220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計（含CAD圖紙和說明書）
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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
題目 220升空氣源熱泵（空氣能）熱水器設(shè)計
專業(yè) 學(xué)號 姓名
一、原始資料及技術(shù)條件
1. 貯水箱容積220L；
2. 熱源是空氣；
3. 加熱方式空氣源熱泵；
4. 初始進(jìn)水溫度15℃；
5. 額定出水溫度55℃；
6. 出水溫度60℃；
7. 產(chǎn)水率(L/H)220；
8. 熱泵系統(tǒng)類型空氣能；
9. 電壓(V)220V/50HZ 380V/50HZ
二、主要內(nèi)容
本論文通過研究220L空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)，循環(huán)熱力計算，冷凝器、蒸發(fā)器以及壓縮機(jī)等的設(shè)計和計算得出以下結(jié)論：
1、如何高效、節(jié)能、安全制取衛(wèi)生熱水是十分重要的，而研究220L空氣源熱泵熱水器，則具有重要現(xiàn)實意義和重大經(jīng)濟(jì)價值。
2、機(jī)組設(shè)計中，包括了翅片式蒸發(fā)器的設(shè)計，套管式冷凝器的設(shè)計，壓縮機(jī)、熱力膨脹閥、風(fēng)機(jī)、電磁閥、氣液分離器、干燥過濾器、液視鏡、儲液罐、壓力控制器、高壓控制器等設(shè)備部件的選型計算。
3、工程系統(tǒng)設(shè)計，進(jìn)行了保溫水箱設(shè)計，水泵、管道的選型設(shè)計，工程控制方案的設(shè)計，以及熱泵工程安裝與調(diào)試設(shè)計。
三、基本要求
1. 認(rèn)真進(jìn)行實習(xí)(調(diào)研)、完成實習(xí)(調(diào)研)報告。
2. 閱讀文獻(xiàn)寫出文獻(xiàn)綜述。
3. 按統(tǒng)一格式完成開題報告。
4. 閱讀英文文獻(xiàn)，并譯成中文(不少于5000漢字)。
5. 規(guī)范繪制圖樣，上機(jī)繪圖不少于二張裝配圖、一張零件圖。
6. 英中文對照摘要，中文不少于400 字。
7. 按統(tǒng)一格式編制設(shè)計說明書，不少于 30000字。
8. 有全部設(shè)計的紙介質(zhì)文檔和電子文檔。
四、主要參考資料
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完 成 期 限：
指導(dǎo)教師簽章：
專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：
開題報告表
課題名稱
220升空氣源熱泵(空氣能)熱水器設(shè)計
課題來源
橫向
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
學(xué) 號
專 業(yè)
1.調(diào)研資料的準(zhǔn)備
學(xué)校先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫，圖書館豐富的期刊、專業(yè)書籍，機(jī)電工程學(xué)院資料室專業(yè)書籍、雜志，前期閱讀不少于20篇的相關(guān)文獻(xiàn)及搜集的相關(guān)信息、數(shù)據(jù)，可以為本文的順利完成提供必要的幫助。
2.選題意義
隨著世界能源的緊缺，節(jié)能環(huán)保上升為一項基本國策，空氣能熱泵熱水器就響應(yīng)了這一號召?？諝庠礋岜脽崴鹘鼛啄臧l(fā)展迅速，新一輪的競爭特點集中為以技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新為核心。
3.設(shè)計要求
要求在要求在給定的工況下，滿足使用的需要。
（1）設(shè)計計算：儲熱設(shè)計計算：儲熱水箱尺寸計算、厚度計算、循環(huán)熱力計算、主機(jī)選型計算、 冷凝器設(shè)計計算、蒸發(fā)器設(shè)計計算、輔助設(shè)備選擇計算、節(jié)流機(jī)構(gòu)選擇計算。
（2）零部件選擇：溫度控制儀選擇、壓力控制器選擇、其他零部件選擇。
(3) 設(shè)計圖樣：總裝圖、主要零部件圖、系統(tǒng)流程圖、電控原理圖
4.設(shè)計思路
（1）認(rèn)真閱讀空氣源熱泵熱水器的相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉其工作原理。
(2）根據(jù)設(shè)計要求，通過參考設(shè)計指導(dǎo)方面的課本及相關(guān)參考文獻(xiàn)完成相應(yīng)的設(shè)計計算，同時 根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行選型計算，合理的匹配系統(tǒng)各部件。
（3） 根據(jù)實際情況綜合考慮各種因素完成設(shè)計圖樣和計算說明書
5.預(yù)期成果
規(guī)定的時間內(nèi)，在指導(dǎo)老師的幫助下形成不少于12000字的畢業(yè)論文；完成文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述、實習(xí)報告、實習(xí)日記等學(xué)校規(guī)定的任務(wù)，通過論文的寫作達(dá)到提高自己的理論知識和分析問題解決問題的能力，并將為以后的工作打下堅實的理論基礎(chǔ)
6.完成設(shè)計所需要的條件
(1)對本課題總體設(shè)計思路的把握
(2)大量相關(guān)參考文獻(xiàn)資料
(3)正確設(shè)計計算
(4)CAD、pro-e等作圖軟件的熟練運用
7. 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排
(1)第一周～第三周調(diào)研、完成文獻(xiàn)綜述,按統(tǒng)一格式寫出開題報告
(2)第四周～第五周設(shè)計方案選擇確定
(3)第六周～第八周設(shè)計計算
(4)第九周～第十二周結(jié)構(gòu)設(shè)計、部件設(shè)計
(5)第十三周～第十五周設(shè)計圖樣、設(shè)計說明書、外文資料翻譯
(6)第十六周審閱、答辯準(zhǔn)備、答辯
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
文獻(xiàn)綜述
題 目 CO2工質(zhì)在熱泵熱水器中的應(yīng)用
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué) 號
院 （系）
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時間
CO2工質(zhì)在熱泵熱水器中的應(yīng)用
摘要
分析了CO2的性質(zhì)和跨臨界循環(huán)的特點，介紹了CO2工質(zhì)在熱泵熱水器中的研究與應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，探討了其目前所面臨的問題。與傳統(tǒng)制冷劑相比，CO2在熱泵熱水器中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：二氧化碳 跨臨界循環(huán) 熱泵熱水器
一、CO2的性質(zhì)
CO2是一種綠色環(huán)保的天然工質(zhì)，使用CO2作為熱泵熱水器制冷劑具有較多優(yōu)點：(1)環(huán)境性能優(yōu)良。ODP為零，且GWP很小，約為R134a和R22的千分之一。(2)單位容積制冷量大。其容積制冷量約為R22的5倍。(3)具有優(yōu)良的流動和傳熱特性。(4)來源廣泛，價格低廉。(5)化學(xué)穩(wěn)定性好，完全適用于普通的潤滑油和通常的制造材料。(6)安全無毒，不可燃。(7)絕熱指數(shù)高。雖然可能存在使壓縮機(jī)排氣溫度偏高的問題，但符合制取高溫?zé)崴囊蟆?8)臨界溫度低。因此循環(huán)一般在跨臨界狀態(tài)下運行。正因為CO2這些優(yōu)點，前國際制冷學(xué)會主席G．Lorentzen認(rèn)為它是無可取代的制冷工質(zhì)，并提出跨臨界循環(huán)原理，指出其在熱泵領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用[1]。
二、CO2跨臨界循環(huán)及特點
由于CO2臨界溫度較低(31．1℃)，其熱泵循環(huán)流程采用的是跨臨界循環(huán)。CO2跨臨界循環(huán)時，壓縮機(jī)的吸氣壓力低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度也低于臨界溫度，循環(huán)的吸熱過程在亞臨界條件下進(jìn)行，換熱過程主要依靠潛熱來完成。但是壓縮機(jī)的排氣壓力高于臨界壓力，換熱過程依靠顯熱來完成，此時高壓換熱器不再稱為冷凝器，而稱為氣體冷卻器。CO2跨臨界循環(huán)具有以下幾個特點：(1)放熱過程是一個伴隨有較大溫度滑移的變溫過程，這正好與水加熱時的溫升相匹配，是一種特殊的洛倫茲循環(huán)，可以減少高壓側(cè)不可逆?zhèn)鳠嵋鸬哪芰繐p失，有利于提高循環(huán)系統(tǒng)的COP；(2)與常規(guī)制冷劑相比，CO2跨臨界循環(huán)的壓縮比較小，約為2．5～3．0，可以提高壓縮機(jī)的運行效率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的性能系數(shù)；(3)系統(tǒng)的運行壓力高，這對系統(tǒng)的材料強(qiáng)度、密封和管道連接等方面的要求更苛刻；(4)傳統(tǒng)的亞臨界系統(tǒng)，制冷劑在冷凝器出口的焓值僅是溫度的函數(shù)，而CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)中，超臨界壓力狀態(tài)下溫度和壓力彼此獨立，所以高壓側(cè)壓力對制冷劑焓值有影響，高壓側(cè)壓力也會對制冷量、壓縮機(jī)功耗和COP值產(chǎn)生影響[2]，在最佳排氣壓力下，循環(huán)系統(tǒng)的性能系數(shù)COP可達(dá)
1
到最大。
三、CO2熱泵熱水器的研究與發(fā)展現(xiàn)狀
