热泵制冷原理阐述

1、热泵基本组成 

　　如图1.1所示，蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀（毛细管）是蒸汽压缩式制冷系统的四个必不可少的基本部件。制冷剂（雪种）在制冷系统中循环流动，方向见图。蒸汽压缩式制冷系统使用的制冷剂有：氟利昂12和22（代号R12、R22）等。

2、工作原理

由压缩机排出的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器内，经过冷却介质（水或空气）冷却后凝结成液体，从冷凝器排出的液体又经过膨胀阀（毛细管）节流降压，在降压过程部分液态制冷剂气化，成为低温、低压下的湿蒸汽，进蒸发器内，液态制冷剂在等压下吸收被冷却介质（水或空气）加入的热量而气化，气化后的低温低压蒸气回到压缩机，如此不断的循环。被冷却后的介质如是水，则降温后

的水可送入安装于空调各房间内的风机盘管，以实现各房间的空调，这种系统称为水管式系统。被冷却介质也可直接使用空气，将降温后的空气用风管分别送入房间内，这种系统称之为风管式系统。（冷却为水的称为水源，使用空气称为空气源）。

 

理论循环在压焓图上的表示如图1.2所示。所谓理论循环是指：1.制冷剂气体在压缩机中的压缩过程为可逆的等熵过程。2.制冷剂气体和制冷剂液体在冷凝器和蒸如器进行的冷凝和蒸发过程都在理想的无任何阻力的条件下进行的。3.制冷剂在膨胀阀内进行的降压过程中所作的外功全部转化为热量加入制冷剂本身，故制冷剂的焓值不变，但由于在膨胀过程中进行的*端不可逆过程，所以在图上不能用实线表示，而只能以虚线表。

 

图1.2中吸气状态1点为蒸发压力Pe下的包和蒸气，1－2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程，排气状态2处于过热蒸状态，可通过冷凝压力Pc的等压线与压缩机中等熵压缩过程的交点来确定。2－3表示制冷剂气体在冷凝器中的等压冷凝过程。3点表示制冷剂出冷凝器时的状态，它是在冷凝压力Pc下的包和液体，由Pc等压线与包和液体的交点来确定，3－4虚线表示制冷剂通过膨胀阀时的节流过程。4点是通过3－4等焓线与Pe等压线的交点来确定的。4－1表示制冷剂在节发器内的吸热气化过程，制冷剂在蒸发器内不断气化直至全部变成包和蒸气为止。在蒸发压力Pe下的包和蒸气1重新回到压缩机，完成了蒸发压缩理论循环。

 

制冷循环的性能指标有：单位制冷量、单位体积制冷量、单位冷凝热和制冷系数等。

 

（1）、单位制冷量是指压缩机每压缩1kg吸入气体在蒸发器内所制取的冷量（kj/kg）

　　　qe=h1-h4=h1-h3

    也可用下式表示：

　　　qe =r(1-x4)

   式中　　　r――制冷剂在蒸发温度为T时的气化潜热（kj/kg）

          x――制冷剂节流后湿蒸汽的干度。

 

      （2）、单位体积制冷量是指压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（吸气状态）在蒸发器内所制取的冷量（kj/m3）。

qve=(qe)/(v1)=(h1-h4)/v1

式中 v1——吸气状态下制冷剂蒸气的比体积（m3/kg）

     (3)、单位压缩功是指每1kg制冷剂在压缩机内的耗功（kj/kg）

w=h2-h1

 

     (4)、单位冷凝热是指每1kg制冷剂在冷凝器内的排热量（kj/kg）

qC=h2-h3

     根据热力学定律制冷剂在循环中的吸热量与排热量相等的原理

qC=qe +w

 

(5)、     制冷系数或称制冷性能系数COP。制冷系数εc或制冷性能系数COP定义为制冷循环的单位制冷量qe与单位耗功w之比：即

εc= qe/ w=(h1-h4)/(h2-h1)

制冷系数是制冷循环的一个重要经济指标，它与制冷剂的种类、冷凝温度、蒸发温度、等因素有关。εc愈大表示循环的经济性愈好。

 

标准工况和空调工况

 

为了评定和比较制冷压缩机的性能，我国规定了新系列活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工况，作为计算制冷压缩机制冷量的统一工作温度条件。对于使用R22作为制冷剂的制冷压缩机，

标准工况和空调工况的规定见表1-1

 

 工况 蒸发温度   吸气温度  冷凝温度  过冷温度

 标准工况  -15℃  +15℃  +30℃  +25℃

 空调工况  +5℃  +15℃  +40℃  +35℃

 

    标准工况是指制冷机在一种特定工作温度条件下的运转工况。常用制冷剂在标准工况下工作温度为:制造厂在机器的铭牌上标出的制冷量一般都是指标准工况下的制冷量。

    空调压缩机的测试工况（空调工况）是其名义制冷量的测试工况。通常为蒸发温度5 ℃冷凝温度40 ℃吸气温度15℃ 过冷温度35 ℃环境温度30±5℃。

　　制冷压缩机由于使用的工质和使用条件的不同，有不同的制冷量。为了比较压缩机的制冷能力，制定了几种工况。其中标准工况和空调工况是常用来比较压缩机制冷能力的两种工况。

　　国产压缩机的标准工况：工质为R12、R22，蒸发温度－15℃，吸气温度15℃，冷凝温度30℃，过冷温度25℃。

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