1、制 冷 技 術(shù),第六章 蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng),將壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流機(jī)構(gòu)四大件，以及必要的各種輔助設(shè)備，用管道將其連接，就組成蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)。本章將介紹蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的典型流程、制冷系統(tǒng)中的制冷劑管道和水系統(tǒng)、制冷機(jī)組以及制冷機(jī)房的設(shè)計(jì)。,第一節(jié) 蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的典型流程,一、氟利昂制冷系統(tǒng) 圖示為氟利昂制冷系統(tǒng)流程圖。,二、氨制冷系統(tǒng),圖示為采用活塞式制冷壓縮機(jī)、臥式殼管冷凝器與滿液式蒸發(fā)器的氨制冷系統(tǒng)流程圖。,在實(shí)際制冷裝置中，為了提高制冷裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性，除了四大部件外，還增加了許多其他和儀器儀表。,輔助設(shè)備：油分離器、儲(chǔ)液器、集油器、不凝性氣體分離器、緊急

2、泄氨器等。,儀器儀表：壓力表、溫度計(jì)、截止閥、安全閥、液位計(jì)和一些自動(dòng)化控制儀器儀表等,一、制冷系統(tǒng)供液方式,在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中根據(jù)向蒸發(fā)器供液的方式不同可分為以下三種：,直接供液,重力供液,液泵供液,直接供液方式,直接供液是指制冷劑液體通過膨脹閥直接向蒸發(fā)器供液，而不經(jīng)過其他設(shè)備的制冷系統(tǒng)，又稱直接膨脹供液系統(tǒng)，下面我們以空調(diào)用氨系統(tǒng)為例介紹直接供液方式。,油分離器 貯液器 集油器 不凝性氣體分離器 緊急泄氨器,主要設(shè)備,壓縮機(jī) 冷凝器 膨脹閥 蒸發(fā)器,輔助設(shè)備,優(yōu)點(diǎn)： 供液動(dòng)力來自于系統(tǒng)內(nèi)部的壓力差； 系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便； 缺點(diǎn)： 有閃發(fā)蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器； 供液容易出現(xiàn)不均； 蒸發(fā)器為單

3、一通道，盤管長(zhǎng)度受限（流動(dòng)阻力問題）；,適用范圍： 主要用于氟利昂系統(tǒng)和成套制備空調(diào)冷凍水或低溫鹽水的氨系統(tǒng)；生活服務(wù)性小冷庫(kù)。,此外，還必須指出，當(dāng)采用螺桿式制冷壓縮機(jī)時(shí)，潤(rùn)滑油除用于潤(rùn)滑軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部件以外，還以高壓噴至轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與氣缸體之間，用以保證其間的密封。因此，螺桿式壓縮機(jī)(不論使用哪種制冷劑)排氣帶油量大，油溫高，對(duì)油的分離和冷卻有特殊要求，一般均設(shè)置兩級(jí)或多級(jí)油分離器以及油冷卻器等。,第二節(jié) 制冷劑管路的設(shè)計(jì),對(duì)于制冷系統(tǒng)來說，選擇適宜的主要設(shè)備和輔助設(shè)備是很重要的。但是，如果制冷劑管路設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)給系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來困難，甚至引起事故。本節(jié)概括介紹制冷劑管路設(shè)計(jì)中的主要問

4、題。 一、管路的布置原則 氟利昂管路常采用銅管，系統(tǒng)容量較大時(shí)也可采用無縫鋼管。氨管則采用無縫鋼管，禁止使用銅或銅合金管及其管件。,為了減少管道和制冷劑充灌量以及系統(tǒng)的壓力降，配管應(yīng)盡可能短而直。 管道的布置應(yīng)不妨礙對(duì)壓縮機(jī)及其他設(shè)備的正常觀察和管理，不妨礙設(shè)備的檢修和交通通道以及門窗的開關(guān)。 管道與墻和頂棚以及管道與管道之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g距，以便安裝保溫層。 管道穿墻、地板和頂棚處應(yīng)設(shè)有套管，套管直徑應(yīng)能安裝足夠厚度的保溫層。 此外，各種設(shè)備之間的管路連接應(yīng)符合下列要求。,(一)壓縮機(jī)排氣管 (1)為了使?jié)櫥秃涂赡芾淠聛淼囊簯B(tài)制冷劑不致流回制冷壓縮機(jī)，排氣管應(yīng)有不小于0.01的坡度，坡向油