1994年，挪威SINTEF能源研究所的G．Lorentzen與Neksa Petter等人率先對cch跨臨界循環(huán)在熱泵上的應(yīng)用作了理論和實驗上的研究。他們制作了CO2熱泵熱水器樣機(jī)，并對樣機(jī)進(jìn)行性能測試，結(jié)果進(jìn)一步證明了CO2熱泵熱水器在0℃的蒸發(fā)溫度下，水從9℃加熱到60℃時熱水器樣機(jī)的COP值高達(dá)4.3，其能量消耗比電或燃?xì)庀到y(tǒng)降低了75％|[3]，并且可以提供90℃的高溫?zé)崴?。奧地利的Rieberer對整個系統(tǒng)進(jìn)行模擬計算，結(jié)果表明：將10℃的水加熱到60℃時，CO2熱泵熱水器的COP值為4.6，比R134a熱泵熱水器高出15％[4]。德國Dresden大學(xué)的P．Heyl等人[5]對C02跨臨界循環(huán)熱泵的熱力學(xué)性能進(jìn)行分析，對各種循環(huán)方式的計算方法，系統(tǒng)部件的設(shè)計、選取和組裝原則等方面進(jìn)行了研究，并在Dresden大學(xué)建立了CO2：跨臨界循環(huán)熱泵試驗臺，對不同裝置中的計算和評價方法進(jìn)行分析和討論。日本電力工業(yè)中央研究院(CRIEPI)與東京電力公司(TEPCO)及DENSO公司的M．Saikawa，K．Hashimoto，K．Kusakari等人[6,7]于1998年9月開始合作，對CO2熱泵熱水器的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，得出CO2熱泵熱水器的性能高于傳統(tǒng)工質(zhì)熱泵的結(jié)論。1999年，M．Saikawa，K．Hashimoto等人建起了CO2熱泵熱水器原型機(jī)實驗臺。2000年，他們叉對原型機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)的CO2熱泵熱水器；結(jié)果證明它的年平均COP值可以達(dá)到3.0，即使在寒冷地區(qū)一20℃的環(huán)境溫度下仍可以提供高達(dá)90℃熱水。2001年1月再次對其進(jìn)行改進(jìn)，并且已經(jīng)于2002年推向了市場，銷售量穩(wěn)步上升。日本三洋電器公司研發(fā)總部生態(tài)能源系統(tǒng)研究中心的HirosN Mukaiyam等人[8]惻研制了一種采用帶變頻電動機(jī)的雙級滾動活塞壓縮機(jī)的家用熱泵熱水器。為防止除霜后的水重新結(jié)冰，他們將從氣體冷卻器出來的高壓工質(zhì)通到室外蒸發(fā)器的底部，即使在較冷的地區(qū)測試也沒有發(fā)現(xiàn)水重結(jié)冰的現(xiàn)象。并且他們還研究發(fā)現(xiàn)CO2熱泵熱水器總有效溫室效應(yīng)指數(shù)比其他方式的熱水器降低了近一半。國內(nèi)對CO2熱泵熱水器的研究也已經(jīng)開始。天津大學(xué)在國家自然科學(xué)重點基金的資助下，對CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)在熱泵中的應(yīng)用進(jìn)行了理論和實驗研究，并且建立了熱泵實驗臺。他們先后對單級加熱與雙級加熱兩種形式的CO2，跨臨界循環(huán)熱泵熱水系統(tǒng)進(jìn)行了分析對比[9]，對CO2跨臨界水一水熱泵供熱系統(tǒng)進(jìn)行了研究[10]，對CO2跨臨界膨脹機(jī)做了測試和特性分析[11,12]，其研究成果對CO2熱泵熱水器的系統(tǒng)改善、性能優(yōu)化等方面作出了一定貢獻(xiàn)。西安交通大學(xué)壓縮機(jī)研究所于2003年與美國聯(lián)合技術(shù)公司展開合作研究，建立了CO2跨臨界制冷系統(tǒng)試驗臺，研制出自由活塞式、滑片式兩種膨脹機(jī)一壓縮機(jī)組。上海交通大學(xué)的丁國良等人建立了CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)的仿真模型，對幾種不同的CO2跨臨界循環(huán)的性能進(jìn)行了比較[15]。除此之外，還有許多其他院校、單位[13,14,16]也對CO2在熱泵熱水器中的應(yīng)用進(jìn)行了多方面的深入研究工作。
四、C02熱泵熱水器面臨的問題
CO2工質(zhì)在熱泵熱水器中的應(yīng)用研究才進(jìn)行10年左右的時間，目前還存在著許多有待突破和改進(jìn)的地方：(1)高效率壓縮機(jī)的研制與開發(fā)。CO2熱泵熱水器壓縮機(jī)的工作壓力高，吸排氣壓差大，這使得壓縮機(jī)設(shè)計中存在一定的難度。由于雙級壓縮機(jī)不但可以使系統(tǒng)更緊湊、靈活，而且可以減小壓差，減小泄露和機(jī)械損失，同時能夠提高系統(tǒng)效率，因此它將是未來CO2壓縮機(jī)的一個發(fā)展方向。(2)高效跨臨界循環(huán)熱交換器的設(shè)計。針對工質(zhì)的流動和傳熱特性，設(shè)計出高效的CO2熱泵熱水器換熱器，從而提高系統(tǒng)效率。但是目前工質(zhì)流動和換熱性能的研究尚不成熟，沒有通用的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，部分流動和換熱機(jī)理尚不明了，這有待于進(jìn)一步的研究。(3)高效膨脹機(jī)的開發(fā)。由于氣體冷卻器出口端與蒸發(fā)端的壓差較大，因此降低膨脹部分的損失是提高系統(tǒng)效率的有效途徑。利用膨脹機(jī)的輸出功率驅(qū)動壓縮機(jī)完成壓縮過程，設(shè)計能勝任兩相膨脹的高效率的膨脹機(jī)，就成了另一個重要的、需要突破的關(guān)鍵問題。(4)CO2系統(tǒng)安全性相關(guān)的研究需進(jìn)一步加強(qiáng)。一是設(shè)計時需滿足系統(tǒng)各個部件的承壓要求，保證高壓運行的安全性；二是要加強(qiáng)研究CO2和潤滑油的相互作用，以及CO2與橡膠的滲透作用，避免泄露，提高安全性。(5)先進(jìn)控制方式的研究，從而使系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定，使用更加方便。(6)不斷降低系統(tǒng)及部件成本，從而降低CO2熱泵熱水器的價格。CO2熱泵熱水器系統(tǒng)中一些關(guān)鍵設(shè)備目前尚處于研制階段，成本較高，解決產(chǎn)品的價格問題是CO2熱泵熱水器推向市場的前提條件。(7)關(guān)于CO2熱泵熱水器的測試標(biāo)準(zhǔn)，各國尚不統(tǒng)一。在研制出口產(chǎn)品時，需針對出口國的要求進(jìn)行測試。
五、結(jié)語
CO2是熱泵系統(tǒng)工質(zhì)替代中最有潛力的天然工質(zhì)之一，它無毒、無味、不可燃，而且對環(huán)境友好[17]；同時CO2跨臨界循環(huán)的放熱過程伴隨有較大的溫度滑移，這正好與變溫?zé)嵩聪嗥ヅ?；除此之外，CO2熱泵熱水器還可以提供高達(dá)90℃的高溫?zé)崴?，因此它在熱泵熱水器方面的?yīng)用具有其他工質(zhì)所無法比擬的優(yōu)勢。國外，特別是日本，已經(jīng)對CO2在熱泵熱水器中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的深入研究，并已開發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品，其市場占有率穩(wěn)步上升。目前，CO2熱泵熱水器所面臨的問題主要在于繼續(xù)提高效率和不斷降低成本。因此根據(jù)CO2的特性，開發(fā)出適于C島熱泵熱水器的高效率壓縮機(jī)、換熱器等部件，以及加強(qiáng)對系統(tǒng)控制方面的研究將是今后工作的重點。
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畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生自查表
（中期教學(xué)檢查用）
學(xué)生姓名
專業(yè)
熱能與
動力工程
班級
指導(dǎo)教師姓 名
課題名稱
220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計
個人作息時 間
上午
自8 時
至 12 時
下午
自 15 時
至 18 時
晚上
自 19 時
至 21 時
工作地點
上午
教學(xué)樓
下午
圖書館
晚上
計算中心
個人精力實際投入
日平均工作時數(shù)
9
周平均工作時數(shù)
45
迄今缺席天數(shù)
0
出勤
率%
100%
指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù)
1
每周指導(dǎo)
時間（小時）
3
備注
有問題隨時可以找老師咨詢
畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度
已完成的主要內(nèi)容
%
待完成的主要內(nèi)容
%
文獻(xiàn)綜述
開題報告表、學(xué)生自查表
英文翻譯
熱力計算
系統(tǒng)圖設(shè)計
50
冷凝器系統(tǒng)
蒸發(fā)器系統(tǒng)
節(jié)流等系統(tǒng)
說明書
圖紙
50
存在問題
1、不清楚套管冷凝器出水進(jìn)水溫度。
2、管路設(shè)計不合理。
3、蒸發(fā)器的校核出現(xiàn)問題。
4、配件的選型不合適。
指導(dǎo)教師簽名：
畢業(yè)答辯申請
尊敬的趙老師：
您好，我現(xiàn)在已完成220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的所有任務(wù)，內(nèi)容包括：
1. 開題報告表
2.中期自查表
3.文獻(xiàn)綜述
4.外文翻譯。
5.設(shè)計說明書
6. 機(jī)組裝配圖A0圖紙一張，蒸發(fā)器A0圖紙一張，冷凝器A1圖紙一張，系統(tǒng)流程圖A2圖紙一張，電氣控制圖A2圖紙一張，
對畢業(yè)答辯我已做好準(zhǔn)備，現(xiàn)申請答辯，望批準(zhǔn)！
申請人：
申請日期：
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué) 號
院 （系）
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時間
III
220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計
摘 要
近年來,隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,衛(wèi)生熱水的需求量越來越大，尤其是酒店,賓館等公共建筑。為響應(yīng)國家節(jié)能的要求,空氣源熱泵熱水器在衛(wèi)生熱水制備上應(yīng)用得越來越廣泛。
本文主要介紹了空氣源熱泵熱水器的工作原理、特點及其應(yīng)用前景和面臨的問題，并設(shè)計一款220L空氣源熱泵熱水器。本裝置是以空調(diào)熱水系統(tǒng)為主進(jìn)行設(shè)計，通過對題目的分析，選出合適的方案。然后進(jìn)行熱負(fù)荷的計算，進(jìn)行壓縮機(jī)和輔助機(jī)構(gòu)的選型；以及與壓縮機(jī)相適配的冷凝器、蒸發(fā)器等進(jìn)行設(shè)計計算，選取合理的風(fēng)機(jī)，通過對裝置的各部件設(shè)計后，對裝置的整體布局進(jìn)行設(shè)計，使裝置整體結(jié)構(gòu)布局合理，緊湊。系統(tǒng)各主要部件及控制設(shè)計如下：
(1)冷凝器采用套管式冷凝器，為減小其結(jié)構(gòu)尺寸，內(nèi)管采用紫銅管軋制的低翅片管。
(2)蒸發(fā)器采用的是強(qiáng)制風(fēng)冷式翅片管式換熱器，管子為紫銅管，翅片為鋁翅片。
(3)系統(tǒng)壓縮機(jī)采用的是谷輪全封閉渦旋式壓縮機(jī)。
關(guān)鍵詞 熱泵/熱水器/空氣源
220L Air Heat Pump Water Heater
ABSTRACT
In recent years, as the country's economic development, it demands more and more sanitary hot water especially in hotels, guest houses and other public buildings.In response to the national energy requirements, Air source heat pump water heater in the sanitary hot water preparation is applied more and more widely.
