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製冷是指用機械方法,從一個有限的空間內取出熱量,使該處的溫度降低到所要求的程度。這個過程是靠熱傳遞來完成的。有關製冷的一些常用名詞術語簡單介紹如下:1.1 溫度溫度被用來表示物質冷與熱的程度,溫度的高低的程度可用溫度計來度量,如玻璃溫度計,管內的液體受熱後膨脹,液麵升高,冷卻收縮後,液麵降低,液麵的高低表示溫度的高低程度。下麵簡要介紹表示溫度值的幾種標準。
a.攝氏溫標 在標準大氣壓下,把水的冰點作為0度,沸點作為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℃表示。
b.華氏溫標 在標準大氣壓下,把水的冰點定為32度,而沸點定為212度、二者之間均衡的刻成180格,每格為l度,以符號oF表示。
c.開氏溫標(又稱絕對溫標) 它以攝氏溫標為基礎、把水的冰點定為273.16度,水的沸點定為373.16度,理論上把物質中分子全部停止運動之點作為0度,以符號K表示。
常用溫標是攝氏、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:
開氏與攝氏的關係:
T= t + 273.16
式中: T:開氏溫標,K; t:攝氏溫標,oC。
1.2熱量物體溫度的高低表示了物體的物質分子熱運動劇烈的程度,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。當溫度不同的兩個物體相接觸時,兩者溫度逐步趨於一致,發生了熱能從溫度較高的物體向溫度較低的物體轉移,此時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 在標準大氣壓力下,將 l克的水加熱或冷卻,其溫度升高或降低l ℃時,所加進或除去的熱量稱為l卡,以符號 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。具符號為kcal。
b. 英熱單位在標準大氣壓下,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,所加進或除去的熱量稱為一個英熱單位,其符號為Btu。
c. 焦耳
在國際單位製中,取熱量單位與功的單位一致,以焦耳表示。焦耳相當於用1N(牛頓)的力,共作用點在力的方向上移動l m(米)所做的功。因此,在國際單位製中,焦耳是功和能的單位,采用這種單位使計算簡化,焦耳的符號為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)
1 美國冷噸=3024 kca1/h(千卡/時)
1日本冷噸=3320 kca1/h(千卡/時)
1.3 比熱
任何物質當加進熱量,它的溫度會升高。但相同質量的不同物質,升高同樣溫度時,其所加進的熱量是不一樣的。為相互比較,把l kg水溫度升高1 ℃所需的熱量定為4.19kJ。以此作為標準,其它物質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 ℃隻需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)
4.19 氨(液體) 4.609
2.095 氨(氣體) 2.179
玻璃 0.754 空氣(幹) 1.006
0.390    
0.461    
 
知道材料比熱值,就能計算出對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: 水的質量,kg; c:水的比熱kJ(kg·K);D t:溫度差值 K。
1.4 顯熱對固態、液態或氣態的物質加熱,隻要它的形態不變,則熱量加進去後,物質的溫度就升高,加進熱量的多少在溫度上能顯示出來,即不改變物質的形態而引起其溫度變化的熱量稱為顯熱。如對液態的水加熱,隻要它還保持液態,它的溫度就升高;因此,顯熱隻影響溫度的變化麵不引起物質的形態的變化。例如機房中、其計算機或程控交換機的發熱量很大,它屬於顯熱。
1.5 潛熱
