第六章 蒸汽压缩式制冷系统

1. 第六章 蒸汽压缩式制冷系统 武汉纺织大学 Wuhan Textile University 环境与城建学院

2. 概 要 • 空调用制冷系统均为单级 • 蒸汽压缩式制冷系统根据采用的制冷剂不同，常分为氨、氟系统。

3. §6-1 典型流程 一、氨系统（图6-2） 看图、画图、施工、安装应明确制冷系统的四种不同管路系统。 1.氨管路系统 （1）封闭系统，工质周期循环 （2）工质的P、T、相有变化， P0↑Pk目的：制冷Q0 T0↑Tk代价：耗功N （3）为系统运行的安全性、可靠性加入了一些辅助设备 2.润滑油系统 分离集油 （1）流程：压缩机→管路→设备 回油 （2）油与氨并非单一管系，回油、放油时一定注意 氨的回放。

5. §6-1 典型流程 二、氟系统（图6-1） 1.循环形式系统特点：回热式制冷循环 2.调节供液方式：热力膨胀阀 3.氟与油互溶性：油分离器，并注意干式蒸发器 的回油 4.氟与水不溶性

7. §6-2 制冷剂管路设计 管路尺寸、走向将影响到制冷装置的Q0、N，甚至能否正常工作。 一、管路布置原则（自学） 参考《制冷工程设计手册》（P319～333） 二、制冷剂管道直径的确定 压力降 d（内径） 回油 ①d↓，压降↑ 矛盾体 ②d↑，回油困难（速度低） 设计原则：根据管内流体流动的速度（考虑回油）和管道总压力降的许可值来计算管道内径。

8. §6-2 制冷剂管路设计 1.管道总压力损失的许可值「△P」 一般： 氟系统的吸、排气允许△P相当于蒸发温度或冷凝温度变化的1～2℃。 氨系统的吸、排气允许△P相当于蒸发温度或冷凝温度变化的0.5℃。 2.管径选择计算 （1）di=√4GV/πw=1.128 √GV/π G：运行工况下质量流量（kg/s) V：运行工况下的比容（m3/kg) w：流体速度，取上表中的推荐值（m/s)

9. §6-2 制冷剂管路设计 (2)校核 di按上式计算，圆整后，计算相应管道的总压力降△P，教材P131公式（6-1）。 若△P＞「△P」，再选较小的 w → di △P＜「△P」 （3）管径选择题（P129～131图6-15 ～18） 已知：G， 「△P」/m→ di →核算△P＜「△P」

10. §6-3 水系统 一、冷冻水系统 制冷站对分散用户供冷→冷冻水传递冷量 泵（管道输送入）→用户→管道（泵）→返回冷站 在冷水机组大量采用的情况下，冷冻水系统设计是制冷站设计的主要内容。 重力式→靠标高位差回水 根据回水形式 封闭式 压力式→水泵 开式

11. §6-3 水系统 1.重力回水系统（图） 特点： ①利用位差重力回水，不必设置回水泵。 ②用壳式蒸发器并设回水池，为补充新水，变工况适应性强，运行稳定。回水池可设置在地下室。 ③立管式蒸发器不必设回水池，因本身就是回水箱。 ④单用户、小冷量的空调系统多采用。

12. §6-3 水系统 2.压力回水系统 对于大型空调系统，用户距制冷站较远，利用回水站加压克服位差和沿程阻力把回水→冷站。 （1）敞开式回水系统（图） 特点： ①设置回水池，且布置在空调室内，水池水位可自动调节。 ②设置回水泵，蒸发器水箱与回水池的水位相同，靠回水泵回水。 ③当采用壳管式蒸发器时，由于其水容量小，为使冷冻水温和水压稳定，可设置中间冷冻水箱，以供应多个用户。 ④中间冷冻水箱的容积可定为（10～25%）冷冻水量（kg/h)

