【正文】 ....................................................................................... 60 分流頭的選擇 ............................................................................................... 62 30KW 空氣源熱泵熱水器設(shè) 計(jì) V 壓力控制器的選擇 ..................................................................................... 63 高壓儲(chǔ)液器 ...................................................................................................... 63 9 儲(chǔ)水箱 ........................................................................................................................ 65 熱水箱的組成 ............................................................................................... 66 外殼 ......................................................................................................... 66 內(nèi)膽 ......................................................................................................... 66 保溫層 ..................................................................................................... 66 熱水箱的設(shè)計(jì) ............................................................................................... 67 結(jié)束語 ............................................................................................................................... 69 致 謝 ........................................................................................................................... 70 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................... 71 30KW 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) 摘 要 本文主要介紹了對(duì) 30KW 空氣源熱泵熱水器的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 熱 泵 /空 氣源 /熱水器 /設(shè)計(jì) 30KW 空氣源熱泵熱水器設(shè) 計(jì) II THE DESIGN OF 30KW AIR SOURCE HEAT PUMP WATER HEATER ABSTRACT This paper mainly introduces the design of 30KW air source heat pump water heater. The air source heat pump water heater design first described the working principle and its advantages and disadvantages, such as energy efficient, environmental benefits are remarkable and so on. Secondly, the air source heat pump water heater shows the program selection and verification, According to the given conditions on the design and calculation of air source heat pump. Lastly, the pressor and fan were selected according to the thermodynamic calculation of the refrigerant refrigeration cycle, design and calculation of the condenser and the evaporator design calculations. In addition other auxiliary equipments were selected based on the design, including selection criteria and requirements, piping connection and arrangement, cooling conditions the choice of refrigerant selection. KEY WORDS heat pump, air source, water heater, design 1 緒論 2021 年 2 月 16 日 ，旨在限制溫室氣體排放、遏制全球變暖的《京都議定書》生效， 大力鼓勵(lì)、推廣綠色環(huán)保的新能源及其應(yīng)用產(chǎn)品成為必然的選擇。