空气热源热泵单元的设计

南昌航空大学科技学院毕业论文11概述热泵技术发展史随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家JPJOULE提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，WTHOMSON教授（即大家熟知的LORDKELVIN勋爵）发表论文，提出了热量倍增器（HEATMULTIPLIER）的概念，首次描述了热泵的设想。当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求总量小，特别是对取暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们取暖的方式主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于空调的发展。上世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战以后，工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机，进一步促进了热泵在全世界范围内的发展。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近20年的事，如美国，截止1985年全国共有14，000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10的速度稳步增长。我国是在最近四、五年之内，热泵才得到了快速发展，主要是集中在经济发达的两个三角洲地区。全国有山东、浙江宁波、江苏个别厂商也在制造热泵热水器，在广东形成了生产规模，有批量出口，形成了产业链。最近又有不少地方在研制和制造热泵，在质量方面也有了突破性的发展。南昌航空大学科技学院毕业论文2热泵优势当前，我们在使用能源中存在着许多不合理的现象，造成了极大的浪费。其中最突出的浪费是对能源没有“量才而用”，普遍地把煤炭、石油、天然气等高质能源“降级使用”。而热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。恰当地运用热泵可以把那些不能直接利用的低温能变为有用的热能。具有显著的节能效果。热泵具有以下良好性能1、高效率在说明这个问题之前，我们先举个例子，假设冬季取暖要求维持室温在20左右。如果直接用电热加热器取暖，在用能上是最大的浪费。因为，电热器虽然能将电能全部转换成热能，1KWH也只能产生3600KJ的热。如果采用电动热泵，由于致热系数远大于1，因此可以向室内提供耗电量几倍热量。例如，如果室温为20，室外气温为5，设他们与工质的传热温差为5，则设热泵的有效系数为06，则实际致热系数1551860/MAX与电热相比，消耗同等量的电能放出的热量大约为电热放出的5倍左右这说明利用热泵可以提供消耗电力5倍多的热量。或者说，在提供相同热量的情况下，可以节约80的电力。、环境问题虽然制冷剂选择的是R22，对空气中的臭氧有一定的破坏力，也就是说对空气有污染，但是如果严格控制好它的密封性的话，那么它所泄漏的制冷剂R22可以忽略不计，也就是说对空气基本上是没有污染的。而对于其它的，特别是依靠燃烧来取暖，它所放出气体对环境的污染绝对要远远大于热泵所造成的污染。所以说，空气热源热泵环境友好度还是不错的。72112529352732027320273MAXLHHTTT51835298102732527325273211MAX/TTT南昌航空大学科技学院毕业论文3热泵工作原理及结构热泵是通过消耗一部分高品质的能量把热量从低温热源转移到高温热源中的一种装置。转移到高温热源中的热量包括消耗的高品质热量和从低温热源中吸收的热量。在上个世纪初，科学家就提出了热泵的工作原理，为人类使用低温热源指出了方向，目前热泵技术在世界上也已经有了许多方面的应用，国内的应用主要在冷热双效空调产品中，即以室外空气为热源对室内空气进行加热，以达到节能的目的。