This paper describes the air-source heat pump water heater works, characteristics and applications,besides it designs a 220L air source heat pump water heater .This device is designed primarily for air conditioning water system by analysising the topic and selecting the appropriate option. Then it concludes the calculation of the thermal load, the compressor and the auxiliary selection mechanism; And it selects the reasonable air blower with the compressor matched condenser, evaporator design and calculation,.through the design of the components of the device, the overall layout of the device is designed so that the entire apparatus reasonable structure, The major components and control system design are as follows:
(1) It selects tube-in-tube condenser.And the inner tube adopts low rolling copper finned tubes to reduce the size of the structure,
(2) The evaporator is used in forced air-cooled finned tube heat exchanger.It used copper tube and aluminum fin
(3) The system uses a compressor Copeland hermetic scroll compressor.
KEY WORDS Refrigerant, Heat pump water heater ,Air source
II
220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 8
1.1 空氣源熱泵的概述 8
1.1.1 空氣源熱泵簡介 8
1.1.2 熱水器的發(fā)展歷史 9
1.1.3空氣源熱泵熱水器的特點和優(yōu)勢 10
1.1.4 空氣源熱泵熱水器的發(fā)展前景 11
1.1.5 存在的問題 13
1.2 熱泵熱水器系統(tǒng)運行原理 14
2 設(shè)計任務(wù) 16
3 選擇與論證 16
3.1 制冷劑 16
3.1.1 制冷劑的分類 17
3.1.2 制冷劑的選擇原則 18
3.1.3 制冷劑的確定 19
3.2 壓縮機(jī) 21
3.2.1 壓縮機(jī)概述 21
3.2.2 壓縮機(jī)的比較 21
3.3 冷凝器 24
3.3.1 冷凝器概述 24
3.3.2 冷凝器的比較 25
3.4 蒸發(fā)器 27
3.4.1 蒸發(fā)器概述 27
3.4.2 蒸發(fā)器的比較 27
4 設(shè)計計算 28
4.1 設(shè)計工況的選擇 28
4.2 水箱的設(shè)計 28
4.2.1 水箱相關(guān)參數(shù)的計算 29
4.2.2 隔熱材料的選擇 30
4.3 循環(huán)熱力計算 30
4.4 壓縮機(jī)的選型 33
4.5 蒸發(fā)器的設(shè)計計算 33
4.6 冷凝器的設(shè)計計算 41
4.7 風(fēng)機(jī)的選擇 43
5 節(jié)流機(jī)構(gòu) 44
5.1節(jié)流機(jī)構(gòu)簡介 44
5.2 熱力膨脹閥的選擇 46
6 其他輔助設(shè)備的計算與選型 47
6.1 電磁閥的選擇 47
6.2 油分離器的選擇 47
6.3 氣液分離器的選擇 48
6.4 視液鏡的選擇 49
6.5 壓差控制器的選取 50
6.6 干燥過濾器的選型 50
6.7 貯液器的選擇 52
7設(shè)計部件選型匯總 54
結(jié)束語 55
致 謝 55
參考文獻(xiàn) 56
V
1 緒論
1.1 空氣源熱泵的概述
1.1.1 空氣源熱泵簡介
熱泵技術(shù)是一項新型的新能源技術(shù) [1]，近幾十年頗受全世界科研機(jī)構(gòu)的青睞和關(guān)注。常人眼中的“泵”就是提高各種位置高度的機(jī)械設(shè)備，比如水泵是將水從低的地理位置抽到高的地理位置。而“熱泵”則是一種可以從周圍環(huán)境中比如水，土壤，空氣等將品味低的熱能，經(jīng)過電力做工，將高品位的能提供給人們加以合理的利用。
熱泵是一種可以將熱能從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹难b置。生活中我們所接觸的低溫?zé)嵩淳褪俏覀兛梢越佑|到的我們周圍的空氣，河流，海水，甚至可以是從工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中提取出來的工質(zhì)，這些工質(zhì)共有的特性是與周圍介質(zhì)具有相接近的溫度。熱泵裝置的工作原理可以說和壓縮式制冷劑基本是一致的：在常見的小型空調(diào)器中，無論在夏季用空調(diào)降溫還是冬季用來取暖，都可以采用用一套設(shè)備來充分發(fā)揮他的效能。比如在冬季取暖時候，在空調(diào)中通過用換向閥將冷凝器和蒸發(fā)器來調(diào)換工作，在夏季用空調(diào)降溫時候，按照制冷工況運行時，油壓縮機(jī)排出的制冷劑為高壓蒸汽，經(jīng)過換向閥或者四通閥進(jìn)入冷凝器，高溫高壓的制冷劑蒸汽通過換熱被冷凝成為液體，經(jīng)過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器，然后在蒸發(fā)器中吸收熱量，將室內(nèi)的空氣冷卻，蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽，經(jīng)過換向閥被壓縮機(jī)吸入，這樣循環(huán)，最終實現(xiàn)制冷循環(huán)。同理，在冬季需要取暖時候，提前將換向閥調(diào)制到熱泵的工作位置，然后壓縮機(jī)排出的高壓高溫制冷劑蒸汽就通過換向閥流入室內(nèi)的蒸發(fā)器中，制冷劑蒸汽冷凝放熱，通過換熱將室內(nèi)空氣加熱，達(dá)到室內(nèi)取暖的目的，冷凝后的液態(tài)制冷劑則從反方向流經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)進(jìn)入冷凝器，吸收外界熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的蒸汽流過四通閥被壓縮機(jī)吸入完成整個制熱循環(huán)，這樣就可以將外界環(huán)境中的熱量有泵吸入溫度高的室內(nèi)，故稱為“熱泵”。下圖為熱泵工作原理圖
IV
220L空氣源熱泵熱水器設(shè)計
圖1-1 熱泵工作原理
在生活中憑借經(jīng)驗我們可以知道[2]，熱水隨著時間的推移可以向空氣中慢慢放熱，這是常說的散熱，冷卻成冷水，這表明熱量可以從高溫物體傳到低溫物體，也就是從熱水傳到空氣，那么可不可以逆向思維呢，將此過程反過來進(jìn)行呢，可不可以將能量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體中呢？由熱力學(xué)第二定律可知：熱量不可能自發(fā)的從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。換句話說就是，熱量不可能自發(fā)地從溫度高的物體傳向低溫物體，這是不可逆性，而熱泵則是一種消耗一定的機(jī)械能，將空氣中的品位低熱能送入高溫物體以供所需的熱量的設(shè)備，這就是“空氣源熱泵”。
1.1.2 熱水器的發(fā)展歷史
第一代熱水器大功率燃?xì)?，其出水溫度受環(huán)境條件的影響，水壓也受氣候條件的影響，總體來說不穩(wěn)定也不易調(diào)節(jié)水溫。另外，燃燒高耗能并伴隨有大量的廢氣排放出來，使用壽命短。
第二代熱水器是大功率的電熱水器。其主要病端也是高耗能，容易漏電傷及無辜，出水量不足也就是其明顯的一個弱點。除此外還有水溫過高，內(nèi)膽生垢嚴(yán)重也會造成壽命短。
第三代熱水器是太陽能熱水器，理論上最為節(jié)能[3]，但是聯(lián)系到實際生活，比如現(xiàn)實環(huán)境中經(jīng)常下雨，陰天或者北方冬季需要額外增加電輔助，就給電熱水器造成很大的安全隱患。最后，需要指出的是一般太陽能使用的真空管極易破毀給維修帶來麻煩，同樣會造成使用年限低。
III
第四代空氣源熱泵。結(jié)合前三者的優(yōu)點，芬尼人針對空氣源熱泵價格高但功能單一的情況經(jīng)過不懈努力終于于2005年研制出了空氣源熱泵。其工作原理是通過制冷劑或者冷媒將空氣中的熱量大量吸收，然后釋放到冷水中，循環(huán)將水加熱，同時可以把低溫空氣釋放到廚房或者其他需要制冷的地方用來制冷，此時的低溫空氣已經(jīng)失去大量能量?？諝庠谑ゴ罅磕芰康耐瑫r還有大量的水蒸氣遇冷冷凝，因而釋放的冷氣濕度大大降低了，這種效果可以和除濕相比美，因此，該產(chǎn)品融合了中央空調(diào)制冷、廚房或者衛(wèi)生間制冷、小地方除濕等功能于一體，很大程度上提高了該產(chǎn)品的性價比和使用性能，為現(xiàn)代更多富裕家庭享受高質(zhì)量生活提供了條件。
1.1.3空氣源熱泵熱水器的特點和優(yōu)勢
1）空氣源熱泵熱水器具有以下特點：
1、 可以提供超大水量：因為其水量根據(jù)實際情況來定，水量足夠調(diào)用，可滿足各種客戶的不同時段不同的需求量。