5、分離器和冷凝器。 對(duì)于不設(shè)油分離器的氟利昂制冷系統(tǒng)，當(dāng)冷凝器高于壓縮機(jī)時(shí)。,排氣管道在靠近制冷壓縮機(jī)處應(yīng)先向下彎，然后再向上接至冷凝器，形成U形彎，如圖。,這樣可以防止冷凝的液態(tài)制冷劑及潤(rùn)滑油返流回到制冷壓縮機(jī)；同時(shí)，制冷壓縮機(jī)停車后，排氣管的U形彎可起存液彎作用，防止制冷壓縮機(jī)停車后，由于冷凝器的環(huán)境溫度高，制冷壓縮機(jī)的環(huán)境溫度低，制冷劑自冷凝器蒸發(fā)而流回到排氣管道中，當(dāng)再次開車時(shí)造成液擊事故。,(2)多臺(tái)氟利昂壓縮機(jī)并聯(lián)，為了保證潤(rùn)滑油的均衡，各壓縮機(jī)曲軸箱之間的上部應(yīng)裝有均壓管，下部應(yīng)裝有均油管。,(3)對(duì)于有容量調(diào)節(jié)的制冷壓縮機(jī)，應(yīng)考慮在制冷系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，能將潤(rùn)滑油從排氣立管中帶走

6、。,(4)并聯(lián)的氨壓縮機(jī)排氣管上或在油分離器的出口處，應(yīng)裝有止回閥(見圖) 。,(二)壓縮機(jī)吸氣管 (1)對(duì)于氟利昂制冷系統(tǒng)，考慮潤(rùn)滑油應(yīng)能從蒸發(fā)器不斷流回壓縮機(jī)，氟利昂制冷壓縮機(jī)的吸氣管應(yīng)有不小于0.01的坡度，坡向壓縮機(jī)，如圖(a)。 當(dāng)蒸發(fā)器高于制冷壓縮機(jī)時(shí)，為了防止停機(jī)時(shí)液態(tài)制冷劑從蒸發(fā)器流入壓縮機(jī)，蒸發(fā)器的出氣管應(yīng)首先向上彎曲至蒸發(fā)器的最高點(diǎn)，再向下通至壓縮機(jī)，如圖(b)所示。,(2)并聯(lián)氟利昂制冷壓縮機(jī)，如果只有一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)又沒有高效油分離器時(shí)，在未工作的壓縮機(jī)的吸氣口處可能積存相當(dāng)多的潤(rùn)滑油，啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成油液沖擊事故。為了防止發(fā)生上述現(xiàn)象，并聯(lián)氟利昂壓縮機(jī)的吸氣管應(yīng)按圖示安裝

7、。,(3)對(duì)于有容量調(diào)節(jié)的氟利昂制冷系統(tǒng)，可采用雙吸氣立管(見圖)，其工作原理同雙排氣立管。在制冷系統(tǒng)的低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，立管內(nèi)制冷劑蒸氣流速能將潤(rùn)滑油帶回壓縮機(jī)。 (4)氨壓縮機(jī)的吸氣管應(yīng)有不小于0.005的坡度，坡向蒸發(fā)器，以防止液滴進(jìn)入氣缸。,(三)從冷凝器至儲(chǔ)液器的液管 冷凝器應(yīng)高于儲(chǔ)液器，如圖所示。兩者之間無均壓管(即平衡管)時(shí)，兩者的高度差應(yīng)不少于300mm。,(四)從儲(chǔ)液器或冷凝器至蒸發(fā)器的給液管 (1)當(dāng)冷凝器高于蒸發(fā)器時(shí)，為了防止停機(jī)后液體進(jìn)入蒸發(fā)器，給液管至少應(yīng)抬高2m以后再通至蒸發(fā)器，如圖。但是，膨脹閥前設(shè)有電磁閥時(shí)，可不必如此連接。,(2)當(dāng)蒸發(fā)器上下布置時(shí)，由于向上給液，

8、管內(nèi)壓力降低，并伴隨有部分液體氣化，形成閃發(fā)蒸氣，為了防止閃發(fā)形成的蒸氣集中進(jìn)入最上層的蒸發(fā)器，給液管應(yīng)如圖配置。,當(dāng)數(shù)個(gè)高差較大的蒸發(fā)器由一根給液立管供液時(shí)，為了使閃發(fā)蒸氣得到均勻分配，應(yīng)按圖方式進(jìn)行配管。,(3)對(duì)于氨制冷系統(tǒng)的給液管，為了防止積油而影響供液，在給液管路的低點(diǎn)和分配器的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)有放油閥，如圖。,二、制冷劑管道管徑的確定 (一)管徑確定原則 (1)制冷劑管道管徑確定應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、壓力降和回油三個(gè)因素。 (2)對(duì)于氟利昂制冷系統(tǒng)，其吸氣管路和排氣管路的壓力損失不宜超過相當(dāng)于蒸發(fā)溫度降低l或冷凝溫度升高1；氨制冷系統(tǒng)的吸氣管路和排氣管路的壓力損失不宜超過相當(dāng)于蒸發(fā)溫度降低0.5