热泵不是热能的转换设备，而是热量的搬运设备。空气热源热泵就是根据热泵原理及技术设计研发的一种制热设备。它就是通过消耗少部分电能，把外界空气中的热量转移到热泵低温空气当中。它利用逆卡诺循环原理，以制冷剂R22为媒介，通过压缩机的做功，实现低温热能向高温热能的搬运。压缩机排出的高温高压的制冷剂气体在冷凝器冷凝成液体，同时放出大量的冷凝热，冷凝热被热泵中的低温空气吸收，使得热泵中的空气的温度得以升高，制冷剂液体经过节流元件以后压力大幅降低，在蒸发器中吸热蒸发，蒸发所需热量全部来自于空气，全部蒸发完毕的低压制冷剂气体被压缩机吸入，通过压缩机做功后，变成了高温高压的制冷剂气体，重新由压缩机排气口排出，如此往复循环。转移到高温热源中的热量包括消耗的高品质热量和从低温源中吸收的热量。通过这个过程我们可以进一步看到，热泵不是热能的转换设备而是热量的搬运设备，因此热泵制热的效率不受能量转换效率100为其极限的制约，而是受到逆向卡诺循环效率的制约，这就是其制热系数可以达到300500甚至更高的原因。一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到暖房中的空气（如图所示）南昌航空大学科技学院毕业论文4热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QCQAQB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。南昌航空大学科技学院毕业论文51热泵发展趋势欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。在1973年能源危机的推动下，热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。80年代来，中国热泵在各种场合的应用研究有了许多发展。针对中国地热资源较丰富的情况，若把一次直接利用或经过降温的地下热水作为热泵的低位热源使用，就可增大使用地下水的温度差，并提高地热的利用率，这在京津地区早已有过应用实践。而这种设备同时对于我国能源使用效率不高、分配不均匀的现状也提出了一个有效的解决方法。全球热泵总的销售额达到160亿美元，是2001年总的空调市场销售额340亿美元的47。前三名国家美国，中国和日本共占世界总空调器销售额的64，并占总热泵销售额的72。前9名国家和地区，包括韩国、意大利、西班牙、台湾地区、澳大利亚和法国等，占世界总空调器销售额的76，并世界总热泵销售额的86。令人注意的是SRAC和SPAC的无风管分体机组占世界总空调器市场的508，并占世界总热泵的716。南昌航空大学科技学院毕业论文62总体设计方案的确定21热泵机组类型及选择由于不同的热泵机组类型有不同的优势和缺点，所以热泵单元类型选择的方式应根据不同特点选择不同的方式，下面是热泵机组类型及其特点211热泵机组及其特点1、涡旋式压缩机热泵机组涡旋式压缩机为容积式压缩机，具有运转平稳、振动小、噪音低等优点，常用在空气热泵机组，适用于中、小型工程。2、活塞式压缩机热泵机组活塞式压缩机为容积式压缩机，结构复杂、转速低、振动大、噪音大、单机容量较小，多机头组合可拼装成100万大卡/时左右热泵机组，COP3035；3、螺杆式压缩机热泵机组螺杆式压缩机也为容积式压缩机，结构简单、运转平稳、振动小、噪音低、寿命长，COP3545，适用于中、小型工程，多机头热泵机组可用于较大工程。单螺杆为平衡式单向运转，磨损小，无轴向推力，其排气效率比双螺杆略低。设计空气热泵应注意1、空气热泵机组特点及适合性空气热泵机组有优点也有缺点，与同容量单冷冷水机组相比，其用电量大，造价高，冬季随室外气温下降制热量衰减严重、结霜严重等，因此，当某工程有蒸汽源时，空调冷热源应尽量采用“单冷冷水机组加热交换器”方案。本人认为医院、宾馆等对冬季采暖温度要求较高的工程不适宜采用热泵机组，办公楼、饭店等工程则较适宜，因为它们一般白天使用，热泵机组制热量衰减小，就算采暖效果差些，室内人员可多穿衣服，影响小些。