我國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)經(jīng)歷了近 30 年 的高速增長(zhǎng)，而支持我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)之一是能源利用水平的迅速提高。而熱泵產(chǎn)品是當(dāng)今世界先進(jìn)的節(jié)能產(chǎn)品之一，空氣源熱泵熱水器就是在這種背景下被人們所重視及推崇起來的。因此，大力開拓新能源與可再生能源的實(shí)際應(yīng)用成為我國(guó)解決能源緊張和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要戰(zhàn)略任務(wù)?？諝庠茨芊植紡V闊，獲取方便 ， 不需要開采和運(yùn)輸，使用安全衛(wèi)生，對(duì)環(huán)境無污染，是當(dāng)之無愧的清潔能源?？諝庠礋岜霉峥照{(diào)系統(tǒng)是一種 利用可再生能源的高效節(jié)能、無污染的既可供暖又可制冷 的 環(huán)保型的 新型空調(diào) 系統(tǒng)。1850 年，開爾文在此理論基礎(chǔ)上，提出了“逆卡諾循環(huán)”的熱泵概 念。在 20世紀(jì) 60年代，世界能源危機(jī)爆發(fā)，熱泵熱水器受到充分的重視，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的政府和企業(yè)都投入了大量的資金用于開發(fā)熱泵熱水器產(chǎn)品，目前，熱泵熱水器在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)比較成熟。 而日本、新加坡、馬來西亞等與中國(guó)毗鄰的國(guó)家，熱泵熱水器使用也比較普遍。目前，各制造廠家正在想方設(shè)法降低制造成本，使熱泵熱水器的價(jià)格更能讓人接受。此外，三洋、三菱等企業(yè)已經(jīng)配套開發(fā)了一系列適合熱泵熱水器的壓縮機(jī)及其配套技術(shù)。 Masahiro Kobayashi 對(duì)低溫寒冷地區(qū)進(jìn)行了 CO2熱泵熱水器研究，為日本寒冷地區(qū)的 CO2熱泵熱水器使用提供依據(jù)。 在動(dòng)態(tài)模擬上 ， . Morrison[5]等提出了利用 Trnsys 仿真軟件對(duì)熱泵進(jìn)行全年綜合性的動(dòng)態(tài)仿真，并且評(píng)定了各類熱泵性能等級(jí)； Minsung Kim[6]等對(duì)熱泵熱水器的不同型號(hào)的水箱進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，認(rèn)為水箱體積越小，瞬間性能退化越大；相反，水箱體積越大，熱量損失越快。有關(guān) HCFC2的替代物 ,從環(huán)保性能、使用性能和經(jīng)濟(jì)成本等方面來講，都不是太理想，國(guó)外正在做進(jìn)一步的探索和研究。具體如下： 在技術(shù)改良方面，以西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)為代表，探討降低蒸發(fā)器空氣側(cè)的結(jié)霜 ，減少傳熱熱阻，強(qiáng)化蒸發(fā)器對(duì)流換熱。 在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬上，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多相關(guān)的研究，這里不一一細(xì)述。目前 ,利用較多的是水源熱泵 ,而用空氣源熱泵制取生活 用熱水在國(guó)內(nèi)近幾年剛剛起步。其工作流程如下 : 首先，傳熱工質(zhì) ( 過熱液體媒體 ) 在蒸發(fā)器內(nèi)吸 收低溫?zé)嵩吹臒崃?，蒸發(fā)成氣體媒體，經(jīng)過壓縮器的壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w媒體 。 圖 11空氣源熱泵熱水器工作流程 空氣源熱泵熱水 器的 優(yōu)缺點(diǎn) 空氣源熱泵熱水 器的 優(yōu)點(diǎn) 與常規(guī)太陽能相比，空氣源熱泵熱水器具有以下四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)： （ 1） 投資方面：如達(dá)到相同供 水效果，資金投入空氣源熱泵熱水器比常規(guī)太陽能產(chǎn)品少，并且可以使用經(jīng)濟(jì)電能，在用電低谷時(shí)制熱水儲(chǔ)備。同時(shí)使用壽命可達(dá) 15 年以上，維護(hù)費(fèi)用低，設(shè)備性能穩(wěn)定。 （ 4）運(yùn)行安全，無需值守：與燃料鍋爐相比，運(yùn)行絕對(duì)安全，而且全自動(dòng)控制，無需人員值守，可節(jié)省人員成本。 第二， 結(jié)霜問題。衡量熱泵熱水器的經(jīng)濟(jì)性一方面要考慮運(yùn)行費(fèi)另一方面要考慮初投資及隨后的維修費(fèi)等其余費(fèi)用。 空氣源熱泵熱水器的發(fā)展前景 隨著能源緊缺的進(jìn)一步擴(kuò)大，全民的節(jié)能意識(shí)也得到了很大的提高。 伴隨著能源緊缺的影響，一些標(biāo)榜節(jié)能、環(huán)保的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，特別是夏季來臨時(shí)各個(gè)行業(yè)對(duì)電能的嚴(yán)重依賴，“電荒”的影響對(duì)一些耗電大的產(chǎn)品的節(jié)能性提出了更高的要求，諸如空調(diào)、電熱水器等產(chǎn)品。 空氣源熱泵熱水器具有太陽能熱水器節(jié)能、環(huán)保、安全的優(yōu)點(diǎn)，又解決了太陽能熱水器依靠陽光采熱和安裝不便的缺點(diǎn)。