2、 節(jié)約經(jīng)濟(jì)：可以從空氣中獲取大量的熱能，能效比高達(dá)300%～400%[4] 。還可以根據(jù)每個人的不同使用規(guī)律設(shè)定熱水器的運行時間等，節(jié)省高額的費用[。
3、使用范圍廣：不會受到天氣影響，在環(huán)境溫度為-10℃～42℃下依然能夠正常工作不受氣候的影響。大可廣泛應(yīng)用到家庭、學(xué)校、賓館、醫(yī)院等等也可以用于住宅小區(qū)，桑拿等集中供熱。
4、持久恒溫：使用起來很簡單，整個熱水器全部用自動化只能控制系統(tǒng)，客戶只需要第一次使用時候開一下電源，然后在以后的使用中就可以實現(xiàn)完完全全的自動化運行，達(dá)到用戶的制定水溫時自動停機(jī)，低于用戶的使用過程中完全實現(xiàn)自動化運行，低于客戶的目標(biāo)水溫時系統(tǒng)就可以自動開機(jī)運行，實現(xiàn)一天24小時隨時都有熱水用不用再浪費時間等待了。
5、安全環(huán)保：在結(jié)構(gòu)上水和電完全分離，而且無任何有毒氣體排放或者燃燒，不容易受天氣災(zāi)害的影響，使用起來很方便安全[5]。
6、防凍功能：很多都有智能化霜功能，確保熱水器可以在很低的天氣溫度下運行，他可以按照室外的空氣溫度、機(jī)組運行時間、蒸發(fā)器翅片溫度、冷凝器出口溫度等等多個參數(shù)綜合起來判斷自動進(jìn)入化箱和退出化箱。
7、安裝方便：總體體積小巧，可以安裝在任何地方，安裝在室內(nèi)不會占用室內(nèi)空間，當(dāng)然還可以安裝在室外的屋頂，地面等，也就是說可以露天放置，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，占用很少的面積，安裝起來也很簡單，不需要另外設(shè)置機(jī)房。
8、使用壽命長，維修費用很低，設(shè)備運行穩(wěn)定，可以使用長達(dá)15年以上，
2）空氣源熱泵熱水器具有一下優(yōu)勢：
空氣源熱泵熱水器和常規(guī)太陽能相比明顯具有四個優(yōu)勢：
1、投資少：如果達(dá)到相同的供水效果，投入空氣熱泵熱水器的資金要比投入到常規(guī)太陽能產(chǎn)品的少很多，這是一很大優(yōu)勢，并且可以在用電很少時候使用經(jīng)濟(jì)電能制熱水儲備。
2、使用方便：常規(guī)太陽能產(chǎn)品容易受到天氣影響，比如陰天，下雨，下雪，夜晚等情況下都不能正常工作，而空氣源熱泵熱水器則不管雨天還是陰天還是下雪天，夜晚或者陽光明媚都能照常工作，全天提供熱水。
3、運行成本低：常規(guī)太陽能當(dāng)太陽直射時候完全無需成本運行，可是在陰雨天里，或者下雪，下雪，夜晚只能依靠一些簡單的輔助系統(tǒng)工作，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，正常使用時候，常規(guī)太陽能輔助系統(tǒng)一年的耗電量比空氣源熱泵熱水器全年的耗電量要高出1.5倍[6]
4、不受地域限制：空氣源熱泵熱水器使用時候根本不必考慮地點限制，可以隨意擺在任意位置，況且其占地空間很小，但是常規(guī)太陽能要達(dá)到一樣的供熱效果就需要占用很大的空間，還必須露天擺放，以便獲取好的光照，同時在使用壽命方面，空氣源熱泵熱水器可以有更長的使用年限，維護(hù)費用少了很多，設(shè)備性能穩(wěn)定等等。
1.1.4 空氣源熱泵熱水器的發(fā)展前景
空氣源熱泵熱水器技術(shù)曾在2011年度獲得市場和政府明顯力捧的一項綠色天然科技，在這一年里，產(chǎn)業(yè)鏈布局完成初步進(jìn)展后，各種大的熱水器大廠商開始面向市場進(jìn)行強(qiáng)勢的主動出擊，各自大力推廣各自旗下的空氣源熱泵熱水器技術(shù)和產(chǎn)品，市場從多年不溫不火中迅速成為各大廠商爭相競爭的激烈場面，還有就是，政策往常對空氣能產(chǎn)品的扶持力度很低，但是從2011年起多地方政府都將空氣源熱泵熱水器納入到技能產(chǎn)品推廣的目錄中去，這就被認(rèn)為是一個官方的積極信號，宏觀調(diào)控政策的示好進(jìn)一步加快了空氣源熱泵熱水器的的市場進(jìn)攻。
空氣源熱泵熱水器，從本質(zhì)上說就是從周圍環(huán)境中吸取熱量，然后通過電力做工，將這些熱量全部傳遞到被加熱的水中。我們可以簡單的計算一筆帳目：將將2噸水從平均溫度15℃加熱至55℃為例，電價標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)取值0.72元/千瓦時(度)，電熱水器所需費用是35.5元，然而空氣源熱泵熱水器只需9.54元，也就是說，空氣源熱泵熱水器所耗費的電量只是電熱水器的2/5。實際上，空氣源熱泵熱水器在商用領(lǐng)域早已經(jīng)成氣候。比如說很多學(xué)校、酒店、等對熱水都有需求，他們對空氣源熱泵熱水器有很高的認(rèn)可度。另外空氣源熱泵熱水器在市場中一項很重要的產(chǎn)品就是商用機(jī)，而在家里，常用的還是電加熱水器和燃?xì)鉄崴?，他們占?jù)很重要的一個位置，空氣演熱泵熱水器和其他的熱水器比較起來，仍然在市場上占據(jù)邊緣位置，空氣源熱泵熱水器和其他熱水器在市場價格、公眾認(rèn)知度，和其他一些產(chǎn)品對環(huán)境溫度的要求和適應(yīng)軍事此行業(yè)以后發(fā)展的門檻啊，但是通過很多研究數(shù)據(jù)和推算趨勢，都表明，空氣源熱泵熱水器這一個行業(yè)將來很可能迎來新高。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表示：2010年空氣源熱泵熱水器達(dá)到40億人民幣的銷售額，銷售量高達(dá)70萬臺，但在2002年，空氣源熱泵熱水器一年銷售量總共還不到1000萬元。2009年空氣源熱泵熱水器比往年超過20億元，這是一年的銷售額?？傮w來說，行業(yè)發(fā)展速度很快，從公司來看，該年還不如以往的熱泵熱水器行業(yè)規(guī)模大，據(jù)2009年數(shù)據(jù)顯示，規(guī)模從很少達(dá)到了460家左右，隨著大中企業(yè)的進(jìn)入市場，一定會將空氣能技術(shù)帶入到品牌化和規(guī)?；男码A段中去。
由于熱泵具有很好的節(jié)能效果，很多法律頒布了熱泵事業(yè)將來的發(fā)展方向，這些政策促進(jìn)了該行業(yè)的發(fā)展，減少了二氧化碳的排放量和停用含有氟利昂的工質(zhì)，這些環(huán)境保護(hù)措施的實施，有利于環(huán)境友好型發(fā)展。根據(jù)最新的《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，很多建筑都采用低能耗的成本，降低了熱泵采暖方式的運行費用，解決了熱泵系統(tǒng)采暖方式的運行費用，同時增加了熱泵與其他集中供暖設(shè)備的競爭能力，解決了大中城市對能源需求量大的矛盾。但是污染問題，必須考慮到。必須改善能源結(jié)構(gòu)，以低能耗的熱泵來緩解能源問題，這就是熱泵技術(shù)的應(yīng)用特點，為其創(chuàng)造力條件。我國節(jié)能政策的時候和保護(hù)環(huán)境政策的發(fā)布，很大的建筑領(lǐng)域，工業(yè)余留資源等因素將會很大程度上促進(jìn)空氣源熱泵熱水器在市場上的發(fā)展。
對于房地產(chǎn)行業(yè)來說，房地產(chǎn)開發(fā)無疑是一項謀福的好行業(yè)，隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)一步擴(kuò)大和增強(qiáng)，加速了區(qū)域改造的進(jìn)程，新建里的宅很多全部都安裝了熱水器，很多在八十年代中期的熱水器也面臨著試用期已到需要更新的高峰期，在今后的幾十年里，中國將產(chǎn)生很多家庭遷移的居民，意味著平均每年都有很多家庭需要熱水器，熱水器日益在市場化中占據(jù)著一席之地，新型節(jié)能環(huán)保熱水器在建筑行業(yè)的應(yīng)用給他們帶來了新的利潤增長點，新型的熱水器兼有環(huán)保節(jié)能功效的熱水器將在建筑行業(yè)的推廣應(yīng)用中帶來新的利益點，對業(yè)主來說，可以全天候使用熱水，而且比較節(jié)省電能和運行開支，這是電熱水器所不能比的。
在空氣源熱泵熱水器行業(yè)中，芬尼克茲節(jié)能設(shè)備有限總公司為該行業(yè)的帶頭人，這部分企業(yè)，在經(jīng)過十幾年時間的女里后，從目前市場對熱泵的認(rèn)可程度來看，無論是經(jīng)銷商還是客戶，他們對空熱源熱泵熱水器認(rèn)可度大大提高，一些報刊，媒體也報道了空氣源熱泵熱水器的優(yōu)勢，從各大媒體放映的程度來看，空氣源熱泵熱水器確實是可以節(jié)能 ，注重環(huán)保的熱水產(chǎn)品，在為客戶創(chuàng)造價值的同時，用戶對熱泵熱水器的評價也隨之越來月好。
當(dāng)前空氣源熱泵熱暑期的市場最主要的問題仍然還是產(chǎn)品知名度問題，經(jīng)過調(diào)查，很多人都不知道空氣源熱泵熱水器的優(yōu)勢，從國際上來看，空氣源熱泵熱水器已經(jīng)提前，一個很成熟的技術(shù)水準(zhǔn)了，但是在國內(nèi)，空氣源熱泵熱水器依然處于起步階段，仍有很多的路要走，因此，需要各大廠商本著對該行業(yè)的理解和負(fù)責(zé)，為這個綠色產(chǎn)業(yè)的更進(jìn)一步做出努力，給與更多空氣源熱泵熱水器以更多的發(fā)展空間，同時給予支持和原陽，我們也應(yīng)該呼吁政府和相關(guān)部門能夠支持和發(fā)揚(yáng)空氣源熱泵熱水器綠色的精神，讓空氣源熱泵熱水器產(chǎn)業(yè)在合適健康的道路上長此發(fā)展下去。
1.1.5 存在的問題
