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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 ASHP-5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计 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 家用三功能空气源热泵机组样机的设计4HP目 录中文摘要I英文摘要.II1 绪论11.1 概述.11.2 空气源热泵系统的工作原理 11.4 空气源热泵系统的优点31.5 空气源热泵应用及研究现状 41.5.1 空气源热泵在国内的发展情况41.5.2 空气源热泵在国外的发展新情况.81.6 空气源热泵系统经济性分析.91.7 世界各国空气源热泵近期市场发展概况.101.8 空气源热泵的应用前景.142 方
2、案的选择与论证.162.1 制冷剂的论证162.1.1 制冷剂的分类162.1.2 制冷剂性质要求172.1.3 制冷剂的选用原则.182.1.4 选择制冷剂192.1.5 制冷剂 R22 的性质192.2 压缩机的选择192.2.1 制冷压缩机的功能.192.2.2 压缩机的种类202.2.3 各类压缩机的比较.212.2.4 选择压缩机.252.3 换热器的选择.252.3.1 冷凝器的选择.25家用三功能空气源热泵机组样机的设计4HP2.3.2 蒸发器的选择253 设计计算273.1 热力计算及压缩机选型273.2 冷凝器的设计计算.313.2.1 套管冷凝器313.2.2 翅片管冷凝器
3、313.3 蒸发器的设计计算353.4 水箱的设计393.4.1 水箱相关参数计算.393.4.2 水箱隔热层设计计算393.4.2 水箱内部结构设计计算404 辅助设备的选择设计414.1 节流阀的选用.414.1.1 节流过程的特点.414.1.2 节流阀414.1.3 热力膨胀阀的工作原理与特性424.2 水泵的选型.464.2.1 水泵的简介.464.2.2 水泵的设计与选择.474.3 膨胀罐的选型.484.4 水流开关的选型494.5 四通换向阀的选型.504.6 干燥过滤器的选型.524.7 气液分离器的选型.534.8 高压保护开关的选型.554.9 低压保护开关的选型554.
4、10 单向阀的选型.56家用三功能空气源热泵机组样机的设计4HP结束语.57致谢58参考文献.59ASHP-5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计I5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计摘 要随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，空调器和热水器已走进千家万户，成为现代生活必不可少的家用电器。由于人们对生活舒适性的要求逐步提高，对空调和热水器技术不断提出新的要求。因此空调和热水器的新品层出不穷，性能也越来越优良。空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气源热泵系统通过自然能（空气蓄热）获取低温热能，经系统高效集热整合后成为高温热能，整个系统集热效率甚高
5、。利用空气源热泵同时实现制冷、制热和制热水的功能符合当今社会对节能、环保、舒适、便捷的要求。关键词 空调 热水器 空气源热泵 节能ABSTRACTWith the rapid development of our national economy and the improvement of peoples living standards, Air conditioner and water heater has entered innumberable families, become indispensable household in modern life. Because of p
6、eoples life comfort requirements gradually improve , new requirements are proposed to air conditioner and water heater continuously. So, new commodities of air conditioner and water heater emerge in endlessly, whose performance are better and better. Air source heat pump technique is a kind of energ
7、y-saving and environment-friendly heating technique which based on the principle of reverse carnot cycle. Air source heat pump system obtain low temperature energy from air and transform it into high temperature energy. The hole system has a quite high heat-collecting efficiency. Using air source he
8、at pump realize the function of cooling, heating and hot water at the same time fit the requirement of energy saving ,environmental protection, comfortable and convenient.KEY WORDS: air conditioner, water heater, air source pump, energy-saving -tankASHP-5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计11 绪论1.1 概述三功能空气源热泵机组由主机、
