2.5KW复合能源空调热水系统设计【含CAD图纸+文档】
压缩包内含有CAD图纸和说明书,均可直接下载获得文件,所见所得,电脑查看更方便。Q 197216396 或 11970985
文献翻译题 目 利用太阳能驱动的混合动力机组的太阳能制冷系统学生姓名 专业班级 学 号 院 (系) 指导老师(职称)完成时间 摘要在2010年,我们开发了一个名为“太阳能冷却系统”的吸收式制冷机。并且对它进行了一些改进。目前,“太阳能冷却系统”可以很容易的进行组装,而且我们还构建了示范装置,验证了组装工具。131 引言吸收式制冷机使用自然制冷剂水作为冷却介质,同时为了预防全球变暖而采用了零抽样损耗的Freon-Free。此外,吸收式制冷机使用热能作为驱动源,具备了节约能源的能力。全球变暖问题日益严重,促进并引进可再生能源实现低碳社会已成为首要工作。在此,我们着眼于太阳能,并开发了同空调系统相结合的太阳能冷却系统。在太阳能制冷系统中,水被太阳能加热,流入吸收式制冷机,其中的热能用来驱动空调。这个系统将储备丰富、能量转化率高的太阳能引入了在工业领域具有很高能耗速度的空调中。我们公司专门为太阳能冷却系统研发了太阳能混合制冷机组,并于2010年6月建立完成,同时也进行了示范实验。使用单效吸收式制冷机传统的太阳能冷却系统。它是低效率吸收式制冷机。并且该系统是复杂的系统,需要后备锅炉的热水供应。 太阳能驱动的混合式冷水机组具有自动备份的水加热性能差使用功能利用太阳能热优先被热能,如天然气,石油以及使用水不稳定的太阳能热量加热。上述系统中允许使用不稳定的可再生资源的空调,同时不需要建立复杂的备份系统。我们开发了太阳能驱动的混合式冷水机组和太阳能冷却系统。介绍如下:2 太阳能驱动的混合式冷水机2.1 太阳能驱动的混合式冷水机的外形太阳能驱动的混合式冷水机组是由一个高效的燃气吸收式制冷机/加热器COP1.3(总值(GDP) 热值),为它们配备有一个太阳能热回收单元,其包括一个热回收的主机热交换器和特殊冷凝器。图1 太阳能驱动的混合式冷水机如图2中所示的循环流程,太阳能热水被用于加热和再生吸溶液在热回收的热交换器。在使用这个再生过程中产生的制冷剂用于使高温的燃料发电机冷却。图2 太阳能驱动的混合式冷水机组冷却循环流程图一般来说,太阳能收集器有特征之间的温差越小集温度和外部空气温度、收集效率越高,因此,它是必须允许太阳能吸收式制冷机/加热器使用热水增加整个系统的效率。由于冷却器/加热器可以通过引入热水,使排气冷却过程中的油耗减少,因此可以考虑使用热引进吸收式制冷机/加热器(基因链接)。但是,基因-Link是一个旨在利用由热电联产系统等得到稳定的高温度(8390C)的废气余热热水,并且不能使用低温热水。其原因在Gene-Link的产生原理图制冷剂蒸气的产生和在低温条件下的热交换与热回收的原理图(图3)中可以看出。因此,饱和温度回收热交换器被该吸收式冷却器/加热器的饱和温度限制,以防止对数平均温差和收集被维持的低温.热水。图3 基因环线原理图4 太阳能驱动混合式冷水机原理 因此,如原理图所示,在图4中,太阳能混合冷水机组的冷凝器排斥热回收换热器的热回收装置和分离提供基础吸收冷却/加热与最初因热冷却水的特殊的电容器结构。这减少了热回收装置中的压力,维持了对数平均温差,以便于收集低温.热水。如图5所示,上述系统使低温.热水在75C冷却评级操作(负载率:100%,冷却水温度:32C)或更低temp.根据加载条件和热水冷却水条件使用。图5 太阳能驱动混合型冷水机可以使用的热水温度2.2 太阳能驱动混合式冷水机的规格由于考虑到太阳能收集器的安装面积等适用性问题,有8种型号的吸收式制冷机/加热器与80-300rt(281到1055千瓦)可供选择。每种太阳能吸收式制冷机/加热器的基本规范如表1所示。表1 产品的规范3 太阳能系统的轮廓3.1 建筑的轮廓该示范工厂建在我们位于群马县中心城市志贺县的工厂内,拥有一座与空调工厂平行建立的两层办公室。建筑物的轮廓示于表2中。由于该系统安装在厂房的屋顶,位置很高,而且需要通风,所以即使通过加热也很难充分加热。因此,进行加热的办公室有热负荷非常小的特性。(加热所需的年度能源消耗比例为16%)该系统已于2010年12月和2011年2月开始进行全方位的验证测试。表2 建筑的轮廓3.2 系统的轮廓如图6所示的该系统的流程图。在夏季,太阳热(在75到90之间的热水)被引入到太阳能驱动的混合式冷水机组用于降温,在冬季,太阳热(在45到60之间的热水)直接用于加热换热器取暖。另外,如果太阳能热量不足,可以通过气体的能量用备份系统来弥补。一种在75到90的高温区效率很高的真空玻璃管式太阳能集热器应用于太阳能收集器。160面收集器(260平方米)额定运转时满足废热回收量的太阳能驱动的太阳能混合式冷水机组就建立在办公室的屋顶上。此外,为了使太阳能收集器的安装支架尽可能的简单,采用了构建时与屋顶平行的结构。如果太阳辐射突然波动,热水储存罐可以吸收太阳能收集器与太阳能驱动的混合式冷水机组之间的热量差,用以缓冲。此外,散热器可以用来防止热水由于过多的吸收热量导致沸腾,使收集的热量不能在节假日等时间使用,进行制冷或加热。图6 系统示意图图7 收集器的外观表3 系统布局4 太阳能冷却系统的功能4.1 降低太阳热能可用区域的温度通常,太阳能集热器都具有集热温度和外部空气温度的温差越小,收集效率越高的特性。因此,有必要使太阳能吸收式冷水机组/加热器能够利用低温.热水,以提高整个系统的效率。由于冷却器/加热器可以减少冷却,排气过程中的油耗,吸收式制冷机组/加热器(Gene-Link)可能被采用。然而,Gene-Link是一款通过热电联产等系统用于稳定高温废热热水(83到90),故不能使用低温.热水。然而,在太阳能驱动混合式冷水机组中,75(评估)和60(部分负载情况下)左右的太阳能热可以里利用热水换热器的优化来使用太阳能加热和审查冷却水的流程。图8显示了使用太阳能收集器的系统的效率。这个效率和传统相比,在60和83(太阳辐射:1000W)提高了3%。图8 太阳能集热器的热回收效率4.2 尽可能的简化和缩减太阳能热能收集设施一些提供从太阳能收集器会的的热水的太阳能混合动力机组,例如泵,是必不可少的。但是这些项目必须在考虑太阳能驱动混合式冷水机组的包装的同时尽可能的简化。反映这些验证结果之后的包装,可以见有效的减少现场工作的步骤和建设的成本。图9 集热器设备4.3 装备冷却/加热功能的控制和监视的热量收集设施当引入太阳能冷却系统时,有必要建专门建立启动/停止集热设施等控制功能,从而在冷冻和太阳能集热器过热时进行保护。所以,这些控制功能被组装在太阳能驱动混合式制冷系统中,控制整个系统的启动。装备控制功能的太阳能驱动混合动力机组的节能效果实现了最大化,依赖于太阳能热利用的加强与联动控制功能。从而消除了对特使控制设备的需求。下面有一些太阳能驱动混合动力机组添加联动控制设备的实例:(1) 太阳能驱动的混合动力机组的备份联动(2) 联锁控制相应拾取设定温度的变化此外,该系统还配备了具有细细采集功能的针对运行状态和节能效果的监控系统。监控系统可以显示任何时间的收集量和效率,从而有助于提高系统的操作条件和对审查的把握。如上所述,在建立太阳能冷却系统时,如何降低成本是一个大问题。为太阳能驱动混合动力机组装配控制系统和监控系统,有效的减少了建立系统的成本。5 评价现状和成果5.1 加热操作(1)操作条件图10为三月八日运营数据。从数据上看,证实了太阳热有优先使用功能和天然气为基础的备份功能的正常运行和系统的整体功能功能正查。