2、活塞式及螺杆式热泵机组若干性能比较许多厂家销售人员出于商业利益，往往片面甚至恶意中伤某品牌或活塞、螺杆式热泵机组，我们设计人员不能被一叶障目，要认真细致地了解各类机型性能，作出正确的选型判断。烧压缩机问题原因之一是蒸发器选型不对所致，例如，活塞式或螺杆式热泵机组（采用F22制冷剂）选用满液式蒸发器时因回油困难就易烧压缩机；原因之二是润滑系统有杂质致使润滑油脏或压缩机吸气过滤网因杂质堵塞而被吸破致使杂质吸南昌航空大学科技学院毕业论文7入压缩机等，杂质易损坏电机绝缘层；原因之三是过热保护、过压保护、短路保护等失灵所致；液击问题其实液击对活塞式及螺杆式压缩机都是不利的，两者压缩效率都要降低；压缩机效率的控制问题活塞式及螺杆式热泵机组制冷（热）量由其容量调节电磁阀调节，活塞式压缩机部分负荷时可减少运行气缸数来调节，螺杆式压缩机则靠滑阀调节。在部分负荷时，两者轴功率均降低，运行COP值差不多；润滑油问题活塞式及螺杆式压缩机在夏冬季均需对润滑油加热，使润滑油中制冷剂挥发出来，保证压缩机正常润滑；维护保养问题活塞式压缩机零部件约268个，易损件多，1000小时需中修，维修量大；而螺杆式压缩机零部件约26个，易损件少，无故障运转时间长。在正常运行下，若干年后只要更换润滑油、过滤器、轴承等；噪音问题螺杆式热泵机组主要噪音源是风机，机组一般噪音在80DBA左右，因此机组应选用低噪音、转速低、振动小（经动静平衡测试）的风机产品，如选用德国施乐百公司轴流风机，100RT螺杆式热泵机组噪音可控制在74DBA左右。而活塞式热泵机组噪音一般在80DBA以上。我们要注意噪音的标准测法及测音室与普通环境下的区别问题；我们也要注意厂家样本上热泵机组冬季制热量是在8环境温度下的值，不是冬季空调计算温度下之值。3、节能设计注意原则采用空气源热泵冷热水机组时应符合以下原则1较适用于夏热冬冷地区的中小型公共建筑。2夏热冬暖地区采用时，应以热负荷选型，不足冷量由水冷机组提供。3在寒冷地区，当冬季运行性能系数低于18时或具有集中热源、气源时不宜采用。注冬季运行性能系数冬季室外空调计算温度时的机组供热量KW、机组输入功率KW关于空气源热泵经济合理应用，节能运行的基本原则如下空气源热和水冷机组相比，空气源热泵耗电较高，价格也高。但其具备供热功能。对不具备集中热源的夏热冬冷地区来说较为适合，尤其是机组的供冷、供热量和该地南昌航空大学科技学院毕业论文8区建筑空调夏、冬冷热负荷的需求量较匹配，冬季运行效率较高。从技术经济、合理使用电力方面考虑，日间使用的中、小型公共建筑最为合适。综合上述，很容易发现涡旋式压缩机热泵机组适合该课题的设计要求。南昌航空大学科技学院毕业论文92热泵单元的初步计算及其选择压缩式热泵是以消耗一部分高质能（机械能或电能）为代价制热的，如图所示。低沸点工质通过压缩机压缩，消耗外功，使工质的压力和温度升高。由于他的温度高于供热所需温度H，让他通过冷凝器向室内供出热量2而本身被冷凝。然后通过膨胀阀节流降压，同时温度也降低。由于它的温度降低于低温（一般环境温度为），在蒸发器中吸收外界热量1而蒸发。蒸汽在回到压缩机继续压缩，完成一个循环。图21压缩机；冷凝器；膨胀阀；蒸发器衡量压缩式热泵的性能指标是叫“致热系数”WQCOP1如完全可逆，即按逆向卡诺循环12341进行，如下图22所示，则此时的致热系数应为最大，即HLLHHTTTTTQQQ11211MAX实际上由于热传递必然存在温差，工质向室内放热时的冷凝温度高于，从低温热源吸收热时的工质温度低于，如果按工质实际工作温度范围（）计算其最大的致热系数，则为南昌航空大学科技学院毕业论文10HLLHHTTTTTQQQ11211MAX图22由上式可见，如果（）越小，或者/约大，则MAX/越大，MAX/始终大于。当/接近时，MAX/将趋于无穷大，这说明热泵所能提供的热两在数量上是超过所消耗的功。并且，当转移热量的温差越小时，他做的功越大。就这点来说，利用热泵取暖是最适合的方式。