一般來說，當(dāng)市場中新引進(jìn)一批新產(chǎn)品時候，總會存在某種缺陷，對于空氣源熱泵熱水器也同樣存在以下缺憾：首先，外觀問題?？諝庠礋岜脽崴黧w積大，不太適合國人的使用習(xí)慣，不適應(yīng)國情，空氣源熱泵熱水器一般可以分為一體式和分體式兩種，由于城市家庭衛(wèi)生做的好普遍嬌小，因此不管是那類行，很多消費者看到其外形就止步不前。 其次，結(jié)霜問題。區(qū)域特征太明顯了，因為他對室外環(huán)境溫度依賴過大，其正常工作環(huán)境溫度范圍受到限制，故基本適用于華東、華南等長江以南氣度，廣東，浙江，附件，云南，江西，湖南等省份空氣源熱泵熱水器發(fā)展比較好，。而且在還沒有能真正解決結(jié)霜問題造成的產(chǎn)品運行困難問題之前，廣大的北方就基本無人敢去發(fā)展[7]。再次，壓縮機(jī)很容易損壞，比如燒壞。目前市場上的熱泵熱水器大多采用了循環(huán)式的加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)逐漸暴漏出很多的技術(shù)弊端，比如在高溫高壓下運行時候，容易式壓縮機(jī)機(jī)器老化，碳化，磨損，腐蝕，加之系統(tǒng)潤滑效果不好，導(dǎo)致壓縮機(jī)容易被燒壞。最后，蒸發(fā)器和冷凝器等容易因為結(jié)垢而斷裂。熱泵熱水器的出水溫度達(dá)到60攝氏度左右，水垢很容易在這個溫度范圍內(nèi)結(jié)垢，如果不能定期對蒸發(fā)器和冷凝器清洗的話，對于板式換熱器來說，就會脹破，對于套管式換熱器而言，其內(nèi)管會破裂，從而導(dǎo)致整個熱泵熱水機(jī)組失去功能。
1.2 熱泵熱水器系統(tǒng)運行原理
空氣源熱泵熱水器從溫度偏低的空氣中吸收熱量，然后傳熱到高溫的儲水箱中，將熱水存在水箱中放在以后用，從原理上來說，它與制冷劑原理相同，都是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理工作的。這就是和而不同，但是兩者的工作溫度范圍明顯不同，要求的效果也不盡相同，制冷裝置是將溫度低的物體中的熱量傳遞到環(huán)境中去，結(jié)果就是給環(huán)境造成低溫，加以利用，熱泵熱水器則是從空氣中吸收熱量，然后經(jīng)過循環(huán)將熱量傳遞給生活所需的熱火，熱泵熱水器主要有四大部件組成，分別是壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、溫度控制裝置[8]，電路控制裝置等組成。空氣源熱泵熱水器機(jī)組系統(tǒng)原理圖如下，
圖1-2 空氣源熱泵工作原理
空氣能是一種低品位的能源，它廣泛存在、平等給予并且可自由利用。利用熱泵循環(huán)熱高他的能源品位，這樣說來空氣能也是一種很具有開發(fā)利用價值和應(yīng)用潛力的新能源。它也有很大的應(yīng)用潛力環(huán)保潛力，具有很靠譜的實際利用價值，相比其他熱水器更符合人們的習(xí)慣?？諝庠礋岜脽崴骷訜釙r間相對比較短，水和電會完全分離，不用擔(dān)心觸電的危險性，而且沒有廢氣排出，因而沒有中毒的危險，同時可以做到太陽能熱水器陰天或者雪天不能工作的限制，電熱水器出現(xiàn)漏電，燃?xì)鉄崴鞒霈F(xiàn)煤氣泄漏的缺點。
其工作流程是這樣的：壓縮機(jī)將回流的冷媒進(jìn)行壓縮，此時的冷媒是處于低壓狀態(tài)的，然后壓縮成高溫高壓的氣體排除，高溫高壓的冷媒氣體可以流經(jīng)銅管，便于傳熱，熱量便會由銅管傳遞到水箱內(nèi)，冷卻后的冷媒最終會被壓力的一直作用變成液態(tài)，經(jīng)過熱力膨脹閥后進(jìn)入到了蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)器的壓力由于冷媒液體體變成氣體體而突然降低，因此也太大額冷漠在此迅速蒸發(fā)放出大量的熱量，與此同時，在外界風(fēng)機(jī)的作用下，大量的空氣會被風(fēng)機(jī)吹過蒸發(fā)器表面進(jìn)行強(qiáng)制對流，空氣中的能量被蒸發(fā)器吸收，空氣溫度迅速降低，變成溫度很低的氣體被排進(jìn)廚房，然后冷媒由于吸收了一定能量回流到壓縮機(jī)，進(jìn)入到下一個循環(huán)。
經(jīng)過以上的工作原理，可以看出，空氣源熱泵熱水器的工作原理和空調(diào)原理極為相似，應(yīng)用了傳熱學(xué)中學(xué)過的逆卡諾循環(huán)原理[9]，并且通過吸收空氣中大量的低溫?zé)崮埽?jīng)過壓縮機(jī)的壓縮接著變成高溫的熱能，接著傳遞給水箱中，把水加熱起來，供生活所需，整個過程是一種能量不斷轉(zhuǎn)移的過程，也就是從空氣中轉(zhuǎn)移到水中，不是能量的轉(zhuǎn)換過程，沒有通過電加熱元件來加熱熱水，也沒有燃燒可燃?xì)怏w來加熱熱水。
總之無論是那種空調(diào)或者是熱水器都遵循能量守恒的基本原理，能量在交換的過程中，制冷是把室內(nèi)的熱量不斷交換到室外，比如常用的風(fēng)冷機(jī)就是把熱量交換到大氣中，現(xiàn)在大部分的空調(diào)都是在這樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，也就是在此導(dǎo)致工作溫度局部氣溫上升，而這里的空氣源熱泵釋放的能量送到水箱里進(jìn)行熱量的交換。制熱就反過來，冷媒的循環(huán)：氣態(tài)變成液態(tài)，在變成液態(tài)，氣態(tài)經(jīng)過壓縮機(jī)做工后變成液態(tài)，此過程要產(chǎn)生熱量，熱量排出后液態(tài)的冷媒變冷了留到室內(nèi)交換管道與室內(nèi)的空氣交換變成冷氣，變成了氣態(tài)的冷媒。
2 設(shè)計任務(wù)
1）設(shè)計技術(shù)參數(shù)：
初始進(jìn)水溫度15℃；額定出水溫度55℃；出水溫度60℃；產(chǎn)水率(L/H)220；
電壓(V)220V/50HZ 380V/50HZ
2）設(shè)計內(nèi)容包括:
設(shè)計計算：儲熱水箱尺寸計算、厚度計算、循環(huán)熱力計算、主機(jī)選型計算、冷凝器設(shè)計計算、蒸發(fā)器設(shè)計計算、輔助設(shè)備選擇計算、節(jié)流機(jī)構(gòu)選擇計算。
零部件選擇：溫度控制儀選擇、壓力控制器選擇、其他零部件選擇。
設(shè)計圖樣：總裝圖、主要零部件圖、系統(tǒng)流程圖、電控原理圖。
3 選擇與論證
3.1 制冷劑
制冷劑就是我們常說的制冷工質(zhì)，是制冷系統(tǒng)循環(huán)中的工作介質(zhì)，制冷劑在制冷機(jī)中經(jīng)過系統(tǒng)循環(huán)流通后，自身熱力性能或狀態(tài)會發(fā)生變化，這種變化可以使其與外界發(fā)生能量的交換，從而實現(xiàn)制冷的目的。簡單的說就是，制冷劑是一種制冷系統(tǒng)常用的工作介質(zhì)，他可以在制冷系統(tǒng)中傳遞能量。平時學(xué)習(xí)中我們常常稱其為工質(zhì)。制冷劑有很多，其中乙醚就是最早被使用的制冷劑。據(jù)資料顯示能用做制冷劑的物質(zhì)大概有七八市種，最常用的就是氨、氟利昂類。上世紀(jì)30年代氟利昂制冷劑剛剛出現(xiàn)，在一定程度上促進(jìn)了制冷技術(shù)的發(fā)展。由于它無毒、無味、不可燃燒、無爆炸、腐蝕性小。物理和化學(xué)方面穩(wěn)定性好，是一種很好的制冷劑，也得到了很廣泛的應(yīng)用。最早的制冷劑多是乙醚，二氧化碳等，但是限于自身物理性質(zhì)的差異和缺點，大多都被淘汰，只有二氧化碳還可應(yīng)用于干冰制冷系統(tǒng)。目前多選用的制冷劑有水、氟利昂、氨等等。從1930年 ,Perkins發(fā)明了蒸氣壓縮式制冷循環(huán)[10]，制冷技術(shù)在人類發(fā)展期中起著舉足輕重的作用，制冷技術(shù)突飛猛進(jìn)。制冷技術(shù)的革新和替換始終在進(jìn)行，目前根據(jù)新時期的發(fā)展要求,制冷劑又將面臨新的挑戰(zhàn)。
表3-1 制冷劑發(fā)展歷程
第1代
第2代
第3代
第4代
年代
1830-1930
1931-1990
1991-2010
2010-
原則
能用即可
安全與耐久性
臭氧層保護(hù)
防止全球變暖，低ODP，低GWP，高效
制冷劑
醚類，CO2，空氣，甲酸甲酯
CFCs, HCFCs NH3 ,H2O
( HCFCs ) , HFCs , NH3 ,
H2O ,HCs ,
CO2
( HCFCs ) , NH3 , H2O , HCs , CO2 ,
空氣
為發(fā)展制冷工業(yè),人類發(fā)明了各種各樣的制冷劑。但是,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或者潛藏著對環(huán)境的危害作用這時候，純天然制冷劑就是人們在苦苦尋找的。
3.1.1 制冷劑的分類
制冷劑的分類方法有很多種，常用的方法有以下幾種：
根據(jù)其組成，有單一制冷劑和混合型制冷劑。單一制冷劑是指用作制冷劑的物質(zhì)在化學(xué)上是單一的、純凈的物質(zhì)，不包括溶液或其他混合物。包括無機(jī)化合物、鹵代烴、碳?xì)浠衔锖鸵颐鸭捌浞锏?。而混合型制冷劑又可分為共沸混合制冷劑和非共沸混合制冷劑兩類。按照化學(xué)成分，主要分為三類：無機(jī)物類、氟利昂、碳?xì)浠衔?。由于氟利昂這一類型制冷劑的出現(xiàn)推動了中國制冷技術(shù)的發(fā)展。但是氟利昂有自身的缺點。它是一種溫室效應(yīng)氣體，而且高層大氣層中的臭氧層都可以被他破壞，因為在太陽直射下，臭氧會被紫外線照射然后被分解，釋放出cl離子，然后與臭氧層中的其他臭氧起連鎖反應(yīng)，破壞大氣層結(jié)構(gòu)，使臭氧層遭到破壞，危機(jī)人類的生命安全和生態(tài)的平衡。按照標(biāo)準(zhǔn)沸點來分，常?？梢苑譃楦邷刂评鋭?、中文制冷劑和低溫制冷劑三類。標(biāo)準(zhǔn)沸點在按標(biāo)準(zhǔn)沸點分，可分為高溫制冷劑，中溫制冷劑和低溫制冷劑三類。標(biāo)準(zhǔn)沸點在0℃以上的稱為高溫制冷劑，冷凝壓力Pk≤2～3Kg/cm2（絕對），T0 >0℃ 如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃，適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機(jī)中，通常30℃時，Pk≤3.06Kg/cm2 。；標(biāo)準(zhǔn)沸點在-46℃以上的稱為中溫制冷劑，冷凝壓力Pk< 20Kg/cm2（絕對），-60℃< T0< 0℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等， 一般用于普通單級壓縮和雙級壓縮的活塞式制冷壓縮機(jī)中；而標(biāo)準(zhǔn)沸點在-46℃以下的稱為低溫制冷劑，冷凝壓力Pk≥20Kg/cm2（絕對），T0≤－70℃，如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復(fù)迭式制冷裝置的低溫部分或－70℃以下的低溫裝置中。