此外,虽然天气是多云和阴冷,只有在早上10点到下午2点才有太阳可以进行操作,是气体量减少了15%。尽管如上面提到的还是有些天能观察到还原效果,二月平均减少率为5%(预估43%)和三月份的9%(预估69%),这表明一个远低于预估的水平。正如建筑概要中描述,因为在该地区受加热时建筑实际操作中的一部分,如果转化成空调负荷银子,数据代表只有3%的负载(日平均),此外,负荷集中在早晨和晚上,以此,当太阳热能可以使用时却几乎在空载的条件下保存了一天的时间。因此,不考虑时区的话,会造成很大哦差异。此外,低估了太阳能集热器的辐射是另一个因素。然而,每年天然气使用量的加热率约为16%,是一个较低的水平,和假定的每年预估值没有的太大区别。(2)改进点即使在单一操作太阳热量的条件下,不断冷却/加热。由于在单一操作条件下太阳能可以在白天长时间保持,并且随时使用,我们打算通过自动停止制冷/加热来实现节能。此外,在设施方面,我们的目标是通过提供一个利用收集到的太阳热进行加热的储热水箱来对系统进行提升以及采取措施检查辐射后的建设条件。图10加热操作数据(第三日)5.2 冷却操作(1)操作条件图11为五月二十日的操作数据,图12为六月二十八日的运营数据。从数据上看,这是证实了太阳热优先使用功能和天然气为基础的备份的功能的正常运行和整体系统的正常功能。由于在最高温度为28.4和较低的负载条件下的一些操作,空调的负荷系数只有五月二十日的23%,气体量则能减少25%。同时,最高温度为34.5和空调负荷系数为六月二十八日的60%,然而,气体量可以减少11%。冷却操作开始在5月下旬,因此,每月还原率的数据仅显示在6月,但是,正如预估的结果,降低10%是可以实现的。(2)太阳能驱动混合动力机组的影响据证实,从太阳能集热器获得的热水可以不断在75或更低的温度下使用,甚至在60的低负荷操作期间,也能使用。在实际系统中,由于太阳辐射,效果不能够量化。负载波动应考虑利用专门为太阳能的利用而开发的混合动力机组,这样可以有效减少从太阳能集热器中提取的热量,因此该系统被证实提高了太阳能集热器收集效率以及整个系统的效率。图11冷却操作数据(五月二十日)图12冷却操作数据(六月二十八日)(3)改进点当冷却器/加热器的制冷剂泵激活启动/停止控制开关,并改变到低负荷运行模式时,热水的引流打开,同时关闭制冷剂泵的启动/停止开关。然而,即使在只有太阳能热水的操作负荷下,也能证实提取温度的增加依赖于接通时的延时输出,还有备份控制系统的激活。6 结论上述的太阳能驱动的验证显示,专门开发的混合动力机组的应用却定了太阳能热的利用。进一步来说,我们确保了我们的组合系统可以有效的引入太阳能制冷系统。通过商业化的系统改进,在验证中反馈未来,我们的目标是让太阳能冷却系统被大众承认为一个解决全球变暖问题的有效工具,然后大力推广。参考文献1)Matsubara, T, Honma, R, Kato, K, 2010, Demonstration test of commercial-use air-conditioning system using solar heat and development of special absorption chiller/heater, Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers 本科毕业设计 论文 题 目 2 5KW 复合能源空调热水系统 学生姓名 专业班级 学 号 院 系 指导教师 职称 完成时间 I 2 5KW 复合能源空调热水系统 摘 要 本文对多功能空调热水一体系统的原理及其在空气源热泵和地源热泵系统上的 应用进行了详细的分析和研究 同时介绍了空调热水系统的技术特点与工作原理 较为详细的介绍了空调热水的设计计算以及相关零部件选取 本设计的关键在于蒸 发器和冷凝器的设计计算 以及其他零部件的选择 本文着重于在太阳能制冷的基础上 以空调热水系统为主进行设计 通过对题 目的分析 选出合适的方案 然后进行冷负荷的计算 进行压缩机和辅助机构的选 型 以及与压缩机相适配的冷凝器 蒸发器等进行设计计算 选取合理的风机 对 空调室内机及室外机进行结构计算和形状设计 通过对装置的各部件设计后 对装 置的整体布局进行设计 使装置整体结构布局合理 紧凑 本设计的关键在于蒸发器和冷凝器的设计计算 以及其他零部件的选择 制冷 剂管道的布置 关键词 多功能 复合热水系统 空调 空气源热泵 系统模拟 节能 II The system of 2 5KW Composite energy Air conditioner with Water Heater ABSTRACT In this paper one of the principles of multi functional air conditioning water system and its application in the air source heat pump and ground source heat pump system carried out a detailed analysis and research At the same time introduces the technical characteristics and working principle of air conditioning hot water system a more detailed description of the design and calculation of air conditioning and hot water related components selected The key lies in the design of the evaporator and condenser design and calculation as well as select other components This paper focuses on the basis of solar refrigeration air conditioning hot water system to be designed mainly through analysis of the topic select the appropriate option Then cooling load calculations selection of the compressor and auxiliary organizations and condenser evaporator and compressor adapted the design calculations etc select a reasonable fan air conditioner indoor unit and outdoor unit structure calculations and shape of the design through the various components of the device design the overall layout of the device is designed so that the overall structure of the device layout reasonable compact The key lies in the design of