世界的热泵除有不可逆转损失外，由于在压缩机及膨胀阀中也存在不可逆损失，世界的致热系数将小于理论值，即MAX/MAX在确定了热泵的工质、热力循环参数及压缩机的效率后，可以利用工质热力学性质来计算MAX/式中热泵有效系数，一般在045075范围，概算时可取06设室温为20，要求烘干的东西在50，设他们与工质的传递温差为5，则南昌航空大学科技学院毕业论文1121211211MAX/11TTTTTQQQ把TH27350323，TL27320代入得7710202735027350273MAX28152735527355273/MAX9242860/MAX大于设计给定的COP25符合要求南昌航空大学科技学院毕业论文123换热器的选择换热器是热泵中不可缺少的重要装置，换热器的传热效果直接影响热泵致热的效率、经济特性。冷凝器和蒸发器是热泵中不可缺少的换热器，是热泵取暖的重要组成部分。31冷凝器冷凝器是热泵向热泵中低温空气放出热量的换热装置。低温的制冷剂从压缩机出来后，变成高温高压，经过冷凝器发热，将热量传递给热泵中低温的空气，使热泵中空气变高。制冷剂在冷凝器中放出的热量同时自身因冷凝却结为液体。制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两部分一是在蒸发器中吸收来自外界空气的的热量；二是制冷剂蒸汽在制冷压缩机中被压缩时，由压缩机消耗的机械功转化的热量。冷凝器按冷却介质和冷却方式，可以分为三种类型（1）水冷冷凝器用水作为冷却介质，使高温高压的制冷剂蒸汽冷凝的换热器，称为水冷式冷凝器。（2）空气冷凝器用空气作为冷却介质，使高温高压的制冷剂蒸汽冷凝的换热器，称为空气冷式冷凝器（3）蒸发式冷凝器利用水蒸汽吸收大量的潜热而使高温高压的制冷剂蒸汽冷凝的换热器，称为蒸发式冷凝器。311水冷式冷凝器特点水冷式冷凝器的结构有管壳式、套管式、板式、螺旋板式等几种形式。水冷式冷凝器是水吸收制冷剂放出的热量。其特点传热效率高，因此结构紧凑，多用于中大型制冷设备。这类制冷设备都需要有一套冷却水系统，冷却水可以使用江、河、湖、海水或地下水，也可以循环使用。其缺点是占地方大。所以不适合该课设最佳选择。312蒸发式冷凝器特点蒸发式冷凝器跟水冷式冷凝器比较相近，主要是利用冷却水汽化的潜热来吸收制冷剂的热量，所以蒸发式冷凝器的水消耗量很小，其耗水量仅是水冷冷凝器的10，其功率也比较小。一般用于小型设备当中。所以也不适合我们的选择。313空气冷却式冷凝器特点空气冷却式冷凝器又称为风冷冷凝器。在这种冷凝器中，制冷剂蒸汽和冷凝所放出的热量是由空气来冷却的。空气式冷凝器按空气冷却方式又分为自然对流空气冷却式冷凝器和强迫对流空气冷却式冷凝器。前者多用于小型制冷设备。在缺水的地方，南昌航空大学科技学院毕业论文13为了减少冷却水的消耗，制冷设备多采用空气冷却式冷凝器。目前，有些中型空调和制冷设备中也采用空气冷却式冷凝器。空气冷却式冷凝器的换热管一般按蛇管排列，制冷剂蒸汽在换热管内冷凝，空气在换热管外流过。由于空气侧的换热系数比较小，所以在空气冷却式冷凝器的空气侧通常采取加翅片等强化换热的一些措施。在设计中，考虑到节能和噪音问地。选择自然对流空气冷却式冷凝器。这种冷凝器具有以下优点、节省风机的电耗2、减少了噪音但是也有其自身的不足，传热系数比较低，一般为916W/M2下图图31是空冷式冷凝器的三维视图空冷式冷凝器图31南昌航空大学科技学院毕业论文14图32它有平板式（上图B）、百叶窗式、钢丝式（上图A）。平板式由蛇形管和用以增加换热面积的平板组成，蛇形管焊接或者压死在平板上，以强化换热。百叶窗式是将平板作成百叶窗形式和蛇形管焊接，起目的是增加冷凝器的散热面积，改善通风条件。钢丝式冷凝器是在百叶窗式的基础上进一步改进的，钢丝焊接在蛇形管的两面，并与换热管成直角，钢丝直径125MM，钢丝间的距离为610MM。自然对流空气冷却式冷凝器的换热管通常直径为58MM，管间距离为4060MM。34冷凝器翅片面积计算确定了选择冷凝器类型后，接下来就是要估算冷凝器的面积，然后去查生产厂家生产的蒸发器，直接选定因为我们选定的工质是R22，所以根据制冷技术及其应用这本书的压焓去查表。