【原】值得收藏：制冷基础原理与9个关键参数！

新用户6150vJiw 2025-04-02 发布于上海

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本文将从多角度、多层次剖析制冷过程中的基础知识与关键参数。

（示意图，不对应文中任何具体信息）

一、制冷技术概述

1.1 压力测量的三重维度

在谈及制冷技术之前，我们需要明确什么是“制冷（Refrigeration）”。广义上，它指的是利用物理或化学方法，将某一空间或物体的温度降至环境温度或更低温度的过程。现代最常见的制冷循环为蒸汽压缩式制冷循环，其核心组件包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，配合制冷剂在系统中不断循环流动，通过吸热与放热实现降温目的。

在制冷工程中，常见的物理量和技术指标有以下几类：冷吨(RT)、功率(W)、温度、压力(P)、饱和温度与饱和压力、过热度与过冷度、蒸发压力（温度）、吸气/排气压力（温度）、冷凝压力（温度）、传热温差以及焓湿图（Enthalpy-Humidity Chart）等。下文将逐一解析。

二、冷吨(RT)——制冷量的传统衡量单位

2.1 冷吨的由来

“冷吨”（Refrigeration Ton，简称RT）是北美传统制冷行业最常用的一种单位，早期也称为“英制冷吨”。其定义与“融化一吨冰所需的热量”紧密相关。1 RT等于在24小时内融化1短吨（约2000磅）的冰所吸收的热量。经过换算，1 RT ≈\approx≈ 3.51685 kW（在制冷量方面）。

在制冷工程的历史发展中，由于早期大量使用天然或人造冰作为制冷手段，因此“冷吨”便成为了一个直观、形象的衡量单位。时至今日，尽管国际单位制（SI）中的瓦特（W）更为普及，但冷吨在美洲地区和部分工业领域仍然十分常见。

2.2 RT与kW的比较

1 RT ≈\approx≈ 3.51685 kW

在许多项目说明书或技术规范中，可能同时会列出RT和kW两个值，以方便不同单位制使用者的理解和对照。

需要注意的是，“1 RT”或“3.51685 kW”指的是制冷量（Refrigeration Capacity），也就是设备在单位时间内从低温区域吸走的热量。而真正在国际单位制下，热量功率的单位是kW（千瓦）。

三、功率(W)——制冷系统的能量衡量基准

3.1 制冷量与输入功率

在制冷领域，瓦特（W）不仅用来表征系统输出的制冷量（Cooling Capacity），也用于描述压缩机输入的电机功率（Shaft Power）。例如，一台制冷设备可能标称“制冷量 7 kW /输入功率 2 kW”，这意味着该设备在标准工况下，每秒钟可以从低温空间吸收7000焦耳的热量，但它只需要2000焦耳/秒的电能输入。

3.2 效率与性能系数

为了衡量制冷系统的节能水平，通常需要用到“能效比（Energy Efficiency Ratio, EER）”或“性能系数（Coefficient Of Performance, COP）”等指标。其计算公式简述如下：

（1）EER

EER=制冷量 (Btu/h)输入功率 (W)EER = \frac{\text{制冷量(Btu/h)}}{\text{输入功率 (W)}}EER=输入功率 (W)制冷量 (Btu/h)

在我国有时使用符号EER或APF，不同国家标准定义略有差异。

（2）COP

COP=制冷量 (W)输入功率 (W)COP = \frac{\text{制冷量 (W)}}{\text{输入功率 (W)}}COP=输入功率 (W)制冷量 (W)

对于制热功能（热泵），同样可以定义制热COP（暖通空调行业通常称之为COP_heating）。

数值越高意味着系统运行效率越好。然而，要获得高效的制冷系统并非只靠增加硬件配置，还须要在制冷剂类型、换热器设计、系统运行工况等方面进行精细化优化。

四、温度——制冷过程中的核心驱动力

温度（Temperature）是制冷领域首要关注的因素。任何制冷循环的设计目标都是使被冷却物体或空间的温度降至预期值，从而达到保鲜、空调或工业工艺需求。在制冷工艺中，需要理解多种温度概念：

（1）环境温度：指制冷系统工作所在的外部环境（或机房）的温度。

（2）蒸发温度（Evaporation Temperature）：指制冷剂在蒸发器中完成相变（由液相变成气相）的饱和温度。

（3）冷凝温度（Condensation Temperature）：指制冷剂在冷凝器中由气相变成液相的饱和温度。

（4）吸气温度与排气温度：压缩机的入口和出口温度，这些温度直接反映了系统的运行状况。

在工业设计和实际应用中，温度越低，一般意味着制冷剂在更低压力下蒸发，需要消耗更多的功来完成制冷过程；同理，冷凝温度越高，也会导致更多的能耗。

五、压力(P)——制冷循环的关键变量

压力（Pressure）是制冷系统另一关键变量，其大小直接影响制冷剂的相变过程及循环效率。制冷工程中常用到绝对压力（Absolute Pressure）和表压力（Gauge Pressure）两种概念。绝对压力以绝对真空为起点，而表压力是以大气压力为基准。

5.1 压力与制冷剂流动

蒸汽压缩式制冷循环本质是利用压缩机将制冷剂的压力和温度提升到高于环境温度，从而实现制冷剂放热冷凝（高压侧）。随后，通过节流阀或膨胀阀将压力骤降，使制冷剂在蒸发器处吸热蒸发（低压侧），带走被冷却物的热量，实现连续循环。

