【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)境保護措施的實施，有利于環(huán)境友好型發(fā)展。我國節(jié)能政策的時候和保護環(huán)境政策的發(fā)布，很大的建筑領域，工業(yè)余留資源等因素將會很大程度上促進空氣源熱泵熱水器在市場上的發(fā)展。 存在的問題 一般來說，當市場中新引進一批新產(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。而且在還沒有能真正解決結霜問題造成的產(chǎn)品運行困難問220L 空氣源熱泵熱水器設計 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到 60 攝氏度左右，水垢很容易在這個溫度范圍內(nèi)結垢，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，從而導致整個熱泵熱水機組失去功能 。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)利用價值和應用潛力的新能源。 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，應用了傳熱學中學過的逆卡諾循環(huán)原理 [9]，并且通過吸收空氣中大量的低溫熱能，經(jīng)過壓縮機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，也沒有燃燒可燃氣體來加熱熱水。 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。平時學習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]，制冷技術在人類發(fā)展期中起著舉足輕重的作用，制冷技術突飛猛進。 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。按照化學成分，主要分為三類：無機物類、氟利昂、碳氫化合物。按照標準沸點來分，常?？梢苑譃楦邷刂评鋭⒅形闹评鋭┖偷蜏刂评鋭┤?。如Ｒ 71Ｒ 1Ｒ 22 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中；而標準沸點在 46℃ 以下的稱為低220L 空氣源熱泵熱水器設計 溫制冷劑，冷凝壓力 Pk≥20Kg/cm2（絕對）， 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迭式制冷裝置的低溫部分或－ 70℃ 以下的低溫裝置中。 （ 2）熱導率大 [12]，這樣的話就可以提高熱交換設備的傳熱系數(shù)，從而減少傳熱面積，使系統(tǒng)結構緊湊 三、物理化學性質(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計 除了以上共同要求外，不同型式的制冷系統(tǒng)和制冷壓縮機對制冷劑還有一些特殊要求，比如說： （ 1） 離心式壓縮機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)。 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，需要對整個系統(tǒng)做出的改動小。同時 R410A 不含氯元素，因此不可能與臭氧層發(fā)生連鎖反應，既不會破壞臭氧層也不對環(huán)境造成。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，這一點很不錯，但 長時間暴 露 仍然會產(chǎn)生輕微毒氣，所以工作場所應通風良好， R134a 是不溶于礦物油的制冷劑，他采用脂類油、合成油（往復式壓縮機用）或烷基苯油（旋轉(zhuǎn)式壓縮機用）來滿足壓縮機的潤滑要求。 壓縮機 壓縮機概述 壓縮機在蒸汽壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機決定著系統(tǒng)制冷能力大小的關鍵，它是制冷系統(tǒng)的關鍵部件，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，國際上對制冷壓縮機的研究從未停止過，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，從分析其運行機制、理論性質(zhì)研究到機械部件結構、測試技術等，幾乎無所不包。 壓縮機的比較 一 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機是常見到的家用空調(diào)壓縮機之一。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。長期以來 , 由于軸向力不能穩(wěn)定平衡 , 防自轉(zhuǎn)機構不靈活 ,軸向、徑向密封不完善 , 以及渦形盤加工困難 , 故未達到實用化程度。對液擊不是很敏感。還有將氣體注入循環(huán)，提高運行效率和節(jié)能，減少壓縮機開機頻率和停機頻率，控制室溫變化，可以實現(xiàn)舒適的空調(diào)。 （ 1）滑管式壓縮機 滑管式壓縮機最早產(chǎn)生與 1960 年左右，它也是往復活塞式的 一種典型。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，形狀精細而復雜，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備中正在逐漸被渦旋式壓縮機所取代。此類型壓縮機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。 五 螺桿式壓縮機 螺桿式壓縮機是主要靠轉(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：就壓縮機的性能來講，渦旋式最好，滾動轉(zhuǎn)子式次之，往復式最差；就成本價格而言，相同制冷能力的壓縮機，渦旋式最高，往復式最低，滾動轉(zhuǎn)子式介于其中；不同的壓縮機其安全運行工況范圍是不同的，通?；钊麎嚎s機能夠更好地適應高的壓差和低的環(huán)境溫度。前者主要用于小型的家用冰箱的冷凝器，強制對流冷卻主要用于中小型氟利昂機組。 