根据第2章总体设计里面选定的温度T020和T250，致热系数为COP49225又已知压缩机功率N30KW查付表得蒸发压力P008MP冷凝压力P222MP吸气比体积V100425（M3/KG）吸气比焓H1430（KJ/KG）排气比焓H2410（KJ/KG）南昌航空大学科技学院毕业论文15节流前后的比焓H4H5310（KJ/KG）又已知压缩机功率N3。0KW，又根据如下公式单位制热量Q0H1H4单位容积制热量QVQ0/V1单位压缩机功耗H2H1总制热量Q0N34921476KW制冷剂质量流量QMQ0/Q0冷凝器单位散热量QKH2H4得冷凝器总放热量单位为K又根据公式FQK/（KMT）F为换热器的换热面积（M2）K为换热器的传热系数（W/（M2查表得，K为12（W/（M2MT为换热器的平均传热温差根据选定温度T020和T250，可知MT30那么312761431043031041004142QHHHHQQQKMK33234301210312MTKQFMK南昌航空大学科技学院毕业论文1632蒸发器热泵中蒸发器是制冷剂从系统外界吸热即取暖的换热器。制冷剂液体在蒸发器的换热管内流动，并在低温下蒸发，变为蒸汽，制冷剂在蒸发过程中吸收来自外界空气的热量。所以蒸发器是热泵取暖设备中重要的部件。蒸发器位于热泵的节流阀和压缩机的吸气管之间。冷却空气的蒸发器又分为直接蒸发式空气冷却蒸发器冷风机和排管式空气冷却蒸发器两种。冷却空气的蒸发器的制冷剂在换热管内流动蒸发，空气在换热管外流动被冷却。直接蒸发式空气冷却蒸发器直接蒸发式空气冷却蒸发器广泛用于空调、冷库库房、低温试验箱和各种型式的冷风机，制冷剂在换热管内蒸发，空气在风机的作用下从换热管外流动。为了提高空气侧的换热系数，换热管通常采用翅片管。翅片管通常有紫铜管和套在紫铜管外的铝片组成，铜管直径为9X0516X10MM，铝片厚度为015030MM。对于空调翅片间距为2045MM，对于冷库使用的冷风机翅片间距要大一些，以放冷凝水流动不畅或被积箱堵死而影响空气的流动，是传热情况恶化。直接蒸发式空气冷却蒸发器的传热系数比较低。当空气的迎面风速为23M/S时，对于用于空调机组的蒸发器，传热系数为3040W/M2对于用于冷库的冷风机，蒸发器的传热系数为1220W/M2。这种蒸发器的优点是结构紧凑，占地面积小，冷量损失小。缺点是气密性要求高，制冷两调节比较困难。322排管式蒸发器排管式蒸发器主要用于冷库的冷藏库房、低温试验箱和各种冰箱。制冷剂在换热管内蒸发，空气在换热管外自然对流。对于氨制冷装置换热管选用钢管，而对于R22制冷装置换热管选用铜管。排管式蒸发器按安装位置的不同可以分为墙排管、顶排管、和搁架势排管。按结构有立管式和蛇管式两种。立管式蒸发器只用于氨制冷装置，蛇管式蒸发器可以用于氨和氟利昂两种制冷装置。立管式冷却排管蒸发器的优点是结构简单，排气油方便。缺点是氨液的充液量大，充液量为立管容积的80；由于氨液柱的高度影响，排管的底部的蒸发温度升高，所南昌航空大学科技学院毕业论文17以这种排管不宜用于低于40的冷库。蛇管式排管式蒸发器优点是充液量少。缺点是制冷剂的流动阻力大。由于冷却式排管管外的空气是自然对流，所以传热系数很低，传热系数为612W/（M2）；翅片管约为356W/（M2）。323蒸发器的选择1、直接蒸发式空气冷却蒸发器的传热系数比较低。当空气的迎面风速为23M/S时，对于用于空调机组的蒸发器，传热系数，3040W/M2对于用于冷库的冷风机，蒸发器的传热系数为1220W/M2。这种蒸发器的优点是结构紧凑，占地面积小，冷量损失小。缺点是气密性要求高，制冷两调节比较困难。广泛用于空调、冷库库房、低温试验箱和各种型式的冷风机。2、冷却式排管管外的空气是自然对流，所以传热系数很低，传热系数为612W/（M2）；翅片管约为356W/（M2）。冷库的冷藏库房、低温试验箱和各种冰箱综合考虑，我们选择直接蒸发式空气冷却蒸发器。原因如下1、由于直接蒸发式空气冷却蒸发器广泛应用，即使坏了也好替换。2、传热系数相对排管式还是要高一点3、冷却式排管冷凝器用于冷库的冷藏库房、低温试验箱和各种冰箱而广泛用于空调、冷库库房、低温试验箱和各种型式的冷风机。