制冷是指用制冷設(shè)備,從一個(gè)有限的空間內(nèi)取出熱量,使該處的溫度降低到所要求的程度。這個(gè)過程是*熱傳遞來完成的。有關(guān)制冷的一些常用名詞術(shù)語簡(jiǎn)單介紹如下:
1.1
溫度溫度被用來表示物質(zhì)冷與熱的程度,溫度的高低的程度可用溫度計(jì)來度量,如玻璃溫度計(jì),管內(nèi)的液體受熱后膨脹,液面升高,冷卻收縮后,液面降低,液面的高低表示溫度的高低程度。下面簡(jiǎn)要介紹表示溫度值的幾種標(biāo)準(zhǔn)。
a.攝氏溫標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,把水的冰點(diǎn)作為0度,沸點(diǎn)作為100度,在0度與100度之間均衡的刻成100格,每格為l度,以符號(hào)℃表示。
b.華氏溫標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,把水的冰點(diǎn)定為32度,而沸點(diǎn)定為212度、二者之間均衡的刻成180格,每格為l度,以符號(hào)oF表示。
c.開氏溫標(biāo)(又稱絕對(duì)溫標(biāo))它以攝氏溫標(biāo)為基礎(chǔ)、把水的冰點(diǎn)定為273.16度,水的沸點(diǎn)定為373.16度,理論上把物質(zhì)中分子全部停止運(yùn)動(dòng)之點(diǎn)作為0度,以符號(hào)K表示。
常用溫標(biāo)是攝氏、華氏、開氏。它們之間的換算公式如下:
華氏換算攝氏:
攝氏換算成華氏:
開氏與攝氏的關(guān)系:
T=
t + 273.16式中: T:開氏溫標(biāo),K; t:攝氏溫標(biāo),oC。
1.2
熱量物體溫度的高低表示了物體的物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈的程度,溫度的高低也表示物體所具有能量的高低,這種能量稱為熱能。當(dāng)溫度不同的兩個(gè)物體相接觸時(shí),兩者溫度逐步趨于一致,發(fā)生了熱能從溫度較高的物體向溫度較低的物體轉(zhuǎn)移,此時(shí)物體所放出或吸收的能量稱為熱量。常用的熱量單位有:
a.
卡 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下,將 l克的水加熱或冷卻,其溫度升高或降低l ℃時(shí),所加進(jìn)或除去的熱量稱為l卡,以符號(hào)
cal表示。因卡的單位太小,工程上往往采用其1000倍的千卡或大卡來表示。具符號(hào)為kcal。
b. 英熱單位
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,將11b(磅)(11b=0.454kg)水加熱或冷卻,其溫度升高或降低華氏溫度l
oF,所加進(jìn)或除去的熱量稱為一個(gè)英熱單位,其符號(hào)為Btu。
c.
焦耳在國際單位制中,取熱量單位與功的單位一致,以焦耳表示。焦耳相當(dāng)于用1N(牛頓)的力,共作用點(diǎn)在力的方向上移動(dòng)l
m(米)所做的功。因此,在國際單位制中,焦耳是功和能的單位,采用這種單位使計(jì)算簡(jiǎn)化,焦耳的符號(hào)為J。我國法定熱量單位為焦耳。
焦耳與卡之間的換算為:
1
kJ(千焦耳)=0.239kcaI(千卡)l kcal(千卡)=4.19kJ(千焦耳)其它常用換算公式為:
1 kcal(千卡)=3.969
Btu(英熱單位)l Btu(英熱單位)=252 cal(卡)1 kcal(千卡)=427 kg·m(千克·米)1 kW(千瓦)=860
kca1/h(千卡/時(shí))1 美國冷噸=3024 kca1/h(千卡/時(shí))1 日本冷噸=3320 kca1/h(千卡/時(shí))1.3
比熱任何物質(zhì)當(dāng)加進(jìn)熱量,它的溫度會(huì)升高。但相同質(zhì)量的不同物質(zhì),升高同樣溫度時(shí),其所加進(jìn)的熱量是不一樣的。為相互比較,把l kg水溫度升高1
℃所需的熱量定為4.19kJ。以此作為標(biāo)準(zhǔn),其它物質(zhì)所需的熱量與它的比值,稱為比熱。如 l kg水溫度升高l
℃需4.19kJ,則比熱值為4.19kJ(kg·℃),而 l kg銅溫度升高l
