【正文】 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(shí)施，有利于環(huán)境友好型發(fā)展。我國(guó)節(jié)能政策的時(shí)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(huì)很大程度上促進(jìn)空氣源熱泵熱水器在市場(chǎng)上的發(fā)展。 存在的問題 一般來說，當(dāng)市場(chǎng)中新引進(jìn)一批新產(chǎn)品時(shí)候，總會(huì)存在某種缺陷，對(duì)于空氣源熱泵熱水器也同樣存在以下缺憾：首先，外觀問題。而且在還沒有能真正解決結(jié)霜問題造成的產(chǎn)品運(yùn)行困難問220L 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) 題之前，廣大的北方就基本無人敢去發(fā)展 [7]。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(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)垢，如果不 能定期對(duì)蒸發(fā)器和冷凝器清洗的話，對(duì)于板式換熱器來說，就會(huì)脹破，對(duì)于套管式換熱器而言，其內(nèi)管會(huì)破裂，從而導(dǎo)致整個(gè)熱泵熱水機(jī)組失去功能 。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(jià)值和應(yīng)用潛力的新能源。 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?，?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(gè)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。 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。平時(shí)學(xué)習(xí)中我們常常稱其為工質(zhì)。由于它無毒、無味、不可燃燒、 無爆炸、腐蝕性小。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。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?。按照?biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)來分，常?？梢苑譃楦邷刂评鋭?、中文制冷劑和低溫制冷劑三類。如Ｒ 71Ｒ 1Ｒ 22 等， 一般用于普通單級(jí)壓縮和雙級(jí)壓縮的活塞式制冷壓縮機(jī)中；而標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)在 46℃ 以下的稱為低220L 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) 溫制冷劑，冷凝壓力 Pk≥20Kg/cm2（絕對(duì)）， T0≤－ 70℃ ，如Ｒ 13（ 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。 （ 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。 220L 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) 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(duì)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(duì)分子質(zhì)量要大，這樣可以提高壓縮比，減少級(jí)數(shù)。 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。 （ 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 化學(xué)性質(zhì)不如 R12 穩(wěn)定。 （ 3） R23，又名三氟甲烷，分子式為 CHF3，無色無臭氣體。 (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。 R407C 和 R22 有很接近的制冷量，壓力差不多一樣，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做出的改動(dòng)小。同時(shí) 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(huì)破壞臭氧層也不對(duì)環(huán)境造成。常溫常壓下 R134a 是無色，有輕微的氣味，不易燃，對(duì)皮 膚眼睛無不會(huì)產(chǎn)生刺激，也不會(huì)引起皮膚過敏反應(yīng)，這一點(diǎn)很不錯(cuò)，但 長(zhǎng)時(shí)間暴 露 仍然會(huì)產(chǎn)生輕微毒氣，所以工作場(chǎng)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(rùn)滑要求。 壓縮機(jī) 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(duì)循環(huán)熱力系統(tǒng)的各種運(yùn)行性能、噪聲、振動(dòng)、維護(hù)和使用壽命產(chǎn)生最直接的影響。這是多年的資料研究發(fā)現(xiàn)的 。因而，國(guó)際上對(duì)制冷壓縮機(jī)的研究從未停止過，無論從傳熱流動(dòng)、噪聲振動(dòng)、摩擦潤(rùn)滑、材料材質(zhì)、加工工藝到性能還是可靠性，從分析其運(yùn)行機(jī)制、理論性質(zhì)研究到機(jī)械部件結(jié)構(gòu)、測(cè)試技術(shù)等，幾乎無所不包。 壓縮機(jī)的比較 一 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī) 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)是常見到的家用空調(diào)壓縮機(jī)之一。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(gè)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。長(zhǎng)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(shí)用化程度。對(duì)液擊不是很敏感。還有將氣體注入循環(huán)，提高運(yùn)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(shí)現(xiàn)舒適的空調(diào)。 （ 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(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)、噪聲低、不易磨損、可以長(zhǎng)時(shí)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。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(jí)的，分為一級(jí)式和多級(jí)式。 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。 綜上 所述可知：就壓縮機(jī)的性能來講，渦旋式最好，滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式次之，往復(fù)式最差；就成本價(jià)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(dòng)轉(zhuǎn)子式介于其中；不同的壓縮機(jī)其安全運(yùn)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。前者主要用于小型的家用冰箱的冷凝器，強(qiáng)制對(duì)流冷卻主要用于中小型氟利昂機(jī)組。 再來說強(qiáng)制對(duì)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。 二 水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是用水作為冷卻介質(zhì)對(duì)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(duì)提高制冷裝置的制冷能力有很大的提高，同時(shí)提高了其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。其缺點(diǎn)為：冷卻水用量大，耗水量多，流速較高，且比較笨重。