9、或冷凝溫度升高0.5。,(3)從冷凝器至儲(chǔ)液器的液管，是靠重力使液態(tài)制冷劑自流進(jìn)入儲(chǔ)液器，管中液體流速應(yīng)小于0.5ms。從儲(chǔ)液器至膨脹閥的液管要防止液態(tài)制冷劑發(fā)生氣化而造成膨脹閥供液量不足，一般制冷劑離開冷凝器時(shí)均有3.5的再冷度，管內(nèi)流速可取0.51.25ms，壓力損失應(yīng)不大于0.5bar；如果膨脹閥高于儲(chǔ)液器達(dá)4m時(shí)，需有5的再冷度。,(4)氟利昂制冷系統(tǒng)的吸氣管徑應(yīng)保證潤(rùn)滑油可以順利返回制冷壓縮機(jī)。向下或水平吸氣管中的潤(rùn)滑油可靠重力流回壓縮機(jī)。,對(duì)于上升的吸氣管(上升立管)來說，只有當(dāng)管中氣流速度足夠高時(shí)，才能把潤(rùn)滑油帶回壓縮機(jī)內(nèi)。R22上升立管的最低氣流速度見圖，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，上升立管的

10、氣流速度應(yīng)為圖中所給數(shù)值的1.25倍。制冷壓縮機(jī)排氣管路的設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮攜帶潤(rùn)滑油問題，R22排氣管路的最低帶油流速見圖。,(二)管徑確定方法 根據(jù)單位當(dāng)量管長(zhǎng)的允許壓力降，利用計(jì)算圖表來確定制冷劑管道的管徑。 制冷劑管路的壓力損失包括管段的摩擦阻力和管件的局部阻力兩部分，為了計(jì)算方便，常把各管件的局部阻力系數(shù)折合成當(dāng)量管長(zhǎng)(常用管件當(dāng)量長(zhǎng)度見表6-1)。這樣，管路系統(tǒng)某管段的總計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)等于直線段的長(zhǎng)度L與各管件的當(dāng)量長(zhǎng)度Ld之和，因此，該段管路的壓力損失為,式中fm摩擦阻力系數(shù)； di管道內(nèi)徑，m； Mr制冷劑的質(zhì)量流量，kgs； vr制冷劑的比容，m2kg。,從上式可以看出，對(duì)一定相對(duì)粗糙

11、度的管道來說，管道直徑與制冷劑的質(zhì)量流量、每米計(jì)算長(zhǎng)度的允許壓力降和制冷劑的比容成函數(shù)關(guān)系，即,由于在一定壓力范圍內(nèi)，液態(tài)制冷劑的比容變化很小，所以，已知制冷劑的質(zhì)量流量和單位計(jì)算長(zhǎng)度的允許壓力降即可得出液體制冷劑管道管徑；而計(jì)算氣態(tài)制冷劑管道管徑，則還需知道制冷劑蒸氣所處的熱力狀態(tài)。圖6-14為R22蒸氣的管徑計(jì)算圖表，圖6-15和圖6一16分別為氨液和氨蒸氣的管徑計(jì)算圖表。,第三節(jié) 水 系 統(tǒng),蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)有冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。,一、冷凍水系統(tǒng) 制冷的目的在于供給用戶使用，向用戶供冷的方式有兩種。 直接供冷 間接供冷,冷凍水管道系統(tǒng)為循環(huán)水系統(tǒng)，根據(jù)用戶需要情況不同，可分為閉式系

12、統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種，如圖。,變水量系統(tǒng)有一級(jí)泵系統(tǒng)和二級(jí)泵系統(tǒng)兩種常用的冷凍水系統(tǒng)。,從調(diào)節(jié)特征上，冷凍水系統(tǒng)可以分為定水量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng)兩種形式。,二、冷卻水系統(tǒng),合理地選用冷卻水源和冷卻水系統(tǒng)對(duì)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)和初投資具有重要意義。為了保證制冷系統(tǒng)的冷凝溫度不超過制冷壓縮機(jī)的允許工作條件，冷卻水進(jìn)水溫度一般應(yīng)不高于32。冷卻水系統(tǒng)可分為直流式、混合式和循環(huán)式三種。,(一)直流式冷卻水系統(tǒng) 最簡(jiǎn)單的冷卻水系統(tǒng)是直流式供水系統(tǒng)，即升溫后的冷卻回水直接排走，不重復(fù)使用。根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)情況，冷卻水可為地面水(河水、湖水)、地下水(井水)或城市自來水。由于城市自來水價(jià)格較高，只有小型制冷系統(tǒng)采用。直流