the evaporator and condenser design and calculation as well as select other components refrigerant piping arrangement KEY WORDS Multifunctional hybrid water heating system air conditioning air source heat pump experimental study system simulation energy saving I 目 录 中文摘要 I 英文摘要 II 1 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 国内外热泵空调热水器技术研究与发展综述 2 1 2 1 国外的研究与发展概况 2 1 2 2 国内的研究概况 3 1 3 本文研究内容 4 2 复合能源空调热水器的原理及系统研究 5 2 1 系统组成及原理 5 2 1 1 热泵侧装置原理 6 2 1 2 水侧装置原理 7 2 2 实验装置 7 2 3 热泵与水循环设备 8 3 方案选择与论证 10 3 1 压缩机 10 3 1 1 压缩机概述 10 3 1 2 压缩机的比较 10 3 2 冷凝器 14 3 2 1 冷凝器概述 14 3 2 2 冷凝器的比较 14 3 3 蒸发器 16 II 3 3 1 蒸发器概述 16 3 3 2 蒸发器的比较 16 3 4 制冷剂 17 3 4 1 制冷剂概述 17 3 4 2 制冷剂的选择 18 4 设计计算 20 4 1 系统的热力计算 20 4 2 压缩机的 选取 24 4 3 室外换 热器的 设计计算 25 4 4 室内换热器的设计计算 30 5 节流机构的选择 37 5 1 节流机构概述 37 5 2 节流机构的分类 37 5 3 电子膨胀阀的选择 43 6 其他辅助设备的计算与选型 45 6 1 气液分离器的计算与选型 45 6 2 四通换向阀选取 46 6 3 截止阀的选取 48 6 4 电磁阀的选取 50 6 5 分歧管的选取 51 6 6 分流头的选择 54 7 结论与展 望 55 7 1 全文总结 55 III 7 2 本文的不足与展 望 56 结束语 58 致 谢 60 参考文献 61 1 1 绪论 1 1 课题背景 18 开发新能源 利用可再生能源 节约现有能源和提高能源的利用率已成为 21 世 纪人类发展的重要课题之一 热泵技术是开发和强化高质能源利用率的重要手段 是获取可再生能源及维护生态平衡的有效途径之一 通过热泵 可以把热源中一般 不能宜接利用的低温热量提升温度后向生活和生产提供有用的热量 这就给人们提 供了一条节约矿物燃料 合理利用能源 减轻环境污染的途径 因此热泵具有节能 和环保的双重功效 从 1852 年威廉 汤姆逊提出热泵的设想 热泵己经经过了 150 多年的发展 特 别是二十世纪的后五十年中 由于能源危机的影响 热泵得到了快速的发展 在工 业和民用的各各领域都有广泛的应用 热泵广泛的用于建筑物的供热 棉 纸张 农作物的较低温度下的干燥 工厂的工艺过程如造纸厂 化工厂等的废热的回收利 用 18 在民用方面 热泵最主要的应用还是建筑物的供热 最近二十年年以来 很多的 研究者注意到热泵在提供家用热水方面有非常明显的优势 热泵热水装置有很大的 发展 特别是在美国和日本 蒸汽压缩式热泵热水装置已经占有了一定的热水器的 市场 在关国 热泵热水器自 1988 年问一世以来发展很快 目前己占据了热水器很 大的市场份额 我国是一个常规能源并不富裕的国家 有着辽阔的采暖庆域 随着社会生产的 发展和人民生活水平的提高 人们对舒适性的要求提高 空调广泛的使用 洗浴用的 低温热水的使用也大大正加两者都消耗大量的高品味的电能和其他高品味的能源如 煤气等 用于空调制冷 供热的能耗占能源总用量的比例越来越大 费用也快速增 加 因此节约能源 提高空调制冷 热泵设备 热水装置的能源利用效率得到国家 和民众的关注 目前国内的热水器主要有 电热水器 燃气热水器以及太阳能热水器 大型的热 泵热水装置国内最近两年有厂家模仿国外的产品开始生产 发展很快 但是家用装置 还没有大规模的出现 但已经有一些研究机构 大学开始了试验性的研究和开发 热泵热水器比前三类热水器而言 可因地制宜地利用废热和自然能源 还有节 约能源 运行费用低廉 使用区域广泛等优点 我国地处冬冷夏热的地区很广 国 2 内空调市场规模很大 采用压缩式热泵热水器 可以非常明显地提高能源利用效率 热泵的 COP 一般可以达到 3 鉴于我国开始推广电峰 谷电价的实施 热泵在低电 价时生产热水的节能和节约费用的效果更为凸现 用于替代燃气热水器可以减少高品 位燃气的消耗 减少 CO2的排放 减少环境污染 可以和空调以及广泛关注的太阳能 的利用相结合 合理利用能源 进一步提高用能效率 另外 目前我国大多数家庭或商业使用的热泵空调装置 在夏季时实现制冷 冬季供热 但是在春秋过渡季节 机器闲置 没有被利用 而且在夏季使用时冷凝 器中的热量排入环境 能量没有被利用 这些都是对能量与设备投资的一种极大浪 费 综上所述 开发一种集空调一热泵一热水器于一体的多功能热泵空调热水器便 成为社会与技术发展的一种必然趋势 1 2 国内外热泵空调热水器技术研究与发展综述 1 2 1 国外的研究与发展概况 21 国外对热泵热水器的研究起步较早 其最早出现在 20 世纪 50 年代 70 年代能 源危机之后 家用热泵热水系统得到了较大发展 仅在美国就出现了三家生产热泵 热水器的公司 形成一定的市场规模 在另外一些国家 热泵热水器也得到了较好 的发展 例如在南非 1998 年的统计数字表明 热泵热水器在商业热水器市场的销 售份额达到 16 左右 近些年来 国外对热泵热水器的研究多集中在 1 新型制冷剂在热泵热水器中的应用研究 CO2 具有绝对的环保优势 GWP 1 ODP 0 在传热 流动 压缩 单位容积制 冷量以及价格等方面具有显著优势 另外 CO 2跨临界单级压缩热泵循环最适合于在 冷却介质进口温度低 温度提升大的情况下使用 这时节流损失相对较小 同时温 度匹配很好 能够充分发挥旅跨临界热泵循环的优势 这种场合的最好应用就是热 泵热水器 Fetter Neksa Havard Rekstad 37 等人提出了 CO2跨临界循环空气源热泵热水 器 实验表明 23 蒸发温度 0 的条件下 自来水温度由 9 C 加热到 60 C 系统 CQP 值可达 4 3 全年运行平均供热 GDP 值可以达到 4 0 与传统电加热或燃煤系统 比较 可节省一次能源 75 而且最高供水温度可达 90 C 3 2 以太阳能作为辅助热源的热泵热水器的理论及试验研究 国外对太阳能辅助热泵热水器的研究开展得比较早 并有商业化产品出售 太 阳能辅助热泵热水器一般有三种系统组织形式 分体双循环式 分体单循环式 集成 式 分休双循环式包含两个循环 即制冷剂循环和水循环 这种组织形式系统复杂 安装不便 成本高 因而难以商业化推广 分体单循环式只有制冷剂循环 蒸发器 与太阳能集热器集成 而冷凝器则为蓄水箱中的浸没式散热器 这种组织形式相对 简单 而且效率高 已有产品出售 但需要安装现场灌注制冷剂 因而安装比较不 便 Hawlader 等人提出的太阳能辅助热泵热水系统 对于新加坡的气候条件 当水 箱水温为 30 50 时 集热器效率为 40 一 70 系统 COP 值为 4 9 经济分析表明 投资回收期约为 2 年 