9、水箱、循环泵组成，通过循环把主机产热带入水箱，对水箱的水逐渐升温加热，水系统的工作情况直接影响到整体效果，所以我们称之谓空气源热泵热水系统。常用的系统有直接大循环式和定温放水式两种不同形式。直接大循环又有一次加水加热放水和不间断使用补水两种。定温放水由加热水箱和储热水箱组成，加热水箱有不承压定温完全放水和承压不间断自动补水顶水放水式两种。这些系统各有优缺点，通过分析 2T 热泵热水小系统的特性，发现在加热的过程中，水温越低能效比 COP 值越高，随着水温的升高 COP 值在降低，相同外部工况下同等的水从 20加热到 50时段与 50升高到 60时段所耗用的能量接近。最后选用加热水箱定温全放水方
10、式，控制系统虽然较复杂，但每加热一箱水都是从冷水初始温度到设定温度全过程加热充分发挥热泵输入功率随温升变化的特点 COP 值较高，节能效果明显。加之冬季机组间断工作不易结霜。 在实际生活中，人们的需求是多方面的，比如在夏天，人们需要空调制冷的同时又需要卫生热水；在冬天，人们既需要供暖也需要热水。这就为多功能热泵空调热水器的研发带来了市场依据。多功能热泵空调热水器是将热泵空调与热水器结合在一起，夏季通过室内蒸发器实现对室内空气的降温、降湿的同时利用冷凝器中的热量生产热水，在不需使用空调的春秋季节则可以作为热泵热水器使用；在冬季实现热泵空调器供暖目的的同时通过切换还可实现供应热水的目的。并以此系统
11、搭建实验台，得出结论:将热泵热水器与空调联合的思路是合理的，并已实现了一套多种用途装置。试验的空气源热泵热水器样机已实现了初步的试验运行，夏季能效比最大可达到 3.85，平均在 3.0 以上。冬季出水温度在 50时制热水能效比平均在 2.0 左右即使接近 60时仍可达到 1.5 左右。1.2 空气源热泵系统的工作原理1.2.1 空气源热泵原理机组运行基本原理依据是逆卡循环原理，液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽(汽化)，汽化潜热即为所回收热量，而后经压缩机压缩成高ASHP-5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计2温高压气体，进入冷凝器内冷凝成液态(液化)把吸收的热量发给需
12、要的加热的水中，液态工质经膨胀阀降压膨胀后重新回到膨胀阀内，吸收热量蒸发而完成一个循环，如此往复，不断吸收低温源的热而输出所加热的水中，直接达到预定温度。空气源热泵组成：通常由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀 4 部分构成，传热工质在机组内封闭运行，并通过冷凝器和蒸发器与外部发生热交换。1.2.2 空气源热泵供暖原理在制热时，液态制冷剂在空气换热器中汽化，吸收空气中的热量，低温低压的气态制冷剂经压缩机压缩后变为高温高压气体送至水换热器。由于制冷剂的温度高于水的温度。制冷剂从气态冷却为液态，液体制冷剂经膨胀阀节流后，在压力作用下进入空气换热器，低压气体制冷剂再次汽化，完成一次循环。在这个循环中，随
13、着制冷剂状态的变动，实现了热量从空气侧向水侧的转移。图 1-1 制热原理图1.2.3 空气源热泵制冷原理在制冷时，液态制冷剂在水换热器中汽化，使水温降低。低温低压的气态制冷剂经压缩机压缩，变为高温高压气体，进入空气换热器，由于制冷剂温度高于空气温度，制冷剂向空气传热，制冷剂经气体冷凝为高压液体，高压液态制冷剂经膨胀阀节流后进入水换热器，低压液体制冷剂再次汽化，完成一个循环。在这个循环过程中，随着制冷剂状态的ASHP-5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计3变动，实现了热量从水侧向空气侧的转移。图 1-2 空气源热泵原理系统图1.4 空气源热泵系统的优点1.4.1 设计先进通过计算机仿真测试
14、实验室，模拟各种恶劣环境的运行，调试评估出机组系统的最优化配置方案及机组最合理的 COP 值。运用现代计算机仿真技术结合设计风道系统，有效减少高频噪音。1.4.2 智能控制强大的微电脑控制功能，彻底解决系统运行的安全问题，能够智能化的向终端用户提供连续、稳定的卫生热水。1.4.3 高端配置热力膨胀阀本身具有很大的调节能力，从而更保证了更强的节流能力；管翅片热交换器采用内螺纹铜管，翅片采用亲水铝箔，具有高效的热交换性能，从而增大其换热量；机组冷凝器采用进口高效优质的螺旋铜管制作，换热能力充足，能效比更高；拥有专利的融霜控制技术，保证机组具有良好的制热性能，除霜更快更彻底；确保机组能够稳定运行。1
15、.4.4 高效节能空气源热泵是通过大量获取空气中免费热能，消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量，因此热效率高达 380%600%，制造相同的热水量，空气ASHP-5HP 户式三功能空气源热泵机组样机的设计4源热泵的使用成本只有电热水器的 1/4，燃气热水器的 1/3，太阳能热水器的 1/2。高热效率是空气源热泵最大的特点和优势，在能源问题成为世界问题时，这是空气源热泵成为“第四代热水器”的最重要的法宝之一。图 1-3 热泵原理图1.4.5 绿色环保、安全可靠空气源热泵独特的使用原理，实现其在工作过程中彻底水电分离，从根本上杜绝漏电事故；并且由于其在使用过程中无需任何燃料输送管道，没
16、有燃料泄露等引起火灾、爆炸、中毒等危险；同时，空气源热泵在工作过程中没有任何有毒气体、温室气体和酸雨气体排放，也没有费热污染。这些也成为空气源快速发展铺垫了宽阔的道路。1.4.6 全天候方便使用空气源热泵由于体积相对较小，可以安装在浴室、阳台和外墙等处，实现使用的无限制性；并且空气源热泵由微电脑控制自动运行，无需专人职守，保证全天候热水供应，同时结合其定时开关功能实现低谷用电，实现更节约的使用效果。1.4.7 全方位保护机组有全方位的保护系统、各种参数查询、故障查询、系统参数查询等功能 ，动行安全可靠、方便 ，真正做到无需人员值守，节省开支。1.5 空气源热泵应用及研究现状1.5.1 空气源热泵在国内的发展情况早在上个世纪50年代，我国就已经开始空气源热泵方面的研
