【正文】 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。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。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。所用的制冷劑為 R134a，制冷循環(huán)參數(shù)及室內外空氣參數(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。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)。與名義參數(shù)相應的溫度條件稱為名義工況。 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。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。 三 循環(huán)式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器中 ,制冷劑在其管內反復循環(huán)吸熱蒸發(fā)直至完全汽化 ,被稱為循環(huán)式蒸發(fā)器。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。 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。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。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能夠完全汽化的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器按其冷卻的介質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。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。 （ 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。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。 （ 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。蒸發(fā)式冷凝器的耗水量較少，空氣流量也不大。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，對水質要求較高。大管子內套小管子，小管子可以是一根，也可以是數(shù)根。耗水量相對立式殼管式冷凝器少；操作方便，運行可靠。其缺點為：冷卻水用量大，耗水量多，流速較高，且比較笨重。 （ 1）立式殼管式冷凝器應用范圍主要是大中型制冷系統(tǒng)。 二 水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是用水作為冷卻介質對排氣進行冷凝，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。K)[16] 。 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。這種冷凝器的傳熱效果低于強制流動空氣冷卻式冷凝器。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。 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、窗式空調器、冷藏柜、汽車及鐵路車廂用空調裝置等運輸式制冷裝置，冷卻介質為空氣，多應用與干旱地區(qū)。 綜上 所述可知：就壓縮機的性能來講，渦旋式最好，滾動轉子式次之，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。在操作上 , 螺桿壓縮機是壓縮機中最簡單的類型之一。 五 螺桿式壓縮機 螺桿式壓縮機是主要靠轉子的相互嚙合，它們是帶有螺旋齒槽的，形成有齒形的基元容積的變化。在空調中，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。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。 四 離心式壓縮機 離心式壓縮機是一種高速運轉的壓縮機。其特點是運轉比較平穩(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。目前這類壓縮機在國內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式壓縮機所取代。 （ 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。 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 究變轉速下渦旋式壓縮機性能 , 提高工作轉速； ④ 研究開發(fā)自轉型渦旋式壓縮機等。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。采用一種背壓可自動調節(jié)的可控推力機構。對液擊不是很敏感。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。長期以來 , 由于軸向力不能穩(wěn)定平衡 , 防自轉機構不靈活 ,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。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。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。這種壓縮機只進行旋轉運動 ,不需將旋轉運動轉變?yōu)閬砘氐姆磸瓦\動，從運轉平穩(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。 壓縮機的比較 一 滾動轉子式壓縮機 滾動轉子式壓縮機是常見到的家用空調壓縮機之一。同時近年來，國內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)。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、加工工藝到性能還是可靠性，從分析其運行機制、理論性質研究到機械部件結構、測試技術等，幾乎無所不包。由于此次設計的空調系統(tǒng)的制冷量為， 因此本設計選用全封閉式制冷壓縮機 。這是多年的資料研究發(fā)現(xiàn)的 。 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。 壓縮機 壓縮機概述 壓縮機在蒸汽壓縮式制冷空調系統(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。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。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（旋轉式壓縮機用）來滿足壓縮機的潤滑要求。它具有與 R22相似的熱物理性質，它的標準沸點為 ℃ 。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。 （ 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空調的 ，制冷（暖）效率更高。 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。在本系統(tǒng)中考慮到經(jīng)濟成本問題，壓縮機選型計算以及截流機構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 研究了用 R407C 在熱泵熱水器中應用，結果發(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)。 (4) R404a 是一種近共沸混合制冷劑，其組成成分為 R125/R143a/R134a，質量配比為 44/52/4。是不燃氣體，主220L 空氣源熱泵熱水器設計 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。 （ 3） R23，又名三氟甲烷，分子式為 CHF3，無色無臭氣體。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。 R22 化學性質不如 R12 穩(wěn)定。對 R22，含水量仍然限制在 ％以內。 （ 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系統(tǒng)。 制冷劑 的確定 （ 1）氨具有優(yōu)良的熱力性能、 ODP=0和 GWP1，但有毒 ,在化學工業(yè)和食品工業(yè)中以及中央空調 (歐洲 )都重新得到了應用；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。 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。 （ 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)。 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量要大，這樣可以提高壓縮比，減少級數(shù)。 ，也就是說不要破壞大氣層的臭氧層，不會產(chǎn)生溫室效應。 （ 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、物理化學性質方面 1. 無毒、不燃燒、不爆炸、使用比較安全。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、結焦）或制冷劑在高溫下分解。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。標準沸點在 0℃ 以上的稱為高溫制冷劑，冷凝壓力 Pk≤2～ 3Kg/cm2（絕對）， T0 0℃ 如Ｒ 11（ CFCl3），其T0＝ ℃ ，適用于空調系統(tǒng)的離心式制冷壓 縮機中，通常 30℃ 時，Pk≤。按照標準沸點來分，常常可以分為高溫制冷劑、中文制冷劑和低溫制冷劑三類。但是氟利昂有自身的缺點。按照化學成分，主要分為三類：無機物類、氟利昂、碳氫化合物。包括無機化合