5.2 常见压力范围

蒸发压力：低压端，通常小于大气压或略高于大气压（取决于制冷剂种类与目标蒸发温度）。

冷凝压力：高压端，往往显著高于大气压，以便制冷剂能在冷凝器中放热且保持液相。

六、饱和温度与饱和压力——相变过程的标志

在制冷剂循环中，液相与气相的相变是核心过程，而饱和温度（Saturation Temperature）和饱和压力（Saturation Pressure）就是这一过程的关键特征量。当制冷剂处于“饱和状态”时，液相和气相同时共存，其温度与压力满足特定对应关系。任意给定一种纯制冷剂，都有一条对应的饱和曲线（Saturation Curve），可在焓-湿图（或压力-焓图）上查阅。

当压力一定时，饱和温度是唯一的；同理，当温度一定时，饱和压力也是唯一的。

蒸发器内制冷剂的相变由液相转为气相，饱和状态点通常是“蒸发温度与蒸发压力”的交点。

冷凝器内气相向液相的相变过程同样涉及一个“冷凝温度与冷凝压力”的对应点。

七、过热度与过冷度——保障系统安全与效率的关键

7.1 过热度（Superheat）

（1）定义：指气态制冷剂温度超过相应饱和温度的程度。

（2）公式：过热度=Tgas−Tsat\text{过热度} = T_{\text{gas}} - T_{\text{sat}}过热度=Tgas−Tsat其中，TgasT_{\text{gas}}Tgas为实际气体温度，TsatT_{\text{sat}}Tsat为相同压力下的饱和温度。

合理的过热度可以避免压缩机吸入湿蒸汽，否则可能对压缩机内部零部件造成液击（液态制冷剂对压缩机活塞或涡旋盘的冲击）或加剧润滑油乳化。典型的过热度在5~10K之间较为常见，具体取决于系统设计和制冷剂类型。

7.2 过冷度（Subcooling）

（1）定义：指液态制冷剂温度低于相应饱和温度的程度。

（2）公式：过冷度=Tsat−Tliquid\text{过冷度} = T_{\text{sat}} - T_{\text{liquid}}过冷度=Tsat−Tliquid其中，TliquidT_{\text{liquid}}Tliquid是制冷剂实际液体温度，TsatT_{\text{sat}}Tsat是该压力下的饱和温度。

提高过冷度能确保节流阀前的制冷剂完全处于液态，从而减少闪发气体对系统效率的损害。合适的过冷度能够增大理论制冷量并提高系统COP。但若过冷度过大，会增加额外的换热负担，且可能无法取得较高的整体经济效益。

八、蒸发压力(温度)、吸气压力(温度)、排气压力(温度)、冷凝压力(温度)

8.1 蒸发压力与吸气压力

在多数文献和使用说明中，蒸发压力（Evaporation Pressure）与吸气压力（Suction Pressure）常被混为一谈。原因是二者非常接近：压缩机入口处的压力就是从蒸发器出来的制冷剂所保持的压力。理想状况下，蒸发器压力与吸气压力相等。但在实际系统中，管路阻力、阀门及其他附件会造成微小压降，故吸气压力略低于蒸发器出口压力。

8.2 冷凝压力与排气压力

类似地，排气压力（Discharge Pressure）通常与冷凝压力（Condensation Pressure）相近。在系统设计中，若冷凝器、排气管道或阀件存在显著压力损失，则排气压力会略高于冷凝器压力。制冷工程师在设计或调试系统时，通过对排气压力与冷凝压力的测量与比较，可以判断管道是否有堵塞或其他异常。

8.3 温度和压力双重影响

将“蒸发/吸气/排气/冷凝”四大压力与对应温度综合分析，可以得到制冷系统热力学循环的完整框架。系统效率、能耗、运行稳定性都与这些关键参数息息相关。

九、传热温差——换热器设计与系统效率的关键

制冷系统中的换热器（包括蒸发器和冷凝器）是实现制冷剂与外部介质（如空气、水、乙二醇溶液等）之间热量传递的核心部件。而“传热温差”是换热器设计与性能评估的关键指标。

（1）定义：传热温差指换热器两侧介质（制冷剂与空气/水）之间的温度差。

（2）传热机理：热量从高温物体传递至低温物体，换热器的效率与传热面积、传热系数及温差大小密切相关。

（3）设计与优化：过大的温差意味着能量可以迅速传递，却会导致冷凝压力或蒸发压力过高/过低，从而影响系统能耗；过小的温差又意味着换热器体积可能需要增大才能满足制冷量需求。因此，确定合适的传热温差需要在设备投资成本和能耗之间进行折中。

十、焓湿图（Enthalpy-Humidity Chart）与系统分析

10.1 焓湿图的构成

在空调制冷工艺中，湿空气的处理也是

至关重要的一环。焓湿图（Psychrometric Chart）是描绘湿空气各种热物理性质的图表，横坐标通常是含湿量（W, kg/kg干空气），纵坐标或斜坐标是空气的焓值（h, kJ/kg干空气）或温度。曲线则表示相对湿度（RH，%）等参数。通过焓湿图，可以直观分析空气在冷却、除湿、加热、加湿等过程中的状态变化。