再來說強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，空氣在軸流風機的作用下被壓力作用流進翅片管強制通風，一般強制通風用的風機是軸流式的。 二 水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是用水作為冷卻介質(zhì)對排氣進行冷凝，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)濟性。其缺點為：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)式冷凝器就會使冷凝器的總功耗顯著減低，壓縮機的輸入功率也將減少。濕蒸汽進入蒸發(fā)器時期蒸發(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。其應用范圍廣，可以用于低溫實驗環(huán)境場合也可以用于冷藏庫等等。但不足之處是制冷劑充注量大，液柱靜壓會給蒸發(fā)溫度造成不良影響。循環(huán)式蒸發(fā)器的優(yōu)點在于傳熱系數(shù)高因為蒸 發(fā)器管道內(nèi)部能夠完全濕潤，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 , 熱水箱的儲熱量只要保證熱水用水峰值時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 水箱相關參數(shù)的計算 把水箱設計為圓柱形，尺寸為 R= 高 H=1m 水箱最大儲水量 v= LR 2502 ??? （ 41） 額定出水量為 220L ,即 220Kg 把整個水箱的水從 15℃ 加熱到 55℃ 所需的熱量為 220L 空氣源熱泵熱水器設計 Q= KJKJC 3 6 9 6 040104 . 22 2 0tm 3 ???????? （ 42） 把整個水箱的水從 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 隨著人們對能源產(chǎn)品的性能要求的提高，對儲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。此次設計亦采用這種材料。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)和制冷機或制冷壓縮機的性能參數(shù)。 4 設計計算 設計工況的選擇 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)器按其借個分為殼管式、直管式、螺旋管式等幾種結構形式。而冷卻空氣的干式蒸發(fā)器又可分為冷卻自由運動空氣的蒸發(fā)器和冷卻強制流動空氣的蒸發(fā)器 . 自由運動型一般被制成光管蛇形管管組，通常稱作冷卻 排管，一般用于冷藏庫和低溫的實驗裝置中。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，實際耗水量一般。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，套管式冷凝器結構簡單，傳熱效果好，缺點已很明顯機冷卻水的流動阻力大，對水質(zhì)要求較高。耗水量相對立式殼管式冷凝器少；操作方便，運行可靠。 （ 1）立式殼管式冷凝器應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制流動空氣冷卻式冷凝器。 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)裝置等運輸式制冷裝置，冷卻介質(zhì)為空氣，多應用與干旱地區(qū)。在操作上 , 螺桿壓縮機是壓縮機中最簡單的類型之一。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計 用單級，其他類型的離心式至冷壓縮機都是多級的，單級離心式壓縮機主要構成有工作輪、蝸殼管等組成、壓縮機工作時候制冷劑蒸汽從西氣口流向吸氣室，并在吸汽室的導流作用引導由蒸發(fā)器 (或中間冷卻器 )來的制冷劑蒸汽平均進入高速旋轉(zhuǎn)的工作輪，工作輪也稱為葉輪，他是離心式制冷壓縮機的重要部件，一邊由于受離心力的作用，在葉片槽道中作擴壓流動。 四 離心式壓縮機 離心式壓縮機是一種高速運轉(zhuǎn)的壓縮機。目前這類壓縮機在國內(nèi)外的電冰箱等小型制冷設備生產(chǎn)中應用比較常見，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，因此滑管式壓縮機正在進入低谷或者說是衰退期，將逐漸被連桿式的壓縮機或旋轉(zhuǎn)式壓縮機所取代。 目前渦旋式壓縮機的發(fā)展趨勢主要在： ① 進一步改進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 , 進一步提高效率； ③ 究變轉(zhuǎn)速下渦旋式壓縮機性能 , 提高工作轉(zhuǎn)速； ④ 研究開發(fā)自轉(zhuǎn)型渦旋式壓縮機等。采用一種背壓可自動調(diào)節(jié)的可控推力機構。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。利用徹 底清除垃圾、應用高強度材料、進行各種試驗以及根據(jù)不同情況確保壓縮機的可靠性。這種壓縮機只進行旋轉(zhuǎn)運動 ,不需將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閬砘氐姆磸瓦\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，從結構上說，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，結果就使得容積效率高，能效比高。同時近年來，國內(nèi)制冷壓縮機的研究與技術進步也取得了可喜的進展，特別是在冰箱壓縮機行方向有關的行業(yè)。由于此次設計的空調(diào)系統(tǒng)的制冷量為， 因此本設計選用全封閉式制冷壓縮機 。 制冷壓縮機按密封結構形式可分為開啟式壓縮機、半封閉式壓縮機和全封閉式壓縮機。根據(jù)以上分析，本文220L 空氣源熱泵熱水器設計 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)，它的標準沸點為 ℃ 。 （ 6） R410