《制冷與空調設備安裝與維修》課件-任務三 制冷基礎知識

任務三制冷基礎知識一、熱力學基礎知識1什么是熱熱可以定義為可在兩個熱力系之間或熱力系與外界之間因溫度差而傳遞的一種能量形式。沒有溫差就沒有熱量的轉移。2什么是冷一個物體的熱散發(fā)掉以后，就成了冷。制冷是一個特殊的熱量傳遞過程，要將熱量從物體移走，使它達到人們想要的低溫，或保持這種低溫。熱量的國際單位是焦耳，要注意到它也是功的單位，由于功和熱是同一個物理性質-能量的兩種不同形式，所以可用同一個單位來表示。在國際單位中，焦耳作為能量的唯一單位，千瓦作為功率的唯一單位。但在一些使用米制的國家，在制冷工作中，人們?nèi)匀粫褂每ɑ蚯Эㄗ鳛闊崮艿膯挝弧?卡是指將1克15℃的水的溫度升高1℃所需要的熱量。3什么是熱工熱工是工程熱力學與傳熱學的簡稱。其中工程熱力學主要研究熱力學機械的效率和熱力學工質參與的能量轉換在工程上的應用，如將熱力學能轉化成機械能推動動力機械做功以及其效率的學科，再如，空調將機械能轉化成熱力學能等；而傳熱學是研究熱量傳遞的一門學科，如反應堆的導熱、對流換熱、輻射能的傳遞等。任務三制冷基礎知識任務三制冷基礎知識4熱力學基本定理(1)熱力學第一定律熱力學第一定律可以表述為：熱可以轉變?yōu)楣?，功也可以轉變成熱；一定量的熱消失時，必然伴隨產(chǎn)生相應量的功；消耗一定的功時，必然產(chǎn)生與之對應量的熱。或者說：熱能可以轉變?yōu)闄C械能，機械能也可以轉變?yōu)闊崮?，在它們的傳遞和轉換過程中，總能量保持不變。Q=ΔE+W式中, Q--物體從外界吸收的熱量，J（焦耳）； ΔE--物體內(nèi)能的增加量，J； W--物體對外做的功，J。上式表明：物體從外界吸收的熱量Q，一部分使物體的內(nèi)能增加ΔE，另一部分用于物體對外做功W。熱力學第一定律，即能量守恒與轉換定律在熱力學中的應用。任務三制冷基礎知識(2)熱力學第二定律熱力學第二定律表述為：熱不能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。5熱量的傳遞(1)熱傳導熱能通過物質從高溫區(qū)向低溫區(qū)的流動，是利用傳導作用(例如通過水壺底)進行的熱能傳遞。熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個系統(tǒng)傳到另一系統(tǒng)的現(xiàn)象叫做熱傳導。固體、氣體或液體傳導。(2)熱對流液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的過程。對流是液體和氣體中熱傳遞的特有方式，氣體的對流現(xiàn)象比液體明顯。對流可分自然對流和強迫對流兩種。任務三制冷基礎知識(3)熱輻射固體、液體和氣體因其溫度而產(chǎn)生的以電磁波形式輻射的能量。溫度越高,輻射越強。物體因自身的溫度而具有向外發(fā)射能量的本領，這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。熱輻射和熱傳導、熱對流的區(qū)別。6什么是熱力系統(tǒng)系統(tǒng)、外界、分界面。開口系統(tǒng)或控制體、封閉系統(tǒng)或閉口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)。自然界沒有絕對的封閉系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境間的能量和物質的關系，可將系統(tǒng)進行如下分類。開口系統(tǒng)： 3）閉口系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)： 4）絕熱系統(tǒng)：任務三制冷基礎知識7什么是系統(tǒng)的熱力狀態(tài)狀態(tài):某一時刻,系統(tǒng)中物質表現(xiàn)在熱力現(xiàn)象方面的總狀況。

狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量?；緺顟B(tài)參數(shù)：系統(tǒng)狀態(tài)的變化一般表現(xiàn)為系統(tǒng)中工質的壓力、溫度、比容、內(nèi)能（焓和熵）這些物理量的變化，并且這些物理量的變化與變化的過程無關?；緺顟B(tài)參數(shù)有3個：溫度、壓力和比容。8密度、比容和比重(1)密度密度（d）是某種物質單位體積的質量（m），即d=m/V(2)比容比容（ν