集成型太阳能辅助热泵热水器将集热器 蒸发器 压缩机 冷凝器 蓄水箱等部 件集中组合成一个紧揍的整体 系统结构紧凑 外型尺寸小 无循环水泵等附加功 耗 所有部件在工厂一次性组装集成 安装方便灵活 在阴雨天气则以空气源热泵 模式运行 因而能全天候供应热水 而且性能平稳 但受结梅和采光面积的局限 系 统 COP 值较分体式系统低 1 2 2 国内的研究概况 25 相对来说 国内在这方面的研究不多 但也取得了一定的成果 中国科技大学季杰等研制出的空调一热水器一体机 并对其在制冷兼制热水模 式下的性能进行数值摸拟和实验研究 系统能效比的平均值为 3 5 华中科技大学吴 小平等也建立了家用热泵热水装置的实验平台 并对热泵供热水装置进行了连续运 行实验 得到了稳定负荷下一昼夜的温度曲线口还有天津大学的余乐渊等也做了大 量的实验研究 中科院广州能源所在国内率先开发成功了高温地源热泵 最高输出温度达到 75 C 该系统除提供冬季采暖 夏季制冷外 全年每大可提供 60 C 的热水 80t 利 用该技术制取热水水可比常规方法节能 80 以上 上海交通大学与青岛建筑丁程学院的旷玉辉 王如竹等建立了太阳能热泵供热 系统实验台及实验台测试系统 实验表明 在整个供暖测试期内 室外平均温度为 1 56 C 平均太阳辐射强度为 3278w m2 热泵机组平均供热系数为 2 55 整个系统 4 平均供热系数为 2 19 1 3 本文研究内容 文献查阅和分析印证了作者的思路 利用热泵提供日益增长的生活热水的需求 是一种节能的热水生产方式 将热泵热水器与建筑物的夏季供冷和冬季供暖结合 实 现一套装置多种功能既提高设备的使用率 也提高能源利用率 是能源紧张的前提 下 节能减排和减少环境污染的措施中一个重要方面 而且通过利用夏季空调冷凝 热生产热水可以减少对环境的热污染 减弱城市热岛效应 对地源热泵而言将热泵 热水器与地源热泵空调系统结合 利用热泵原理生产生活热水 在提高能源利用率 减少对大气环境热排放同时 还有效的起到减少对土壤排热 避免或者减弱我国冬 冷夏热地区地源热泵空调系统向地下土壤吸热 l 热不平衡现象 针对以上的文献分 析 作者希望对多功能空气源热泵空调热水系统和多功能地源热泵空调热水系统进 行研究和分析 具体的工作内容为 1 目前对整体系统的工作循环和优化设计方面还没有很大的突破 特别是缺少 实验对模型的验证 无法为系统的优化设计提供可靠的理论保障 本论文将建立的 整体模型结合实验加以验证 2 目前对热泵空调器和热泵热水器两个独立的系统研究很多 但是把两者放在 一个独立的热泵空调热水器系统中研究还比较少 对实现两种功能的核心部件的匹 配 联合运行特性研究就更少了 本文也将在此方面加以适当的探讨 3 由于热泵空调热水器是集制冷 采暖和供应热水于一身 所以在不同季节 不同环境条件对整个系统的影响状况也是本文涉及的一项重要内容 4 热泵空调热水器系统作为一种可以用于商用的设备 那么对此系统的运行调 节这方面 l 的内容也是必须加以研究 特别是出水状态点 蒸发温度点调节等等都 会影响到系统的稳定性运行 那么对在满足系统要求的同时 系统的运行参数如压 缩机吸排气压力 温度 制取热水流量 换热性能等方面的内容也将加以探讨 2 复合能源空调热水器的原理及系统研究 目前 我国大多数家庭或商业使用的热泵空调 在夏季制冷 冬季供热 但是 在过渡季节 春 秋季 机器闲置 得不到应用 而且家 商用空调器或者中央空调 系统在夏季运行时冷凝器中的热量没有被利用 而是通过室外空气一制冷剂换热器 或者冷却塔排放到空气中 这些排放到环境中的热量对建筑物外热环境造成影响 特 别是在建筑密度很高的大中型城市 空调系统夏季排放的热量已经成为城市的热岛 效应的一个重要诱因 与此同时我们的日常生活又需要消耗人黄的生活和洗浴热水 而且这些生活热水 温度很低 一般不超过 65 C 生产这些低温的热水往往都消耗 大量的高品位能源如电能 城市煤气 天然气 液化石油气 燃油等 从能源利用的 角度来看我们是在消耗本来可以用于工业生产的宝贵的 优质的化石能源如天燃气 液化石油气 甚至是经过一次能源转化后高品位的电能来将冷水提高几十度温度获 得大量消耗的生活热水 从能源的分级利用来看 这是是对能源很不合理的利用 因此 一方面空调系统夏季白白释放掉大量的热能 既浪费能源又造成城市热 岛效应 另一方面建筑物内居住者义要消耗大盘的高品位能源来供应生活热水 对 建筑物用户而言是一种极大的浪费 对整个社会是而言是对能源的不合理利用和浪 费 而且空调设备每年大半时间的闲置 从能源长期利用角度来看也是一种浪费 因此人们一直希望利用空调系统制取生活热水以满足家庭洗浴和洗涤等需求的生活 用水 节省能源消耗也节省能源费用支出 同时还提高空调设备的利用率 从这一思 路出发 我们提出了多功能空气源热泵空调热水系统方案 该系统具有年运行特点 能够实现夏季室内供冷 夏季室内供冷兼制热水 单独制热水 单独室内制热等多 种运行模式 2 1 系统组成及原理 多功能热泵空调热水器功能实现的方法是在系统中设置两个冷凝器 一个为普 通的空冷冷凝器来实现普通的热泵空调器的制冷 制热的功能 另加入一个水冷冷 凝器 在需要热水的场合将制冷剂切换到水冷冷凝器中冷凝 实现同时制冷与制热 水的目的和单独作为热泵热水器的目的 6 2 1 1 热泵侧装置原理 28 1 压缩机 2 四通换向阀 3 4 7 9 12 13 电磁阀 5 水侧换热器 6 室外风冷换热器 8 10 电子膨胀阀 11 室内风冷换热器 20 气液分离器 图 2 1 多功能热泵空调热水器热泵侧原理图 该装置有如下几种工作模式 1 夏季普通制冷模式 此时电磁阀 3 8 9 关闭 电磁阀 4 7 开启 制冷剂 经压缩机 1 排气管 四通阀 2 电磁阀 4 进入室外翅片管换热器 6 冷凝 通过电磁 阀 7 经过电子膨胀阀 10 进入室内翅片管换热器 11 蒸发 通过四通阀 2 气液分 离器 20 压缩机的吸气管 进入压缩机 1 完成一个制冷循环 2 冬季普通热泵制热模式 此时电磁阀 3 9 13 关闭 电磁阀 4 7 12 开 启 制冷剂经过压缩机 1 排气管 四通阀 2 进入室内翅片管换热器 11 冷凝 经过 电子膨胀阀 10 节流后 过电磁阀 7 进入室外翅片管换热器 6 蒸发 经由电磁阀 4 通过四通阀 2 压缩机的吸气管 进入压缩机 1 由此 完成一个热泵循环 3 夏季制冷 制热水模式 此时电磁阀 4 7 13 关闭 电磁阀 3 9 12 开 启 制冷剂经压缩机 1 排气管 四通阀 2 电磁阀 3 进入套管冷凝器 5 在其中冷凝 后经由电磁阀 9 通过电子膨胀阀 6 节流后 进入室内翅片管换热器 11 蒸发 冷 却室内空气 通过四通阀 2 气液分离器 20 压缩机 1 的吸气 进入压缩机 1 完成 一个循环 4 制热水模式 此时电磁阀 4 9 关闭 电磁阀 3 7 13 开启 制冷剂经压缩机 1 的排气管 四通阀 2 电磁阀 3 进入套管冷凝器 5 在其中冷凝后经电子膨胀阀 8 电磁阀 7 进入室外翅片管换热器 6 蒸发从大气环境中吸取热量 然后制冷剂经 7 电磁阀 13 气液分离器 20 四通阀 2 压缩机 1 的吸气管 进人压缩机 1 完成一 个循环 2 1 2 水侧装置原理 图 2 2 多功能热泵空调热水器水路系统原理图 本文研究的多功能热泵空调热水器水冷侧采用的是套管换热器 不同于一些热泵 热水器采用的沉浸式换热器 纯逆流换热 换热系数很大 而且系统内的压缩机 换热器都是根据空调要求设计的 冷凝热量比较大 