建筑设备控制系统 第2篇 第2章 冷热源设备监控系统

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1、第二章冷热源设备监控系统第一节冷热源设备基本知识一、制冷原理在获得低温的众多方法中，蒸汽压缩式制冷是目前应用最广泛的人工制冷方法之—。这是由于蒸汽压缩式制冷所需的机器设备紧凑，操作管理方便，应用范围广，从稍低于境温度至-150℃制冷温度范围内都能得到较好的应用。并且在普冷温度范围内蒸汽压缩式制冷具有较高的循环效率。因而被广泛地应用于国民经济的各个领域。蒸汽压缩式制冷循，根据实际应用有单级、多级、复叠式等循环之分。在本章只介绍单级蒸汽压缩式制冷理论循环，以及在楼宇智能化中经常碰到的几种制冷循环形式。为

2、了分析和讨论，在本章第—节中先叙述逆卡诺循环—理想制冷循环。当然，逆卡诺循环的讨论和比较同样适用于其它形式的制冷循环。一、逆向循环在热力学中，制冷循环、热泵循环和热化循环都称为逆向循环。这是由于制冷循环、热泵循环和热化循环都是依靠外界能量的补偿而使热量从低温热源传向高温热源，在状态图中循环的路线都是按照逆时针方向表述的结果。在热力学中，以制冷系数(ε或COP)来定义制冷循环的经济性；以供暖系数(εh或COPh)来定义热泵循环的经济性。所谓制冷系数，就是完成制冷循环时从被冷却系统中取出的热量(制冷量)

3、Q0，与完成循环所消耗的能(机械功Wnet或工作热能Q)之比值，亦称为性能系数(CofficientOfPerformance)。即：ε=Q0/WNET=Q0/QK-Q0(2-2-1)或ε=Q0/Q=Q0/QK-Q0(2-2-2)式中：ε—制冷系数；Q。—从被冷却系统中取出的热量，即制冷量，W或kW；Qk—向高温热源放出的热量，W或kW；Wnet—完成循环所消耗的净功，W或kW；Q—完成循环所消耗的工作热能，W或kW。制冷系数ε是衡量制冷循环经济性的指标，制冷循环中所消牦的机械功或工作热能越少，从低

4、温热源中吸取的热量越多，则制冷系数ε值就越大，循环效率就越高。原则上ε值可大于1，小于1或等于1。但在通常的普冷工作条件，ε值总是大于1。所谓供暖系数，是指热泵循环中向高温热源（被加热系统）放出的热量Qk与完成循环所消耗的能(机械功Wnet,或工作热能Q)的比值。即：εh=Qk/Wnet=Qk/(Qk-Q。)（2-2-3）或εh=Qk/Q=Qk/(Qk-Q。)（2-2-4）式中：εh—供暖系数；Qk—向高温热源(被加热系统)放出的热量，W或kW；Q。—从低温热源取出的热量，W或kW；Wnet—完成循

5、环所消耗的净功，W或kW；Q—完成循环所消耗的工作热能，W或KW。同理，供暖系数εh表征了热泵循环的经济性。热泵循环消耗的机械功或工作热能越少，向高温热源供热越多，则供暖系数εh值越大，循环效率越高，并且εh值总是大于1的。下面除了特殊说明外，我们只讨论制冷循环。根据循环的可逆性，热力学中将循环分为可逆循环和不可逆循环。在整个循环中，若系统与外界间或系统内部都不存在不可逆损失，则这个循环就是可逆的。若系统与外界及组成循环的各个过程中，包含有不可逆过程或不可逆因素，则这个循环就是不可逆的。在制冷循环中

6、，各种形式的不可逆因素可分为两大类:制冷剂在循环中因摩擦、扰动、内部不平衡及不可逆压缩、节流等而引起的损失，属于循环的内部不可逆；蒸发器、冷凝器等换热设备及管路等有温差时的传热损失等，属于循环的外部不可逆。在恒温热源和冷源间工作的理想制冷循环，即逆卡诺循环(ReverseCarnotCycle或CarnotRefrigerationCycle)属于可逆循环；在变温热源和变温冷源间工作的理想制冷循环，即劳伦兹循环(LawrenceCycle)也属于可逆循环；理论制冷循环和实际制冷循环属于不可逆循环。二

7、、逆向卡诺循环逆卡诺循环是由互相交替的两个可逆绝热过程和两个可逆等温过程所组成的在一个恒定高温热源和一个恒定低温热源间工作的逆向循环。并且制冷剂与高温热源、低温热源间的传热温差为无限小，即TK＝TH，T。＝TL。这里TK为制冷剂向高温热源等温放热时的温度；T。为制冷剂从低温热源等温吸热时的温度；TH为高温热源温度；TL为低温热源温度。所以逆向卡诺循环是可逆循环，亦称理想制冷循环(或理想热泵循环)。气相区逆卡诺循环如图2-2-1所示。图2-2-1气相区逆卡诺循环在逆向卡诺循环1—2—3—4—1中，l一

8、2过程是等熵压缩过程；在该过程中，系统消耗压缩功Wcop，工质温度由TL升高到TH；2—3过程为可逆等温放热过程，工质向温度为TH的高温热源放出热量Qk；3-4过程为等熵膨胀过程，系统向外作膨胀功Wex，同时工质温度由TH降低到TL，4-1过程为可逆等温吸热过程，工质从温度为TL的低温热源吸热Qo；从而完成了一个逆向循环。在这循环中，系统从低温热源吸取热量Q。时必须消耗循环净功：Wnet=Wcop-Wex。(绝对值之差)，并向高温热源放热Qk(绝对值)。根据热力学第一