13. §6-3 水系统 2.压力回水系统 对于大型空调系统，用户距制冷站较远，利用回水站加压克服位差和沿程阻力把回水→冷站。 (2)封闭式压力回水系统（图） 特点: ①不设回水池，冷冻水不与大气相通（除膨胀水箱外）形成封闭循环，多以系统的腐蚀性小。 ②使用条件是冷冻水侧必须承受压力，蒸发器，风机盘管、表冷器需耐压。 ③冷损失小，但流动损失阻力大，运行时各点压力不均，调节复杂。 ④在系统最高处设置膨胀水箱，且尽量靠近泵的吸入管。用膨胀水箱来适应冷冻水温度变化的需要。容积一般为0.5～1立方米。

14. §6-3 水系统 3.蒸发器与泵的连接形式 （1）并联单列式（图6-216） 特点：①每台机组（蒸发器）有独立水泵供水。 ②当冷负荷减少时，可停部分水泵和机组，并不改变每台机组的工况。 ③适用于变流量调节。 （2）并联并列式（图6-21a） 特点：①几台冷水机组共用几台水泵，水泵的备用性好。 ②冷冻水的总流量由水泵的工作台数决定。 ③冷冻水的温度由机组的工作台数决定。 ④适用于定流量质调节。 （3）串联式（图6-22） 特点： ①机组串联，用于冷冻水温差较大的系统。 ②适用于定流量质调节。

15. §6-3 水系统 二、冷冻水系统设备选择计算 1.流量w根据冷冻水负荷及温升，在热力计算中完成。 2.管径计算 3.水泵扬程 Hf=1.1～1.2(h+H+∑△h) (mH2O) h：空调室需要满足的水压头 H：最高点与最低点之间的水位差 ∑△h：总的管路水头损失 水泵选择条件：H＞Hf W ＞ Wf

16. §6-3 水系统 水泵台数确定： ①冷负荷不变系统选一台全负荷输送（可考虑一台备用）。 ②变负荷系统，绘制一年间负荷变化曲线，力求使水泵靠近高效点运行，并选用2～3台容量不等的泵来适应变负荷需要。 4.常用水泵型号 （1）IS级单级离心水泵（现流行的） （2) BA型（老产品，淘汰） （3) SG型管道泵（新产品）

17. §6-3 水系统 三、冷却水系统 冷却水用户：压缩机、冷凝器、过冷器、油冷却器等。 冷却水温度决定了tk，也就决定了Pk， 即t冷却水≤32℃。 1.直流式：一次性使用，需水源充足。进水→（冷却）升温→排水 2.混合式：深井水温低，一次用后温升不大。 3.循环式：（1）自然通风，图6-24 （2）机械通风（冷却塔）图6-25

18. §6-4 制冷系统的控制原件 控制作用：提高制冷系统的运行经济性、安全性、便于自动化管理。 作用原件： 控制流量：浮球阀、热力膨胀阀、水量调节阀 控制温度：温度控制器 控制压力：压力继电器、压差继电器

19. §6-4 制冷系统的控制原件 1.电磁阀 直动式（小口径） （1）分类 导压式（大口径） （2）动作 直动式：通电→磁场→芯铁上移 阀开启供液 导压式：通电→磁场→小阀口开启→活塞上腔与阀体出口端接通→活塞下方为进口端压力→活塞在近出口压差作用下上移→大阀口开启

20. §6-4 制冷系统的控制原件 2.主阀→导阀 （1）主阀：控制制冷系统管路中液态（气态）制冷 剂流通的执行原件，本身不会动作（尺寸大） （2）导阀：制冷系统中接受压力信号的原件，用于控制主阀的启、闭（尺寸小） （3）“主阀→导阀”联用，间接启闭电磁阀 （4）分类 常闭→加压才开启 气用 常开→加压才能关闭 主阀 常闭→减压才开启 液用 常开→减压才能关闭 （5）连接示意（见教材P148，图7-9）