因此本文涉及的热泵空调热水器水侧就有两种可以达到制取要求热水的循环方式 1 通过适当调整流经套管换热器的水流量 实现直接由自来水进水温度升温至 要求热水出水温度的循环方式 2 通过循环水泵将水箱中的水打入换热器中进行循环 实现逐步升温直至达到 最终要求温度的循环方式 2 2 实验装置 试验平台是按照原理图 2 1 与图 2 2 进行的 具体装置及布置形式如下 8 1 压缩机 2 四通换向阀 3 4 7 9 12 13 电磁阀 5 水侧换热器 6 室外风冷换热器 8 10 电子膨胀阀 11 室内风冷换热器 14 15 17 19 流量调节阀 16 水泵 18 储水箱 20 气液分离器 图 2 3 多功能热泵空调热水器测试系统图 2 3 热泵与水循环设备 图 2 4 多功能热泵空调热水器实验平台室外侧部分照片 9 图 2 5 多功能热泵空调热水器实验平台室内侧部分照片 图 2 6 多功能热泵空调热水器实验平台水侧装置照片 10 3 方案选择与论证 3 1 压缩机 2 3 1 1 压缩机概述 压缩机在蒸汽压缩式制冷空调系统中 压缩机是决定制冷系统能力大小的关键 部件 对系统的运行性能 噪声 振动 维护和使用寿命等有着直接的影响 它是 整个制冷系统的动力来源 它在消耗一定的电功后 将蒸发器中的低压制冷剂气体 吸入 并把它压缩到冷凝压力再进入冷凝器中去 从而保证制冷剂蒸汽能在常温下 冷凝液化 从而使得制冷循环得以顺利进行 因而人们形象地称之为制冷设备的心 脏 制冷压缩机按密封结构形式可分为开启式压缩机 半封闭式压缩机和全封闭式 压缩机 15KW 以下的小容量制冷压缩机大多采用全封闭式压缩机 全封闭式压缩 机中电动机和压缩机连成一个整体 装在一个不能拆开的密封机壳中 使用可靠性 高 寿命长 运转平稳 噪音低 体积小 使用于小制冷量系统中 由于此次设计 的空调系统的制冷量为 3 5kw 因此本设计选用全封闭式制冷压缩机 由于压缩机是制冷产品技术含量最高 生产代价最大的关键部件 因而 国际 上对制冷压缩机的研究从未停止 永无止境 从传热流动 噪声振动 摩擦润滑 材料材质 加工工艺到性能与可靠性 从机理分析 理论研究到机械结构 测试技 术等 几乎无所不包 每年都有大量的研究成果和文献出现 也能够观察到因之带 来的进步和收益 同时近年来 国内制冷压缩机的研究与技术进步也取得了可喜的 进展 特别是冰箱压缩机行业 在 UNDP GEF 中国节能冰箱项目的推动下 冰箱 压缩机的性能系数从几年前的 1 0 左右发展到今天有数家国内冰箱压缩机企业最高 达到 1 95 从而在一定程度上促进了制冷设备的发展 4 3 1 2 压缩机的比较 3 1 2 1 滚 动 转 子 式 压 缩 机 滚动转子式压缩机是家用空调压缩机结构型式之一 滚动转子式压缩机比往复 式压缩机结构简单得多 而且体积小 重量轻 零部件少 尤其易损件少 比同样 制冷量的往复式压缩机体积可减少 60 重量减少 35 零件减少 50 这种压缩 机只进行旋转运动 不需将旋转运动转变为活塞往复运动 所以运转平稳 振动小 噪 11 声低 质量稳定 可靠性高 在结构上 可把余隙容积做得很小 基本上没有膨胀气 体的干扰 此外无吸气阀 使流动阻力小 导致容积效率高 性能好 能效比高 但这种压缩机对零件加工精度要求高 比活塞式的寿命短 而且这种压缩机只有一 个转子且为偏心布置 转动起来振动和噪声仍较大 特别是对于较大功率机组 其气 缸排量一般在 6 44cm 3 r 它分成几个系列 从小功率到中功率 品种较多 而 且为了便于管理和降低成本 使零 部件通用化程度较高 每个系列产品外形基本相 似 均为定功率段的产品 提高压缩机 COP 值的措施主要是提高加工和装配精度 对压缩机结构进行最 优化设计 改进排气阀结构 增大电机叠片厚度 采用特低铁损高磁通量的硅钢片和 提高槽前率等多方面来实现 降低压缩机噪声主要通过更好的动 静平衡来减小振 动 缓冲压力脉动 以及设计更好的消声器等途径来实现 而提高压缩机的可靠性 主要采用改进材料 加强工艺控制 强化实验手段 特别加工和设计保护元件和连接 元件等来确保电机可靠性 利用彻底清除垃圾 应用高强度材料 进行各种试验以 及根据不同情况配以不同储液器来确保压缩机的可靠性 3 1 2 2 涡 旋 式 压 缩 机 涡旋式压缩机是一类较新型的压缩机 它也是家用空调压缩机结构型式之一 长期以来 由于轴向力不能稳定平衡 防自转机构不灵活 轴向 径向密封不完善 以及涡形盘加工困难 故未达到实用化程度 直至 70 年代后 经美 日等国的研究 才使涡旋式压缩机走上实用化道路 考普兰 开利 日立 三菱公司均生产这种压 缩机 其主要特点有 无吸 排气阀 吸气压力损失小 压缩室压差小 无余隙 容积 容积效率高 可靠性高 功耗小 COP 大 涡旋回旋运动能形成几对压 缩腔 因此力矩变化小 振动小 噪音低 结构简单 零部件少 尤其易损件少 体积小 重量轻 对液击不敏感 转速高 有利于实现变频控制的方式来调节 制冷量 采用一种背压可自动调节的可控推力机构 这样可保持轴向密封 减少 机械损失 防止异常高压 确保压缩机安全 便于采用气体注入循环 从而可提高 节能效果 减少压缩机开 停频率 控制室温变化 实现舒适空调 制造 加工 精度高 成本较高 总体来说 其综合性能稍好于滚动转子式 特别适合于低噪声要 求 目前主要用在 3 5HP3 大功率高档空调器上 是当前产品中最先进的 目前涡旋式压缩机的发展趋势主要在 进一步改进涡旋盘加工制造工艺 降 12 低成本 提高加工和装配精度 合理考虑实际运行中密封间隙 降低泄漏损失 进一步提高效率 研究变转速下涡旋式压缩机性能 提高工作转速 研究开发 自转型涡旋式压缩机等 3 1 2 3 往 复 式 活 塞 式 压 缩 机 往复式制冷压缩机迄今还是应用最广泛的一种机型 广泛应用于中 小型制冷 装置中 按其结构分为滑管式和连杆式压缩机两类 1 滑管式压缩机 滑管式压缩机产生于 20 世纪 60 年代 它是往复活塞式压缩机的一种类型 其特 点是结构简单 工艺性好 成本较低 对零部件的加工精度要求不高 制造和装配都 比较容易 所以发展较快 目前这类压缩机在国内外的电冰箱等小型制冷设备生产 中应用比较普遍 缺点是活塞与缸壁间的侧力较大 磨擦功耗大 能效比偏低 因 此目前滑管式压缩机正在进入衰退期 将逐渐被连杆式压缩机或旋转式压缩机所取 代 2 连杆式压缩机 连杆式压缩机也属往复活塞式 是制冷设备中采用时间较早的一种 其特点是 运转比较平稳 噪声低 磨损小 使用寿命长 能效比较高 工作可靠 综合性能 优良 但由于零部件形状复杂 加工精度要求较高 工艺难度较大 因此其发展一 度受到限制 在电冰箱及其它小型制冷设备中被滑管式和旋转式压缩机所取代 近 几年来随着机械工业的不断发展 对其结构进行了多方面的技术改进 目前连杆式 压缩机已成为电冰箱压缩机的主导产品 总需求是有较大的提高 3 1 2 4 离 心 式 压 缩 机 离心式压缩机是一种速度型压缩机 气体在高速旋转的叶轮中获得高速度后 再在环形通道中将速度动能变为压力位能 从而提高气体的压力 根据压缩机中安 装的工作轮数量的多少 分为单级式和多级式 如果只有一个工作轮 就称为单级 离心式压缩机 如果由几个工作轮串联而组成 就称为多级离心式压缩机 在空调 中 由于压力增高较少 所以一般都是采用单级 其它方面所用的离心式制冷压缩 机大都是多级的 单级离心式制冷压缩机的构造主要由工作轮 扩压器和蜗壳等所 组成 压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室 