【正文】 課題。冬天的情況也有類似結(jié)果，在室外溫度為 6℃ 時（南京空調(diào)設(shè)計室外計算溫度），熱泵機(jī)組出水溫度為 40℃ 時的效率，比出水溫度為 50℃ 時的效率高出 13％左右，在 0℃ 時，熱泵機(jī)組出水溫度 40℃ 時的效率是出水 50℃ 時的 。 化霜是熱泵機(jī)組不得于而為之的動作，化霜期間不但不供熱，反而制冷，對供熱效率影響明顯。熱泵機(jī)組冷凝熱的回收也應(yīng)成為制造商、業(yè)主、工程設(shè)計人員共同關(guān)心的節(jié)能課題?？傮w來說，空氣源熱泵熱水器 發(fā)展 前景還是不錯的 。通常情況下，家庭普通房間每平方米所需的制冷量為 115145W，客廳、飯廳每平方米所需的制冷量為 145175W。這樣，就可根據(jù)所需 2400W的制冷量對應(yīng)選購具有 2500W制冷量的 KF25GW型分體壁掛式空調(diào)器。 就現(xiàn)有系統(tǒng)而言，除改變冷凝盤管長度外，調(diào)整充注量和膨脹閥開度對系統(tǒng) COP 也有明顯的提高，并且穩(wěn)定性得到改善。雖然不易直接計算得出，但能得出一些經(jīng)驗性的結(jié)論。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－ ℃ ，凝固溫度為－ 160℃ ，具有較好的熱力性質(zhì)和熱物理性質(zhì)。 R134a不可燃， 且蒸發(fā)器和冷凝器都在正壓下工作。 R407C 具有與 R22 相近的制冷量，壓力基本相當(dāng)，對整個系統(tǒng)的改動小。實驗結(jié)果表明R417a 系統(tǒng)的吸、排氣壓力比 R22系統(tǒng)稍高或接近，但對應(yīng)于 同一溫度下的飽和壓力 R417a小于 R22，有利于裝置的運(yùn)行。 系統(tǒng)的理論循環(huán)和工質(zhì)熱力計算 現(xiàn)選取 R2 R134a、 R407C 和 R417a 四種工質(zhì)，蒸發(fā)熱量為 1KW 時，考慮一定的過冷度和過熱度，對過渡季、夏季和冬季三種典型工況進(jìn)行熱力計算，系統(tǒng)的理論循環(huán)如圖 2所示，理論計算結(jié)果列表如下：（其中過冷度和過熱度均取 5 ℃ ） 一般工況：取 T0=15℃ ， Tk=60℃ （見表 1） 夏季工況：取 T0=20℃ ， Tk =60℃ （見表 2） 冬 季工況：取 T0=10℃ ， Tk =60℃ （見表 3） 圖 系統(tǒng)的理論循環(huán) 顯然，由圖中可以看出： 單位工質(zhì)的制熱量 qh = h2 h4 ， 單位工質(zhì)的耗電量 w0 = h2 h1 ， 則制熱系數(shù)為： 表 1 一般工況不同工質(zhì)熱力性能比較表 工質(zhì) R22 R134a 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 空氣源熱泵熱水器設(shè)計 20 R407C R417a 表 2 夏季工況不同工質(zhì)熱力性能比較表 工質(zhì) 冷凝壓力(KPa) 蒸發(fā)壓力(KPa) 壓縮機(jī)功率(kW) 冷凝熱量(kW) 制熱系數(shù) 壓比 壓差 (KPa) 壓縮機(jī)排氣溫度（ ℃ ） R22 2431.00 906.33 8 5.04 2.682 152 R134a 1699.27 569.75 8 5.12 2.982 112 R407C 2494.30 864.46 0 4.89 2.885 162 R417a 2151.81 786.59 0 5.00 2.736 136 表 3 冬季工況不同工質(zhì)熱力性能比較表 工質(zhì) 冷凝壓力(KPa) 蒸發(fā)壓力(KPa) 壓縮機(jī)功率(kW) 冷凝熱量(kW) 制熱系數(shù) 壓比 壓差 (KPa) 壓縮機(jī)排氣溫度（ ℃ ） R22 2431.00 353.50 9 2.83 6.877 207 R134a 1699.27 199.74 1 2.81 