21. §6-4 制冷系统的控制原件 3.背压阀与恒压阀、恒温调节阀 作用：在蒸发器出口装背压阀，保持阀前压力在给定范围内，及维持给定蒸发温度下对应的饱和压力。多用于冷库系统。 4.水量调节阀 （1）作用：以冷凝压力作为信号，自动调节冷却水流量，稳定适当的冷凝温度。 Q热↑→Pk↑→阀口↑ 水量↑ Pk↓ （2）安装示意： 启动压力：6bar 当Pk＞ 6bar，阀开启，且Pk↑→开启度↑

22. §6-4 制冷系统的控制原件 5.温度控制器 （1）作用：对室内温度及幅差（及温度波动范围）进行控制。 （2）基本结构：两点式控制 通→主机工作 WJ-35（空调器） 电能点 WJ-1226（冷库） 断→停机 （3）调节：主调节螺丝→改变弹簧拉力→调整被控制的温度，有指示刻度标明。 幅度调节旋钮（微调）→改变温度差值范围±2～5℃左右。如5 ±2 ℃时：7 ℃接通开机，3 ℃断开停机

23. §6-4 制冷系统的控制原件 6.压力继电器 （1）作用：装在压缩机吸、排气管道上，控制正常压力工作范围 （2）KD型结构：弹簧机械传力机构。图7-15。 7.压差继电器 （1）作用：压缩机的油压保护装置。 （2）结构：图7-16所示。

24. §6-5 蒸汽压缩式制冷系统的自动化 一、被冷却介质温度的自控 1.用温控器控制压缩机开、停，如冰箱、窗式空调器 2.用温控器控制供液管上的电磁阀 3.用温控器控制风机的开停 4.用比例温度调节器调节冷冻水流量 5.用恒压主阀控制蒸发压力恒定，进而维持蒸发温度 6.用变频调节技术，改变压缩机转速 二、机组安全运行自控 1.高、低压保护 2.油压保护 3.电压保护 4.过载保护 5.电机温升保护 6.冷冻水结冰保护

25. §6-5 蒸汽压缩式制冷系统的自动化 三、制冷系统自动化举例 1.小型制冷机（冰箱、空调器） 只控制冰箱内温度—用温控器控制压缩机开停。

26. §6-5 蒸汽压缩式制冷系统的自动化 2.水冷式制冷机组 ①电磁阀与电机同步，停机→关闭，避免第二次启动液击。 ②电磁阀受温控器控制，t=-12±1.5℃，当t =-13.5℃→电磁阀关→低压↓→电机停 ③高、低压力控制器，超过控制压力时→调节冷凝压力 ④水量调节阀以冷凝压力为信号，控制水量，调节冷凝温度

27. §6-5 蒸汽压缩式制冷系统的自动化 3.一台主机联多台蒸发器的系统（冷库）（图） ①每间房的温控器控制电磁阀和风机 ②各个温控器均与压缩机磁力启动器连接。一个房工作→开压缩机，都不工作→关压缩机 ③水电磁阀与压缩机同步，压缩机开，供冷冻水 ④高、低压力保护

28. §6-5 蒸汽压缩式制冷系统的自动化 4.双门无霜间冷式电冰箱电器线路（图） ①1位：制冷 ②8小时以后2位：停压缩机，电加热器通电化霜，化霜电机停止 ③13℃左右时：温控器2断开，化霜停止，化霜电机开启 ④2分钟以后：1位制冷 功能：压缩机连续工作8小时(不包括温控器1停机时间）后自动除霜、自动停止除霜、自动启动制冷

29. §6-6 整体式制冷装置 一、活塞式冷水机组（风冷式和水冷式两种） 1.水冷式冷水机组的主要技术指标和设计参数 （1）名义工况和主要技术参数 ①制冷剂R22 ②冷冻水出水温度7℃（进出水温差5℃） ③冷却水进水温度32℃ ④单位制冷量的冷冻水流量 0.172m3/kw*h ⑤单位制冷量的冷却水流量 0.215m3/kw*h ⑥冷冻水侧污垢系数 0.086m3*℃/kw ⑦冷却水侧污垢系数 0.086m3*℃/kw ⑧机组名义制冷量的允差 ≤32kw -7% ≥35kw -5%