324蒸发器面积计算确定了选择蒸发器类型后，接下来就是要估算蒸发器的面积，然后去查个生产厂家生产的蒸发器，直接选定因为我们选定的工质是R22，所以根据制冷技术及其应用这很书的压焓去查表。根据第2章总体设计里面选定的温度T020和T250，制热系数为COP25又已知压缩机功率N30KW查付表得蒸发压力P008MP冷凝压力P222MP吸气比体积V100425（M3/KG）吸气比焓H1430（KJ/KG）排气比焓H2410（KJ/KG）节流前后的比焓H4H5310（KJ/KG）又已知压缩机功率N30KW，南昌航空大学科技学院毕业论文18又根据如下公式单位制热量Q0H1H4单位容积制热量QVQ0/V1单位压缩机功耗H2H1总制热量Q0N34。921476KW制冷剂质量流量QMQ0/Q0冷凝器单位散热量QKH2H4得蒸发器总吸收热量单位为K又根据公式FQK/（KMT）F为换热器的换热面积（M2）K为换热器的传，系数（W/（M2查表得，K为480（W/（M2MT为换热器的平均传热温差根据制冷剂温度在T00以及管道传热损失温度为左右，可知MT10那么337530104010312MTKQFMK312761431043031041004142QHHHHQQQKMK南昌航空大学科技学院毕业论文194制冷剂介绍热泵制热是制冷的一个逆过程，制冷装置必须有压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置这四大基本部件才能组成一个制冷系统，所以热泵制热也需要这几个部件。但是仅有这四大基本部件组成的制热系统仍然不能正常工作、制热。系统里必须还要充注一定量的专用的工作介质，制热装置才能工作、制热，而却充注不同的工作介质制热装置的制热的效率也有很大的不同，这个工作介质就是我们所称的制冷剂，因此制冷剂在制冷装置中其着极其重要的作用。41制冷剂的作用制冷剂是制冷机中的工作介质，成为制冷剂或制冷工质，它在制冷系统内部循环流动中，通过自己的热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷去冷量的目的。对蒸汽压缩式制冷循环中，制冷剂在低温低压下气化，从被冷却物体中吸收热量，从而实现制冷，然后又在高温高压下把热量传给周围环境，把制冷剂冷凝释放的热量放到环境介质中去，如此不断循环制冷。以制冷剂必须在工作温度环卫内能够气化和冷凝。在制冷系统中如果没有制冷剂，制冷装置就无法实现制冷，当然制冷系统中选用不同的制冷剂，制冷装置的运行性能也不同。南昌航空大学科技学院毕业论文2042对制冷剂的要求制冷剂应具备安全、可靠、易得、价廉。一般要求制冷剂应满足下列要求（）临界温度较高，在常温或制冷温度下能够液化。一般来说，制冷循环越近临界温度，节流损失越大，制冷系数越小。（）在蒸发器和冷凝器内制冷剂的压力要适中。即要求在蒸发器内制冷剂的压力最好和大气压力相近并稍高于大气压力。因为当蒸发器中制冷剂的压力低于大气压力时，外部的空气会从不严密处漏入系统中，这样漏入的空气不但会降低制冷装置的制冷能力，而且由于空气中有水蒸气，这些水蒸气进入氟利昂制冷系统后对设备和管路还会发生腐蚀；同时在低温部分的节流孔口处还可能发生“冰塞”现象。在冷凝器中制冷剂的压力不应该过高，这样能减少制冷设备承受的压力，同时可降低对冷凝器密封性的要求，从而减少金属消耗量和降低制冷剂泄漏的可能性。如果压力过高，不仅制冷剂有向外泄漏的可能，而且还会增加循环中的功耗。冷凝温度是根据冷却介质的温度和冷凝器的构造来确定的。（）单位容积制冷量QV要大。对于一台压缩机在一定的工况下，如果所用的制冷剂的单位容积制冷量大，则其制冷量也就大；而要求产生同样的制冷量时，若制冷剂的单位溶剂制冷量大起制冷剂的循环量就少，所以起压缩机和系统的尺寸就可以大大减少。（）对于大、中型的往复式压缩机，制冷剂的单位容积制冷量越大越好。但是对于离心式压缩机和小型往复式压缩机要求恰恰相反，否则由于制冷剂的单位容积制冷量太大而导致压缩机尺寸太小，就会给制造带来一定的困难，但是随着机械加工工艺的提高，这个问题逐步会得到解决。