對液態的水加熱,水的溫度升高,當達到沸點時,雖然熱量不斷的加入,但水的溫度不升高,一直停留在沸點,加進的熱量僅使水變成水蒸氣,即由液態變為氣態。這種不改變物質的溫度而引起物態變化(又稱相變)的熱量稱為潛熱。如計算機房中、工作人員人體發熱以及換氣帶進來的空氣含濕量,這些熱量稱為潛熱。(全熱等於顯熱與潛熱之和。)
1.6 壓力氣體由分子組成,億萬分子在無規則的運動中,頻繁撞擊容器內壁,在內壁單位表麵積上垂直產生的力稱為壓力。在工程中測量氣體壓力的常用單位是:千克/厘米2、或為mmHg(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單位地球表麵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、氣候的變化稍有高低。由於大氣壓力不同,空氣的物理性質和反映空氣物理性質的狀態參數均要發生變化。所以,在空氣調節的設計和運行中,要考慮當地氣壓的大小,否則會造成一定的誤差。
壓力分三種:用儀表測定的壓力(稱工作壓力,即表壓力)、當地大氣壓和絕對壓力。其相互關係:
絕對壓力=當地大氣壓十工作壓力
隻有絕對壓力才是濕空氣的狀態參數。
b.水蒸汽分壓力與飽和水蒸汽分壓力
在濕空氣中,水蒸汽單獨占有濕空氣的容積,並且有與濕空氣相同溫度時所產生的壓力,稱為水蒸汽分壓力,用Pq表示。
濕空氣是幹空氣和水蒸汽組成的混合氣體,因此濕空氣的總壓力應由幹空氣分壓力 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就是當地大氣壓力B。
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。當水蒸汽含量超過某一限量時,多餘的水蒸汽就會凝成水析出。這說明,此時,濕空氣中的水蒸汽含量達到最大限度、該濕空氣處於飽和狀態,稱飽和空氣;此時相應的水蒸汽分壓力稱為飽和水蒸汽分壓力。該壓力僅取決於溫度,溫度越高,其壓力值越大。
於此同時,壓力和沸點的關係也很大,降低壓力能使液體的沸點降低,增加壓力則使沸點升高。因此每一個作用於液體的壓力就有一個對應的沸點。例如1.0133×l05Pa下。水在 100℃時沸騰;若壓力升高到2.41×105Pa,水的沸點為138℃;若壓力降低到0.43×105Pa,水的沸點為84.5℃。在製冷係統中,用控製蒸發壓力來達到控製蒸發溫度的目的。
1.7 蒸發與沸騰
蒸發是指在液體自由表麵進行氣化的過程。例如,水的蒸發。衣服的涼幹過程。蒸發是由於液體表麵上具有較高能量的分子克服液體分子的引力、穿出液麵到達空間而形成的。在相同環境下、液體溫度越高,則蒸發越快。製冷工程中,許多問題都涉及到蒸發過程,例如冷卻塔及空調中的加濕與幹燥過程等。紅外加濕器的加濕屬表麵蒸發過程。
沸騰是指液體內部產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。在整個沸騰過程中,液體吸收的熱量全部用於自身的容積膨脹與相變,故氣液溫度保持不變。如電極加濕器屬於沸騰過程。
1.8 導熱係數(亦稱熱導率)
導熱係數是表示一種材料傳導熱量能力的一個物理量。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境中,可立即感覺到銅塊溫度升高,而對軟木塊則在短時間內感受不到。這說明兩種材料對熱量傳導的能力不同,把這種材料對熱量的不同傳導能力以數字表示就稱為導熱係數,其數值等於:當材料層的厚度為 l m,兩邊溫度差為1 ℃,在 1 h內通過 l m2表麵積所傳導的熱量,以符號l 表示,單位是 kcal/mh℃,國家法定單位是 W/mK或用 J/mhK表示,它們之間的換算關係是:1W/mK = 0.860 kcal/mh℃。
不同材料有不同導熱係數,它與材料的成份、密度、分子結構等因素有關。
同一種材料,影響其導熱係數的主要因素是密度和濕度。密度大則導熱係數大,濕度大則導熱係數亦大。
1.9 放熱係數