大管子內(nèi)套小管子，小管子可以是一根，也可以是數(shù)根。蒸發(fā)式冷凝器的耗水量較少，空氣流量也不大。因此采用蒸發(fā)式冷凝器就會(huì)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。濕蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)期蒸發(fā)的含量只占 10%左右，其余都是液體。 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。其應(yīng)用范圍廣，可以用于低溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境場(chǎng)合也可以用于冷藏庫(kù)等等。但不足之處是制冷劑充注量大，液柱靜壓會(huì)給蒸發(fā)溫度造成不良影響。循環(huán)式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)在于傳熱系數(shù)高因?yàn)檎?發(fā)器管道內(nèi)部能夠完全濕潤(rùn)，其不足之處在與體積較大，制冷劑充注量較多。與名義參數(shù)相應(yīng)的溫度條件稱為名義工況。所用的制冷劑為 R134a，制冷循環(huán)參數(shù)及室內(nèi)外空氣參數(shù)由工況初步定為 蒸發(fā)溫度 to=10oC，冷凝溫度 tk=60 oC，液體溫度 55 oC，過冷度 10 oC，過熱度 5oC。因此 , 熱水箱的儲(chǔ)熱量只要保證熱水用水峰值時(shí)用水量和熱泵熱水器的產(chǎn)水量的差值 圖 41 直熱式熱泵熱水器工作原理 圖 42 直熱式熱泵熱水器工作原理 水箱相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 把水箱設(shè)計(jì)為圓柱形，尺寸為 R= 高 H=1m 水箱最大儲(chǔ)水量 v= LR 2502 ??? （ 41） 額定出水量為 220L ,即 220Kg 把整個(gè)水箱的水從 15℃ 加熱到 55℃ 所需的熱量為 220L 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) Q= KJKJC 3 6 9 6 040104 . 22 2 0tm 3 ???????? （ 42） 把整個(gè)水箱的水從 15℃ 加熱到 60℃ 所需的熱量為 Q= KJKJC 4 1 5 8 045104 . 22 2 0tm 3 ???????? （ 43） 隔熱材料的選擇 隨著人們對(duì)能源產(chǎn)品的性能要求的提高，對(duì)儲(chǔ)水箱的保溫性能也提出了更高的要求。 5—1 表示制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程。此次設(shè)計(jì)亦采用這種材料。循環(huán)式熱泵熱水器 , 就是說冷水需要多次被加熱，經(jīng)過循環(huán)多次的加熱才能被加熱到設(shè)定的溫度，每次循環(huán)，水溫上升 5攝氏度左右。為了使用方便，一般都給出了這些名義工況的參數(shù)，這些參數(shù)為客戶提供了參考依據(jù)和制冷機(jī)或制冷壓縮機(jī)的性能參數(shù)。 4 設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)工況的選擇 所謂工況，是指制冷系統(tǒng)的工作條件。 三 循環(huán)式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器中 ,制冷劑在其管內(nèi)反復(fù)循環(huán)吸熱蒸發(fā)直至完全汽化 ,被稱為循環(huán)式蒸發(fā)器。 二 滿液式蒸發(fā)器 滿液式蒸發(fā)器按其借個(gè)分為殼管式、直管式、螺旋管式等幾種結(jié)構(gòu)形式。而冷卻空氣的干式蒸發(fā)器又可分為冷卻自由運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器和冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器 . 自由運(yùn)動(dòng)型一般被制成光管蛇形管管組，通常稱作冷卻 排管，一般用于冷藏庫(kù)和低溫的實(shí)驗(yàn)裝置中。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。 （ 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(shí)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?yàn)槊看蝺H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。 （ 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(shí)際耗水量一般。在套管式冷凝器中，制冷劑同時(shí)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(jiǎn)單，傳熱效果好，缺點(diǎn)已很明顯機(jī)冷卻水的流動(dòng)阻力大，對(duì)水質(zhì)要求較高。耗水量相對(duì)立式殼管式冷凝器少；操作方便，運(yùn)行可靠。 （ 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)。K)[16] 。這種冷凝器的傳熱效果低于強(qiáng)制流動(dòng)空氣冷卻式冷凝器。 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(yùn)輸式制冷裝置，冷卻介質(zhì)為空氣，多應(yīng)用與干旱地區(qū)。在操作上 , 螺桿壓縮機(jī)是壓縮機(jī)中最簡(jiǎn)單的類型之一。在空調(diào)中，由于壓力增高較少，所以一般都是采220L 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) 用單級(jí)，其他類型的離心式至冷壓縮機(jī)都是多級(jí)的，單級(jí)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(shí)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(dòng)。 四 離心式壓縮機(jī) 離心式壓縮機(jī)是一種高速運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)。目前這類壓縮機(jī)在國(guó)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(diǎn)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。 目前渦旋式壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)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(shí)際運(yùn)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。采用一種背壓可自動(dòng)調(diào)節(jié)的可控推力機(jī)構(gòu)。渦旋式運(yùn)動(dòng)能夠減少力矩的變化形成壓縮腔從而降級(jí)噪音，震動(dòng)減少。利用徹 底清除垃圾、應(yīng)用高強(qiáng)度材料、進(jìn)行各種試驗(yàn)以及根據(jù)不同情況確保壓縮機(jī)的可靠性。這種壓縮機(jī)只進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ,不需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閬砘氐姆磸?fù)運(yùn)動(dòng)，從運(yùn)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(dòng)阻力，結(jié)果就使得容積效率高，能效比高。同時(shí)近年來，國(guó)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)。由于此次設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)的制冷量為， 因此本設(shè)計(jì)選用全封閉式制冷壓縮機(jī) 。 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)。根據(jù)以上分析，本文220L 空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì) 推薦在熱泵熱水器中使用 R134a 制冷工質(zhì)。它具有與 R22相似的熱物理性質(zhì)，它的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為 ℃ 。 （ 6） R410