制冷方式

1．電動(dòng)壓縮制冷

目前我國廣泛使用的制冷方式為壓縮式制冷機(jī)，有活塞式、離心式、螺桿式制冷機(jī)。

空調(diào)工程常用的壓縮式制冷機(jī)，無論是活塞式、離心式還是螺桿式冷水機(jī)組，制冷原理均為制冷壓縮機(jī)將蒸發(fā)器內(nèi)的低壓、低溫的氣態(tài)工質(zhì)（氨或氟里昂）吸入壓縮機(jī)內(nèi)，經(jīng)過壓縮機(jī)的壓縮做功，使之成為壓力和溫度都較高的氣體排入冷凝器。在冷凝器內(nèi)，高壓、高溫的制冷劑氣體與冷卻水或空氣進(jìn)行熱交換，把熱量傳給冷卻水（水冷方式）或空氣（風(fēng)冷方式），結(jié)果氣態(tài)工質(zhì)凝結(jié)為液體。高壓液體再經(jīng)節(jié)流閥降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)，低壓制冷劑液體汽化，而汽化時(shí)必須吸取周圍介質(zhì)（如冷媒水）的熱量，從而使冷媒水降低了溫度，這樣制取了所需低溫冷水。蒸發(fā)器中汽化形成的低壓、低溫的氣體又被制冷壓縮機(jī)吸入壓縮，這樣周而復(fù)始，不斷循環(huán)，連續(xù)制出冷低溫水。

2．溴化鋰吸收式制冷

溴化鋰吸收式制冷，同蒸氣壓縮制冷原理相同，也是利用液態(tài)制冷劑在低溫、低壓條件下，蒸發(fā)、汽化吸收載冷劑的熱負(fù)荷，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。不同的是，溴化鋰吸收式制冷是利用“溴化鋰—水”組成二元溶液為工質(zhì)，來完成制冷循環(huán)的。其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑，具體過程分為二部分：第一部分，溴化鋰水溶液在發(fā)生器被熱源加熱沸騰，產(chǎn)生出制冷劑蒸氣在冷凝器中被冷凝為冷劑水。冷劑水經(jīng)U形管節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器泵在低壓條件下噴淋，冷劑水蒸發(fā)，吸收載冷劑的熱量，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。冷凝過程產(chǎn)生的凝結(jié)熱被冷卻水?dāng)y帶到制冷系統(tǒng)外。第二部分，發(fā)生器流出的濃溶液、中間濃度溶液被吸收器泵輸送并噴淋，吸收在蒸發(fā)器內(nèi)由冷劑水蒸發(fā)出來的冷劑蒸氣變?yōu)橄∪芤?。稀溶液由發(fā)生器泵輸送至發(fā)生器，重新被熱源加熱產(chǎn)生冷劑蒸氣再次形成濃溶液，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)期。

中央空調(diào)蒸氣壓縮式

制冷原理

氣態(tài)制冷工質(zhì)（如氟利昂）經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體后進(jìn)入冷凝器，與水（空氣）進(jìn)行等壓熱交換，變成低溫高壓液態(tài)。液態(tài)工質(zhì)經(jīng)干燥過濾器去除水份、雜質(zhì)，進(jìn)入膨脹閥節(jié)流減壓，成為低溫低壓液態(tài)工質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)汽化。液體汽化過程要吸收汽化潛熱，而且液體壓力不同，其飽和溫度（沸點(diǎn)）也不同，壓力越低，飽和溫度越低。例如，1kg的水，在絕對(duì)壓力為0.00087MPa，飽和溫度為5℃，汽化時(shí)需要吸收2488.7KJ熱量；1kg的氨，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（0.10133MPa）下，汽化時(shí)需要吸收1369.59KJ熱量，溫度可低達(dá)-33.33℃。因此，只要?jiǎng)?chuàng)造一定的低壓條件，就可以利用液體的汽化獲取所要求的低溫。依此原理，汽化過程吸取冷凍水的熱量，使冷凍水溫度降低（一般降為7℃）。制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸取熱量，溫度升高變成過熱蒸氣，進(jìn)入壓縮機(jī)重復(fù)循環(huán)過程。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)主要分為水冷式和風(fēng)冷式，其中風(fēng)冷式如圖1所示。

壓縮機(jī)

