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第5章 蒸气压缩式制冷机组和热泵机组
5.1 蒸气压缩式制冷机组和热泵机组分类
● 冷水机组

● 热泵
（1）按低位热源分类

（2）按低位热源种热媒种类分类

低位热源
热 媒
空气-水热泵
空气
水
空气-空气热泵
空气
空气
水-空气热泵
水
空气
土壤-水热泵
土壤
水
土壤-空气热泵
土壤
空气
（3）热泵机组分类
按低温端和高温端传递能量的介质分类。

● 空调机（器）和热泵型空调机（器）
空调机（器）是自带独立冷源对房间进行空气调节的一体化设备。
热泵型空调机（器）-制冷系统可进行热泵循环。

5.2 水冷式冷水机组和水-水热泵机组
● 水冷式冷水机组
是建筑空调中广为应用的一类设备。
有2台或2台以上压缩机的机组称多机头机组。
水冷涡旋式冷水机组

水冷涡旋式冷水机组
水冷离心式冷水机组

水冷离心式冷水机组
水冷螺杆式冷水机组

水冷螺杆式冷水机组制冷剂流程图
水冷式冷水机组制冷量、性能系数与冷冻水出口温度、冷却水温度有关。

某水冷螺杆式冷水机组特性曲线

● 水冷式冷水机组部分负荷特性

水冷离心式冷水机组部分负荷下消耗功率
负荷＞40％，消耗功率在等比线以下，即随负荷的减少，性能参数增加。原因
（1）部分负荷时，蒸发器、冷凝器面积并非减少，故te↑，tc↓,COP↑。
（2）部分负荷时，室外干、湿球温度下降，导到tc↓,COP↑。
综合部分负荷性能系数COP*——表征冷水机组在运行期间平均特性，定义为
COP*=0.17A+0.39B+0.33C+0.11D
式中A、B、C、D分别代表负荷100％、75％、50％、25％时的性能系数。
不同负荷时的冷却水进口温度为
tc.i=Δ·（负荷百分数）+t0
式中 Δ=0.145℃/(％), t0=15.5℃
● 水-水热泵机组
制冷剂流程、结构形式与水冷式冷水机组基本相同。
水-水热泵机组的制热量、性能系数与两侧水温有关。

水-水热泵机组性能曲线
● 水冷式热回收冷水机组

水冷式热回收冷水机组制冷剂流程
● 模块式机组
模块式机组是由若干个单元模块拼合组成。每个单元模块的制冷剂系统是独立的。
5.3 风冷式、蒸发式冷水机组和空气-水热泵机组
● 风冷式冷水机组

风冷式冷水机组
机组制冷量与室外空气温度、冷冻水出口温度有关。

风冷式冷水机组的特性
● 蒸发式冷水机组
采用蒸发式冷凝器的冷水机组
● 风冷式、蒸发式冷水机组部分负荷特性
同水冷式机组，用COP*评价部分负荷特性。公式中系数不同：
风冷式 Δ=0.14℃/(％), t0=21℃
蒸发式 Δ=0.085℃/(％), t0=15.5℃
● 空气-水热泵机组
又称风冷热泵冷热水机组或风冷式冷热水机组。

风冷式热泵型冷热水机组制冷剂流程
用四通阀对制冷剂流动方向进行转换。
空气侧和水侧换热器交替做蒸发器和冷凝器。
风冷式冷热水机组制热工况特性

风冷往复式冷热水机组制热工况特性
风冷式冷热水机组作采暖热源的选择方案
设某地采暖室外计算温度－10℃，建筑的采暖热负荷450kW。
方案1——选用200型机组，该机组在－10℃时的制热量满足负荷要求。
方案2——选用100型机组，该机组在0℃的制热量满足负荷要求。-10℃时缺少225kW,需由辅助热源补充。

建筑采暖热负荷、冷热水机组热量与室外温度的变化曲线
风冷式冷热水机组冬季结霜的影响
制热量修正系数表
空气温度（℃）
15
7
4
0
－5
－10
－15
修正系数
1.00
1.00
0.93
0.94
0.96
0.97
0.97

5.4 带冷（热）源的空调机
● 空调机种类
——

● 水-空气热泵空调机
又称水源热泵空调机

水源热泵空调机的制冷流程图
水源热泵空调机的特性

某型号的水-空气热泵空调机特性
● 水冷式空调机
由水冷式冷凝器、直接蒸发空气冷却器、压缩机、节流机构、风机等组成。只能制冷运行。
● 多联式（热泵）空调机
1台室外机带多台室外机或多台室外机合带几十台室内机的风冷式空调机。
制冷剂系统的特点是变制冷剂流量，简称VRV（Variable Refrigerant Volume）
变制冷剂流量的方法：
（1）压缩机的电机变速调节
（2）改变压缩机汽缸的吸汽容积，并辅以热气旁通。
（3）脉冲宽度调节
多联机系统模式：
（1）1台室外机单独带若干台室内机；室外机中有1台变流量压缩机，1台定流量压缩机。
（2）多台室外机合带若干台室内机
1）“单变”系统——只有1台室外机机变流量。
2）“多变”系统——1台室外机中有1台变频压缩机，1台变电极电机（三速）压缩机；其余室外机都是2台变电极电机压缩机。
5.5 燃气机和柴油机热泵
由燃气机和柴油机驱动压缩机的热泵称燃气机和柴油机热泵。
燃气机和柴油机都是内燃机，∴合称内燃机热泵。
● 内燃机热泵工作原理

