第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善主講人：張姝建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的兩種損失節(jié)流過程帶來的節(jié)流損失；干壓縮所產(chǎn)生的過熱損失。

一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻

基本概念液體再（過）冷：從冷凝器出來的液態(tài)制冷劑的溫度低于其壓力對應(yīng)的飽和溫度。再（過）冷度：液體過冷后的溫度與其壓力對應(yīng)的飽和溫度的差值。再（過）冷循環(huán)：具有液體過冷的制冷循環(huán)稱之為再（過）冷循環(huán)一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻(1)設(shè)置再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程及理論循環(huán)1、設(shè)置再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程

理論循環(huán)

一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻(2)液體過冷對制冷性能的影響

采用液態(tài)制冷劑再冷，節(jié)流后制冷劑的干度減少（即無效氣化減少）單位質(zhì)量制冷劑的制冷量增加。(Δq0=h4-h4′=Δ4bb′4′4);

壓縮機的壓縮功不變。制冷系數(shù)提高，節(jié)流損失減少。

對于空調(diào)用制冷系統(tǒng)（蒸發(fā)溫度較高），并不單獨設(shè)置再冷卻器，而是適當(dāng)增大冷凝器面積，使冷卻介質(zhì)與呈逆流換熱，以實現(xiàn)再冷。一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)

基本概念蒸氣過熱：壓縮機入口處制冷劑蒸氣的溫度高于其壓力對應(yīng)的飽和溫度。過熱度：制冷劑蒸氣過熱后的溫度與同壓力下飽和溫度的差值。過熱循環(huán)：具有蒸氣過熱的制冷循環(huán)稱之為過熱循環(huán)。一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)(1)回?zé)崾秸魵鈮嚎s式制冷循環(huán)工作流程及理論循環(huán)

工作流程

理論循環(huán)

一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)(2)回?zé)釋φ魵鈮嚎s式制冷性能的影響采用回?zé)嵫h(huán)，一方面可使液態(tài)制冷劑再冷，單位質(zhì)量制冷劑的制冷量增加(Δq0=h4-h4′=Δ4bb′4′4);壓縮機的壓縮功增加（ΔWc=(h2′-h1′)-(h2-h1)=Δ2′1′122′);制冷系數(shù)是否提高，取決與制冷劑的熱物理性質(zhì)。

一般說來，對于節(jié)流損失大的制冷劑，如氟利昂R12、R134a等回?zé)崾怯欣?，而對于制冷劑氨則是不利的。二、回收膨脹功1、膨脹機的應(yīng)用條件

對于大容量制冷裝置：一方面，由于膨脹機的容量較大，不會出現(xiàn)因機件過小導(dǎo)致加工方面的困難；另一方面，可回收的膨脹功相對較大；因此，采用膨脹機回收膨脹功可節(jié)省常規(guī)能源，提高制冷系數(shù)。

二、回收膨脹功2、使用膨脹機的蒸氣壓縮式制冷的工作流程和理論循環(huán)工作流程理論循環(huán)二、回收膨脹功3、回收膨脹功對制冷性能的影響

輸出有用的膨脹功，壓縮機壓縮功減少單位質(zhì)量制冷量增加理論制冷系數(shù)提高三、多級壓縮式制冷循環(huán)當(dāng)壓縮機的壓縮比較大時，壓縮機的排氣溫度相應(yīng)較高，因而過熱損失及壓縮機功耗均較大。為減少過熱損失及降低壓縮機功耗，可采用具有中間冷卻的多級壓縮制冷循環(huán)。多級壓縮制冷循環(huán)，不但降低壓縮機排氣溫度，還可減少過熱損失，減少耗功量；壓縮比越大，越節(jié)能。多級壓縮制冷循環(huán)三、多級壓縮式制冷循環(huán)多級壓縮式制冷循環(huán)的應(yīng)用場合多級壓縮式制冷循環(huán)的兩種形式

閃發(fā)蒸氣分離器（經(jīng)濟器）；中間冷卻器。

壓縮比較高（通常pk/p0大于8）；離心式或螺桿式制冷壓縮機（可以比較方便的進行中間抽氣，如空調(diào)用螺桿冷水機組）三、多級壓縮式制冷循環(huán)1、帶閃發(fā)蒸氣分離器的雙級壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)工作流程理論循環(huán)三、多級壓縮式制冷循環(huán)2、閃發(fā)蒸氣分離器對制冷性能的影響

采用閃發(fā)蒸氣分離器，減少了一級壓縮的制冷劑流量；采用閃發(fā)蒸氣分離器，降低了二級壓縮機進口的蒸氣溫度和比容。

因此，采用閃發(fā)蒸氣分離器可有效降低壓縮機的功耗，故閃發(fā)蒸氣分離器也稱之為經(jīng)濟器。

三、多級壓縮式制冷循環(huán)3、一次節(jié)流完全中間冷卻的雙級壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)工作流程理論循環(huán)三、多級壓縮式制冷循環(huán)4、一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)工作流程理論循環(huán)三、多級壓縮式制冷循環(huán)5、雙級蒸氣壓縮式制冷的熱力計算（1）中間壓力的確定以獲取最大制冷系數(shù)的中間壓力為原則；以這種原則確定的中間壓力稱之為最佳中間壓力。（在工程設(shè)計時，可通過選擇幾個中間壓力進行試算以確定最優(yōu)值。）以高低壓縮機壓縮比相等為原則（雖然制冷系數(shù)不是最大，但壓縮機氣缸工作容積的利用程度高，較實用）。此時中間壓力的計算式為：三、多級壓縮式制冷循環(huán)（2）制冷劑質(zhì)量流量的確定①一次節(jié)流完全中間冷卻系統(tǒng)若已知制冷量0低壓級壓縮機的制冷劑流量Mr1：

