【正文】 劑的物質(zhì)有80多種，最常用的是氨、氟里昂類、水和少數(shù)碳?xì)浠衔锏取Ｋ姆诸惙椒ㄍǔＳ袃煞N，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。 制冷劑的分類制冷劑的種類很多。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。.2 設(shè)計(jì)方案選擇與論證 制冷劑 制冷劑的概述制冷劑是制冷機(jī)中的工作介質(zhì)，它在制冷機(jī)工作系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，通過自身熱力狀態(tài)的變化與外界發(fā)生能量交換，從而達(dá)到制冷的目的。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。事實(shí)上，目前國(guó)內(nèi)的熱水器市場(chǎng)仍以燃電當(dāng)家。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)。空氣源熱泵與目前常用的電熱水器不同，它不是用電熱管在水中直接加熱，而是通過熱泵集熱器從自然空氣中收集熱源，傳熱工質(zhì)吸熱自然汽化，經(jīng)壓縮后形成高溫高壓氣體，再通過冷凝盤管“搬運(yùn)”到水中釋放熱量。 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。從長(zhǎng)江三角洲的“電荒”到涉及東北、華東、華南、西南等地區(qū)的“煤荒”與“缺油”，傳統(tǒng)能源緊缺的“紅燈籠”掛遍中國(guó)大地。 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。第四，換熱器和套管換熱器易結(jié)垢斷裂。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。而在還沒有真正的技術(shù)解決結(jié)霜等造成產(chǎn)品運(yùn)行困難的問題之前，廣大的北方則基本無人敢企及。第二，結(jié)霜問題。但是，目前家用熱泵熱水器尚存在許多問題亟待解決。（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。（2）運(yùn)行費(fèi)用低：與燃油，燃?xì)忮仩t比，全年平均可節(jié)70%的能源，加上電價(jià)的走低和燃料價(jià)格的上漲，運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)日益突出。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。（3）運(yùn)行成本方面：常規(guī)太陽能在太陽直射下，幾乎零成本運(yùn)行，可惜在陰雨雪天或夜晚只能依靠輔助系統(tǒng)工作，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，正常使用時(shí)。（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。 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)： 高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變成過熱液體媒體，進(jìn)入蒸發(fā)器，完成一個(gè)循環(huán)。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。 空氣源熱泵熱水器的工作原理空氣源熱泵熱水器一般由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、過濾器、儲(chǔ)液罐、儲(chǔ)水箱及輔助熱源等部分組成，如圖1。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。 總的來說，國(guó)內(nèi)熱泵技術(shù)研究開發(fā)工作的起點(diǎn)和發(fā)展歷史與國(guó)外相比有較大差距。 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。但是這樣的系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，投資成本高。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。目前，空氣源熱泵熱水器的理論基礎(chǔ)漸趨成熟，并且在工程應(yīng)用上越來越普遍。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。 總之，目前國(guó)外針對(duì)普通的定頻空氣源熱泵熱水器進(jìn)行了很多研究,并取得了一定的成果，例如，針對(duì)定頻空氣源熱泵熱水器目前存在的問題,提出了一種直流變頻空氣源熱水器[7]。 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。Satoru Okamoto研制的熱泵系統(tǒng)利用海水作為低溫?zé)嵩?，向房間進(jìn)行供熱。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)。該系統(tǒng)在0℃的氣候環(huán)境下能夠把水的溫度從9℃升高到 60℃。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)。據(jù)日本制冷工業(yè)協(xié)會(huì)(JRA)有關(guān)人員介紹，2006年日本政府對(duì)熱泵熱水器的補(bǔ)貼預(yù)算高達(dá)125億日元，比2004年增長(zhǎng)了55億日元。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。據(jù)記者了解，熱泵熱水器從2001年開始進(jìn)入日本家庭，日本資源能源廳對(duì)熱泵蓄熱空調(diào)系統(tǒng)給予設(shè)備投資補(bǔ)助，到2005年4月。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。澳大利亞的Quantum公司，從上世紀(jì)70年代生產(chǎn)出家用空氣源熱泵產(chǎn)品至今，有的產(chǎn)品已正常運(yùn)行了十幾年，其性能得到了用戶的肯定。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。 從我國(guó)看來，熱泵熱水器或許還是一種新產(chǎn)品。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。因此，空氣源熱泵技術(shù)在我國(guó)有著廣闊的應(yīng)用前景，它的應(yīng)用將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？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)。近年來隨著資源和環(huán)境的問題日益嚴(yán)重，在滿足人們健康、舒適要求的前提下，合理利用自然資源，保護(hù)環(huán)境，減少常規(guī)能源消耗，已成為暖通空調(diào)行業(yè)需要面對(duì)的一個(gè)重要問題?？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。空氣源能量巨大，是取之不盡用之不竭的能源。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)。盡管我國(guó)人均用能不及世界平均人均能耗水平的一半，但能源消費(fèi)總量已達(dá)世界第二。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。