）是密度的倒數(shù)，即ν=V/m任務三制冷基礎知識(3)比重液體的比重定義為它的密度與相同體積的4℃的水的密度的比值。4℃的水的密度為1000kg/m3，所以比重為r=d/dw=d/1000式中,D--物質的密度，kg/m3；Dw--4℃的水的密度，kg/m3。9溫度與溫標溫度是表示物體冷熱程度的物理量，衡量溫度的標尺即溫標,可分為攝氏溫標、華氏溫標和熱力學溫標，對應的溫度分別為攝氏溫度、華氏溫度和熱力學溫度。常用的溫度計有玻璃溫度計、壓力式溫度計、半導體溫度計。任務三制冷基礎知識(1)攝氏溫度攝氏溫度符號為t，單位為℃；攝氏溫標規(guī)定，在1標準大氣壓下，把純水的冰點和沸點分別定位為0℃和100℃，其間等分成100份，每一份即為1℃。(2)華氏溫度華氏溫度符號為tf,單位為℉；華氏溫標規(guī)定，在1標準大氣壓下，把純水的冰點和沸點分別定位為32℉和212℉，其間等分成180份，每一份為1℉。(3)熱力學溫度熱力學溫度又稱開氏溫度或絕對溫度，符號為T，單位為K；熱力學溫標規(guī)定，在1標準大氣壓下，把純水的冰點和沸點分別定位為273.16K和373.16K,其間等分成100份，每一份為1K。(4)三種溫標之間的關系三種溫標之間的關系如圖1.19所示。圖1.193種溫標之間的關系T＝t＋273.15≈t＋273(K)t＝T-273.15≈T-273(℃)tf＝9/5×t＋32(℉)t＝5/9×(tf-32)(℃)任務三制冷基礎知識10壓力、絕對壓力、表壓、真空壓力(1)壓力壓力定義為施加在單位面積上的力，用公式的形式來表達就是P=力/面積=F/A壓力的單位為N/m2(牛頓/平方米)。1)國際單位1Pa＝1N/m2制冷技術中，通常用千帕（kPa）或兆帕（MPa）作為單位。1MPa＝103kPa＝106Pa2)工程單位1kgf/cm2＝9.8×104Pa≈0.1MPa任務三制冷基礎知識3)采用液柱高度為壓力單位。1mmHg＝1.33Pa(2)標準大氣壓標準大氣壓又稱物理大氣壓，是指緯度為45°的海平面上，大氣常年的平均壓強。其值為760mmHg，標準大氣壓用符號B（atm）來表示；工程上為了計算方便，把大氣壓力近似定為1千克力/平方厘米（1kgf/cm2）來計算，稱為一個工程大氣壓（Patm）。1標準大氣壓（1B）=760mmHg1B＝1.033kg/cm2≈1kg/cm2≈0.1MPa工程上氣體的壓力分為絕對壓力、表壓力和真空度。任務三制冷基礎知識(3)絕對壓力定義絕對真空的空間里壓力為零，以零為起點的壓力，指容器內(nèi)的氣體或液體對于容器內(nèi)壁的實際壓力，用符號P絕表示。(4)表壓力以環(huán)境壓力（當?shù)卮髿鈮海槠瘘c的壓力，即壓力表上讀取的壓力值，表示被測工質的壓力與當?shù)卮髿鈮毫Φ牟钪?，用符號P表表示。絕對壓力、表壓和大氣壓之間的關系如下。P表＝P絕-B任務三制冷基礎知識(5)真空度當流體產(chǎn)生的壓力和密閉容器內(nèi)氣體絕對壓力低于大氣壓力時，這個壓力與大氣壓之間的差值就稱為真空壓力或真空度，用符號P真表示，反映在壓力表上為負壓力。絕對壓力、大氣壓和真空度之間的關系如下。P真＝B-P絕上述三種壓力與大氣壓力的關系如圖1.20所示。圖1.20絕對壓力、表壓力和真空度的關系任務三制冷基礎知識11功、功率和能（量）(1)功功是當移動一個物體時，施加在它上面的力所產(chǎn)生的效果。可以用下面的公式來表示功=力×距離1J=1N·m(2)功率功率是做功和所用時間的比,或者說單位時間內(nèi)所做的功?？梢杂孟率奖硎竟β?功/時間

