量；②使制冷劑從氣態→液態，所以應保持冰箱兩側及后部有10-15cm的距離，保證良好的散熱。3、干燥過濾器：防止產生“冰塞”和“臟堵”等故障。4、毛細管：內徑0.5-1.0mm，長度約為2-4m的細紫銅管構成。其作用是：①節流降壓；②維持冷凝器中的壓力。5、蒸發器：為鋁板吹脹式(還有翅片盤管式等)。作用是：液態制冷劑吸熱汽化，使冰箱內部降溫。6、制冷劑:為R12(CF2Cl2),屬于中溫制冷劑,溶油性好，溶水性差，1atm下的蒸發溫度為-29.8℃,臨界溫度為112.04℃。其代替制冷劑為R134a(1atm下的蒸發溫度為-26.16℃,臨界溫度為101.1℃),根據地1987年加拿大≤蒙特利爾議定書≥的規定,發展中國家2010年停止生產FCS(含氯氟烴-碳氫化合物的鹵族衍生物),改為HFC.ODP-臭氧層破壞系數;GWP-溫室效應系數.現在是31頁\一共有47頁\編輯于星期六（2）冰箱的電氣控制系統組成：單相電機、溫度控制器、啟動器（PTC或重錘式）、過電流熱保護器、照明燈及開關。∽220v溫控器過電流熱保護器PTC門燈開關照明燈運行繞組啟動繞組現在是32頁\一共有47頁\編輯于星期六1、啟動器：保證壓縮機的正常啟動（單相電機有啟動繞組和遠行繞組之分），200升的冰箱啟動電流為6～10A，正常運行為1-1.2A。2、溫控器：控制壓縮機的啟停，保證正常的制冷溫度。溫控器旋鈕上的數字是：越大控制溫度越低（旋鈕控制同軸的偏心軟）；因而不同季節應放在不同的位置。3、過電流熱保護器：①防止過電流的產生（對瞬間斷電也能起到延時保護作用）；②防止壓縮機高溫（一般≤90°，防止壓縮機長期不停機）（3）冰箱箱體及附件：箱體外殼一般用鋼板制成，內壁用ABS工程塑料，外殼與內壁之間充注了發泡隔熱層。箱門內壁四周裝有磁性密封門條。現在是33頁\一共有47頁\編輯于星期六七、冰箱型號簡介（以國產型號為例）（1）家用冰箱分類：A、按制冷系統的原理：蒸汽壓縮式、蒸汽吸收式、半導體制冷B、按門數可分：單門→帶1/5冷凍室、雙門、多門C、按用途可分：冷藏箱（0-10℃）、冷藏冷凍箱（0-10℃、-12-18℃）、凍結箱、冷凍柜<-18℃(冷凍箱門向上開啟-臥式)D、按有無霜分：直冷式（有霜）；間冷式（無霜-注意并不是不結霜）直冷式：冷凍室（蒸發器）；冷藏室（蒸發器）都是空氣自然對流式。間冷式：合用一個蒸發器，用電風扇強制換熱。用電熱絲加熱方法自動定時除霜。融霜：時間繼電器→定時；電動機工作時間→積算式。現在是34頁\一共有47頁\編輯于星期六（2）家用冰箱型號：（GB8059）例如：BCD-210A□□-□□□□:B-冰箱的冰的第一個字母□:冷藏C；冷藏冷凍CD；冷凍D□:有效容積（L）□：無霜注（W），有霜不注□：改進設計的序號現在是35頁\一共有47頁\編輯于星期六（3）家用冰箱星級的含義

級別符號冷凍室溫度（℃）食品貯藏期限(天)