在中間冷卻器中：來自膨脹閥1的制冷劑，一方面使來自低壓壓縮機的排氣冷卻至飽和蒸氣狀態(tài)；另一方面使膨脹閥2前的液態(tài)制冷劑由狀態(tài)5再冷卻至狀態(tài)7。三、多級壓縮式制冷循環(huán)由于，高壓級壓縮機的制冷劑流量Mr：三、多級壓縮式制冷循環(huán)②一次節(jié)流不完全中間冷卻系統(tǒng)已知制冷量為0，狀態(tài)3(由狀態(tài)2和狀態(tài)3′混合而來)的比焓h3：中間冷卻器的能量方程高壓級壓縮機的制冷劑流量Mr：三、多級壓縮式制冷循環(huán)例題2、如下圖所示，系統(tǒng)需制冷量20kW，制冷劑采用R134a，蒸發(fā)溫度t0＝4oC，冷凝溫度tk＝40oC，試進行理論循環(huán)的的熱力計算。三、多級壓縮式制冷循環(huán)解：(1)確定該制冷循環(huán)的中間壓力Pm；

(2)繪出理論循環(huán)的壓焓圖；

(3)根據(jù)其熱力性質(zhì)表查處于飽和線上的有關(guān)參數(shù)值；

(4)計算狀態(tài)點2′

、6、8的參數(shù)值；

(狀態(tài)2′由2、3混合而來)(5)根據(jù)壓焓圖確定其余點的狀態(tài)參數(shù)值；(6)進行熱力計算。三、多級壓縮式制冷循環(huán)

單位質(zhì)量制冷能力：單位容積制冷能力：三、多級壓縮式制冷循環(huán)低壓級制冷劑質(zhì)量流量：

低壓級壓縮機制冷劑體積流量：高壓級壓縮機制冷劑質(zhì)量流量：高壓級壓縮機制冷劑體積流量：’三、多級壓縮式制冷循環(huán)冷凝器的熱負荷：壓縮機理論耗功率:理論制冷系數(shù)：熱力完善度：三、多級壓縮式制冷循環(huán)

與課本例1－3(P12－13)對比，在相同的制冷能力條件下，帶閃發(fā)蒸氣分離器的雙級壓縮式制冷循環(huán)：制冷劑質(zhì)量流量稍有減少；壓縮機排氣溫度降低；冷凝器熱負荷下降；理論制冷系數(shù)提高(達8％)。四、復(fù)疊式制冷循環(huán)1、復(fù)疊式制冷循環(huán)的提出（1）為獲得較低溫度，中溫制冷劑的局限對于采用氨、R22等中溫制冷劑的壓縮式制冷系統(tǒng)，由于受到本身物理性質(zhì)的限制，能夠到達的最低蒸發(fā)溫度仍有一定的局限。蒸發(fā)溫度必須高于制冷劑的凝固點（如：氨的凝固點為－77.7?C）；制冷劑的蒸發(fā)溫度過低，其相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也很低。當(dāng)蒸發(fā)壓力低于0.1～0.15bar時，外界空氣易滲入系統(tǒng)，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行（如：氨在蒸發(fā)溫度為－65?C時，pk=0.156bar）;蒸發(fā)壓力很低時，制冷劑氣態(tài)比容很大，單位容積制冷功率很小，要求壓縮機的體積流量很大。四、復(fù)疊式制冷循環(huán)（2）為獲得較低溫度，低溫制冷劑的局限

為獲得－60－70?C的低溫，需采用低溫制冷劑（凝固點低，沸點也很低），如R13、

R14等(R13的凝固點為-181?C

，沸點為-81.4?C；R14的凝固點為-184.9?C

，沸點為-127.9?C)

。但這類制冷劑的臨界溫度很低，采用一般冷卻水，存在以下局限：由于水溫接近其臨界溫度，使氣態(tài)制冷劑難以冷凝；即使冷凝，由于接近臨界點，不但冷凝壓力高，而且比潛熱小，因而制冷效率也很低。

因此，為降低冷凝壓力，就必須采用人工制冷裝置為其冷凝器提供冷源，這就是所謂的復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)。四、復(fù)疊式制冷循環(huán)2、分類（1）雙系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)（簡稱復(fù)疊式制冷循環(huán)）

由中溫制冷劑和低溫制冷劑兩套獨立制冷循環(huán)嵌套而成的雙系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)。（2）單系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)（簡稱內(nèi)復(fù)疊制冷循環(huán)）采用非共沸混合制冷劑的單系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)。（1）復(fù)疊式蒸氣壓