制冷工质的热力状态参数

在制冷循环中，工质不断地进行着热力状态变化。描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参
数，简称状态参数。一定的状态，其状态参数有确定的数值。工质状态变化时，初、终状态参数之间的差值，
仅与初、终状态有关，而与状态变化的过程无关。
制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。这些参数对于进行制冷循环的分析
和热力计算，都是非常重要的。
1、温度 温度是描述热力系统冷热状态的物理量，它的高低反映物体内部分子无规则运动的剧烈程度，
是标志物体冷热程度的参数，是物体状态基本参数之一。
物体的温度可采用测温仪表来测定。为了使温度的测量准确一致，就要有一个衡量温度的标尺，简称温标，
工程上常用的温标有：
1、摄氏温标 又叫国际百度温标，常用符号t 表示，单位为℃。
2、绝对温标 常用符号T 表示，单位为开尔文（代号为K）。
3、华氏温度 常用℉表示，它是欧美习惯用的一种温标，它规定纯水冰点为32℉，沸点为212℉，两定点
之间为180 等分，每一等分为华氏1℉。
绝对温标与摄氏温标仅是起点不同而已（t=0℃时，T=273.16K），它们每度的温度间隔确是一致的。在工程
上其关系可表示为：
T=273+t（K）
华氏温标与摄氏温标关系表示为：
F=
5
9
t℃＋32（℉）
例：摄氏20℃，相当于多少绝对温度及华氏温度？
解：T=t+273=20+273=293K
F=
5
9
t℃＋32=
5
9
*20+32=68℉
2、压力 压力是单位面积上所承受的垂直作用力，常用符号P 表示。压力的大小取决于分子热运动情况，
在一定的容积内，分子运动剧烈，压力就高，反之就低。压力也是物体重要的状态参数。
压力可用压力表来测定。在国际单位制中，压力单位为帕斯卡（Pa），实际应用时也可用兆帕斯卡（MPa）或
巴（bar）表示,1MPa=106Pa 而1bar=105 Pa。在工程上，压力的单位也用kgf/cm2 或mmHg 表示。
压力的标记有绝对压力、表压力和真空度三种情况。绝对压力是指容器中气体的实际压力，用符号P 表示；
表压力（PB）是指压力表（或真空表）所指示的压力；而当气体的绝对压力比大气压力（B）还低时，容器内的
绝对压力比大气压力低的数值，称为真空度（PK）。三者之间的关系是：
P=PB+B 或 P=B-PK
作为工质的状态参数应该是绝对压力，而不是表压力或真空度。制冷系统的计算需用绝对压力，在查阅制
冷技术有关的图表时，其图表所注明的压力一般为绝对压力。制冷系统中压力表所测得的读数必须经过换算。
3、比容 比容是指单位质量工质所占有的容积，用符号υ表示，常用单位为m3/kg。
4
比容是说明工质分子之间密集程度的一个物理量。比容这个参数，在选取蒸发器和贮液器的大小以及计算
压缩机的排汽量时，都要用到它，也是基本参数。比容的大小与压力、温度有关。压力一定时，温度不同比容
不同。温度一定时，压力不同比容也不同。
比容的倒数为工质的密度，即单位容积工质所具有的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m3。比容和密度之间
互为倒数关系。
4、内能 内能是工质内部所具有的分子动能和分子位能的总和，用符号ｕ表示。
分子动能包括分子的直线运动动能、旋转运动动能和分子内部振动能三项，其大小与气体的温度有关。而分
子位能的大小与分子间的距离有关，亦即与工质的比容有关。
既然气体的内动能决定于气体的温度、内位能决定于气体的比容，所以气体的内能是其温度和比容的函数。
也就是说内能是一个状态参数。
5、焓 焓是一个复合的热力状态参数，表征系统中所有的总能量，它是内能与压力之和。对１kg 工质而言，
可表示为：
ｈ＝ｕ＋Pυ （kJ/kg）或（kcal/kg）
式中 ｈ— 焓或称比焓（kJ/kg 或kcal/kg） υ— 比容（m3/kg）
ｕ— 内能（kJ/kg 或kcal/kg） P— 绝对压力（N/m2 或Pa）
在工程单位制中，压力单位常用工程气压、物理大气压和毫米水柱等单位。