制冷壓縮機(jī)是蒸氣壓縮式制冷裝置的一個(gè)重要設(shè)備。制冷壓縮機(jī)的形式很多，根據(jù)工作原理的不同，可分為兩大類：容積式制冷壓縮機(jī)和離心式制冷壓縮機(jī)。常用的壓縮機(jī)主要有活塞式壓縮機(jī)、渦旋式、螺桿式以及離心式壓縮機(jī)。

容積式制冷壓縮機(jī)是靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。常用的容積式制冷壓縮機(jī)有往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)。

離心式制冷壓縮機(jī)是靠離心力的作用，連續(xù)地將所吸入的氣體壓縮。這種壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)高，制冷能力大。國外空調(diào)用氟利昂離心式制冷壓縮機(jī)的單機(jī)制冷量高達(dá)30000kw。

中央空調(diào)吸收式制冷

吸收式制冷是液體汽化的一種形式，它和蒸氣壓縮式制冷一樣，是利用液態(tài)制冷劑在低溫低壓下汽化以達(dá)到制冷的目的。所不同的是：蒸氣壓縮式制冷是靠消耗機(jī)械功（或電能）使熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，而吸收式制冷則是靠消耗熱能來完成這種非自發(fā)過程的。

制冷原理

圖2表示出吸收式制冷機(jī)主要由四個(gè)交換設(shè)備組成，即發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器，它們組成兩個(gè)循環(huán)環(huán)路：制冷劑循環(huán)與吸收劑循環(huán)。左半部是制冷劑循環(huán)，屬逆循環(huán)，由冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器組成。高壓氣態(tài)制冷劑在冷凝器中向冷卻介質(zhì)放熱被凝結(jié)為液態(tài)后，經(jīng)節(jié)流裝置減壓降溫進(jìn)入蒸發(fā)器；在蒸發(fā)器內(nèi)，該液體被汽化為低壓氣態(tài)，同時(shí)吸取被冷卻介質(zhì)的熱量產(chǎn)生制冷效應(yīng)。這些過程與蒸氣壓縮式制冷完全相同。右半部為吸收劑循環(huán)（圖2中的點(diǎn)畫線部分），屬正循環(huán)，主要由吸收器、發(fā)生器和溶液泵組成，相當(dāng)于蒸氣壓縮式制冷的壓縮機(jī)。在吸收器中，用液態(tài)吸收劑不斷吸收蒸發(fā)器產(chǎn)生的低壓氣態(tài)制冷劑，以達(dá)到維持蒸發(fā)器內(nèi)低壓的目的；吸收劑吸收制冷劑蒸氣而形成的制冷劑-吸收劑溶液，經(jīng)溶液泵升壓后進(jìn)入發(fā)生器；在發(fā)生器中該溶液被加熱、沸騰，其中沸點(diǎn)低的制冷劑汽化形成高壓氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入冷凝器液化，而剩下的吸收劑溶液則返回吸收器再次吸收低壓氣態(tài)制冷劑。

吸收劑

吸收式制冷機(jī)中的吸收劑通常并不是單一物質(zhì)，而是以二元溶液的形式參與循環(huán)的，吸收劑溶液與制冷劑—吸收劑溶液的區(qū)別只在于前者所含沸點(diǎn)較低的制冷劑量比后者少，或者說前者所含制冷劑的濃度比后者低。二元溶液通常有溴化鋰水溶液、氨水溶液等。

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的選擇，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、能源提供方式、便利程度等多種客觀條件決定。其中活塞式制冷壓縮機(jī)多為中型（標(biāo)準(zhǔn)制冷量60~600KW）和小型（小于60KW），但是由于其噪音大、效率低且容易發(fā)生故障，使用的已不多；渦旋式制冷壓縮機(jī)主要用于小型制冷系統(tǒng)，在家用空調(diào)以及商用VRV等小型系統(tǒng)大量使用；而螺桿機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及操作維護(hù)方便，另外技術(shù)成熟等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空調(diào)中；離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)件少，工作可靠，經(jīng)久耐用運(yùn)行費(fèi)用低，一般適用大于500RT的制冷系統(tǒng)中，并且可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，使機(jī)組的負(fù)荷在30%~100%范圍內(nèi)工作。通常情況下，多采用電制冷，在燃?xì)饣蛉济嘿Y源豐富的地區(qū)，可采用吸收式制冷。