熱泵熱水器被稱為第四類熱水器產(chǎn)品，其所具有的優(yōu)點(diǎn) 決定了它必將成為一種極具發(fā)展前途的熱水器，同時(shí)熱泵熱水器產(chǎn)品更加符合國(guó)家的能源政策，特別是近年來由于能源問題而促使世界各國(guó)正大力倡導(dǎo)及支持節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)和推廣。所以，只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠氣化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。它的分類方法通常有兩種，一種是根據(jù)制冷劑化學(xué)成分及組成；另一種是根據(jù)制冷的要求，制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時(shí)的飽和壓力和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的蒸發(fā)溫度的高低。按照化學(xué)成分，制冷劑可分為五類：無機(jī)化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳?xì)浠衔镏评鋭?、不飽和碳?xì)浠衔镏评鋭┖凸卜谢旌衔镏评鋭? （ 3） 氟里昂 (鹵碳化合物制冷劑 )：氟里昂是飽和碳?xì)浠衔镏腥炕虿糠致仍?（ Cl） 、氟 （ F） 和溴 （ Br） 代替后衍生物的總稱。 （ 5）不飽和碳?xì)浠衔镏评鋭哼@類制冷劑中主要是乙烯 (C2H4)、 丙烯 (C3H6)和它們的鹵族元素衍生物，它們的 R后的數(shù)字多為 “ 1”， 如 R11 R1150...等 。 (2)熱力學(xué)特性 ① 蒸發(fā)潛熱要大。使制冷劑氣體被壓縮后能在常溫下冷凝液化。 ⑤ 在常溫下冷凝壓力不要過高，最好不大于 1． 261． 5MPa， 這樣可降低對(duì)系統(tǒng)密封性的要求，減輕結(jié)構(gòu)重量。 30KW 空氣源熱泵熱水器設(shè) 計(jì) 10 ⑦ 制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)和放熱系數(shù)要高。 ② 在高溫下不會(huì)分解，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。當(dāng)制冷系統(tǒng)內(nèi)有少量水分時(shí)，不會(huì)在低溫下析出而形成“冰堵 ”。 制冷劑介紹 與選擇 目前使用的制冷劑已多達(dá) 近百種，并正在不斷發(fā)展增多。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為 2520kcal / m 。其缺點(diǎn)是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為 ℃ ，凝固點(diǎn)為 ℃ 。 R134a 的分子極性大，在非極性油中的溶解度極小，在為 R134a 專門開發(fā)的諸多合成油中，主要是聚烯醇類油 PAGs、酯基油和氨基油。機(jī)器中的運(yùn)動(dòng)件供油不足時(shí)，會(huì) 加速磨損，為此，在合成油中需要添加添加劑以提高潤(rùn)滑性。 ③ R12（二氟二氯甲烷， CF2Cl2）為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷。只有在空氣中容積濃度超過 80％時(shí)才會(huì)使人窒息。但是， R22 的單位容積制冷量卻比 R12 大的多 ，接近于氨。主要用途： R410A 主要用于替代 R22 和 R502，具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好等特點(diǎn)，大量用于家用空調(diào)、小型商用空調(diào)、戶式中央空調(diào)等。用來替代 R22 的主要物質(zhì)有 R134a、 R407c 及 R410a， R134a在常壓下的蒸發(fā)溫度為 ℃ ，無毒，不燃燒不爆炸。 R134a 的等熵指數(shù)較 R12 小，所以在同樣的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下，其排氣溫度較低。目前有聚二醇類和聚酯類兩種?；钊剑ㄓ址Q往復(fù)式）壓縮機(jī)是活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故稱為往復(fù)活塞式；回 轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)是轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主要有螺桿式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)和滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)。小容量制冷壓縮機(jī)大多采用全封閉式壓縮機(jī)。 現(xiàn)將幾種壓縮機(jī)的特點(diǎn)列舉如下： 容積型制冷壓縮機(jī) （ 1）往復(fù)式壓縮機(jī) 往復(fù)式壓縮機(jī)適應(yīng)范圍和制冷量范圍廣，壓力穩(wěn)定；熱效率高，在變工況運(yùn)行時(shí)尤為突出；對(duì)材料要求低，加工容易，造價(jià)低；設(shè)計(jì)與制造技術(shù)成熟；但往復(fù)式壓縮機(jī)也有其局限性 ，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件太多；轉(zhuǎn)速不能太高，變頻特性不如回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)；不能連續(xù)輸氣，工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)大。但是渦旋式壓縮機(jī)還具有其