由于内能和压力位能都是温度的参数，所以焓也是状态参数。确切地说，焓是一定质量的流体，从某一初
始状态变为任一热力状态所加入的总热量。
6、熵 熵是一个导出的热力状态参数，熵的中文意义是热量被温度除所得的商，熵的外文原名意义是“转
变”，指热量可以转变为功的程度，它表征工质状态变化时，与外界热交换的程度。熵是通过其他可以直接测量
的数量间接计算出来的。
热力学第二定律说明：
⑴、热量不能自发地，不付代价地从低温物体传向高温物体。
⑵、要使热量全部而且连续地转变为机械功是不可能的。
制冷是使热量从低温物体转移到高温物体，根据热力学第二定律，必需消耗一定的外界功，这个功就是压缩机
所耗的动力。
关于熵的含义：热力学第二定律说明热量的传递有方向性，对于具有一定温度T 的一系统，有热量q 可以
交换，但这个热量是从系统放出还是向系统中加入，希望有一个数学方式表示传递的方向，由此引出熵的概念，
用符号S 表示，其表达式为S=△q/T。
因为绝对温度T 值总是大于零的，故熵值的增加，表示对系统加热，熵值减少，表示系统放热，熵值为零，
侧说明系统没有与外界进行热交换，并称这个过程为绝热过程。绝热压缩就是等熵过程。在理想制冷循环中，
我们一般把压缩机的压缩作为绝热压缩。
二、制冷的一些基本定义
1、比热 任何物质当加进热量，它的温度会升高。但相同质量的不同物质，升高同样温度时，其所加进
的热量是不一样的。为相互比较，把1kg 水温度升高1℃所需的热量定为4.19KJ。如把1kg 水温度升高1℃需
4.19KJ 热量，我们把水的比热值定为4.19KJ/kg℃作为标准，其它物质所需的热量与其质量和温度的比值称为
比热。例如：1kg 铜温度升高1℃所需的热量为0.39KJ，即铜的比热为0.39KJ/kg℃。比热一般用C 表示，单位
为KJ/kg℃。
2、导热系数 导热系数是表示一种材料传导热量能力的一个物理量，如二块同样厚的材料，一块是铜块，
一块是软木块，把它们放在比本身温度高的环境中，铜块立刻感觉到温度升高，而软木块在短时间内感觉不到。
5
这说明二种材料对热量传导的能力不同，把这种材料对热量的不同传导的能力以一个数值表示称为导热系数，
其数值等于：当材料厚度为1m，二边温差为1℃，在1h 内通过1m2 表面积所传导的热量，以符号λ表示，单位
为w/m.k。
不同材料有不同的导热系数，它与材料的成分、密度。分子结构等因数有关。
同一种材料影响导热系数的主要因数是密度和湿度，密度大则导热系数大，湿度大则导热系数亦大。
3、放热系数 当冻结一块实物时，如在表面吹风则它的冻结速度比不吹风时快，表示这种不同物质（如实
物是固体、空气是流体）之间在不同状态下换热能力的物理量称为放热系数。其数值等于1h、每1m2 面积上，
当流体和固体壁之间的温度差为1℃是传递的热量。用符号α表示，单位为w/m2.k。
4、传热系数 热量从高温侧流体透过平壁转移到低温侧流体，这种热量传递的能力除与二侧温差、传热面
积的大小有关外，还与平壁的导热系数、平壁的厚度及壁面两侧的放热系数有关。
通过平壁的传递的热量可以用公式表示为：
Q＝KF△t（KJ/h） 式中：Q－－传递的热量 F—平壁的表面积
△t－－温差（平壁两侧温差）、△t＝t1-t2
K—传热系数
K＝
Σ 2
1
1
1
1
α
＋
λ
δ
＋
α
式中： α1、α2—平壁两侧放热系数 δ—平壁的厚度
λ—平壁的导热系数
5、湿度 空气的潮湿程度以湿度表示。潮湿度的大小随空气中水汽含量而定。按用途不同，湿度有三种表
示方法：
⑴ 绝对湿度 每立方米湿空气中含有水汽的质量称为空气的绝对湿度。设湿空气的体积为Vm3，其中水汽
的质量为GCkg，则绝对湿度Z=GC/V（kg/m3）
⑵ 含湿量 湿空气在状态变化过程当中，由于水份的蒸发和凝结，其体积和质量是变化的，即使湿空气
中水汽含量不变，由于温度变化其体积亦随着改变。绝对湿度是以体积V 作为参数的，这样绝对湿度也随着变
化，所以用它不能反映湿空气中水汽含量的多少。干空气在状态变化过程当中其质量是不变的。以1kg 干空气
中带有的水汽量（一般用g）表示湿空气的湿度，称为含湿量，用符号d 表示：