8.508 149 R407C 2494.30 313.66 4 2.70 7.952 218 R417a 2151.81 297.58 7 2.68 7.231 185 計算結(jié)果分析 （ 1）由計算結(jié)果可知，不管用何種制冷工質(zhì)，一般工況下其平均制熱系數(shù) h =，夏季平均 h =，冬季平均 h =，都比電熱水器和燃?xì)鉄崴鞲叩亩啵@表明其具有顯著的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性； （ 2）從系統(tǒng)運(yùn)行來看，由于冬季溫差較大，故冬季運(yùn)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(yùn)行有很大影響，因此建議熱泵熱水器夏季和過渡季運(yùn)行，而冬季適當(dāng)輔以電加熱，安全合理地發(fā)揮熱泵的效能； （ 3） R22 的排氣溫度最高，不利于系 統(tǒng)的運(yùn)行，加之對大氣臭氧層有破壞作用，因此替代在所難免； 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 空氣源熱泵熱水器設(shè)計 21 （ 4） R134a 的制熱系數(shù)最大，但其溶水性較強(qiáng)，少量的水即可以使其產(chǎn)生較強(qiáng)的金屬腐蝕性，或產(chǎn)生 “鍍銅 ”現(xiàn)象； （ 5） R417a 的排氣溫度最低，排氣溫度低對潤滑油的粘度影響降低，可防止?jié)櫥头纸庾冑|(zhì)，改善系統(tǒng)的工作條件，提高機(jī)器的使用壽命；雖然其制熱系數(shù)比 R22 稍低，但在環(huán)保方面有一定優(yōu)勢，因此具有廣闊的市場前景。目前衛(wèi)生熱水能耗在 建筑 能耗中的比例越來越大，建筑衛(wèi) 生熱水節(jié)能日益受到重視。各種燃?xì)鉄崴鞯男室话愣家堰_(dá) 80%左右，有的甚至已達(dá) 85%，進(jìn)一步提高效率較難，最多還有 5%的節(jié)能潛力。那么，利用熱泵的原理來制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統(tǒng)熱水器所不能企及的。 熱泵熱水器的基本原理如圖 1所示：它主要是由壓縮機(jī)、熱交換器、軸流風(fēng)扇、保溫水箱、水泵、儲液罐 、過濾器、電子膨脹閥和電子自動控制器等組成。因此，從產(chǎn)品本身以及整個節(jié)能的角度出發(fā)，研究它是很有意義的 。 第四章 熱泵熱水器設(shè)計實例 第一 節(jié) 實例介紹 4． 1． 1安裝的選擇 (1)安裝前的準(zhǔn)備工作： 1)察看安 裝現(xiàn)場： A、 確認(rèn)場地的面積足夠容納所有的設(shè)備（包括水箱、水泵、主機(jī)、控制器、管材、管鍵等），并且有足夠的可操作空間。 E、 場地取電的位置不超過 5米，并且電表容量，電線容量足夠，相位（三相、兩相）符合要求。 古語有說 “ 七分安裝 ， 三分產(chǎn)品。任何一環(huán)節(jié)的松懈都有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 （ 4） 安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電、強(qiáng)磁場直接作用的區(qū)域 （ 5） 機(jī)組必須安裝減震裝置，以防止振動傳遞。 （ 2） 選擇一個空氣的入口和出口沒有遮擋物和非密 閉的地點。 尤其對于含水系統(tǒng)的空氣源熱泵熱水器來說表現(xiàn)的更加尤為突出。 G、 精確測算需要的管材，管件數(shù)量，電線數(shù)量。 2)要求客戶確保： C、 確保熱水供、回水管路安裝到位，距安裝水箱的位置不超過 4米，并且便于與水箱連接。 熱泵熱水器是一個利國利民的產(chǎn)品，對于節(jié)能、健康、安全和環(huán)保方面都有十分顯著的效果。 