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1、郑州轻工业学院郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文）题 目 直膨式太阳能热泵热水器设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 10-02 周喜乐 1目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 直膨式太阳能热泵热水器的工作原理及其特点直膨式太阳能热泵热水器的工作原理及其特点11.1.1 直膨式太阳能热泵热水器的工作原理11.1.2 直膨式太阳能热泵热水器的特点21.2 直膨式太阳能热泵热水器的应用及其发展前景直膨式太阳能热泵热水器的应用及其发展前景.31.3 直膨式太阳能热泵热水器的设计要点直膨式太阳能热泵热水器
2、的设计要点.42 方案选择与论证.52.1 压缩机压缩机.52.1.1 压缩机概述.5 2.1.2 压缩机的比较.62.2 冷凝器冷凝器.92.2.1 冷凝器概述.9 2.2.2 冷凝器的比较.92.3 蒸发器蒸发器.112.3.1 蒸发器概述.11 2.3.2 蒸发器的比较.122.4 制冷剂制冷剂.123 设计计算.133.1 系统的热力计算系统的热力计算.133.1.1 空调系统的热力计算.14直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 10-02 周喜乐 23.1.2 房间的热力计算.163.2 压缩机的选取压缩机的选取.173.3 冷冷凝凝器器设设计计算计计算.193.4 蒸发器设蒸发器设计计
3、计计算算.204 节流机构的选择244.1 节流机构概述节流机构概述.244.2 节流机构的分类节流机构的分类.254.3 毛细管的选择计算毛细管的选择计算.305 其他辅助设备的计算与选型315.1 干燥过滤器计算与选型干燥过滤器计算与选型.315.2 气液分离器的计算与选型气液分离器的计算与选型.325.3 截止阀的选取截止阀的选取.345.4 电磁阀的选取电磁阀的选取.355.5 压力控制器选取压力控制器选取.365.6 压差控制器的选取压差控制器的选取.375.7 温度控制器的选取温度控制器的选取.376 制冷剂充注量计算 38结束语40致 谢.41直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 1
4、0-02 周喜乐 2参考文献.42直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 10-02 周喜乐 1直膨式太阳能热泵热水器设计摘 要多功能热泵空调热水一体系统是将建筑物夏季供冷，冬季供热功能与热泵热水功能集成为一体的建筑物小型综合能源系统。整个系统只是在普通热泵空调的基础上增加水一制冷剂换热器和一些管道以及阀门等附件，是一种提高空调设备利用率和提高空调器整体能源利用率的系统。该系统在夏季的时候利用空调制冷时向环境排放的热量制取生活热水；过渡季节可以独立作为热泵热水器运行；冬季在制热和制热水间交替运行，利用不向建筑物供热的时间制取生活热水。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
5、的应用进行了详细的分析和研究。本文提出多功能空气源热泵空调热水一体系统，对系统构成和功能分析的基础上，设计和搭建了家用多功能热泵空调热水试验系统。在该试验系统上完成了夏季制冷兼制热水的试验和春秋季以及冬季单独制热水的试验。试验结果表明获得 40和 50的生活热水，夏季制热水性能系数达到 2.54.0，春秋过渡季节在 2.92.2 之间变化。冬季的平均制热水性能系数可以达到 2.1。试验验证了系统可靠性和节能效果。根据多功能空气源热泵空调热水系统与太阳能热水系统联合运行的构想，完成了两者联合运行的初步试验，试验数据表明两者可以联合运行降低制热水的能耗，同等升温幅度的情况下先运行热泵比后运行热泵耗
6、时少，耗能少。 关键词 多功能/复合热水系统/空调/太阳能热泵/系统模拟/节能Direct expansion solar-assisted heat pump water heaterABSTRACT直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 10-02 周喜乐 IIMultifunctional heat pump system is a kind of heat pump in which a heat pump air conditioner and heat pump water heater is integrated. The multifunctional heat pump is bu
7、ilt up by installing a wafer tank, water cooled condenser and necessary valves and pipes. It improves the total energy efficient and also makes the most use of the heat pump equipment which does not run during Spring and Autumn. The multifunctional heat pump system performs in fours models; space co
8、oling and water heating simultaneously in Summer; space cooling only in Summer, water healing in Spring and Autumn when space cooling and heating is not necessary; space heating only in Winter and water heating in Winter when space heating is not needed. This work presents the research df multifunct