d＝1000 GC/ Gg （g/kg）
公式中表示1kg 干空气中带有dg 的水汽。
在空调中含湿量是重要的参数，它反映了空气中水汽含量的多少。任何的空气状态变化过程都可用含湿量
的增减来判断空气是加湿还是干燥处理，在计算中要经常用到它。由含湿量d 和焓h 制成的湿焓图是空调计算
的基本线图。
⑶ 相对湿度（φ） 空气在容纳水汽方面具有这样一种物理性质：即在一定温度下，一定量的空气中只
能容纳一定限度的水汽量，如果超过这一限度，多余的水汽就在空气中凝结成雾。这种一定限量的水汽量称为
饱和湿度。在饱和湿度下相应的有饱和水汽分压PCB、饱和绝对湿度ZB 与饱和含湿量dB，它们随空气湿度的高低
而不同。
一定温度下的空气所带有的水汽量，达到该温度下的最大值时称为饱和空气。能接受一定量水汽的空气称
为未饱和空气。未饱和空气的绝对湿度Z 小于同温度下的饱和绝对湿度ZB。相对湿度即Z 和ZB 的比值，用它反
映空气的潮湿程度。
φ＝Z/ZB*100％
空调中相对湿度是衡量空气潮湿程度对人和生产是否适宜的一个指标。
6
6、湿球温度 当温度计的感温球与空气直接接触，测出的空气温度称为空气的干球温度。如果用带有水份
的湿纱布包在温度计的感温球上，所测的温度称为湿球温度。
湿球温度是纱布中的水在与周围空气进行热、湿交换达到最终稳定状态时的温度。在一定空气温度下，空
气的相对湿度越小，空气的吸湿能力越大，此时纱布中的水份蒸发越快，水份蒸发所需的汽化热越多，湿球温
度降得越低，此时干球温度和湿球温度之差越大。反之，温差越小。因此干湿温度差可以确定空气相对湿度的
大小。
7、露点温度 某物体被降温时，在其表面会出现凝结水，这是由于临近这些表面的空气含湿量超过了饱和
含湿量，空气中的水汽就凝结出来。对应于水汽凝结出来时饱和含湿量的温度称为露点温度。这样只要知道空
气的含湿量d，根据空气性质表查出饱和含湿量dB 等于这个d 值时所对应的温度，就是这时空气的露点温度。
8、饱和温度及饱和压力 在密闭容器中的液体，其表面不断产生汽化现象，由于蒸气相互作用以及容器壁
面、液体表面碰撞，在气体开始时，其中的一部分蒸气又变为液体。汽化时产生的蒸气大于由蒸气变为液体的
数量。经过一段时间后，从液体变为气体的量等于气体变为液体的量，这时的状态称为饱和状态。处于饱和状
态下的蒸气（液体）称为饱和蒸气（液体），所表现的温度、压力称为饱和温度和饱和压力。在制冷系统中，同
一制冷剂，一个饱和温度对应一个饱和压力，在制冷剂热力性质表中可以查到。例如：当氨的冷凝温度为30℃
时，对应的冷凝压力为1.67MPa，当氨的蒸发压力为0.1MPa 时，其蒸发温度为-33.4℃。
9、过热蒸气 在一定压力下，温度高于饱和饱和温度的蒸气，称为过热蒸气。制冷压缩机排气管处的蒸气
温度，一般高于饱和温度，是过热蒸气，过热蒸气的温度与压力没有对应关系。如氨压缩机的排气压力为
1.167MPa，测得其温度为78℃。从氨的热力性质表上查得，当压力为1.167MPa 时对应的饱和温度为30℃。因
此排气管的蒸气为过热蒸气。
过热蒸气的温度超过饱和温度的数值称为过热度。
制冷压缩机吸入的蒸气一般都是过热蒸气，即蒸气的温度高于相应压力下的饱和温度。在制冷压缩机的操
作中，一般要求压缩机的吸入过热度为5～10℃。
10、蒸发 蒸发是指液体表面分子汽化变成蒸气分子的过程。在自然界，所有液体都具有蒸发能力。蒸发
过程的快慢与蒸发的条件有很大关系。实践证明同一蒸发液体蒸发面积愈大，蒸发就快；当液体温度升高时，
蒸发过程也快；液体表面上方的气体排走得愈快，蒸发也快；当液体蒸发压力与周围空间压力形成压差，其压
差愈大，蒸发也快。
由于物质不同，液体分子克服的引力也不同，所以蒸发的快慢还与物质的性质有关。如氨液比水蒸发的快，
水又比油蒸发的快。
液体被加热到某一温度时，其内部气泡上升到表面破裂而放出蒸汽，这种液体表面的强烈汽化现象叫做沸
腾。沸腾的液体温度叫沸点。沸腾与蒸发是有区别的。沸腾是在一定压力下，只有达到与此压力相对应的一定
温度时才能进行。而蒸发是在任何温度、任何压力下都可能发生。在制冷工程当中，往往把蒸发与沸腾理解为
一回事，统称为蒸发。