熱泵制冷原理闡述

1、熱泵基本組成 

　　如圖1.1所示，蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和節(jié)流閥（毛細(xì)管）是蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的四個(gè)必不可少的基本部件。制冷劑（雪種）在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，方向見圖。蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)使用的制冷劑有：氟利昂12和22（代號(hào)R12、R22）等。

2、工作原理

由壓縮機(jī)排出的高溫高壓的制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器內(nèi)，經(jīng)過冷卻介質(zhì)（水或空氣）冷卻后凝結(jié)成液體，從冷凝器排出的液體又經(jīng)過膨脹閥（毛細(xì)管）節(jié)流降壓，在降壓過程部分液態(tài)制冷劑氣化，成為低溫、低壓下的濕蒸汽，進(jìn)蒸發(fā)器內(nèi)，液態(tài)制冷劑在等壓下吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣）加入的熱量而氣化，氣化后的低溫低壓蒸氣回到壓縮機(jī)，如此不斷的循環(huán)。被冷卻后的介質(zhì)如是水，則降溫后

的水可送入安裝于空調(diào)各房間內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管，以實(shí)現(xiàn)各房間的空調(diào)，這種系統(tǒng)稱為水管式系統(tǒng)。被冷卻介質(zhì)也可直接使用空氣，將降溫后的空氣用風(fēng)管分別送入房間內(nèi)，這種系統(tǒng)稱之為風(fēng)管式系統(tǒng)。（冷卻為水的稱為水源，使用空氣稱為空氣源）。

 

理論循環(huán)在壓焓圖上的表示如圖1.2所示。所謂理論循環(huán)是指：1.制冷劑氣體在壓縮機(jī)中的壓縮過程為可逆的等熵過程。2.制冷劑氣體和制冷劑液體在冷凝器和蒸如器進(jìn)行的冷凝和蒸發(fā)過程都在理想的無任何阻力的條件下進(jìn)行的。3.制冷劑在膨脹閥內(nèi)進(jìn)行的降壓過程中所作的外功全部轉(zhuǎn)化為熱量加入制冷劑本身，故制冷劑的焓值不變，但由于在膨脹過程中進(jìn)行的*端不可逆過程，所以在圖上不能用實(shí)線表示，而只能以虛線表。

 

圖1.2中吸氣狀態(tài)1點(diǎn)為蒸發(fā)壓力Pe下的包和蒸氣，1－2表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程，排氣狀態(tài)2處于過熱蒸狀態(tài)，可通過冷凝壓力Pc的等壓線與壓縮機(jī)中等熵壓縮過程的交點(diǎn)來確定。2－3表示制冷劑氣體在冷凝器中的等壓冷凝過程。3點(diǎn)表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài)，它是在冷凝壓力Pc下的包和液體，由Pc等壓線與包和液體的交點(diǎn)來確定，3－4虛線表示制冷劑通過膨脹閥時(shí)的節(jié)流過程。4點(diǎn)是通過3－4等焓線與Pe等壓線的交點(diǎn)來確定的。4－1表示制冷劑在節(jié)發(fā)器內(nèi)的吸熱氣化過程，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)不斷氣化直至全部變成包和蒸氣為止。在蒸發(fā)壓力Pe下的包和蒸氣1重新回到壓縮機(jī)，完成了蒸發(fā)壓縮理論循環(huán)。

 

制冷循環(huán)的性能指標(biāo)有：?jiǎn)挝恢评淞俊挝惑w積制冷量、單位冷凝熱和制冷系數(shù)等。

 

（1）、單位制冷量是指壓縮機(jī)每壓縮1kg吸入氣體在蒸發(fā)器內(nèi)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――制冷劑在蒸發(fā)溫度為T時(shí)的氣化潛熱（kj/kg）

          x――制冷劑節(jié)流后濕蒸汽的干度。

 

      （2）、單位體積制冷量是指壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸氣（吸氣狀態(tài)）在蒸發(fā)器內(nèi)所制取的冷量（kj/m3）。

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

式中 v1——吸氣狀態(tài)下制冷劑蒸氣的比體積（m3/kg）

     (3)、單位壓縮功是指每1kg制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)的耗功（kj/kg）

w=h2-h1

 

     (4)、單位冷凝熱是指每1kg制冷劑在冷凝器內(nèi)的排熱量（kj/kg）

qC=h2-h3

     根據(jù)熱力學(xué)定律制冷劑在循環(huán)中的吸熱量與排熱量相等的原理

qC=qe +w

 

(5)、     制冷系數(shù)或稱制冷性能系數(shù)COP。制冷系數(shù)εc或制冷性能系數(shù)COP定義為制冷循環(huán)的單位制冷量qe與單位耗功w之比：即

εc= qe/ w=(h1-h4)/(h2-h1)

制冷系數(shù)是制冷循環(huán)的一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它與制冷劑的種類、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、等因素有關(guān)。εc愈大表示循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性愈好。

 

標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工況

 

為了評(píng)定和比較制冷壓縮機(jī)的性能，我國規(guī)定了新系列活塞式制冷壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工況，作為計(jì)算制冷壓縮機(jī)制冷量的統(tǒng)一工作溫度條件。對(duì)于使用R22作為制冷劑的制冷壓縮機(jī)，

標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工況的規(guī)定見表1-1

 

 工況 蒸發(fā)溫度   吸氣溫度  冷凝溫度  過冷溫度

 標(biāo)準(zhǔn)工況  -15℃  +15℃  +30℃  +25℃

 空調(diào)工況  +5℃  +15℃  +40℃  +35℃

 

    標(biāo)準(zhǔn)工況是指制冷機(jī)在一種特定工作溫度條件下的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。常用制冷劑在標(biāo)準(zhǔn)工況下工作溫度為:制造廠在機(jī)器的銘牌上標(biāo)出的制冷量一般都是指標(biāo)準(zhǔn)工況下的制冷量。

    空調(diào)壓縮機(jī)的測(cè)試工況（空調(diào)工況）是其名義制冷量的測(cè)試工況。通常為蒸發(fā)溫度5 ℃冷凝溫度40 ℃吸氣溫度15℃ 過冷溫度35 ℃環(huán)境溫度30±5℃。

　　制冷壓縮機(jī)由于使用的工質(zhì)和使用條件的不同，有不同的制冷量。為了比較壓縮機(jī)的制冷能力，制定了幾種工況。其中標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工況是常用來比較壓縮機(jī)制冷能力的兩種工況。

　　國產(chǎn)壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況：工質(zhì)為R12、R22，蒸發(fā)溫度－15℃，吸氣溫度15℃，冷凝溫度30℃，過冷溫度25℃。

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