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 空氣源熱泵熱水器設(shè)計 22 圖 311 熱泵熱水器工作原理 用熱泵供熱水在國外已有多年的研究基礎(chǔ)和應(yīng)用實例，但國內(nèi)近幾年才興起，而且對工程機(jī)研究較多。太陽能助推式熱泵是熱泵與太陽能技術(shù)結(jié)合使用的一種熱泵技術(shù)；水源熱泵是利用一定溫度的水源 (20℃ 以上 )作為熱源以制冷劑為媒介，將水源中的熱量吸收后經(jīng)壓縮機(jī)壓縮制熱，通過熱交換器與冷水交換熱量以達(dá)到取暖和制取熱水的目的 ,水源熱泵必須有一定溫度和流量的水源；空氣源熱泵以水源熱泵類似方法從空氣獲得熱量來加熱水。這就引發(fā)了我們對于熱水器的思考：能不能 設(shè)計 出一種安全節(jié)能又方便使用的熱水器呢？ 熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)，它被形象的稱為 “ 熱量倍增器 ” 。人們一直致力于發(fā)展各種新技術(shù)，尋找各種新材料來提高熱效率，減少熱損失以達(dá)到節(jié)能目的。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。 此外，還有資料表明，目前，在熱泵系統(tǒng)中， R22 極有希望的混合替代工質(zhì)為 R407C和 R410a[7,8]。另外， R407C 是非共沸型制冷劑，一旦發(fā)生泄漏，其 COP 值就急速下降，屬于過渡工質(zhì)。 （ 3） R407C 近年來，有不少學(xué)者進(jìn)行了專門針對熱泵熱水器的研究， Vince C. Mei研究了用 R407C 代替 R22 在熱泵熱水器中應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同 設(shè)計 運(yùn)行能力的熱泵系統(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)。 盡管 R22 屬于 HCFC 類物質(zhì)，環(huán)境指標(biāo) ODP(Ozonedestroy Potential消耗臭氧層潛能值 )為 ， GWP (Globalwarm Potential溫室效應(yīng)潛能值 )為 左右，對大氣臭氧層也有一定的破壞作用，但比 R12 小得多，所以在一些場合，它適合作為某些禁用制冷劑的過度性替代物，目前廣泛應(yīng)用在家用空調(diào)器以及中型冷水機(jī)組中，在工業(yè)制冷中也有所使用 [2]。 第二節(jié) 熱泵熱水器工質(zhì)性能分析 、 應(yīng)用于熱泵熱水器的工質(zhì)分析 現(xiàn)在市場上，用于熱泵熱水器的工質(zhì)種類繁多，而且很多企業(yè)為了技術(shù)保密，多數(shù)也不愿意公 開自己采用的工質(zhì)，這就導(dǎo)致其他廠家在設(shè)計產(chǎn)品時難于選擇?，F(xiàn)提出改進(jìn)與建議如下： 1)充注量在熱泵系統(tǒng)運(yùn)行中起重要作用。家南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 空氣源熱泵熱水器設(shè)計 18 用電器要消耗制冷量的較大部分，電視、電燈、冰箱等每 w（瓦）功率要消耗制冷量 1（ w），門窗的方向也要消耗一定的制冷量，東面窗 150W／ m2，西面窗 280／ m2，南面窗 180W／ m2，北面窗 100W／ m2，如是樓頂及西曬可考慮適當(dāng)增加制冷量。（注：一般習(xí)慣地把 2500W稱為 1匹，而把 2300W稱為小 1匹， 3500/3600W稱為 ，而把 3200稱為小 ） 空調(diào)制冷量 是判斷使用何種空調(diào)的重要依據(jù)。嚴(yán)格講， 空調(diào) 器輸 出制冷量的大小應(yīng)以 W（瓦）來表示，而市場上常用匹來描述空調(diào)器制冷量的大小。