℃只需0.39kJ,則銅的比熱為0.39kJ(kg·℃)。不同材料有各自的比熱值,下表為幾種材料的比熱值。
幾種材料比熱值物資名稱 比熱kJ(kg·K)
物資名稱
比熱kJ(kg·K)水4.19氨(液體)4.609冰2.095氨(氣體)2.179玻璃0.754空氣(干)1.006銅0.390鋼0.461知道材料比熱值,就能計(jì)算出對(duì)它降溫所需要除去的熱量。例如要將5kg
70℃的水冷卻到15℃,則需除去的熱量為: Q=mcD t = 5×4.19×(70-15)=l152.25 kJ式中:
m: 水的質(zhì)量,kg;
c:水的比熱kJ(kg·K);D t:溫度差值 K。
1.4
顯熱對(duì)固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的物質(zhì)加熱,只要它的形態(tài)不變,則熱量加進(jìn)去后,物質(zhì)的溫度就升高,加進(jìn)熱量的多少在溫度上能顯示出來,即不改變物質(zhì)的形態(tài)而引起其溫度變化的熱量稱為顯熱。如對(duì)液態(tài)的水加熱,只要它還保持液態(tài),它的溫度就升高;因此,顯熱只影響溫度的變化面不引起物質(zhì)的形態(tài)的變化。例如機(jī)房中、其計(jì)算機(jī)或程控交換機(jī)的發(fā)熱量很大,它屬于顯熱。
1.5
潛熱對(duì)液態(tài)的水加熱,水的溫度升高,當(dāng)達(dá)到沸點(diǎn)時(shí),雖然熱量不斷的加入,但水的溫度不升高,一直停留在沸點(diǎn),加進(jìn)的熱量?jī)H使水變成水蒸氣,即由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。這種不改變物質(zhì)的溫度而引起物態(tài)變化(又稱相變)的熱量稱為潛熱。如計(jì)算機(jī)房中、工作人員人體發(fā)熱以及換氣帶進(jìn)來的空氣含濕量,這些熱量稱為潛熱。(全熱等于顯熱與潛熱之和。)1.6
壓力氣體由分子組成,億萬分子在無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)中,頻繁撞擊容器內(nèi)壁,在內(nèi)壁單位表面積上垂直產(chǎn)生的力稱為壓力。在工程中測(cè)量氣體壓力的常用單位是:千克/厘米2、或?yàn)閙mHg(毫米汞柱),我國的法定單位是
Pa(帕斯卡)。
a. 大氣壓力 包圍地球的空氣層對(duì)單位地球表面積形成的壓力稱為大氣壓力。通常用 B表示。單位用帕 Pa或千帕
kPa表示。
大氣壓力隨各地海拔高度不同而存差異。還因季節(jié)、氣候的變化稍有高低。由于大氣壓力不同,空氣的物理性質(zhì)和反映空氣物理性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)均要發(fā)生變化。所以,在空氣調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中,要考慮當(dāng)?shù)貧鈮旱拇笮。駝t會(huì)造成一定的誤差。
壓力分三種:用儀表測(cè)定的壓力(稱工作壓力,即表壓力)、當(dāng)?shù)卮髿鈮汉徒^對(duì)壓力。其相互關(guān)系:
絕對(duì)壓力=當(dāng)?shù)卮髿鈮菏ぷ鲏毫χ挥薪^對(duì)壓力才是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。
b.水蒸汽分壓力與飽和水蒸汽分壓力在濕空氣中,水蒸汽單獨(dú)占有濕空氣的容積,并且有與濕空氣相同溫度時(shí)所產(chǎn)生的壓力,稱為水蒸汽分壓力,用Pq表示。
濕空氣是干空氣和水蒸汽組成的混合氣體,因此濕空氣的總壓力應(yīng)由干空氣分壓力
Pg;與水蒸汽的分壓力Pq迭加而成。
即 P=Pg十Pq或
B=Pg十Pq在空調(diào)工程中所考慮的濕空氣就是大氣,所以濕空氣的總壓力P就是當(dāng)?shù)卮髿鈮毫。
在一定溫度下,空氣越潮濕,其水蒸汽含量就越多,水蒸汽分壓力就越大。當(dāng)水蒸汽含量超過某一限量時(shí),多余的水蒸汽就會(huì)凝成水析出。這說明,此時(shí),濕空氣中的水蒸汽含量達(dá)到最大限度、該濕空氣處于飽和狀態(tài),稱飽和空氣;此時(shí)相應(yīng)的水蒸汽分壓力稱為飽和水蒸汽分壓力。該壓力僅取決于溫度,溫度越高,其壓力值越大。