内燃机热泵原理图

热水系统分两个环路
● 内燃热泵产品种类
（1）风冷式燃气热泵冷热水机
（2）多联式燃气热泵空调机
近期国内还开发了水冷式冷热水机组——柴油机冷水机组（废热不回收）和燃气机冷水机组，废热作吸收式制冷机的热源。
● 内燃机热泵与电动机热泵比较

电动热泵和燃气机热泵的能流图
5.6 热泵（制冷）机组的外部热源
● 外部热源的种类
制冷机的外部热源——用于接纳制冷机排出的热量，或称热汇。有室外空气和地表水。
热泵的外部热源——给热泵提供低位热量，常称低位热源或低温热源。主要有空气、地下水、地表水、废水、废气、太阳能等。当热泵制冷运行时，低位热源也是热汇。
● 空气
优点：
（1）取之不尽，用之不竭。
（2）空气源热泵系统简单。
（3）对设备无腐蚀作用。
缺点：
（1）温度品位不高。
（2）温度波动大，热泵制热量、建筑热负荷与空气温度的变化规律相反。
（3）比热、密度小，因此设备大，风机噪声大。
（4）0℃以下运行时，有结霜的不利影响。
空气作热汇时，除缺点（4）外，优缺点类似。
● 地下水和地表水
优点：
（1）冬季水温比当地气温高，夏季水温比当地气温低。
（2）水温比较稳定
（3）比热、密度比空气大。
缺点：
（1）热量采集不易。
（2）水对金属有一定腐蚀作用
● 土壤
深度在1.5m以上的土壤受太阳辐射和气温的影响。
深度在15m以下的土壤温度基本不变，约比当地年平均气温高1～2℃。
优点：温度适宜，比较稳定。
缺点：（1）需要有足够的埋管空地。
（2）埋地盘管传热系数小。
（3）水平式埋管对地面植被有影响。
● 太阳能
需用太阳能集热系统收集后再应用。初投资高。
● 废水、废气
建筑中的排水（污水）、排风都可作热泵的低位热源，温度比较适宜。
工业中温度不高的废水、废气等都可作热泵的低位热源。
第6章 溴化锂吸收式冷热水机组
6.1 吸收式制冷热泵的基本概念
● 吸收式制冷机的工作原理

吸收式与蒸气压缩式制冷机的比较
吸收式制冷机的两个循环：
制冷循环 G→C→EV→E→A
溶液循环 A→P→G→EV→A
吸收式制冷机的性能系数（又称热力系数）为

吸收式热泵的制热性能系数

因
因此
● 理想吸收式制冷的性能系数
设高温热源温度为T1（K），
低温热源温度为T2（K），
环境温度为Ts（K）。
吸收式制冷机的热力循环过程中分别与三个热源进行能量交换。
≥0
Qa+Qc=Qg+Qe
≥
≤·
·
是Ts、T2间逆卡诺循环制冷系数COPc；
是T1、Ts间卡诺循环的热效率ηc。
∴ ·ηc

● 溴化锂水溶液的热力性质图
溴化锂水溶液——水是制冷剂，溴化锂是吸收剂
溴化锂水溶液的压力-温度（P-t）图

溴化锂水溶液饱和状态下的压力—温度图
溴化锂水溶液的比焓-浓度（h-ξ）图

溴化锂水溶液比焓-浓度（h-ξ）示意图
6.2 单效溴化锂吸收式制冷机
● 流程与结构特点
流量

单效溴化锂吸收式制冷机流程图
结构形式

单效溴化锂吸收式制冷机结构形式（注：图中双向应改为双筒）
溴化锂吸收式制冷机保证真空的方法
真空泵抽气

真空泵抽气装置
自动抽气

自动抽气装置原理图
● 循环在h-ξ图上的表示

单效溴化锂吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示图中数字与图6-4中的数字对应
溶液循环过程：
（1）稀溶液的加热和预热过程，在h-ξ图上为1→2→3。
（2）蒸汽发生过程，在h-ξ图上为3→4→5。
（3）浓溶液冷却与节流，在h-ξ图上为5→6→7。

（4）吸收过程，在h-ξ图上为＞8→→9→1。
冷剂水循环过程：
（1）冷凝过程，在h-ξ图上为10→11。
（2）节流和蒸发过程，在h-ξ图上为11→12→→13→14。
● 热力计算
（1）制冷量（kW）

