第一节 基本概念和制冷剂性质图

一、基本概念

1.温度

温度是用来标志物体冷热程度的物理量，反映分子运动的激烈程度。温度在数值上的表示称为温标。目前应用最为广泛的温标为摄氏度（℃），用符号t表示；华氏度（℉）用符号Q表示；热力学温度或称开尔文温度（K），用符号T表示，它们之间的换算关系如下：

T=t+273.15

如，当温度为30℃时，热力学温度为303.15K，华氏度为86℉。

2.压力

指单位面积上承受的垂直作用力（即压强），用符号p表示。在法定计量单位中，压力单位为Pa（帕），1Pa=1N/m²。工程上由于Pa太小，常采用kPa（千帕），MPa（兆帕）作为压力的单位，它们之间的关系为

1MPa=10³kPa=10⁶Pa

除了法定计量单位外，常用压力单位换算见表2-1。

表2-1 常用压力单位换算表

注：相对压力或表压力值的大小等于绝对压力与当地大气压之差。

二、制冷技术

通俗地讲，“制冷”是指利用人工技术，将物体或某空间的温度降低到低于周围环境的温度，并使之维持在这一低温的过程。

图2-1 液体汽化制冷原理图

（一）液体汽化制冷原理

目前，最为广泛使用的制冷原理是利用液体汽化吸热。以单级蒸汽压缩式制冷为例，其系统构成如图2-1所示，系统主要是由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构（膨胀阀或毛细管）四大部件构成。四大部件通过管路连接，并在系统内充注易挥发的工质，即制冷剂，这就是基本的制冷循环系统。

其工作原理如下：压缩机消耗一定的电能吸入低温、低压的气态制冷剂，经压缩后成为高温、高压的过热蒸气，之后进入冷凝器，向外界放出冷凝热量Q_C，成为高压、低温的液体制冷剂。液体制冷剂经节流机构（如膨胀阀或毛细管）节流降压后进入蒸发器，制冷剂在蒸发器中吸收了制冷空间的热量Q_E实现了制冷，制冷剂也相变为低温、低压的气态制冷剂完成一次循环。

如图2-1所示，冷凝器中的冷凝过程近似为一个等压过程，其中的制冷剂对应的压力称为冷凝压力，在冷凝压力下所对应的饱和温度称为冷凝温度。同理，蒸发器中的沸腾换热过程也可近似为一个等压过程，其中的制冷剂对应的压力称为蒸发压力，在蒸发压力下所对应的饱和温度称为蒸发温度。

图2-2 制冷系统的基本能量

（二）热力性能评价

液体汽化制冷方法实质上是热量由“低温热源”向“高温热源”转移的“逆向传热过程”。如图2-2所示，热力系统以消耗的高位能E为代价，从低温热源T_L吸收了Q_E的热量，连同消耗的高位能E一起将热量传递给高温热源T_H。

如果热力循环的起始和终了状态相同，根据热力学第一定律，在一定时间内传递的热量与功量应当满足下列方程：

Q_E+E=Q_C （2-1）

根据热力学第二定律，热量由低温传递到高温，功不能为零。因此，系统制冷系数ε₁及制热系数ε₂必然存在最大值，且只有上述系统中的各热力过程均可逆时，等式才会成立，有

三、制冷剂的定义和分类

在制冷系统中不断地循环以实现制冷目的的工作物质称为制冷剂。目前，在中央空调机组中最常用的制冷剂可分为四类：无机化合物、烃类、卤代烃、混合溶液。其命名方法见表2-2。

卤代烃（如氟利昂）是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。目前用作制冷剂的主要是甲烷和乙烷的衍生物。混合溶液类制冷剂是指由两种（或以上）制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物制冷剂。

表2-2 常用制冷剂的分类和命名方法

（续）

四、制冷剂压-焓图

图2-3 制冷剂压-焓图

在制冷工程中，为了描述制冷剂的相态变化和制冷系统的性能影响。最常用的热力图就是制冷剂的压-焓图，如图2-3所示。该图纵坐标是绝对压力的对数lgp，横坐标是比焓h。

1.临界点K和饱和曲线

临界点K为两根粗实线（X=0和X=1）的交点。在该点，制冷剂的液态和气态差别消失。

点K左边的粗实线为饱和液体线，在饱和液体线上任意一点的状态，均是相应压力的饱和液体。

点K的右边粗实线为饱和蒸气线，在饱和蒸气线上任意一点的状态均为饱和蒸气状态，或称干蒸气。

2.三个状态区

饱和液体线左侧称为过冷液体区，该区域内的制冷剂温度低于该压力下的饱和温度；

饱和蒸气线右侧称为过热蒸气区，该区域内的蒸气温度高于该压力下的饱和温度；

饱和液体线和饱和蒸气线之间构成的区域称为湿蒸气区，即气液共存区。该区内制冷剂处于饱和状态，压力和温度为一一对应关系。在制冷机中，蒸发与冷凝过程主要在湿蒸气区进行，压缩过程则是在过热蒸气区内进行。

3.六组等参数线

制冷剂的压-焓（lgp-h）图中共有八种线条：

等压（即lgp）线、等焓（即Enthalpy）线、饱和液体（即Saturated Liquid）线、等熵（即Entropy）线、等体积（即Volume）线、干饱和蒸气（即Saturated Vapor）线、等干度（即Quality）线和等温（即Temperature）线。

（1）等压线p

与横坐标轴平行的水平细实线均是等压线，同一水平线的压力均相等。

（2）等焓线h

与横坐标轴垂直的细实线为等焓线，凡处在同一条等焓线上的工质，不论其状态如何比焓值均相同。

（3）等温线t

等温线在不同的区域变化形状不同，在过冷区等温线几乎与横坐标轴垂直；在湿蒸气区却是与横坐标轴平行的水平线；在过热蒸气区为向右下方急剧弯曲的倾斜线。

（4）等熵线s

自左向右上方弯曲的细实线为等熵线。制冷剂的压缩过程沿等熵线进行，因此过热蒸气区的等熵线用得较多。在lgp-h图上，等熵线以饱和蒸气线作为起点。

（5）等体积线v

自左向右稍向上弯曲的虚线为等比体积线。与等熵线比较等比体积线要平坦些，常用等比体积线查取制冷压缩机吸气点的比容值。

（6）等干度线X

从临界点K出发，把湿蒸气区各相同的干度点连接而成的线为等干度线。它只存在于湿蒸气区。

上述六个状态参数（p、h、t、s、v、x）中，只要知道其中任意两个状态参数值，就可确定制冷剂的热力状态。在lgp-h图上确定其状态点，可查取该点的其余4个状态参数。