3.1.2 制冷劑的選擇原則
選擇制冷劑的時候主要考慮下面的幾個方面：
一、熱力學(xué)性質(zhì)方面
在合適的工況下，比如在工作溫度范圍內(nèi)，要有合適的壓力和壓力比，也就是要蒸發(fā)壓力高于大氣壓力[11]，而且使整個制冷系統(tǒng)的低壓部分不能出現(xiàn)的情況，當(dāng)外界空氣滲入系統(tǒng)，很大程度上對制冷劑的性質(zhì)會產(chǎn)生影響甚至惡化了設(shè)備材料的腐蝕，甚至可以引起其他一些不良后果常見的比如燃燒或者爆炸等，冷暖壓力也不要過高，防止設(shè)備過分笨重，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之比應(yīng)盡量小，這樣就可以使壓縮機(jī)終了溫度不至太高，同時往復(fù)式壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)過大。單位制冷量q0和單位容積制冷量qv比較大循環(huán)效率高，比功w和單位容積壓縮功wv小，等熵壓縮的終了溫度t2不太高，以免潤滑條件惡化（潤滑油粘性下降、結(jié)焦）或制冷劑在高溫下分解。
二、遷移性質(zhì)方面
（1）粘度、密度盡可能的小，這樣可以減少制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)流動的力以及制冷劑的充注量。
（2）熱導(dǎo)率大[12]，這樣的話就可以提高熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)，從而減少傳熱面積，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊
三、物理化學(xué)性質(zhì)方面
1. 無毒、不燃燒、不爆炸、使用比較安全。
2. 無論是化學(xué)穩(wěn)定性還是物理熱穩(wěn)定性等都很好，制冷劑要經(jīng)得起蒸發(fā)器和冷凝時候的循環(huán)變化，使用中不發(fā)生變質(zhì)，不會與潤滑油起化學(xué)反應(yīng)，一點兒也不腐蝕制冷機(jī)構(gòu)件，在壓縮終了的高溫下不分解。
3.對大氣環(huán)境無破壞作用，也就是說不要破壞大氣層的臭氧層，不會產(chǎn)生溫室效應(yīng)。
四、其他
其原料源頭充足，制造工藝簡單，價格便宜。
除了以上共同要求外，不同型式的制冷系統(tǒng)和制冷壓縮機(jī)對制冷劑還有一些特殊要求，比如說：
（1） 離心式壓縮機(jī)一般要求制冷劑的相對分子質(zhì)量要大，這樣可以提高壓縮比，減少級數(shù)。
（2） 制冷量在200W以下的制冷機(jī)要求制冷劑的單位制冷量要小[11]，以免壓縮機(jī)的尺寸過小，造成加工困難；當(dāng)制冷量大于1000W的制冷機(jī)一般要求制冷劑的單位容積制冷量要大，以減少壓縮機(jī)的尺寸和制冷劑容積流量。
（3） 小型制冷系統(tǒng)要求制冷劑與潤滑能相互溶解，以便利用回氣夾帶回油，簡化系統(tǒng)。
（4） 全封閉和半封閉式制冷壓縮機(jī)要求所用制冷劑電絕緣性能好。
完全滿足上述各種要求的制冷劑并不存在，各種制冷劑都是某些方面較優(yōu)，而在另一些方面不足。應(yīng)根據(jù)工程實際需要，在滿足特定要求的前提下，權(quán)衡取舍，找出最佳方案。
3.1.3 制冷劑的確定
（1）氨具有優(yōu)良的熱力性能、ODP=0和GWP<1，但有毒,在化學(xué)工業(yè)和食品工業(yè)中以及中央空調(diào)(歐洲)都重新得到了應(yīng)用；二氧化碳—ODP=0和GWP=1,采用跨臨界循環(huán)的熱泵提供熱水, ,RAC和PAC等,但易燃易爆,這非常不利。水—ODP=0和GWP<1,用于冷凝溫度較低的水冷冷水機(jī)組以及冰蓄冷機(jī)組。
（2）R22是氫氯氟烴化合物（HCFCs）制冷劑的代表，曾經(jīng)被廣泛用于各種空調(diào)系統(tǒng)。R22物理性質(zhì)如下：無色，無味，不燃燒，不爆炸，毒性比R12略大，但仍然不屬于易溶于水的物質(zhì)因為溶水性比R12稍大同為一個數(shù)量級。對R22，含水量仍然限制在0.01％以內(nèi)。同時系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)裝設(shè)干燥器。R22化學(xué)性質(zhì)不如R12穩(wěn)定。R22制冷劑比CFCs多含了氫，導(dǎo)致 CFCs的化學(xué)性質(zhì)比它還要穩(wěn)定，當(dāng)釋放R22到較低的大氣中時就會分解，只有很少的部分會到達(dá)臭氧層。所以雖然氫氯氟烴化合物也含有氯，但是它的臭氧消耗潛能為R12的5％左右。同時R22曾是被廣泛應(yīng)用的高能效比的冷媒。
（3）R23，又名三氟甲烷，分子式為CHF3，無色無臭氣體。分子量為70.01，蒸汽壓2504kPa(20℃)，熔點-155℃，沸點-84℃，溶于水相對密度(水=1)1.52(-80℃)；相對密度(空氣=1)2.43，物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。是不燃?xì)怏w，主要用于制作低溫致冷劑有時候作為滅火劑和制造四氟乙烯的原料。屬低毒類，但受熱分解釋出劇毒的煙霧。
(4) R404a是一種近共沸混合制冷劑，其組成成分為R125/R143a/R134a，質(zhì)量配比為44/52/4。R404a相對分子質(zhì)量為97.6，臨界溫度為72.1℃，臨界壓力3.73Mpa，標(biāo)準(zhǔn)泡點-46.5℃，可用于-60～-25℃的制冷溫度范圍，如低溫冷、速凍機(jī)等裝置的制冷系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中考慮到經(jīng)濟(jì)成本問題，壓縮機(jī)選型計算以及截流機(jī)構(gòu)等其他零部件的選擇問題，可選用R404a作為高溫級制冷劑[11]
（5）R407C近年來，Vince C.Mei研究了用R407C在熱泵熱水器中應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在熱泵系統(tǒng)中，R407C熱泵熱水器的熱水加熱能力明顯高于R22系統(tǒng)，但是，R407C系統(tǒng)的耗能也有所增加，使得它在高水溫時的COP低于R22系統(tǒng)。如果使用專門為R407C設(shè)計的蒸發(fā)器，COP就會比R22系統(tǒng)明顯提高20%，這是預(yù)料之外的，水加熱功率也會隨之提高3%。R407C和R22有很接近的制冷量，壓力差不多一樣，需要對整個系統(tǒng)做出的改動小。但其傳熱特性實在較差，需用酯類潤滑油更換R22的潤滑油。
（6）R410A：是一種新型環(huán)保制冷劑，不破壞臭氧層，工作壓力為普通R22空調(diào)的1.6倍左右，制冷（暖）效率更高。提高空調(diào)性能。同時R410A不含氯元素，因此不可能與臭氧層發(fā)生連鎖反應(yīng)，既不會破壞臭氧層也不對環(huán)境造成。
（8）R134a制冷劑是一種新型無公害制冷劑，屬于氫氟化碳化合物（四氟乙烷）。它具有與R22相似的熱物理性質(zhì)，它的標(biāo)準(zhǔn)沸點為-26.1℃。但因為其臭氧消耗潛能為零，所以溫室效應(yīng)潛能應(yīng)該在0.25~0.28之間。常溫常壓下R134a是無色，有輕微的氣味，不易燃，對皮 膚眼睛無不會產(chǎn)生刺激，也不會引起皮膚過敏反應(yīng)，這一點很不錯，但 長時間暴 露 仍然會產(chǎn)生輕微毒氣，所以工作場所應(yīng)通風(fēng)良好，R134a是不溶于礦物油的制冷劑，他采用脂類油、合成油（往復(fù)式壓縮機(jī)用）或烷基苯油（旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)用）來滿足壓縮機(jī)的潤滑要求。
從系統(tǒng)運行來看，由于冬季溫差較大，所以冬季運行時制熱系數(shù)相對較低，而且壓比較大，對壓縮機(jī)等設(shè)備運行會產(chǎn)生很大影響，因此熱泵熱水器最好在夏季和過渡季運行安全合理地發(fā)揮熱泵的效能；R22的排氣溫度最高，不利于系統(tǒng)的運行，加之對大氣臭氧層有破壞作用，因此替代在所難免；R134a的制熱系數(shù)最大，不含氯原子，對臭氧層不起破壞作用，具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、無毒、無刺激性、無腐蝕性）具有廣闊的市場前景。根據(jù)以上分析，本文推薦在熱泵熱水器中使用R134a制冷工質(zhì)。但是使用R134a要加強(qiáng)干燥防水措施，防止對設(shè)備和管道腐蝕，這點要特別值得注意。
3.2 壓縮機(jī)
3.2.1 壓縮機(jī)概述
壓縮機(jī)在蒸汽壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)決定著系統(tǒng)制冷能力大小的關(guān)鍵，它是制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對循環(huán)熱力系統(tǒng)的各種運行性能、噪聲、振動、維護(hù)和使用壽命產(chǎn)生最直接的影響。它是整個制冷系統(tǒng)的動力來源，它在消耗一定的電功后，可以吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，并把它進(jìn)行壓縮，一般可以壓縮到冷凝壓力然后在輸送到冷凝器中去，從而保證制冷劑蒸汽能在常溫下冷凝液化，從而使得制冷循環(huán)得以順利進(jìn)行，因而人們形象地稱之為制冷設(shè)備的心臟。