于此同時(shí),壓力和沸點(diǎn)的關(guān)系也很大,降低壓力能使液體的沸點(diǎn)降低,增加壓力則使沸點(diǎn)升高。因此每一個(gè)作用于液體的壓力就有一個(gè)對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)。例如1.0133×l05Pa下。水在
100℃時(shí)沸騰;若壓力升高到2.41×105Pa,水的沸點(diǎn)為138℃;若壓力降低到0.43×105Pa,水的沸點(diǎn)為84.5℃。在制冷系統(tǒng)中,用控制蒸發(fā)壓力來達(dá)到控制蒸發(fā)溫度的目的。
1.7
蒸發(fā)與沸騰蒸發(fā)是指在液體自由表面進(jìn)行氣化的過程。例如,水的蒸發(fā)。衣服的涼干過程。蒸發(fā)是由于液體表面上具有較高能量的分子克服液體分子的引力、穿出液面到達(dá)空間而形成的。在相同環(huán)境下、液體溫度越高,則蒸發(fā)越快。制冷工程中,許多問題都涉及到蒸發(fā)過程,例如冷卻塔及空調(diào)中的加濕與干燥過程等。紅外加濕器的加濕屬表面蒸發(fā)過程。
沸騰是指液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡形式的劇烈氣化過程。例如,水的燒開過程。在一定壓力下,液體加熱到一定的溫度才開始沸騰。在整個(gè)沸騰過程中,液體吸收的熱量全部用于自身的容積膨脹與相變,故氣液溫度保持不變。如電極加濕器屬于沸騰過程。
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1.8
導(dǎo)熱系數(shù)(亦稱熱導(dǎo)率)導(dǎo)熱系數(shù)是表示一種材料傳導(dǎo)熱量能力的一個(gè)物理量。如兩塊同樣厚的材料,一塊是銅塊,一塊是軟木塊,把它們放在比本身溫度高的環(huán)境中,可立即感覺到銅塊溫度升高,而對(duì)軟木塊則在短時(shí)間內(nèi)感受不到。這說明兩種材料對(duì)熱量傳導(dǎo)的能力不同,把這種材料對(duì)熱量的不同傳導(dǎo)能力以數(shù)字表示就稱為導(dǎo)熱系數(shù),其數(shù)值等于:當(dāng)材料層的厚度為
l m,兩邊溫度差為1 ℃,在 1 h內(nèi)通過 l m 2 表面積所傳導(dǎo)的熱量,以符號(hào)l 表示,單位是 kcal/mh℃,國家法定單位是 W/mK或用
J/mhK表示,它們之間的換算關(guān)系是:1W/mK = 0.860
kcal/mh℃。
不同材料有不同導(dǎo)熱系數(shù),它與材料的成份、密度、分子結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。
同一種材料,影響其導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素是密度和濕度。密度大則導(dǎo)熱系數(shù)大,濕度大則導(dǎo)熱系數(shù)亦大。
1.9
放熱系數(shù)當(dāng)凍結(jié)一種物質(zhì)時(shí),如在表面吹風(fēng)則它的凍結(jié)速度比不吹風(fēng)時(shí)快。表示這種不同物質(zhì)之間在不同狀態(tài)下?lián)Q熱能力的物理量稱為放熱系數(shù),其數(shù)值等于每小時(shí)、每平方米面積上,當(dāng)流體和固體壁之間的溫度差為
l ℃時(shí)所傳遞的熱量。以符號(hào)a表示,其單位為 kcal/(m 2 h℃),國際單位制是 W/(m 2 k)或 J/(m 2
h℃)、兩者之間換算關(guān)系為:1W/(m 2 K)=0.860kcal/(m 2 h℃)1.10 傳熱系數(shù)熱量從高溫側(cè)流體透過平壁轉(zhuǎn)移到低溫側(cè)流體。
這種熱量傳遞的能力除與兩側(cè)溫差、傳熱面積的大小有關(guān)外,還與平壁的導(dǎo)熱系數(shù),平壁的厚度及壁面兩側(cè)的放熱系數(shù)有關(guān)。
把所有因素列成一個(gè)方程式,即:
Q=KFD
t (kJ/h)式中:Q:傳遞的熱量(kJ/h);F:平壁的表面積(m 2 );D t :溫差 D t=t1-t2(℃);K:傳熱系數(shù) kJ/(m 2
h℃)K為傳熱系數(shù),它數(shù)值上等于當(dāng)兩側(cè)溫差 l℃時(shí)、l h通過 l m 2 傳熱面積,從一側(cè)熱流體傳到另一側(cè)冷流體所傳遞的熱量。單位是kJ/(m 2 h℃)或