并在吸汽室的导流作用 引导由蒸发器 或中间冷却器 来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮 工作轮 13 也称叶轮 它是离心式制冷压缩机的重要部件 因为只有通过工作轮才能将能量传 给汽体 汽体在叶片作用下 一边跟着工作轮做高速旋转 一边由于受离心力的作 用 在叶片槽道中作扩压流动 从而使汽体的压力和速度都得到提高 由工作轮出 来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器 因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速 扩压器便把动能部分地转化为压力能 从而提高汽体的压力 汽体流过扩压器时速 度减小 而压力则进一步提高 经扩压器后汽体汇集到蜗壳中 再经排气口引导至中 间冷却器或冷凝器中 离心式制冷压缩机的特点与特性 离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比 较 具有下列优点 单机制冷量大 在制冷量相同时它的体积小 占地面积少 重 量较活塞式轻 5 8 倍 由于它没有汽阀活塞环等易损部件 又没有曲柄连杆机构 因而工作可靠 运转平稳 噪音小 操作简单 维护费用低 工作轮和机壳之间没 有摩擦 无需润滑 故制冷剂蒸汽与润滑油不接触 从而提高了蒸发器和冷凝器的 传热性能 能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大 对制冷剂的适应性差 一 台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂 离心式压缩机在大冷量范围 内 大于 1500kw 仍保持优势 这主要是受益于在这个冷量范围内 它具有无可比 拟的系统总效率 离心式压缩机的运动零件少而简单 且其制造精度要比螺杆式压 缩机低的多 这些都带来制造费用相对低且可靠的特点 此外 大型离心式压缩机 如应用在工作压力变化范围狭小的场合中 可以避开由喘振所带来的问题 在不久 的将来 总体和部分负荷 Integrated part lode value 将愈来愈被重视 从而要 求离心式压缩机要在较宽广的应用工况中工作效率高 但是 相对来讲 离心式压 缩机的发展近来有所缓慢 因为受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的挑战 离心式 压缩机自 1993 年就开始根据 CFCS 替代的需要进行着重新的设计 以使其热力和气 动力性能得到更好的改善 因而已有很多离心式压缩机的工质替代转向从 HCFC 22 置换为 HFC 134 方面 其制冷量范围为 90 1250kw 3 1 2 5 螺 杆 式 压 缩 机 螺杆式压缩机是靠汽缸中一对含有螺旋齿槽的转子相互啮合 造成有齿形空间 组成的基元容积的变化 进行制冷剂气体压缩 螺杆式空气压缩机的工业生产始于 1950 年 由于结构简单 易损件少 外形紧凑 排气温度低 质量轻 不怕气体中 带液和带尘压缩等优点 在国内外得到了飞速的发展 在操作上 螺杆压缩机是压 14 缩机中最简单的类型之一 在成本上 螺杆式压缩机和往复的 重型水冷却式压缩 机相比 每单位马力的原始投资要低 30 6 随着螺杆式空气压缩机的更新换代 它更是具备了高性能配置 高效率 高可 靠性 高度智能化 友好的人机界面 安装费用低 适应国内电源 运行费用低 节能环保等特点 因此 在今后相当长的时期内 小容量空气压缩机将以螺杆式为主 综上所述可知 就压缩机的性能来讲 涡旋式最好 滚动转子式次之 往复式 最差 就成本价格而言 相同制冷能力的压缩机 涡旋式最高 往复式最低 滚动 转子式介于其中 不同的压缩机其安全运行工况范围是不同的 通常活塞压缩机能 够更好地适应高的压差和低的环境温度 在本次设计中 考虑到市场中有在 ARI 工 况下运行的涡旋式压缩机 因此本系统选择全封闭涡旋式制冷压缩机 3 2 冷凝器 3 3 2 1 冷凝器概述 冷凝器是空调装置的主要换热设备之一 其功能是将压缩机排出的高温过热蒸 汽冷却成液态制冷剂 所放出的热量被冷却介质吸收后排至周围环境中 过热蒸汽 在冷凝器中放热而变成液体时 过程一般如下 制冷剂在冷凝器中先由过热蒸汽冷却为干饱和蒸汽 放出湿热 再由干饱和蒸 汽冷凝为饱和液体 放出大量潜热 如果饱和液体继续得到冷却 就成为过冷液体 按冷却方式的不同 冷凝器可分为空气冷却式冷凝器 水冷却式冷凝器 蒸发式冷 凝器三大类 7 3 2 2 冷凝器的比较 3 2 2 1 空 气 冷 却 式 冷 凝 器 空气冷却式冷凝器用于电冰箱 冷藏柜 窗式空调器 汽车及铁路车厢用空调 装置 冷藏等运输式制冷装置 冷却介质为空气 适用于干旱缺水或水质低劣的地 区 空气冷却式冷凝器根据空气的流动情况还可分为自然对流冷却和强制对流冷却 两种 前者主要用做300L以下家用冰箱的冷凝器 后者主要用于中小型氟利昂机组 自然对流空气冷却式冷凝器依靠空气受热后产生的自然对流 将制冷剂放出的 15 热量带走 这种冷凝器的传热效果低于强制流动空气冷却式冷凝器 由于不用风机 节省了风机电耗 还避免了风机运转时的噪音 但是这种冷凝器的传热系数 很低一 般为9 16W m K 8 强制对流空气冷却式冷凝器一般都制作成套片管式 由一组或者几组蛇形管组 成 空气在轴流风机的作用下横向流过翅片管 强制通风用的风机常用轴流式风机 这种冷凝器的传热系数同样也较小 一般约为23 35 W m K 9 它必须使用风机 要消耗一定的电能 3 2 2 2 水 冷 式 冷 凝 器 水冷式冷凝器是用水作为冷却介质来对压缩机的排汽进行冷却使其冷凝 冷却 水可用江 湖 河 海及井水等 由于水的温度较低 所以采用水冷式冷凝器可以 得到较低的冷凝温度和压力 从而有利于提高制冷装置的制冷能力及其运行的经济 性 目前常用的水冷式冷凝器有立式壳管式 卧式壳管式 套管式三种 1 立式壳管式冷凝器在中型或大型的制冷系统中应用较广 立式壳管式冷凝 器的优点是 占地面积小 可露天安装 对水质要求较低 清洗方便 传热效果比 较好 冷却能力大 其缺点为 冷却水用量大 耗水量多 流速较高 且比较笨重 2 卧式壳管式冷凝器在氨和氟利昂中等或大容量的制冷装置中都用的很普遍 卧式壳管式冷凝器的优点是 传热系数高 结构紧凑 空间高度低 有利于机组化 冷却水循环使用 耗水量相对立式壳管式冷凝器少 操作方便 运行可靠 缺点是 耗水量大 冷却水流动阻力大 水泵耗电多 对水质要求较高 清洗水垢不方便 且需要停止运行 3 套管式冷凝器由两根或几根大小不同的管子组成 大管子内套小管子 小管子可以是一根 也可以是数根 套管式冷凝器一般应用于制冷量在 40kW 以下 的小型氟利昂制冷装置中 运行时制冷剂蒸气从上部进入 凝结液从下部流出 冷 却水从上部进入内管 吸热后从上部流出 制冷剂与冷却水之间为逆流换热 在套 管式冷凝器中 制冷剂同时受到冷水及管外空气的冷却 因而它的传热效果好 但 是金属的消耗量较大 套管式冷凝器的优点 结构简单 传热效果好 缺点是制冷 剂和冷却水的流动阻力大 对水质要求较高 方 3 2 2 3 蒸 发 式 冷 凝 器 29 16 蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行的 蒸 发式冷凝器的耗水量较少 空气流量也不大 10 蒸发式冷凝器具有以下一些优点 