9、ional heat pump system in both air source heat pump arid ground source heat pump system.A multifunctional air source heat pump system is introduced according to which a prototype equipment is manufactured in the laboratory and experiment of water beating and space cooling simultaneously in summer an
10、d experiment of water heating in Spring and winter were carried out. The summer experiment results shows that the multifunctional heat pump system supplied hot water with a temperature at 4050 and the performance coefficient EER ,ranged from 2.54.0. The Spring/Autumn experiment results shows that th
11、e performance coefficient EERW ranged from 2.92.2; And the winter the average performance coefficient is 2.1.Experiments of performance with combined heat pump water heater and solar water heater was also accomplished. The results shows that heat pump running before solar water heater results in bot
12、h the less total heating time and higher heat pump performance coefficient.KEY WORDS : Multifunctional，hybrid water heating system，air conditioning，air source heat pump，experimental study，system simulation，energy saving直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 10-02 周喜乐 11 绪论通过将太阳能热水系统和空调热泵系统结合，设计出太阳能复合能源空调系统。太阳能复合能源空调热水系统是
13、采用一种新型的系统结构将太阳能热水系统和热泵空调热水系统相结合，夏季通过室内的蒸发器降低室内温度和湿度，并可以同以利用冷凝器散热和太阳能提供生活热水。冬季不需要室内降温降湿的情况下，可以利用热泵与太阳能提供生活热水。系统主要通过太阳能系统提供热水，由于太阳能辐射表现为夏季充足和冬季不足的特点，当太阳能辐射充足时，直接通过太阳能热水系统提供生活热水，当太阳能辐射不足时，启动热泵系统辅助制热，因此太阳能复合能源空调系统克服了单一太阳能热水系统的季节问题。本文主要介绍了太阳能复合能源空调热水系统的技术特点和工作原理，较为详细的介绍了 6KW 太阳能复合能源空调热水系统设计计算以及其相关零部件的选取。
14、1.1直膨式太阳能热泵热水器系统的工作原理及其特点1.1.1 直膨式太阳能热泵热水器的工作原理太阳能复合能源空调系统由太阳能热水子系统，热泵空调热水子系统组成。太阳能子系统包括集热器、保温水箱等；热泵空调热水子系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置，以及带有盘管换热器的保温水箱，循环水泵等（如图 1 所示） 。太阳能复合能源空调热水系统，是利用水冷冷凝器的形式回收空调冷凝热，并用于生活热水的初级加热，利用太阳能对生活热水进行二级加热供全年生活热水使用。直膨式太阳能热泵热水器设计 热能 10-02 周喜乐 4图 1 系统热泵侧原理图该系统将太阳能热水器与传统蒸汽压缩式家用空调进行有机结合：在压
15、缩机的排气侧，用一个“水-制冷剂”的排气换热器替代了原有的“空气-制冷剂”的换热器，提高进入太阳能集热器的用户侧回水温度。由于系统将传统空调系统的室外“空气-制冷剂”换热器改为“水-制冷剂”的排气换热器。因此，在制冷过程中，原来制冷工质应与室外空气进行热交换而向外界排出冷凝热，而现在该过程转换成与冷水进行热交换以加热家庭热水，从而将原来需排向室外空气的冷凝热加以利用，起到了热回收的作用，得到较高的系统能效比。该系统有如下几种模式：(1) 单独制冷模式原理：制冷剂通过室内换热器在室内蒸发吸热(提供冷量)，经压缩机压缩，通过水冷冷凝器在热泵水箱里冷凝放热给水，水再进过风冷水循环通过室外换热器将热量排放到室外。(2) 单独热水模式原理：制冷剂通过室外换热器吸收室外环境环境热量，经过压缩机压缩，通过水冷冷凝器在热泵水箱中放热给水从而提供生活热水。(3) 制冷兼热水模式原理：制冷剂通过室内换热器在室内蒸发吸热(提供冷量)，经压缩机压缩，同通过水冷冷凝器在热泵水箱里冷凝放热给水来提供生活热水。1.1.2 直膨式太阳能热泵热水器系统的特点空调热水器的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。整个过程是一种能量转移个过程（从空气中用转移到水中） ，不是能量转换的过程，没