推廣節(jié)能技術(shù)改良既有的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計新的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，可節(jié)省巨大能源，具有顯著 的經(jīng) 濟(jì)效益、節(jié)能效益、環(huán)境效益和社會效益。在采用非智能化霜控制器的熱泵的運(yùn)行管理中，管理人員根據(jù)氣候特點，隨時根據(jù)氣候的變化調(diào)整化霜間隙及化霜時間可明顯提高熱泵機(jī)組的供熱效率，減少能源浪費(fèi)。 除此以外，空調(diào)系統(tǒng)在上班人員到達(dá)前提前開啟，有利于節(jié)能，另外由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)及家具等的蓄熱特性，空調(diào)系統(tǒng)熱泵機(jī)組比下班時間提前關(guān)閉半小時至 1小時，既不影響整體舒適，又有明顯節(jié)能效果。比如在環(huán)境溫度為 30℃ ，出水溫度為 12℃ 時，熱泵機(jī)組的效率要比出水溫度 7℃ 時高出 6％，環(huán)境溫度為 30℃ 時，出水溫度為 15℃ 時熱泵的效率為出水溫度為 7℃ 時的 。噴水的不利后果是可能導(dǎo)致?lián)Q熱器表面積垢，而影響換熱，但由于盤管表面還有一定的灰塵，水垢也許不會直接在盤管表面形成甚至造成影響傳熱之程度。將滲透風(fēng)、侵入風(fēng)降到最小程度，將排風(fēng)組織起來，通過全熱熱交換器回收其中的能量，具有明顯的節(jié)能意義。同樣由于加接風(fēng)管，熱泵所配風(fēng)機(jī)應(yīng)予調(diào)整，以適新的通風(fēng)工況。涼柵下可設(shè)置水 泵，也為日常檢查維修創(chuàng)造了好的環(huán)境。為了美觀及布置方便，熱泵機(jī)組大多對齊并列布置，為改善通風(fēng)，熱泵機(jī)組可錯列。雙風(fēng)機(jī)組式空調(diào)器系統(tǒng)或分立但聯(lián)動控制的變新風(fēng)和變排風(fēng)系統(tǒng)都可實現(xiàn)這一效果。不管水系統(tǒng)是否變水量，空調(diào)器設(shè)三檔變速是需要的。對氣流組織無嚴(yán)格要求的舒適性空調(diào)場所，尤其是商場等人員聚集較多的場所，大焓差空調(diào)器既可減少能耗，又可減小風(fēng)道面積，節(jié)省風(fēng)道系統(tǒng)的投入和建筑空間。新風(fēng)量的組織與控制（根據(jù)室外環(huán)境參數(shù)或二氧化碳濃度控制新風(fēng)量），可以將新風(fēng)能耗降為最小，有時還可利用室外新風(fēng)進(jìn)行自然降溫，最大限制地減少能耗。另外，如果水泵能采用變頻泵，使其額定工況下的水溫差達(dá)到 5℃ ，同時在部分負(fù)荷下，水泵流量也相應(yīng)改變，當(dāng)然不應(yīng)小于熱泵機(jī)組的最小限定流量，則其節(jié)能效果會更顯著。 另外， 工程中普遍出現(xiàn)的所選水泵過大，水溫差過小的現(xiàn)象。個別熱泵還可根據(jù)室外環(huán)境參數(shù)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以減少風(fēng)機(jī)的能耗。所以熱泵機(jī)組效率的高低對空調(diào)系統(tǒng)能耗有決定作用?？照{(diào)系統(tǒng)有效的節(jié)能措施對于減少建筑能耗，減少大樓的營運(yùn)成本有明顯的效果與意義。置于屋面的水泵宜設(shè)帶配重平衡塊的彈簧減振臺座。另外，在布置上，熱泵機(jī)組應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離房間，或與相鄰的房間之間加隔聲屏，但應(yīng)注意隔聲屏不應(yīng)阻礙通風(fēng)氣流的流通。有條件時 熱泵 水系統(tǒng)宜采用變水量控制以有效解決水力失衡和減少部分負(fù)荷情況下水泵的消耗。