當凍結一種物質時,如在表麵吹風則它的凍結速度比不吹風時快。表示這種不同物質之間在不同狀態下換熱能力的物理量稱為放熱係數,其數值等於每小時、每平方米麵積上,當流體和固體壁之間的溫度差為 l ℃時所傳遞的熱量。以符號a表示,其單位為 kcal/(m2h℃),國際單位製是 W/(m2 k)或 J/(m2h℃)、兩者之間換算關係為:1W/(m2K)=0.860kcal/(m2h℃)
1.10 傳熱係數
熱量從高溫側流體透過平壁轉移到低溫側流體。
這種熱量傳遞的能力除與兩側溫差、傳熱麵積的大小有關外,還與平壁的導熱係數,平壁的厚度及壁麵兩側的放熱係數有關。
把所有因素列成一個方程式,即:
Q=KFD t (kJ/h)
式中:Q:傳遞的熱量(kJ/h);F:平壁的表麵積(m2);D t :溫差 D t=t1-t2(℃);
K:傳熱係數 kJ/(m2h℃)
K為傳熱係數,它數值上等於當兩側溫差 l℃時、l h通過 l m2傳熱麵積,從一側熱流體傳到另一側冷流體所傳遞的熱量。單位是kJ/(m2h℃)或 W/(m2k)。
1.11 比容和密度
單位容積的濕空氣所具有的質量稱為密度。用符號r 表示,即:
而單位質量的濕空氣所占有的容積稱為比容,用符號 V表示,即:
式中: m:濕空氣的質量,單位為 kg;
v:濕空氣占有的容積,單位為 m3。
兩者互為倒數,因此,隻能視為一個狀態參數。
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.絕對濕度
l m3濕空氣中含水蒸汽的質量。符號為Z,單位為 kg/m3,即:
式中:mq:水蒸汽質量,單位為kg;
V:水蒸汽占有的容積,即濕空氣的容積,單位為 m3。
絕對濕度使用起來不方便。它不能直接反映出濕空氣的幹濕程度。
b. 含濕量
每公斤幹空氣所含有水蒸汽量稱為含濕量,符號為d,單位為 kg/kg(幹),即:
式中:mq:濕空氣中水蒸汽質量,單位為kg; mg:濕空氣中幹空氣質量,單位為kg。b.相對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,稱為相對濕度。用符號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,表示空氣較幹燥,反之,空氣較潮濕。當j =0時,為幹空氣;j =100%時,為飽和空氣。從j 值大小可直接看出空氣的幹濕程度。 j 和d都是表示空氣的濕度參數,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 露點溫度
在一定大氣壓力下,含濕量不變時空氣中的水蒸汽凝結為水(凝露)的溫度。在d不變時,空氣溫度下降,由未飽和狀態變為飽和狀態,此時空氣的相對濕度j = 1O0%。在空調技術中,把空氣降溫至露點溫度,達到除濕幹燥空氣的目的。
1.14
焓是濕空氣的一個重要參數。是一個內能與壓力位能之和的複合狀態參數。
在空調過程中,濕空氣的狀態經常發生變化,焓可以很方便確定該狀態變化過程中的熱交換量。濕空氣的變化過程是定壓過程,焓差等於熱交換量,即:
t D h=D Q=cmD t
式中:D h:焓差 kJ/kg(幹) D Q:熱交換量 kJ/kg m:濕空氣的質量 kg c:濕空氣的定壓比熱 kJ/(kg℃)1.15 靜壓、動壓、全壓
在選擇空調或風機時,常常會遇到靜壓、動壓、全壓這三個概念。根據流體力學知識,流體作用在單位麵積上所垂直力稱為壓力。當空氣沿風管內壁流動時,其壓力可分為靜壓、動壓和全壓,單位是 mmHg或 kg/m2或 Pa,我國的法定單位是 Pa。
a. 靜壓(Pi)
由於空氣分子不規則運動而撞擊於管壁上產生的壓力稱為靜壓。計算時,以絕對真空為計算零點的靜壓稱為絕對靜壓。以大氣壓力為零點的靜壓稱為相對靜壓。空調中的空氣靜壓均指相對靜壓。靜壓高於大氣壓時為正值,低於大氣壓時為負值。
b. 動壓(Pb)
指空氣流動時產生的壓力,隻要風管內空氣流動就具有一定的動壓,其值永遠是正的。
c. 全壓(Pq) 全壓是靜壓和動壓的代數和: Pq=Pi十Pb 全壓代表 l m3氣體所具有的總能量。若以大氣壓為計算的起點,它可以是正值,亦可以是負值 

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