制冷壓縮機(jī)按密封結(jié)構(gòu)形式可分為開啟式壓縮機(jī)、半封閉式壓縮機(jī)和全封閉式壓縮機(jī)。大部分15KW以下的小容量制冷壓縮機(jī)大多采用全封閉式壓縮機(jī)。這是多年的資料研究發(fā)現(xiàn)的。全封閉式壓縮機(jī)中電動機(jī)和壓縮機(jī)是連在一塊的不可分割的，然后一塊放在一個密閉的機(jī)殼中，使用可靠性高，壽命長，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，體積小，使用于小制冷量系統(tǒng)中。由于此次設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)的制冷量為10.27kw，因此本設(shè)計選用全封閉式制冷壓縮機(jī)。
由于壓縮機(jī)是制冷技術(shù)中含量最高，利潤較大，生產(chǎn)代價最大的關(guān)鍵部件。因而，國際上對制冷壓縮機(jī)的研究從未停止過，無論從傳熱流動、噪聲振動、摩擦潤滑、材料材質(zhì)、加工工藝到性能還是可靠性，從分析其運行機(jī)制、理論性質(zhì)研究到機(jī)械部件結(jié)構(gòu)、測試技術(shù)等，幾乎無所不包。每年都有大量的研究成果和文獻(xiàn)出現(xiàn)，也能夠觀察到因之帶來的進(jìn)步和收益。同時近年來，國內(nèi)制冷壓縮機(jī)的研究與技術(shù)進(jìn)步也取得了可喜的進(jìn)展，特別是在冰箱壓縮機(jī)行方向有關(guān)的行業(yè)。冰箱壓縮機(jī)的性能系數(shù)從幾年前的1.0 左右發(fā)展到今天有數(shù)家國內(nèi)冰箱壓縮機(jī)企業(yè)最高達(dá)到1.95[13]，從而在一定程度上促進(jìn)了制冷設(shè)備的發(fā)展。
3.2.2 壓縮機(jī)的比較
一 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)
滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)是常見到的家用空調(diào)壓縮機(jī)之一。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)惡化往復(fù)式壓縮機(jī)相比結(jié)構(gòu)簡單得多, 不復(fù)雜，而且體積小比同樣制冷量的往復(fù)式壓縮機(jī)體積可減少60%、占用空間少，很輕，重量減少35% ,零件減少50 %、零部件少,這就是說同樣情況下，易損壞的零件要少。這種壓縮機(jī)只進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動,不需將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閬砘氐姆磸?fù)運動，從運轉(zhuǎn)平穩(wěn)度來說，更為平穩(wěn)，其他的比如噪聲低，靠譜等等，從結(jié)構(gòu)上說，制作余系小，不用考慮膨脹氣體的干擾了，另外還沒有吸氣閥，減少流動阻力，結(jié)果就使得容積效率高，能效比高。但這種壓縮機(jī)對零件加工精度要求高,比活塞式的壽命短；致命的是這樣的壓縮機(jī)只有一個偏心布置的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動起來噪聲很大，如果是功率大的機(jī)組，氣缸分類多，品種雜亂。而且為了便于管理和降低成本，使零、部件通用化程度較高,同質(zhì)化明顯，就是說凡是一個系列的零件都相似，配備起來方便，而且都是有規(guī)定的功率段的產(chǎn)品。一般情況下我們通過提高加工精度和裝配精度來提高壓縮機(jī)的COP，對壓縮機(jī)進(jìn)行多方面的優(yōu)化設(shè)計，改進(jìn)排氣閥的安裝或者結(jié)構(gòu)，增大發(fā)電機(jī)疊片的厚度等等還可以采用硅鋼片和提高槽前率等多方面來實現(xiàn)；降低壓縮機(jī)噪聲主要減少震動或者緩沖壓力帶來的額跳動，并且設(shè)計好的消聲器，控制好動態(tài)平衡和靜態(tài)平衡等，常通過改進(jìn)材料，加強(qiáng)控制,強(qiáng)化實驗手段來提高壓縮機(jī)的可靠性,特別加工和設(shè)計保護(hù)元件和連接元件等來確保電機(jī)可靠性。利用徹底清除垃圾、應(yīng)用高強(qiáng)度材料、進(jìn)行各種試驗以及根據(jù)不同情況確保壓縮機(jī)的可靠性。
二 渦旋式壓縮機(jī)
渦旋式壓縮機(jī)是一中新型的壓縮機(jī)，它也是家用空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式之一。長期以來, 由于軸向力不能穩(wěn)定平衡, 防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不靈活,軸向、徑向密封不完善, 以及渦形盤加工困難, 故未達(dá)到實用化程度。直至70年代后, 經(jīng)美、日等國的研究確保渦旋式壓縮機(jī)走上正途，可以實用化，很多跨國公司比如開利等都會生產(chǎn)這種壓縮機(jī)，他們主要特點就是：沒有吸氣閥、排氣閥，壓力損失減少，壓縮室壓差小，無余系容積，容積效率高，可靠性高，功耗小。渦旋式運動能夠減少力矩的變化形成壓縮腔從而降級噪音，震動減少。其結(jié)構(gòu)簡單，這就使得零部件損壞的量少，體積小。對液擊不是很敏感。另外它的轉(zhuǎn)速很高，便于實現(xiàn)變頻控制從而調(diào)節(jié)制冷量。采用一種背壓可自動調(diào)節(jié)的可控推力機(jī)構(gòu)。這樣的話可以保持縱向蜜蜂，減少機(jī)械損傷，防止偶爾出現(xiàn)的高壓，確保壓縮機(jī)安全。還有將氣體注入循環(huán)，提高運行效率和節(jié)能，減少壓縮機(jī)開機(jī)頻率和停機(jī)頻率，控制室溫變化，可以實現(xiàn)舒適的空調(diào)。最后就其加工工藝來說，制造精度高，加工精密，成本較高，總體來說，其綜合性能稍遜滾動轉(zhuǎn)子式，特別適合于低噪聲的要求，目前多用在大功率的高檔次空調(diào)器上，是產(chǎn)品中的佼佼者。
目前渦旋式壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢主要在：①進(jìn)一步改進(jìn)渦旋盤加工制造工藝, 降低成本；②提高加工和裝配精度, 合理考慮實際運行中密封間隙，降低泄漏損失, 進(jìn)一步提高效率；③究變轉(zhuǎn)速下渦旋式壓縮機(jī)性能, 提高工作轉(zhuǎn)速；④研究開發(fā)自轉(zhuǎn)型渦旋式壓縮機(jī)等。
三 往復(fù)式活塞式壓縮機(jī)
往復(fù)式制冷壓縮機(jī)始終都是應(yīng)用廣泛的一種機(jī)型，廣泛應(yīng)用于中、小型制冷裝置中，按其結(jié)構(gòu)分為滑管式和連桿式壓縮機(jī)兩類。
（1）滑管式壓縮機(jī)
滑管式壓縮機(jī)最早產(chǎn)生與1960年左右，它也是往復(fù)活塞式的一種典型。其特點就是結(jié)構(gòu)很簡單那、成本比較低，制作工藝好，加工零部件的加工精度要求不是很精密，也就是說要求不是很高，制造和裝配都比較容易，所以發(fā)展迅速。目前這類壓縮機(jī)在國內(nèi)外的電冰箱等小型制冷設(shè)備生產(chǎn)中應(yīng)用比較常見，然而缺點也很明顯，就是活塞與缸壁間的力矩很大，摩擦耗散功大，能效偏低，因此滑管式壓縮機(jī)正在進(jìn)入低谷或者說是衰退期，將逐漸被連桿式的壓縮機(jī)或旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)所取代。
（2）連桿式壓縮機(jī)
連桿式壓縮機(jī)也屬往復(fù)活塞式,是制冷設(shè)備中采用時間較早的一種。其特點是運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)、噪聲低、不易磨損、可以長時間用、能效比顯著、工作很可靠，但是零部件多而且雜亂，且零部件形狀都不一樣，形狀精細(xì)而復(fù)雜，加工精度高，工藝難度很大，因此其發(fā)展一度受到限制，在電冰箱及其它小型制冷設(shè)備中正在逐漸被渦旋式壓縮機(jī)所取代。近幾年來隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，其結(jié)構(gòu)也有了很大改進(jìn)，目前連桿式壓縮機(jī)已經(jīng)成為電冰箱壓縮機(jī)的主導(dǎo)產(chǎn)品，總需求量有很大的提高。
四 離心式壓縮機(jī)
離心式壓縮機(jī)是一種高速運轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)。氣體經(jīng)過高速運轉(zhuǎn)的葉輪被加速至高速度 后，再在環(huán)形通道中將速度動能變?yōu)閴毫ξ荒?，從而提高氣體的壓力。此類型壓縮機(jī)是按照安裝的工作輪數(shù)量的多少來定義分級的，分為一級式和多級式。比如只有一個工作輪，就成為一級離心式壓縮機(jī)，如果由多個工作輪串聯(lián)起來，就稱為多級離心式壓縮機(jī)。在空調(diào)中，由于壓力增高較少，所以一般都是采用單級，其他類型的離心式至冷壓縮機(jī)都是多級的，單級離心式壓縮機(jī)主要構(gòu)成有工作輪、蝸殼管等組成、壓縮機(jī)工作時候制冷劑蒸汽從西氣口流向吸氣室，并在吸汽室的導(dǎo)流作用引導(dǎo)由蒸發(fā)器(或中間冷卻器)來的制冷劑蒸汽平均進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的工作輪，工作輪也稱為葉輪，他是離心式制冷壓縮機(jī)的重要部件，一邊由于受離心力的作用，在葉片槽道中作擴(kuò)壓流動。