30. §6-6 整体式制冷装置 一、活塞式冷水机组（风冷式和水冷式两种） 1.水冷式冷水机组的主要技术指标和设计参数 （2）使用范围 ①冷冻水出水温度5～12℃ ②冷却水出水温度≤37℃ ③最大负荷工况：冷冻水出水温度12 ℃， 冷却水进水温度33 ℃ ④低温工况：冷冻水出水温度5℃， 冷却水进水温度20 ℃ 实际运行工况确定后，可利用机组性能表（或曲线）查用 （3）产品举例 上冷气LSB型冷水机组， 半封闭压缩机，冷量范围49～686kw

31. §6-6 整体式制冷装置 一、活塞式冷水机组（风冷式和水冷式两种） 2.风冷式冷水机组名义工况和技术参数（上冷气LSQ) ①制冷剂R22 ②冷冻水出水温度7℃（进出水温差5 ℃） ③名义工况：室外进风温度35 ℃，冷冻水出口温度7 ℃ ④冷量范围64.3～321.5kw ⑤特点： 全封闭压缩机、板式换热器、不锈钢外壳、热泵型LSQFR

32. §6-6 整体式制冷装置 二、螺杆式冷水机组（武冷LSLGF型） 1.主要技术指标 ①制冷剂R22 ②冷冻水出水温度5～12℃ ③冷却水进水温度22～36℃ ④冷量范围115～1890kw 2.特点 ①主机小，且可实现15～100%无级能量调节 ②油路系统复杂 ③噪音大

33. §6-6 整体式制冷装置 二、螺杆式冷水机组（武冷LSLGF型） 3.主要流程 ①制冷剂 油冷却器 ↑ 蒸发器→吸汽过滤器→主机→油分离器 ↓ 节流阀 冷凝器 ②油路 冷凝器 ↑ 油分离器→油冷却器→粗滤器→油泵 油压调节器 压缩机喷油 精滤器

34. §6-6 整体式制冷装置 三、离心式冷水机组 1.空调用额定工况参数 ①冷冻水出口温度 7℃ ②冷却水进口温度 32 ℃ ③单位制冷量冷冻水流量 0.172m3/kW·h ④单位制冷量冷却水流量 0.223m3/kW·h ⑤水侧污垢系数 0.086m2·℃/kW ⑥噪声＜800kw ＜90dB(A) 800～1800kw ＜92dB(A) ＞1800kw ＜95dB(A) ⑦制冷量 290～3490kW ～

35. §6-6 整体式制冷装置 三、离心式冷水机组 2.主要特点 ①采用分子量较大的R11或R123，由于t0=0～10℃ Po＜PB,所以有抽气回收装置 ②蒸发器、冷凝器为筒体结构 ③油路较活塞机复杂 3.流程 ①制冷剂循环 ②润滑油系统 ③抽气回收辅助流程 4.主要产品 上一冷FLZ型，重通厂BF型

36. §6-6 整体式制冷装置 四、模块化冷水机组 由澳大利亚RON CONRY工程师1986年研制而成，88年5月在广东建立番禺捷丰公司，92年1月申请获得中国专利。 1.产品 水冷模块、风冷模块、热泵模块、水源热泵 2.特点 ①安装灵活。体积小重量轻，1-13个单元任意组合。 ②投入运营的压缩机台数可以随负荷变化调整。由于小冷量时效率较高，对负荷变化范围大的场合也高效。 ③一台40K 8位微机自动控制。 a.制冷回路保护：吸排气压力过低过高、电机过载和温升、冷冻水温度过低、过热度太大。 b.容量调节和温度控制。 c.监视和记录操作：故障和负荷记录