1kW=1000J/s任務三制冷基礎知識(3)能(量)能被定義為做功的能力，它是一個抽象的概念。12焓和熵(1)焓焓是一個熱力學系統(tǒng)中的能量參數(shù)，是物體在某種狀態(tài)（溫度和壓力）下所具有能量的總和。1kg的物質(制冷工質)在某一狀態(tài)（溫度和壓力）時，所含的熱量稱為該物質的焓。通常也將這種以溫度和壓力所儲存的能量稱為焓（H）。焓的單位是焦耳。比焓是單位質量的物質的焓，它的單位是J/kg。任務三制冷基礎知識溫度與焓（熱含量）區(qū)別。能量可以分為流動的能量和儲存的能量。(2)熵物理學上指熱能除以溫度所得的商，標志熱量轉化為功的程度。熵在熱力學中是表征物質狀態(tài)的參量之一，通常用符號S表示。S=Q／T(kJ／kg)13濕度、濕球溫度和露點溫度自然界的空氣由干空氣和水蒸氣兩部分組成，即空氣（濕空氣）=干空氣＋水蒸氣濕空氣按吸濕能力分為飽和濕空氣和未飽和濕空氣。任務三制冷基礎知識(1)濕度絕對濕度、相對濕度及含濕量。每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質量叫作空氣的絕對濕度，單位為kg/m3。濕空氣中每千克（kg）干空氣所含有的水蒸氣克數(shù)（g）叫作含濕量，單位為g/kg。(2)干球溫度和濕球溫度普通溫度計的溫包是干燥的，它所測出的溫度稱為干球溫度。將溫度計的溫包用紗布包住，紗布另一端浸入水中，由于毛細作用使溫包濕潤，這時測出的溫度稱為濕球溫度。圖1.21干球、濕球溫度計任務三制冷基礎知識濕球溫度并不直接反映空氣的冷熱程度，而是反映空氣的干濕程度，所以常用干濕球溫度計（圖1.21）來測量空氣的相對濕度。(3)露點溫度濕空氣能容納的水蒸氣量與溫度有關，溫度越高，空氣能容納的水蒸氣量越大。若保持空氣中水蒸氣的含量不變，降低空氣溫度，空氣將逐漸接近飽和。若繼續(xù)冷卻空氣，便會有部分水蒸氣凝結為露滴從濕空氣中析出，濕空氣達到飽和時的溫度或空氣開始結露時的溫度叫露點溫度，露點溫度簡稱露點。二、與制冷有關的熱力學狀態(tài)基礎知識1液體、蒸汽和狀態(tài)變化從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（沸騰），從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（冷凝）。2沸騰溫度與壓力的關系一般地，液體上所承受的壓力越大，它的沸點就越高；壓力越小，沸點越低。任務三制冷基礎知識3飽和、過冷和過熱狀態(tài)發(fā)生沸騰的溫度和壓力條件稱為飽和狀態(tài)，沸點從技術角度而言指的就是飽和溫度和飽和壓力。飽和蒸汽、飽和液體。過熱蒸汽、過冷液體。4顯熱、潛熱和蒸發(fā)制冷當對一種物質加熱，或將熱量從中移出時，導致其溫度發(fā)生變化，但如果物質的狀態(tài)保持不變，那么在這種情況下該物質的焓的變化就稱為顯熱變化。如果對一種物質加熱或將熱量移出，所導致的結果是物質的狀態(tài)發(fā)生了變化而溫度不變，那么該物質中的焓的變化就稱為潛熱變化。任務三制冷基礎知識物質的狀態(tài)從液體變?yōu)闅怏w時，焓值的變化量稱為汽化潛熱；從氣體變?yōu)橐后w時，焓值的減少量稱為凝結潛熱，與汽化潛熱的值相等。伴隨著熔解和凝固過程的熱量稱為熔解潛熱，伴隨著汽化和冷凝過程的熱量為汽化潛熱。5顯熱方程物質的比熱定義：使1kg15℃的該物質的溫度變化1℃所需要的熱量。遵循比熱的定義，要將質量為m的物質從一個溫度改變?yōu)榱硪粋€溫度所需的熱量為Q=m×c×ΔT=m×c×(t2-t1)（1.1）式中,