黨的十八大提出了到2020年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值要比2000年再翻兩番的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)，這對(duì)能源安全等問題提出了更高的要求。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。隨著生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求逐步提高，與此同時(shí)對(duì)能源的需求也逐步增加，能源供需間的矛盾也日益突出。關(guān)鍵詞 熱泵/空氣源/熱水器/設(shè)計(jì)ABSTRACTThis 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, design1 緒論2006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。其次說明了有關(guān)空氣源熱泵熱水器的方案選擇和論證，并根據(jù)給定的工況對(duì)空氣源熱泵進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。30KW空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì)30kw空氣源熱泵熱水器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 空氣源熱泵熱水器的概況 1 空氣源熱泵熱水器的研究背景及意義 1 空氣源熱泵熱水器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 2 空氣源熱泵熱水器的工作原理 5 空氣源熱泵熱水器的優(yōu)缺點(diǎn) 5 空氣源熱泵熱水器的優(yōu)點(diǎn) 5 空氣源熱泵熱水器的發(fā)展前景 72 設(shè)計(jì)方案選擇與論證 8 制冷劑 8 制冷劑的概述 8 制冷劑的分類 8 制冷劑的選用原則 9 制冷劑介紹與選擇 10 壓縮機(jī) 12 壓縮機(jī)概述 12 壓縮機(jī)的比較 13 針對(duì)30kw空氣源熱泵壓縮機(jī)的選型 15 冷凝器 16 冷凝器概述 16 冷凝器的比較 16 蒸發(fā)器 19 蒸發(fā)器概述 19 蒸發(fā)器的比較 193 設(shè)計(jì)計(jì)算 21 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 21 熱泵系統(tǒng)的熱力計(jì)算 214 冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 24 氟利昂套管式冷凝器的結(jié)構(gòu) 24 氟利昂套管式冷凝器的傳熱計(jì)算 25 氟利昂套管式冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 有關(guān)參數(shù)的選擇及計(jì)算 25 確定內(nèi)管根數(shù) 26 傳熱計(jì)算 26 冷凝器整體結(jié)構(gòu) 285 熱泵蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算 28 強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 28 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 31 初步的結(jié)構(gòu)規(guī)劃 31 計(jì)算幾何參數(shù) 31 計(jì)算空氣側(cè)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 32 確定空氣在蒸發(fā)器內(nèi)的狀態(tài)變化過程 34 循環(huán)空氣量的計(jì)算 35 空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算 35 管內(nèi)R134a蒸發(fā)時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算 36 傳熱溫差的初步計(jì)算 39 傳熱系數(shù)的計(jì)算 40 核算假設(shè)的qi值 40 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)尺寸的確定 40 R134a的流動(dòng)阻力及其對(duì)傳熱溫差的影響 42 空氣側(cè)的阻力計(jì)算 42 蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)的選型 436 壓縮機(jī)的選型計(jì)算 45 理論排氣量的計(jì)算 45 軸功率的計(jì)算 45 壓縮機(jī)選型 46 壓縮機(jī)的校核 46 壓縮機(jī)名義工況下的熱力計(jì)算 46 壓縮機(jī)的選型及校核計(jì)算 477 節(jié)流裝置介紹與類型選擇 49 熱力膨脹閥的選型 52 熱力膨脹閥名義工況下的熱力學(xué)計(jì)算 52 選定熱力膨脹閥 538 其他輔助設(shè)備的計(jì)算與選型 55 干燥過濾器計(jì)算與選型 55 氣液分離器的計(jì)算與選型 56 油分離器 58 視液鏡 59 截止閥的選取 60 電磁閥的選取 60 分流頭的選擇 62 壓力控制器的選擇 63 高壓儲(chǔ)液器 639 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 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)。該設(shè)計(jì)首先闡述了熱泵熱水器的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，如高效節(jié)能，環(huán)境效益顯著等等。最后，通過制冷劑制冷循環(huán)的熱力計(jì)算、冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算、蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算、熱力膨脹閥的設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，并進(jìn)行校核，在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上選出其他的輔助設(shè)備，包括設(shè)備中其他附件的選擇標(biāo)準(zhǔn)及要求、管路的連接與布置、制冷工況的選擇、制冷劑的選擇等。而能源緊張、拉閘限電、 燃?xì)鉂q價(jià)等問題的凸顯喚起了人們對(duì)能源戰(zhàn)略應(yīng)用的重新思考，同時(shí),也將人們的目光引向了新型能源的開發(fā)與利用，這促使傳統(tǒng)的、高能耗的家電產(chǎn)品逐步退出市場(chǎng)。能源便成為當(dāng)今各個(gè)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展中的重要課題。但是隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，能源資源缺乏、結(jié)構(gòu)不夠合理、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題日益突出。在新的形勢(shì)下，我國(guó)有必要大力發(fā)展可再生能源。 空氣源熱泵熱水器的概況 空氣源熱泵熱水器的研究背景及意義能源是人類社會(huì)求生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，中國(guó)作為一個(gè)能源消耗大國(guó)，人口眾多，能源相對(duì)匱乏，自然資源總量排在世界第七位， 能源總量約4 萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第三位，而人均能源占有量約為世界平均水平的