利用太陽能實(shí)現(xiàn)制冷的可能技術(shù)途徑，主要包括太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，利用熱能制冷，以及將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，利用電能驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備供熱制冷兩大類型。根據(jù)需求，太陽能制冷過程也可以實(shí)現(xiàn)從空調(diào)到冷凍溫區(qū)的不同要求。根據(jù)不同的能量轉(zhuǎn)換方式，太陽能驅(qū)動(dòng)制冷主要有以下兩種方式，一是先實(shí)現(xiàn)光─電轉(zhuǎn)換，再以電力制冷；二是進(jìn)行光─熱轉(zhuǎn)換，再以熱能制冷。

太陽能制冷電轉(zhuǎn)換

它是利用光伏轉(zhuǎn)換裝置將太陽能轉(zhuǎn)化成電能后，再用于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)或常規(guī)壓縮式制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制冷的方法，即光電半導(dǎo)體制冷和光電壓縮式制冷。這種制冷方式的前提是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，其關(guān)鍵是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，必須采用光電轉(zhuǎn)換接受器，即光電池，它的工作原理是光伏效應(yīng)。

太陽能半導(dǎo)體制冷。太陽能半導(dǎo)體制冷是利用太陽能電池產(chǎn)生的電能來供給半導(dǎo)體制冷裝置，實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的特殊制冷方式。半導(dǎo)體制冷的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng)，即當(dāng)直流電通過兩種不同導(dǎo)電材料構(gòu)成的回路時(shí)，結(jié)點(diǎn)上將產(chǎn)生吸熱或放熱現(xiàn)象。如何改進(jìn)材料的性能，尋找更為理想的材料，成為了太陽能半導(dǎo)體制冷的重要問題。太陽能半導(dǎo)體制冷在國防、科研、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域廣泛地用作電子器件、儀表的冷卻器，或用在低溫測(cè)儀、器械中，或制作小型恒溫器等。目前太陽能半導(dǎo)體制冷裝置的效率還比較低，COP 一般約0.2～0.3，遠(yuǎn)低于壓縮式制冷。

光電壓縮式制冷。光電壓縮式制冷過程首先利用光伏轉(zhuǎn)換裝置將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，制冷的過程是常規(guī)壓縮式制冷。光電壓縮式制冷的優(yōu)點(diǎn)是可采用技術(shù)成熟且效率高的壓縮式制冷技術(shù)便可以方便地獲取冷量。光電壓縮式制冷系統(tǒng)在日照好又缺少電力設(shè)施的一些國家和地區(qū)已得到應(yīng)用，如非洲國家用于生活和藥品冷藏。但其成本比常規(guī)制冷循環(huán)高約3～4 倍。隨著光伏轉(zhuǎn)換裝置效率的提高和成本的降低，光電式太陽能制冷產(chǎn)品將有廣闊的發(fā)展前景。

太陽能制冷熱轉(zhuǎn)換

太陽能光熱轉(zhuǎn)換制冷，首先是將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，再利用熱能作為外界補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)制冷目的。光─熱轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)制冷主要從以下幾個(gè)方向進(jìn)行，即太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷、太陽能除濕制冷、太陽能蒸汽壓縮式制冷和太陽能蒸汽噴射式制冷。其中太陽能吸收式制冷已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用階段，而太陽能吸附式制冷還處在試驗(yàn)研究階段。

太陽能吸收式制冷的研究。太陽能吸收式制冷的研究最接近于實(shí)用化，其最常規(guī)的配置是：采用集熱器來收集太陽能，用來驅(qū)動(dòng)單效、雙效或雙級(jí)吸收式制冷機(jī)，工質(zhì)對(duì)主要采用溴化鋰- 水，當(dāng)太陽能不足時(shí)可采用燃油或燃煤鍋爐來進(jìn)行輔助加熱。系統(tǒng)主要構(gòu)成與普通的吸收式制冷系統(tǒng)基本相同，唯一的區(qū)別就是在發(fā)生器處的熱源是太陽能而不是通常的鍋爐加熱產(chǎn)生的高溫蒸汽、熱水或高溫廢氣等熱源。

太陽能吸附式制冷。太陽能吸附式制冷系統(tǒng)的制冷原理是利用吸附床中的固體吸附劑對(duì)制冷劑的周期性吸附、解吸附過程實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。太陽能吸附式制冷系統(tǒng)主要由太陽能吸附集熱器、冷凝器、儲(chǔ)液器、蒸發(fā)器、閥門等組成。常用的吸附劑對(duì)制冷劑工質(zhì)對(duì) 有活性炭- 甲醇、活性炭- 氨、氯化鈣- 氨、硅膠- 水、金屬氫化物- 氫等。太陽能吸附式制冷具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)部件、噪聲小、無須考慮腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，而且它的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用都比較低。