離心式制冷壓縮機(jī)的特點與特性：離心式制冷壓縮機(jī)與活塞式制冷壓縮機(jī)相比較，具有下列優(yōu)點：單機(jī)制冷量大，在制冷量相同時它的體積小，占地面積少，重量較活塞式輕5～8倍；由于它沒有汽閥活塞環(huán)等易損部件，也沒有連桿機(jī)構(gòu)，可以說因此工作可靠，噪音小，操作簡單，維護(hù)費用低；能經(jīng)濟(jì)方便的調(diào)節(jié)制冷量且調(diào)節(jié)的范圍較大；對制冷劑的適應(yīng)性差[14]，一臺結(jié)構(gòu)一定的離心式制冷壓縮機(jī)只能適應(yīng)一種制冷劑；離心式壓縮機(jī)在大冷量范圍內(nèi)（大于1500kw）仍保持優(yōu)勢，這主要是受益于在這個冷量范圍內(nèi)，它就有很高的系統(tǒng)效率，這種是無法超越的，離心式壓縮機(jī)的運動零件簡單并且比較少，而且制造精密程度遠(yuǎn)比螺桿式壓縮機(jī)低很多，這就引起了制造費用相對較低的特點。
五 螺桿式壓縮機(jī)
螺桿式壓縮機(jī)是主要靠轉(zhuǎn)子的相互嚙合，它們是帶有螺旋齒槽的，形成有齒形的基元容積的變化。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工業(yè)生產(chǎn)始于1950 年，由于結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、外形比較緊密、質(zhì)量依然很輕、排氣溫度低、氣體中可以帶有塵等優(yōu)點,在國內(nèi)外得到了飛速的發(fā)展。在操作上, 螺桿壓縮機(jī)是壓縮機(jī)中最簡單的類型之一。在成本上，螺桿式壓縮機(jī)和往復(fù)的、重型水冷卻式壓縮機(jī)相比, 每單位馬力的原始投資要低30 %[15]。
綜上所述可知：就壓縮機(jī)的性能來講，渦旋式最好，滾動轉(zhuǎn)子式次之，往復(fù)式最差；就成本價格而言，相同制冷能力的壓縮機(jī)，渦旋式最高，往復(fù)式最低，滾動轉(zhuǎn)子式介于其中；不同的壓縮機(jī)其安全運行工況范圍是不同的，通?；钊麎嚎s機(jī)能夠更好地適應(yīng)高的壓差和低的環(huán)境溫度。
3.3 冷凝器
3.3.1 冷凝器概述
冷凝器是空調(diào)裝備中的主要部件之一，它是一種換熱設(shè)備，其主要功能就是將壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽冷卻成液態(tài)，此過程放出的熱量被冷卻介質(zhì)吸收，然后隨之排放到周圍環(huán)境中，過熱蒸汽在冷凝器中放熱而變成液體時，過程一般如下：制冷劑蒸汽先是會在冷凝器中被過熱蒸汽冷卻為干飽和蒸汽，放出大量的熱量，由于干飽和蒸汽遇冷要冷凝為飽和液體，放出大量的熱量，如果飽和液體繼續(xù)得到冷卻，就成為過冷液體，通常按照冷卻方式不同，冷凝器可分為空氣冷卻式冷凝器、水冷卻式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器三大類。
3.3.2 冷凝器的比較
一 空氣冷卻式冷凝器
空氣冷卻式冷凝器用于電冰箱、、窗式空調(diào)器、冷藏柜、汽車及鐵路車廂用空調(diào)裝置等運輸式制冷裝置，冷卻介質(zhì)為空氣，多應(yīng)用與干旱地區(qū)?？諝饫鋮s式冷凝器根據(jù)空氣的流動情況還可分為自然對流冷卻和強(qiáng)制對流冷卻兩種。前者主要用于小型的家用冰箱的冷凝器，強(qiáng)制對流冷卻主要用于中小型氟利昂機(jī)組。
自然對流空氣冷卻式冷凝器帶走熱量的主要方式是憑借空氣受熱產(chǎn)生自然對流的方式。這種冷凝器的傳熱效果低于強(qiáng)制流動空氣冷卻式冷凝器。由于自燃對流作用，省去了安裝風(fēng)機(jī)過程，節(jié)省資源，減少風(fēng)機(jī)的電能消耗，完全避免風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)時候的噪音、但是這種冷凝器也有其致命的缺點就是傳熱系數(shù)低。
再來說強(qiáng)制對流空氣冷卻式冷凝器，其一般用套片管式，選擇合適數(shù)量組的蛇形管組成，空氣在軸流風(fēng)機(jī)的作用下被壓力作用流進(jìn)翅片管強(qiáng)制通風(fēng)，一般強(qiáng)制通風(fēng)用的風(fēng)機(jī)是軸流式的。這種冷凝器的傳熱系數(shù)也比較小，一般約為23～35 W/(m·K)[16] 。它必須使用風(fēng)機(jī)，要消耗一定的電能。
二 水冷式冷凝器
水冷式冷凝器是用水作為冷卻介質(zhì)對排氣進(jìn)行冷凝，冷卻水來源廣闊比如江水、湖水、河水、等等由于水溫低，所以很多用水冷式冷凝器可以得到更低的冷凝溫度和壓力，這樣的話就對提高制冷裝置的制冷能力有很大的提高，同時提高了其運行的經(jīng)濟(jì)性。目前常用的水冷式冷凝器有立式殼管式、臥式殼管式、套管式三種。
（1）立式殼管式冷凝器應(yīng)用范圍主要是大中型制冷系統(tǒng)。立式殼管式冷凝器占地面積小，可以漏天安裝，便于清潔，對水質(zhì)也無要求，傳熱效果很好。其缺點為：冷卻水用量大，耗水量多，流速較高，且比較笨重。
（2）臥式殼管式冷凝器主要用在氨制冷和氟利昂制冷等大中型制冷裝備中，臥式殼管式冷凝器傳熱系數(shù)高、占用空間面積小、結(jié)構(gòu)緊密、有利于機(jī)組化，并且冷卻水可以重復(fù)利用。耗水量相對立式殼管式冷凝器少；操作方便，運行可靠。缺點是：需水量很大，對缺水地區(qū)有限制性，冷卻水流動阻力大，
（3）套管式冷凝器由數(shù)根大小不同的管子組成。大管子內(nèi)套小管子，小管子可以是一根，也可以是數(shù)根。套管式冷凝器適用范圍有一定的限度，多應(yīng)用于制冷量在50KW左右的小型制冷裝置中且多為氟利昂型，制冷劑蒸汽從上進(jìn)從下出去，冷卻水從上部進(jìn)入內(nèi)管，吸熱流出，制冷劑和冷卻水間多為逆流換熱。在套管式冷凝器中，制冷劑同時受到冷水及管外空氣的冷卻，其傳熱效果好，但是不排除金屬的消耗量大，套管式冷凝器結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效果好，缺點已很明顯機(jī)冷卻水的流動阻力大，對水質(zhì)要求較高。
三 蒸發(fā)式冷凝器
蒸發(fā)式冷凝器的換熱主要是靠冷卻水在空氣中蒸發(fā)吸收氣化潛熱而進(jìn)行的。蒸發(fā)式冷凝器的耗水量較少，空氣流量也不大。蒸發(fā)式冷凝器具有以下一些優(yōu)點。
（1）節(jié)水,多數(shù)水冷式冷凝器可以帶走大量的熱量，主要由于水的狀態(tài)不同吸收熱量不同，這是由于水的比熱容不同，蒸發(fā)式冷凝器是利用水的蒸發(fā)散發(fā)出來的潛熱帶走制冷劑熱量，因此蒸發(fā)式冷凝器理論上來說耗水量更少，但是考慮到飛濺損失等因素，實際耗水量一般。
（2）節(jié)電，蒸發(fā)式冷凝器的制冷系統(tǒng)冷凝溫度比用風(fēng)冷式或水冷式冷凝器低。因此采用蒸發(fā)式冷凝器就會使冷凝器的總功耗顯著減低，壓縮機(jī)的輸入功率也將減少。
（3）結(jié)構(gòu)緊湊，蒸發(fā)式冷凝器自身的原因就有冷卻塔的作用，因此不需配備冷卻塔，因此完全可以不裝備冷卻塔就行，這樣的話，整個裝置結(jié)構(gòu)就很緊湊。
（4）不污染環(huán)境，不少化工廠以往采用殼管式冷凝器，夏季時候由于冷凝壓力太高，采用放空降壓的辦法，但是效果不很理想，因為每次僅能放出部分蒸汽，而且期間還含有大量的氨氣，損失嚴(yán)重還容易污染環(huán)境，但采用蒸發(fā)式冷凝器后不存在這種現(xiàn)象。
綜上所述，由于裝置具有多種優(yōu)勢：構(gòu)造簡單，溫度低，安排緊湊，傳熱系數(shù)小，制作方便等等并且套片管式強(qiáng)制空氣對流冷卻時冷凝器結(jié)構(gòu)簡單，容易制作，傳熱特性好等優(yōu)點，故選用套管式冷凝器
3.4 蒸發(fā)器
3.4.1 蒸發(fā)器概述
蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中一個主要的換熱部件，其作用主要是把制冷劑蒸發(fā)，此過程在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行，制冷劑被節(jié)流后蒸發(fā)，這部分制冷劑處于蒸汽狀態(tài)。濕蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器時期蒸發(fā)的含量只占10%左右，其余都是液體。隨著蒸汽在蒸發(fā)器內(nèi)的流動與吸熱，液體逐漸蒸發(fā)為蒸汽，蒸汽越來越多，當(dāng)流至接近蒸發(fā)器出口處時，一般已成為干蒸汽，到蒸發(fā)器末段，繼續(xù)吸熱，成為過熱蒸汽。蒸發(fā)器按其冷卻的介質(zhì)不同分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。根據(jù)供液方式的不同，有滿液式、干式、循環(huán)式、和噴淋式等。
3.4.2 蒸發(fā)器的比較
一 干式氟利昂蒸發(fā)器
干式蒸發(fā)器是一種制冷劑液體在傳熱管內(nèi)能夠完全汽化的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器傳熱管外側(cè)的被冷卻介質(zhì)是載冷劑或空氣,制冷劑則在管內(nèi)吸熱蒸發(fā),蒸發(fā)器流量約為傳熱管內(nèi)容積的百分之二十到三十.增加制冷劑的質(zhì)量流量,通過增加制冷劑的接觸面積或者在館內(nèi)部的濕潤面積，在進(jìn)口和出口的壓差應(yīng)控制隨流動阻力增大而增加，以便于降低制冷系數(shù)
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