13、式供水系統(tǒng)，冷凝器用過的冷卻水直接排入下水道或用于農(nóng)田灌溉，因此，它只適用于水源充足的地區(qū)。,(二)混合式冷卻水系統(tǒng),(三)循環(huán)式冷卻水系統(tǒng) 降低制冷系統(tǒng)的水消耗量非常重要，因此除采用蒸發(fā)式冷凝器或風(fēng)冷式冷凝器以外，也可以采用循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)。 制冷系統(tǒng)中常用的蒸發(fā)式冷卻裝置有兩種類型，一種是自然通風(fēng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)，另一種是機(jī)械通風(fēng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)。,機(jī)械通風(fēng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)中，冷卻塔根據(jù)不同應(yīng)用情況，可以放置在地面或屋面上，可以配置或不配置冷卻水池，可以是一機(jī)對(duì)一塔的單元式或者是共用式。圖示為冷卻塔放置在屋面上不帶冷卻水池的機(jī)械通風(fēng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。,第四節(jié) 制 冷 機(jī) 組,制冷機(jī)組就是將制冷系統(tǒng)

14、中的部分設(shè)備或全部設(shè)備配套組裝在一起，成為一個(gè)整體。這種機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、管理方便、安裝簡(jiǎn)單，其中有些機(jī)組只需連接水源和電源即可使用，為制冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)和施工提供了便利條件。 制冷機(jī)組有壓縮-冷凝機(jī)組、冷(熱)水機(jī)組和空氣調(diào)節(jié)機(jī)組。,一、冷(熱)水機(jī)組 分單冷型冷水機(jī)組和熱泵冷熱水機(jī)組兩類。 (一)冷水機(jī)組 1活塞式冷水機(jī)組 圖示為活塞式冷水機(jī)組的系統(tǒng)圖。,2螺桿式冷水機(jī)組 螺桿式冷水機(jī)組是由螺桿式制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、油分離器、自控元件和儀表等組成的一個(gè)完整制冷系統(tǒng)(見圖)。,3離心式冷水機(jī)組 離心式冷水機(jī)組將離心式壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置等設(shè)備組成一個(gè)整體，圖示

15、為單級(jí)離心式冷水機(jī)組的系統(tǒng)示意圖。,近幾年，國(guó)外開始生產(chǎn)使用帶膨脹機(jī)的離心式冷水機(jī)組，這種機(jī)組采用兩相膨脹機(jī)代替節(jié)流機(jī)構(gòu)，不僅可以回收膨脹功，而且膨脹過程與傳統(tǒng)節(jié)流過程相比，降低了進(jìn)人蒸發(fā)器的制冷劑焓值，提高了制冷劑單位質(zhì)量流量的制冷量，所以這種冷水機(jī)組的性能系數(shù)大大增加。,(二)熱泵冷熱水機(jī)組,在夏天需要供冷、冬季需要供熱的空調(diào)工程中，可以采用熱泵型冷熱水機(jī)組作為空調(diào)冷熱源。根據(jù)低位熱源不同，熱泵機(jī)組可分為空氣源熱泵和水源熱泵；根據(jù)壓縮機(jī)的類型不同，熱泵機(jī)組可分為活塞式、螺桿式、渦旋式、離心式。,下圖為半封閉螺桿式空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的系統(tǒng)原理圖。,二、空氣調(diào)節(jié)機(jī)組 空氣調(diào)節(jié)機(jī)組的種類很多，

16、主要有房間空調(diào)器、多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組、單元式空調(diào)機(jī)組和冷凍除濕機(jī)組等。,(一)房間空調(diào)器 房間空調(diào)器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和分體式。 整體式：窗式、穿墻式、移動(dòng)式； 分體式：掛壁式、落地式、吊頂式、嵌入式等； 根據(jù)供熱方式不同，分單冷式和熱泵式兩種；根據(jù)壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)方式的不同，可分定速定容量系統(tǒng)、變頻調(diào)速變?nèi)萘肯到y(tǒng)和定速變?nèi)萘肯到y(tǒng)。,1窗式空調(diào)器,下圖為熱泵式空調(diào)器流程圖，其工作原理與熱泵式冷熱水機(jī)組相同，它與單冷空調(diào)器相比，增加了一個(gè)四通閥。制冷工況的工作情況與單冷空調(diào)器相同，制熱工況時(shí)四通閥通電換向，改變制冷劑的流動(dòng)路線，室外盤管為蒸發(fā)器，而室內(nèi)側(cè)的直接蒸發(fā)式空氣冷卻器被用作空冷式冷凝器，