一星級*不高于-67

二星級**不高于-1230

三星級***不高于-1890

四星級****不高于-1890

俗稱的四星級冰箱并不是真正的四星級冰箱（冷凍室溫度不高于-24℃），可以稱為是高三星級冰箱，識別標志為框中三星與底色不同的另一星并行排列，其中表示冷凍室溫度不高于-18℃，另一星則表示有凍結能力。冷凍箱和雙門或多門冷凍冷藏箱多為高三星級。現在是36頁\一共有47頁\編輯于星期六八、家用空調的介紹（1）家用空調的分類1、按功能分：單冷裝置；熱泵裝置；電熱型；熱泵輔助電熱型等2、使用電源分：三相；單相3、按型式分：窗式（掛壁式、落地式）；分體式（一拖一、一拖二、一拖三）（2）空調器型號簡介例:空調機器型號：KFR-25G□：K□：C；F；CS窗式豎形□：功能代號：單冷省；熱泵R；電熱型D；熱泵輔電Rd□：名義制冷量=□×100（W）□：分體式室內機代號：G→壁掛式；L→落地式；D→吊頂式；Q→嵌入式現在是37頁\一共有47頁\編輯于星期六（3）空調的主要指標溫度：（夏：25℃-27℃；冬：19℃-25℃）濕度：50%-70%空氣流速（速度）：0.25-0.5m/s空氣潔凈度：臭氧發生器等（4）家用空調器中“匹”的含義空調的匹是指制冷量而言，大約在2300W-2500W，各個廠家給定時會有不同，對輸入功率應按樣本上選定。

現在是38頁\一共有47頁\編輯于星期六（5）空調的主要部件1、壓縮機（組）2、冷凝器3、毛細管4、蒸發器5、制冷劑為R22（理想替換工質為R407C）6、電磁換向閥的工作原理通過電磁力的作用，推動主閥芯動作，在一固定位置分別接通蒸發器（或冷凝器），起到制冷（或制熱）的作用。7、關于壓縮機組吸入端氣液分離器的作用：①氣液分離，防止產生液擊。②起吸氣消聲的作用。8、空調器的離心風扇→降溫降濕；空調器的軸流風扇→盡快排除熱量去大氣。現在是39頁\一共有47頁\編輯于星期六現在是40頁\一共有47頁\編輯于星期六九、家用冰箱、空調的能效標識（ChinaEnergyLabel）

在我國目前電力嚴重短缺的情況下，人們已經越來越認識到節能的重要性，有意識地購買相對更節能的家電產品，眾多企業也紛紛推出節能產品以回應市場需求。但是，面對市場上五花八門的所謂節能家電，作為一個普通消費者，該如何進行鑒別和比較呢？即將正式實施的能效標識就為消費者解決這一難題提供了有力的幫助。2004年8月13日國家發改委、國家質量監督檢驗檢疫總局聯合頒布《能源效率標識管理辦法》，04年11月國家發展改革委、國家質檢總局和國家認監委制定并發布了《中華人民共和國實行能源效率標識的產品目錄（第一批）》、《中國能源效率標識基本樣式》、《家用電冰箱能源效率標識實施規則》和《房間空氣調節器能源效率標識實施規則》。自2005年3月1日起，已經率先從冰箱、空調這兩個產品開始實施能源效率標識制度。目前，已有37個國家和地區實施了能效標識制度，取得了顯著的節能、環保和經濟效益。

現在是41頁\一共有47頁\編輯于星期六能源效率標識（以下簡稱能效標識）是附在耗能產品或其最小包裝物上，表示產品能源效率等級及性能指標的一種信息標簽。目的是為用戶和消費者的購買決策提供必要的信息，以引導和幫助消費者選擇高效節能產品，從而影響耗能產品設計和市場銷售，以促進產品能效的提高和節能技術的進步。

截止2005-11-21，共132家空調、電冰箱企業對其產品進行備案。其中空調廠家61家共3950個型號通過備案審核，冰箱廠商71家共2168個型號通過備案審核。在已通過備案的空調中，1級型號105個，占2.7%，最高能效比為4.72；二級195個，占4.9%；三級149個，占3.8%；四級678個，占17.2%；五級2822個，占71.4%。在已通過備案的電冰箱中，1級804個，占37.1%；2級668個，占30.8%；3級409個，占18.9%；4級119個，占5.5%；5級168個，占7.7%。目前，家用空調器和電冰箱產品能源效率標識基本樣式為藍白背景的彩色標識。標識的名稱為：中國能效標識（英文名稱為ChinaEnergyLabel）。標識