Q--熱量增加或減少的凈速率，kJ/s；

C--物質的質量流速，kg/s；

ΔT＝t2-t1--物質的溫度變化,℃。任務三制冷基礎知識6飽和溫度和飽和壓力(1)飽和狀態(tài)密閉容器中的液體吸熱汽化，逸出液面的分子數(shù)逐漸增多，當蒸汽分子的密度達到一定程度時，在同一時間內(nèi)逸出液面和返回液面的分子數(shù)相等，氣液兩態(tài)達到動平衡，這種狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。(2)飽和溫度和飽和壓力飽和狀態(tài)時的溫度和壓力稱為飽和溫度和飽和壓力。飽和溫度隨著飽和壓力的增大而增大，飽和壓力隨飽和溫度的升高而增大。(3)臨界溫度和臨界壓力當溫度升高到超過某一特定數(shù)值后，即使壓力再大也不能從氣態(tài)液化變成液態(tài)，而只能處于氣態(tài)，這一特定溫度稱為臨界溫度。與臨界溫度對應的飽和壓力稱為臨界壓力，臨界溫度和臨界壓力就是最高飽和溫度和飽和壓力。任務三制冷基礎知識(4)過熱度和過冷度蒸汽在某壓力下的溫度高于該壓力所對應的飽和溫度時，這種蒸汽稱為過熱蒸汽，過熱蒸汽所處的狀態(tài)稱為過熱狀態(tài)。過熱蒸汽比同壓力下飽和溫度高出的值，稱為過熱度。液體在某壓力下的溫度低于該壓力所對應的飽和溫度時，這種液體稱為過冷液體，這種液體所處的狀態(tài)稱為過冷狀態(tài)，或稱未飽和狀態(tài)。7空氣調節(jié)空氣調節(jié)又稱空氣調理，簡稱空調，8制冷量單位時間從密閉空間或區(qū)域移走的熱量叫制冷量。制冷量的單位是瓦(W，1W=1J／s)或千瓦(kW)。任務三制冷基礎知識9能效比能效比是在額定工況和規(guī)定條件下，空調進行制冷運行時實際制冷量與實際輸入功率之比?？照{能效比越大，在制冷量相等時節(jié)省的電能就越多。三、制冷劑任務三制冷基礎知識制冷劑又稱制冷工質，在南方一些地區(qū)俗稱雪種，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實現(xiàn)制冷的工作物質。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。1物理、化學和安全的要求黏度應盡可能小。 2)導熱系數(shù)應當高。3)油的互溶性質。4)對人身健康無損害、無毒性、無刺激作用。5)應具有一定的吸水性。 6)應具有化學穩(wěn)定性：任務三制冷基礎知識2制冷劑的分類在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類。1)按照化學成分，制冷劑可分為5類：無機化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳氫化合物制冷劑、不飽和碳氫化合物制冷劑和共沸混合物制冷劑。2)根據(jù)冷凝壓力，制冷劑可分為3類：高溫（低壓）制冷劑、中溫（中壓）制冷劑和低溫（高壓）制冷劑。3制冷劑的命名方法(1)無機化合物：R7()(2)鹵代烴和烷烴類：R(m-1)(n+1)(x)B(z)

(3)非共沸混合制冷劑：R4()(4)共沸混合制冷劑：R5()(5)環(huán)烷烴、鏈烯烴以及它們的鹵代物：RC()(6)有機制冷劑：600序列任意編號任務三制冷基礎知識4常用制冷劑的特性(1)氨氨（代號：R717）是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標準蒸發(fā)溫度為-33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當夏季冷卻水溫高達30℃時，也絕不可能超過1.5MPa。氨的單位標準容積制冷量大約為520kcal/m3。氨作為制冷劑的優(yōu)點是易于獲得、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動阻力小、泄漏時易發(fā)現(xiàn)；其缺點是有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對銅及銅合金有腐蝕作用。(2)氟利昂-12氟利昂-12（代號：R12）為烷烴的鹵代物，化學名稱二氟二氯甲烷，分子式為CF2Cl2。R12的標準蒸發(fā)溫度為-29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標準制冷量約為288kcal/m3。任務三制冷基礎知識R12是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。當空氣中容積濃度超過80％時會使人窒息，與明火接觸或溫度達400℃以上時，則分解出對人體有害的氣體。吸水性極弱。(4)R-134aR-134a(代號：R134a）分子式為CH2FCF3

（四氟乙烷），分子量102.03。沸點-26.26℃，凝固點-96.6℃

，臨界溫度101.1℃，臨界壓力4067kPa。R134a作為R12的替代制冷劑，R134a的毒性非常低，是很安全的制冷劑。R134a的化