应该说明，同一种制冷剂在不同的蒸发温度和冷凝温度（或节流前的温度）下，起单位容积制冷量是不同的；而且不同的制冷剂即使在相同的温度条件下，单位容积冷凝也各不相同；（）凝固温度要低，以避免制冷剂在系统中的流动阻力损失小。（）导热系数要高，可以提高各个换热器制冷剂侧的换热系数。（）粘度和密度要小，以保证制冷剂在系统中的流动阻力损失要小。（）与润滑油的溶解性。制冷剂与润滑油是否溶解的性质各有利弊。制冷剂能溶解于润滑油，优点是润滑油能于制冷剂一起渗透到压缩机各个部件，为机件润滑创造良好的条件；蒸发器和冷凝器的传热面上不会形成阻碍传热的润滑油层。缺点是从压缩南昌航空大学科技学院毕业论文21机中带出的油量多，在蒸发器中产生的泡沫多，影响传热，并会引起蒸发温度升高；使润滑油的粘度降低。不溶或稍微溶于润滑油的制冷剂，有点是从压缩机带出的油量少；在蒸发器中的蒸发温度比较稳定。缺点是在蒸发器和冷凝器传热面上会形成很难清楚的油层，影响传热。1等熵指数要小，可使压缩过程耗功减小，压缩终了时气体的温度不致过高2液体比热容小，可使节流过程损失减小3不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不起化学作用，高温下不分解，对人体无毒害。4价格便宜，便宜获得。除上述共同要求外，不同型式的蒸汽压缩式制冷机对制冷剂还有一些特殊要求，活塞式制冷机要求制冷剂的气化潜热和单位容积制冷量要大，以利缩小机器的尺寸和减小制冷剂的循环量；离心式制冷机要求制冷剂的分子量要大，以便提高级的压缩比，在一定的冷凝压力和蒸发压力范围内，使级数减小；封闭式压缩机中，制冷剂与电极线想接触，不能使用像氨一类会与铜起化学作哟感的制冷剂；石油、化学等工业用的制冷机，系统制冷剂使用量很大，从经济角度出发，常采用碳氢化合物。南昌航空大学科技学院毕业论文2243常用制冷剂及其特性表制冷剂名称化学分子式代号分子量标准气压下沸点/临界点温度/临界压力/A标准气压下凝固温度/国内用国际通用水H2OR71818100374220氨NH3R7171733351321177一氟三氯甲烷CFCL3F11R1113723719743111二氟二氯甲烷CF2CL2F12R1212029811241155三氟一氯甲烷CF3CLF13R1310481。52837184四氟甲烷CF4F21R21881284551135一氟二氯甲烷CHFCL2F22R22103899649160三氟三氯乙烯CF2CLF113R11386540821434366四氟二氯乙烯C2F4CL2F114R114187351453294五氟一氯乙烯C2F5CLF115R115154388032106二氟一氯乙烯C2H3F2CLF142R14210092513741130乙烯C2H4R1150281039550169丙烯C3H6R1270424779145185综合上述考虑，我们选择常用制冷剂22，它不但价格便宜，常用，而且在温度上适合我们选择，在10左右为气体，0为液体。南昌航空大学科技学院毕业论文235润滑油润滑油也称冷冻油，他在制冷压缩机中主要起以下5个作用（1）润滑摩擦件表面，降低摩擦而引起的温升，减少零件的磨损；（2）冷却作用，冷却摩擦件产生的摩擦热；（3）带走金属摩擦表面的摩屑（4）密封作用，在汽缸与活塞及轴封摩擦面间充满润滑油起密封作用，以防止制冷剂的泄漏。（5）利用油呀作为控制卸载机构的液压传动动力。不同的制冷系统应使用专门的制冷机构润滑油，木棉我国生产并普遍采用的制冷机润滑油有13号、18号和25号三种，三种都适用于氨制冷机。下表是国产制冷机润滑油的牌号和规格。表牌号SYB121359YB122065YB121965代号标号131825304960运动粘度11518254304060闪点不低于160160170180190165酸值不大于0140030020101005水分无无无无无从上表可以看出，我们选定润滑油为YB121965南昌航空大学科技学院毕业论文246节流装置与辅助设备在热泵系统中，除了制冷压缩机、蒸发器及其它换热装置等主要设备外，还需要有专门的节流装置，这些膨胀机构使制冷剂在节流后降低温度和压力。