1 节水 一般在水冷式冷凝器中 每1kg冷却水能带走16 75 25 12kJ 热量而 1kg水在常压下蒸发能带走约2428kJ热量 蒸发式冷凝器正是利用水的蒸发潜热来带 走制冷剂热量 因而蒸发式冷凝器理论耗水量仅为一般水冷式冷凝器的1 考虑到 飞溅损失等因素 实际耗水量约为水冷式的5 10 11 2 节电 蒸发式冷凝器的制冷系统冷凝温度比用风冷式或水冷式冷凝器低 因而采用蒸发式冷凝器将使压缩机的输入功率减少 冷凝器的总耗功率 水泵 风 机 也显著降低 3 结构紧凑 蒸发式冷凝器本身起了冷却塔的作用 因此不需配备冷却塔 由于不需要设置冷却塔 故整个装置结构紧凑 体积小 占地面积小 4 不污染环境 不少化工厂以往采用壳管式或着淋激式冷凝器 夏季时由于 冷凝压力过高 常常采用 放空降压 但每次放出的并不全是不凝性气体 其中含 有大量的氨气 不仅氨损失相当严重 还造成环境污染 但采用蒸发式冷凝器后不 存在这种现象 综上所述 由于装置所特有的低温 结构简单 紧凑 传热系数较小等特点 并且套片管式强制对流空气冷却式冷凝器具有结构简单 制作方便 传热特性好等 优点 故可选用铝翅片管簇式冷凝器 3 3 蒸发器 3 3 1 蒸发器概述 蒸发器是制冷系统中一个主要的换热部件 其功能是将节流后的制冷剂在蒸发 器内低压蒸发吸热 达到制冷目的 制冷剂在蒸发器内的大部分区域处于是蒸汽状 态 湿蒸汽进入蒸发器时期蒸发的含量只占10 左右 其余都是液体 随着蒸汽在 蒸发器内的流动与吸热 液体逐渐蒸发为蒸汽 蒸汽越来越多 当流至接近蒸发器 出口处时 一般已成为干蒸汽 到蒸发器末段 继续吸热 成为过热蒸汽 蒸发器 按其冷却的介质不同分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器 根据供液 方式的不同 有满液式 干式 循环式 和喷淋式等 17 3 3 2 蒸发器的比较 4 3 3 2 1 干 式 氟 利 昂 蒸 发 器 干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器 蒸发器传热 管外侧的被冷却介质是载冷剂或空气 制冷剂则在管内吸热蒸发 蒸发器流量约为传热 管内容积的百分之二十到三十 增加制冷剂的质量流量 可增加制冷剂液体在管内的湿 润面积 同时其进出口处的压差随流动阻力增大而增加 以致使制冷系数降低 干式蒸 发器按其被冷却介质的不同分为冷却液体介质型和冷却空气介质型两类 而冷却空 气的干式蒸发器又可分为冷却自由运动空气的蒸发器和冷却强制流动空气的蒸发器 自由运动型一般被制成光管蛇形管管组 通常称作冷却排管 一般用于冷藏库和低 温的实验装置中 强制对流型则是在自由型的管外设置肋片以提高传热系数 其多 用于空气调节装置和大型冷藏库以及大型低温实验环境场合 干式蒸发器的优点是 应用相对要成熟很多 而且采用干式蒸发器不需要单独的换热器回油设计 但是其缺 点是系统效率会有所降低 12 3 3 2 2 满 液 式 蒸 发 器 满液式蒸发器按其借个分为壳管式 直管式 螺旋管式等几种结构形式 它们 的共同特点是在蒸发器中充满液态制冷剂 运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸汽不断 地从液体中分离出来 其优点是制冷剂与传热面充分接触 具有较大的传热系数 但不足之处是制冷剂充注量大 液柱静压会给蒸发温度造成不良影响 且当盐水浓 度降低或盐水泵因故停机时 盐水在管内有被冻结的可能 若制冷剂为氟利昂 则 氟利昂内溶解的润滑油很难返回压缩机 此外清洗时需停止工作 3 3 2 3 循 环 式 蒸 发 器 这种蒸发器中 制冷剂在其管内反复循环吸热蒸发直至完全汽化 故称做循环式蒸 发器 循环式蒸发器多应用于大型的液泵供液和重力供液冷库系统或低温环境试验 装置 循环式蒸发器的优点在于蒸发器管道内表面能始终完全润湿 表面传热系数 很高 其不足之处在与体积较大 制冷剂充注量较多 综上所述 由于在此次设计中的制冷剂为 R410A 故而可选择干式氟利昂蒸发器 18 3 4 制冷剂 1 3 4 1 制冷剂概述 2 制冷剂是制冷装置中的工作介质 又称制冷工质 制冷装置进行制热制冷就是利 用制冷剂的循环流动去进行热量交换 所以制冷剂是制冷装置必不可少的部分 早期 使用的制冷剂有乙醚 二氧化硫 氯化钾 二氧化碳等 由于其本身的缺点 现除二 氧化碳还用于生产干冰等制冷系统外 其余均被淘汰 现被采用的制冷剂约有二三十 种 主要有氨 氟利昂 水等 13 表3 1 制冷剂发展历程 第1代 第2代 第3代 第4代 年代 1830 1930 1931 1990 1991 2010 2010 原则 能用即可 安全与耐久性 臭氧层保护 防止全球变暖 低ODP 低 GWP 高效 制冷剂 醚类 CO2 空气 甲酸甲酯 CFCs HCFCs NH3 H2O HCFCs HFCs NH3 H2O HCs CO2 HCFCs NH3 H2O HCs CO2 空气 从19 世纪30 年代 Perkins 发明了蒸气压缩式制冷循环后 人类迎来了制冷技术 的发展期 而制冷剂的发明 更新和替换始终贯穿整个过程 目前根据新时期的发展 要求 制冷剂又将面临新的挑战 表3 1所表示的是J M Calm所描述的制冷剂的发展的 4个阶段 14 为发展制冷工业 人类发明了各种各样的制冷剂 但是 目前已经发现或者潜藏着 对环境的危害作用 这时 第1代制冷剂中的 天然制冷剂 重新燃起了人们的希望 氨具有优良的热力性能 ODP 0和GWP 1 但有毒 在化学工业和食品工业中 以及中央空调 欧洲 都重新得到了应用 二氧化碳 ODP 0和GWP 1 用跨临界 循环热泵提供热水 作为复叠循环低压级和低温载冷剂时具有优良性能 碳氢化合 物 ODP 0和GWP 1 用于冰箱制冷剂和发泡剂 也可用于冷水机组 RAC 和 PAC等 但易燃易爆 这非常不利 水 ODP 0和 GWP 1 用于冷凝温度较低的水 冷冷水机组以及冰蓄冷机组 19 在不同的目标下 采用有优良性能的 天然制冷剂 可能是大势所趋 3 4 2 制冷剂的选择 制冷装置的内部压力较之外界要高 容易造成制冷剂的泄漏 所以不但要求制冷 装置可以达到预期的温度调节功能 更要求制冷剂无害于我们的生活环境 总体而言 目前对制冷剂的要求有以下几个方面 1 对人类的生态环境没有破坏作用 即不破坏大气臭氧层 不产生温室效应 2 临界温度较高 在常温或普通低温下能够液化 且希望临界温度比环境温度 高的多 以减少制冷剂节流时的损失 提高循环的经济性 3 在工作温度范围内 具有适宜的饱和蒸气压力 即蒸发压力不宜低于大气压 力 以免外部空气渗入制冷机系统 冷凝压力不宜过高 否则会引起压缩机耗功增 加 要求设备具有较高的承压能力 使设备过分笨重 增加金属材料的消耗量 4 单位容积制冷量大 对制取一定的制冷量而言 它可以减少压缩机的输气 量 即可减少压缩机的结构尺寸 5 粘度和密度小 以减少制冷剂在系统中的流动阻力损失 6 热导率高 它可提高换热器的传热系数 减少换热设备的传热面积和金属 材料消耗量 7 不燃烧 不爆炸 无毒 对金属材料不腐蚀 对润滑油不发生化学作用 高温度下不分解 8 排气温度低 有利于机器的安全运行和寿命的提高 9 应具有良好的电绝缘性能 10 单位容积压缩功小 目前而言 尚未找到完全满足以上所有条件的制冷剂 选择制冷剂时 首先考 虑符合环保要求 然后按照不同的用途 装置的大小 压缩机的结构形式 使用条 件等全面加以考虑 制冷剂 R134a 