37. §6-6 整体式制冷装置 四、模块化冷水机组 3.技术参数 ①冷冻水每单元5.5升/秒，冷却水7.0升/秒 ②水的进出温差5.6℃ ③水阻力：蒸发器38kPa，冷凝器56kPa ④污垢系数：蒸发器0.09m2·K/kW，冷凝器0.18m2·K/kW ⑤冷冻水出口温度5～8 ℃ ⑥冷却水出口温度34～40 ℃ ⑦风冷型：室外25～50 ℃，冷冻水出口4～10℃

38. §6-6 整体式制冷装置 五、空调机组 局部空调系统中使用的设备。由空气处理设备（空气冷却器、空气加热器、加湿器、过滤器）、通风机和制冷设备（压缩机、冷凝器等）组成。 品种有柜机、窗机、分体机。 选择设计时应解决的问题： 1.确定空调房间的室内参数、热湿负荷、新风量 2.根据用户条件确定是水冷还是风冷；确定机组集中程度，如是集中系统还需进行房间气流组织及风量分配设计 3.确定空调机的型号与台数。一般是查样本选择或估算

39. §6-6 整体式制冷装置 六、冷冻去湿机 1.原理：蒸发器表面的温度低于空气露点温度 2.流程（图） ①降温去湿 开1，关2、3阀，供水 ②升温去湿 关1，开2、3阀，断水 ③调温去湿 关1，开2、3阀，调水量

40. §6-7 制冷站设计 一、原始资料 1.冷负荷 由空调工程设计计算得到 2.工厂发展规模 冷站的近期、远期规划，便于将来扩建 3.水质、气象、地质资料 4.设计手册、设备样本手册、材料手册 5.各有关专业的设计图纸（土建、电气、给排水） 特别对于改建、扩建工程尤为重要

41. §6-7 制冷站设计 二、主要技术要求 1.站房应以非燃材料建筑 2.为确保操作人员安全：氨压缩机的操作通道＜12m；门、窗应朝外开启 3.通常情况屋架下弦标高3.6～4.8m 4.氨制冷站须有不小于8次/h的事故通风装置 5.制冷站值班温度不低于5℃，采暖温度不低于16 ℃ 6.机房内水、电、照明、卫生要求

42. §6-7 制冷站设计 三、制冷机种类的选择 1.优先选用整体式机组 2.电力足够时首选压缩式机组 3.小容量选活塞式，中容量选螺杆式，大容量选离心式 4.有锅炉房配套的场合，可选溴化锂吸收式 5.大型冷库可选氨制冷机 四、制冷设备的布置事项 1.符合制冷工艺流程，便于施工、安装、测量、维修 2.注意设备之间的间距和位差 3.大型机房应考虑起吊设备 4.压力表、温度计和其它仪器均应设置在便于观察的地方 5.操作手柄应在1.5m高度左右，超高时应设台阶 6.机组周围应留有维修空间

43. §6-7 制冷站设计 五、制冷机房设计步骤 1.确定设计任务和已知条件 （1）空调工艺要求（供冷方式） ①直接供冷：风量，干、湿球温度，湿度 ②间接供冷：冷冻水进出口温度、流量 ③用户情况：管网长度、用户标高 （2）各类原始资料 （3）空调工艺计算冷负荷Ｑ０ ２.根据条件确定制冷系统的种类 ３.确定制冷系统的运行工况

44. §6-7 制冷站设计 五、制冷机房设计步骤 ４.制冷机组选择计算 （1）热力计算法　根据Ｖｈ查产品目录选机型、台数 （2）折算系数法　Ｑ＝ＫＱ０将铭牌上工况冷量折算成实际工况冷量 （3）查特性曲线法，以产品性能曲线或表格为依据选取 ５.机房设备布置草图 ６.管道系统计算及水泵、冷却塔选择 ７.绘制制冷系统图（轴测图） ８.绘制制冷机房平面图、立面图、大样图 ９.提出对其它专业的技术要求（土建、电气、给排水）

45. §6-8 制冷设备和管道绝热 一、热工计算 １.依据防止表面结露原则，来计算绝热层厚度 ２.计算冷量损失值 二、绝热层结构 １.防锈层 ２.保温层 ３.隔汽层 ４.保护层 ５.色层