W/(m 2 k)。
1.11 比容和密度單位容積的濕空氣所具有的質(zhì)量稱為密度。用符號(hào)r 表示,即:
而單位質(zhì)量的濕空氣所占有的容積稱為比容,用符號(hào)
V表示,即:
式中: m:濕空氣的質(zhì)量,單位為 kg;v:濕空氣占有的容積,單位為 m 3
。
兩者互為倒數(shù),因此,只能視為一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。
1.12 濕度濕度是表示濕空氣中含有水蒸汽量多少的物理量,有三種表示方法。
a.絕對(duì)濕度l m
3 濕空氣中含水蒸汽的質(zhì)量。符號(hào)為Z,單位為 kg/m 3 ,即:
式中:mq:水蒸汽質(zhì)量,單位為kg;V:水蒸汽占有的容積,即濕空氣的容積,單位為 m
3 。
絕對(duì)濕度使用起來不方便。它不能直接反映出濕空氣的干濕程度。
b. 含濕量每公斤干空氣所含有水蒸汽量稱為含濕量,符號(hào)為d,單位為
kg/kg(干),即:
式中:mq:濕空氣中水蒸汽質(zhì)量,單位為kg;
mg:濕空氣中干空氣質(zhì)量,單位為kg。b.相對(duì)濕度濕空氣中水蒸汽分壓力和同溫度下飽和水蒸汽分壓力之比,稱為相對(duì)濕度。用符號(hào)j 表示,即:式中:Pq:水蒸汽分壓力
Pqb;同溫度下飽和水蒸汽分壓力 從式中可知,j 值小,表示空氣較干燥,反之,空氣較潮濕。當(dāng)j =0時(shí),為干空氣;j =100%時(shí),為飽和空氣。從j
值大小可直接看出空氣的干濕程度。 j 和d都是表示空氣的濕度參數(shù),含意卻不同,d表示水蒸汽的含量多少,卻不能表示空氣接近飽和的程度;而j
能表示空氣接近飽和程度,卻不能表示水蒸汽的含量多少。
1.13
露點(diǎn)溫度在一定大氣壓力下,含濕量不變時(shí)空氣中的水蒸汽凝結(jié)為水(凝露)的溫度。在d不變時(shí),空氣溫度下降,由未飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài),此時(shí)空氣的相對(duì)濕度j =
1O0%。在空調(diào)技術(shù)中,把空氣降溫至露點(diǎn)溫度,達(dá)到除濕干燥空氣的目的。
1.14
焓焓是濕空氣的一個(gè)重要參數(shù)。是一個(gè)內(nèi)能與壓力位能之和的復(fù)合狀態(tài)參數(shù)。
在空調(diào)過程中,濕空氣的狀態(tài)經(jīng)常發(fā)生變化,焓可以很方便確定該狀態(tài)變化過程中的熱交換量。濕空氣的變化過程是定壓過程,焓差等于熱交換量,即:
t
D h=D Q=cmD t式中:D h:焓差 kJ/kg(干) D Q:熱交換量 kJ/kg m:濕空氣的質(zhì)量 kg c:濕空氣的定壓比熱
kJ/(kg℃)1.15 靜壓、動(dòng)壓、全壓在選擇空調(diào)或風(fēng)機(jī)時(shí),常常會(huì)遇到靜壓、動(dòng)壓、全壓這三個(gè)概念。根據(jù)流體力學(xué)知識(shí),流體作用在單位面積上所垂直力稱為壓力。當(dāng)空氣沿風(fēng)管內(nèi)壁流動(dòng)時(shí),其壓力可分為靜壓、動(dòng)壓和全壓,單位是
mmHg或 kg/m 2 或 Pa,我國的法定單位是 Pa。
a.
靜壓(Pi)由于空氣分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力稱為靜壓。計(jì)算時(shí),以絕對(duì)真空為計(jì)算零點(diǎn)的靜壓稱為絕對(duì)靜壓。以大氣壓力為零點(diǎn)的靜壓稱為相對(duì)靜壓。空調(diào)中的空氣靜壓均指相對(duì)靜壓。靜壓高于大氣壓時(shí)為正值,低于大氣壓時(shí)為負(fù)值。
b.
動(dòng)壓(Pb)指空氣流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力,只要風(fēng)管內(nèi)空氣流動(dòng)就具有一定的動(dòng)壓,其值永遠(yuǎn)是正的。
c. 全壓(Pq) 全壓是靜壓和動(dòng)壓的代數(shù)和: Pq=Pi十Pb
全壓代表 l m 3 氣體所具有的總能量。若以大氣壓為計(jì)算的起點(diǎn),它可以是正值,亦可以是負(fù)值。