自 1936 年面世即以其优越的综合性能而被广泛地应用于空调 商 业制冷等领域 故在此次设计中选用 R134a 作为循环的制冷剂 4 设计计算 4 1 系统的热力计算 3 由于夏季的时候 制冷量最大 对压缩机的要求越高 所以在进行压缩机选型时 应按夏季的最差工况进行 名义工况下制冷量为 2500W 制冷剂为 R134a 确定制冷系统的设计工况主要 指确定蒸发温度 冷凝温度 压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数 有关主要工 作参数的确定参考 制冷工程设计手册 进行计算 冷凝温度 的确定 48 ktkt 蒸发温度 的确定0t 蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度 蒸发温度的高低取决于被冷 却物体的温度及传热温差 水冷式蒸发温度一般 6 8 确定为 10 0t 过冷温度 的确定tsc 在冷凝压力下 制冷剂液体的过冷温度与冷凝温度的差值 称为过冷度 水冷过冷 度 3 4 确定 3 tsc 压缩机吸气口温度 的确定 压缩机的吸气温度根据管道中的传热情况 或根据标准规定的过热度确定 通常 18 21 制冷系统理论循环 p h 图 查 R134A 热力性质表和图得 参数 状态点 Ct barP kgm3 kgJh 0 10 00 4 150 404 19 1 18 00 4 15 0 05154 411 60 2s 59 17 12 53 435 58 2 64 50 12 53 441 58 3 48 00 12 53 468 45 4 45 00 12 53 263 90 数据来源 制冷剂查询软件 制冷系统热力计算 1 单位质量制冷量的计算 过热有效 kgJhqa 7 1490 263 4150 图 1 制冷循环压焓图 4 2 a a 2 1 0 1 5 8 3 48 lgp h 2s 22 2 单位容积制冷量的计算 vaq1o054 7 3mKJ37 2865J 3 单位理论压缩功 的计算 kgJhws 98 2360 4158 3120 4 单位指示功 取指示功率 0i kgJkgJwioi 975 28 923 5 单位冷凝负荷 kgJhqk 675 190 2358 4s2 7 制冷系数 741 5 2160 oawq 8 压缩比 23 876 051 pk 9 制冷剂质量流量 的计算 sskgqQam926 17 4520 10 压缩机实际输气量 23 hmvqa317 11 压缩机理论输气量 lTpv 取 95 0 压缩机理论输气量 hmhvVah 337 95 017 12 压缩机理论功率 kWwqPm4098 23178 0 13 压缩机指示功率 取压缩机指示效率为 i kkii 512 08 490 14 压缩机轴功率 取机械效率 9 m kWkPmi 0 5619 15 压缩机电机即输入功率 电动机效率 8 mokkPmoel 0 647 51 16 冷凝器热负荷 kwqQkmka3 07 17 性能系数 39 40 5612 moaPCO 24 18 能效比 86 3aio PQER 4 2 压缩机的选取 3 往复式压缩机属于容积式压缩机 是使一定容积的气体顺序的吸入和排出封闭 空间提高静压力的压缩机 曲轴带动连杆 连杆带动活塞 活塞做上下运动 活塞 运动使汽缸内的容积发生变化 当活塞向下运动的时候 气缸容积增大 进气阀打 开 排气阀关闭 空气被吸进来 完成进气过程 当活塞向上运动的时候 气缸容 积减小 出气阀打开 进气阀关闭 完成压缩过程 统称活塞上有活塞环来密封气 缸和活塞之间的间隙 气缸内有润滑油润滑活塞环 往复式压缩机靠一个或几个往 复运动的活塞来改变压缩机内部容积的容积式压缩机 目前往复式压缩机主要是活 塞式空压机 化工工艺压缩机 石油 天然气压缩机为主 而活塞式空压机现在主 要向中压及高压方向发展 这个是螺旋机 离心机目前无法达到一个高度 活塞式压缩机是最早设计 制造并得到应用的压缩机 也是应用范围最广 制 造工艺最成熟的压缩机 即使是现在 活塞压缩机仍然在大量得到使用 优点 1 进气排气压力的覆盖范围非常广泛 甚至可以满足 4000PSIG 280Kg cm 2 以上的高压要求 2 流量的覆盖范围也相当广泛 虽然在大量流量的应用上已逐步被其他类型压 缩机所取代而退出市场 但是在小流量 数匹马力甚至更小 的使用范围仍具有相 当的优势 3 在小流量 高压的应用领域 往复式压缩机可当作增压机来使用 4 以 100PSIG 7Kgf cm 2 为例 两段式压缩的往复式压缩机 在能源效率上 的表现既相当优越 其多变压缩效率大约可达 87 此标准也是其它类型压缩机追 求突破的目标 5 气密性相当好 因此也适合压缩空气或氮气以外的其它特殊工艺性气体应用 范围 6 采用高强度的设计时 机组转速低 坚固耐用 连续使用的故障率低 7 每机多缸双作用的设计 可以采用多级式的容积控制方式 对压缩空气消耗 25 量极不稳定的压缩空气系统 可以使用 0 50 100 的三级控制或 0 25 50 75 100 的五级控制 对截流控制有一定的显著效益 其参考数据如下 型号 SC12CL 104L2322 名义制冷量 2 87KW 输入功率 0 59KW 最大额定电流 3 88A 能效比 COP 2 71 排量 60 47cm 3 rev 排量 10 52m 3 h 注油量 0 95dm 3 净重 25Kg 其特点为 1 超高能效 能较比以前市场上最先进的活塞式压缩机还高 12 2 杰出的可靠性 运动部件少轴向及径向的谷轮专利柔性设计提供了前所未有的耐液击和容忍杂 质的能力 3 内置电机断路装置 能有效保护电机免受高温及高电流之损坏 4 低噪音 低排气脉冲 噪音值比活塞式压缩机低 5 分贝以上 5 简化系统设计 独特的卸载启动设计使单相压缩机 启动时无须启动电容 继电器 在大多数应 用中无需曲轴加热器和气液分离器 26 4 3 室外换热器的设计计算 3 4 3 1 套管式冷凝器的设计计算 图 4 2 套管式换热器的外形图 4 3 1 1 冷凝器的形式选择 冷凝器 Condenser 空调系统的机件 能将管子中的热量 以很快的方式 传 到管子附近的空气 大部分的汽车置于水箱前方 把气体或蒸气转变成液体的装置 发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝 在冷冻厂中用冷凝器来冷凝 氨和氟利昂之类的制冷蒸气 石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝 在蒸馏过程中 把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器 所有的冷凝器都是把气体或 蒸气的热量带走而运转的 水冷式冷凝器是以水作为冷却介质 靠水的温升带走冷凝热量 冷却水一般循 环
收藏
编号:4297367
类型:共享资源
大小:3.63MB
格式:ZIP
上传时间:2020-01-05
50
积分
- 关 键 词:
-
含CAD图纸+文档
kw
复合
能源
空调
热水
系统
设计
cad
图纸
文档
- 资源描述:
-
压缩包内含有CAD图纸和说明书,均可直接下载获得文件,所见所得,电脑查看更方便。Q 197216396 或 11970985
展开阅读全文
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。