17、利用高壓氣態(tài)制冷劑加熱室內(nèi)空氣，解決房間供暖問題。應(yīng)用這種熱泵式空調(diào)器供暖，比電熱供暖節(jié)約電能23倍。,下圖為熱泵式空調(diào)器流程圖，其工作原理與熱泵式冷熱水機(jī)組相同，它與單冷空調(diào)器相比，增加了一個(gè)四通閥。,2分體式空調(diào)器 分體式空調(diào)器將壓縮機(jī)、冷凝器和冷凝器風(fēng)機(jī)等部件組裝在室外機(jī)內(nèi)，將蒸發(fā)器和蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)置于室內(nèi)機(jī)，室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)用制冷劑管道連接。這種空調(diào)器由于壓縮機(jī)放置在室外，而室內(nèi)風(fēng)機(jī)采用貫流風(fēng)機(jī)，所以噪音較小。,3變頻空調(diào)器 變頻空調(diào)器通過控制系統(tǒng)改變壓縮機(jī)電機(jī)供電頻率調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使空調(diào)器的制冷(熱)量隨著房間空調(diào)負(fù)荷變化而變化。變頻壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍大約在20130Hz。變頻空調(diào)器具有以

18、下優(yōu)點(diǎn)： (1)變頻空調(diào)消除了傳統(tǒng)定速空調(diào)啟停機(jī)的能量損失，提高了系統(tǒng)的全年運(yùn)行效率，節(jié)能效果顯著。 (2)采用高頻運(yùn)行可縮短房間降溫(升溫)時(shí)間，而且，連續(xù)變頻運(yùn)行減小了房間溫度變化幅度，提高房間的熱舒適性。,(3)可低頻啟動(dòng)，啟動(dòng)電流低，啟動(dòng)性能好。 (4)冬季室外溫度較低的情況下，可采用增加頻率的方法提高空調(diào)器的制熱能力。 (5)變頻壓縮機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)減少到定速壓縮機(jī)的110左右，使用壽命長(zhǎng)。 由于上述優(yōu)點(diǎn)，變頻空調(diào)器正在得到越來越多的應(yīng)用。,(二)多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組 多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組是由一臺(tái)或多臺(tái)室外機(jī)與多臺(tái)室內(nèi)機(jī)組成，用制冷劑管道將制冷壓縮機(jī)、室內(nèi)外換熱器、節(jié)流機(jī)構(gòu)和其他輔助設(shè)備連接而成的閉

19、式管網(wǎng)系統(tǒng)。下圖是典型多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)原理圖。,(三)單元式空調(diào)機(jī)組 單元式空調(diào)機(jī)組的冷量較大，通常在7kW以上，它的形式和種類也較多。 根據(jù)冷凝器的冷卻方式不同，有水冷式和風(fēng)冷式兩種； 根據(jù)供熱方式不同，有單冷型、電熱型和熱泵型： 根據(jù)有無濕度控制，有帶濕度控制(恒溫恒濕型)和不帶濕度控制兩類。,圖示為恒溫恒濕單元式空調(diào)機(jī)組的示意圖。,(四)冷凍除濕機(jī)組 冷凍除濕機(jī)組是利用蒸氣壓縮式制冷機(jī)降低空氣含濕量的設(shè)備，它包括制冷壓縮機(jī)、冷凝器、直接蒸發(fā)式空氣冷卻器和通風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備，冷凍除濕機(jī)組的工作流程見圖。,第五節(jié) 制冷機(jī)房的設(shè)計(jì),一、設(shè)計(jì)步驟,制冷機(jī)房(也稱冷凍站)的設(shè)計(jì)大體有以下幾個(gè)步驟：,(一)確定制冷機(jī)房的總冷負(fù)荷 (二)確定制冷機(jī)組類型 (三)確定制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況 (四)確定制冷機(jī)組容量和臺(tái)數(shù) (五)設(shè)計(jì)水系統(tǒng) (六)布置制冷機(jī)房,二、制冷機(jī)房 小型制冷機(jī)房一般附設(shè)在主體建筑內(nèi)，