式中为冷剂水流量，kg/s;、分别为状态点14、12的比焓，kJ/kg；下同。
（2）冷凝器热负荷（kW）

（3）循环倍率与溶液流量
设稀溶液流量（kg/s），浓度为；
浓溶液流量（kg/s）,浓度为。

a称为循环倍率，发生1kg蒸汽需要稀溶液量；称放汽范围。

（4）吸收式热负荷（kW）

（5）发生器热负荷（kW）

（6）溶液热交换器负荷（kW）

（7）制冷性能系数

（8）吸收式热泵供热量（kW）

（9）吸收式热泵制热性能系数

6.3 单效溴化锂吸收式制冷机性能与调节
● 工作蒸汽压力对性能的影响

工作蒸汽压力变化的影响

与a、有关，变化很小。当工作蒸汽压力升高，放汽范围增加，a减小，增加；COP也增加。
单效机工作蒸汽压力一般控制在0.02～0.1MPa（表压）；热水温度控制在90～150℃，以防发生结晶。
● 冷却水温度与流量的影响

冷却水温度变化的影响
冷却水温度下降，放汽范围增加，a减小，增加；性能系数增加。
冷却水温度不能太低，以防发生结晶。
冷却水流量增加，其影响与水温下降一样。
● 冷冻水温度与流量的影响

冷冻水进口温度变化的影响
冷冻水温度下降，放汽范围减小，a增大，减小；性能系数降低。
冷冻水流量增加，制冷量变化不大。
● 其他因素影响
冷却水、冷冻水水质差，与COP减小。
不凝性气体存在，制冷量下降。
● 单效溴化锂吸收式制冷机的调节
（1）工作蒸汽调节法
（2）凝结水流量调节法
（3）冷却水流量调节法
（4）稀溶液流量调节法
6.4 双效溴化锂吸收式制冷机
● 流程与结构特点

双效溴化锂吸收式制冷机流程图
溶液并联循环：稀溶液分别送入高压发生器和低压发生器。

溶液串联循环流程图
溶液串联循环：稀溶液→高压发生器→低压发生器。
结构形式：三筒结构，双筒结构。
● 理论循环在h-ξ图上表示

双效溴化锂吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示

溶液串联循环溶液状态变化过程
● 制冷机的性能
工作蒸汽、冷却水和冷媒水参数的影响与单效制冷机相似。

制冷量、性能系数与工作蒸汽压力的关系

制冷量与冷却水进口温度、冷媒水出口温度的关系

制冷量与冷却水流量的关系

制冷量与冷媒水流量的关系
6.5 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组

直燃型溴化锂吸收式冷热水机组流程图
制冷工况冷剂水循环同双效溴机。
制冷工况溶液循环
HG（中间浓度溶液）→HHE→LG（浓溶液）→LHE→A（稀溶液）→LHE→HHE→HG
制热工况冷剂水流程
HG→V2→A→E
制热工况溶液循环
→SP→HG→V1→A
同时供冷供热的直燃机

另设热水器的直燃机
直燃机消耗燃料的发热量（kW）,获得制冷量（kW）或制热量，性能系数分别为

溶液泵消耗的功率一般很小，可忽略不计。
可根据燃料耗量（m3/s(燃气)或kg/s(燃油)）和燃料低位发热量（kJ/m3(燃气)或kJ/kg(燃油)进行计算

6.6 吸收式热泵
● 第一类吸收式热泵
利用高温热源的热量将低温热源的热量提高到中温。
实际很少应用。
● 第二类吸收式热泵
利用中温余热与低温热源的热势差，制取温度高于、但热量少于中温余热的热水。

第二类溴化锂吸收式热泵原理图
溶液循环
A（稀溶液）→HE→G（浓溶液）→SP→HE→A
冷剂水循环
G→RP→E（蒸汽）→A
吸收器的热负荷即为第二类吸收式热泵的供热量。
根据热平衡有

制热性能系数

∵
∴ 0.5
● 在h-ξ图上的表示

第二类溴化锂吸收式热泵理论循环在h-ξ图上的表示
6.7 溴化锂吸收式制冷机的适用性分析
● 溴化锂吸收式制冷机的特点
（1）溴化锂水溶液无毒、不燃烧，对环境无破坏作用；真空下运行，安全可靠。
（2）用电量少。
（3）振动小，噪声低。
（4）直燃机既可制冷又可制热。
（5）能耗高于电力驱动的制冷机。
各种冷水机组①每1000kW制冷量的一次能耗
冷水机组类型
离心式
螺杆式
多机头活塞式
单效溴化锂吸收式
双效溴化锂吸收式
直燃式
消耗能量
电（kW）
180.1
193.3
255.3
4.5
6.45
8.95
蒸汽（kg/h）

2173.5
1128.8

天然气（m3/h）

58.8
COP
5.55
5.17
3.92
0.72
1.35
1.33
一次能耗（kW）
562.8
604.1
797.8
2005.3
1079.5
741.6
一次能耗相对值
1
1.07
1.42
3.56
1.92
1.32
①各种冷水机组为同一公司生产的产品，并均选其中性能较优的机型。
（6）当溴机以燃煤锅炉生产的蒸汽驱动时，CO2排放量大，且有烟尘、SO2、NOx对环境污染。
（7）对气密性要求很严格。
● 溴化锂吸收式制冷机的适用场合
（1）有余热资源的场所。
（2）有天然气供应的城镇。
（3）集中式热电冷联供系统。
（4）建筑热电冷联供系统。
（5）其他应用场合。

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