低温、低压的制冷剂工质在蒸发器中气化，吸收气化潜热，达到制冷的目的。在整个热泵系统中，还包括了一些辅助设备，如润滑油的分离及收集设备、制冷剂工质的储存及分离设备、制冷剂工质的净化设备以及安全设备等。这些辅助设备的用途是保证制冷设备的正常运转、提高运行的经济性和保证操作的安全可靠。由于在这些设备中制冷剂并不发生状态变化，他们不是完成制冷机循环所必须的设备，所以在小型制冷设备中为了简化，往往将某些辅助设备省去。节流装置节流装置是制冷机系统中的关键部件之一。到目前为止，在蒸汽压缩式制冷机（以及吸收式和整齐喷射式制冷机）中，仍然是用各种型式的节流机构来实现制冷液体的膨胀过程。节流装置位于冷凝器之后，他的作用是将冷落、拧器或储液桶中冷凝压力下的饱和液体（或过冷液体），节流后降至蒸发压力0和蒸发温度O，然后进入蒸发器。节流装置除了节流作用外，还起着根据负荷的变化调节进入蒸发器的制冷剂流量的作用。通过节流装置的调节，使制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，保证制冷剂液体不会进入压缩机。工程热力学指出，工质在管路中遇到缩口和节流机构的孔口，由于局部阻力，使其压力显著下降的现象称为称为“节流“。工程上当流体流经节流机构的孔口时，由于流速大，时间短来不及与外界进行热交换，因而将这种流动过程可以近似作为决热过程来处理，所以又将他称作“绝热节流“。节流后，液体变成湿蒸汽，其中蒸汽的含量约占总制冷剂的1030。液体节流后产生的蒸汽是饱和蒸汽，有称闪蒸汽，以区别于加热液体后产生的饱和蒸汽。611节流装置的分类及选择制冷机的节流装置按其在使用中的调节方式可以分为如下四类（1）手动调节的节流装置，即手动节流阀。他的结构比较简单，可以单独使用，也可以同其它的控制器件配合使用。长用于工业用的制冷系统（2）用液位调节的节流装置，其中常用的是浮球调节阀。浮球阀既可以单独使用也可以作为流感应元件与其它元件配合使用。现在主要用于中型及大型氨制冷装置之中。（3）用蒸汽过热度调节的节流装置，包括热力膨胀阀及热电膨胀阀等，现在主要用南昌航空大学科技学院毕业论文25于管内蒸发的氟利昂蒸发器及中间冷却器等。（4）不调节的节流装置，有自动膨胀阀、节流管（毛细管）、节流短管和节流孔等多种，宜用于工况比较稳定的制冷机组。因为我们设计的是热泵，要求的是蒸汽温度和压力恒定，所以选择热力膨胀阀。612热力膨胀阀热力膨胀阀是应用最广的一类节流机构，氟利昂制冷装置一般都用热力膨胀阀来调节制冷剂流量它既是控制蒸发器的供液量的调节阀，同时也是制冷装置的节流阀，所以称为热力调节阀或感应调节阀。到制冷剂流经蒸发器产生一定的压力损失，为降低开启过热度，提高熵的利用率，一般自膨胀阀出口至蒸发器出口，制冷剂的压力降所对应的发温度降超过23，应选用外平衡式热力膨胀阀。外平衡式热力膨胀阀的工作原理是建立在力平衡的基础上。工作时，弹性金属膜片上部受感温包内工质的压力P3作用，下面受蒸发器出口压力P1与弹簧力P2的作用。膜片在三个力的作用下，向上或向下鼓起，从而使阀孔关下或开大，用以调节蒸发器的供液量。当进入蒸发器的液量小于蒸发器热负荷的需要时，则蒸发器出口蒸气的过热度增大，膜片上方的压力大于下方的压力，这样就迫使膜片向下鼓出，通过顶杆压缩弹簧，并把阀针顶开，使阀孔开大，则供液量增大。反之当供液量大于蒸发器热负荷的需要时，则出口处蒸气的过热度减小，感温系统中的压力降低，膜片上方的作用力小于下方的作用力时，使膜片向上鼓出，弹簧度组成，开启过热度与弹簧的预紧力有关，有效过热度与弹簧的强度及阀针的行程有关。膨胀阀的弹簧是按标准工况设计的，机组在标准工况下，机组满负荷或变负荷运行均维持较高的COP值。但在大压差工况下，蒸发压力降低，蒸发器负荷需求的液量减少，但实际情况相反，在吸气过热度不变的情况下，由于蒸发压力降低，蒸发器出口压力P1相应降低，膜片上下的压差变大，使主阀开度增大，供液量增加；但在小压差工况下，蒸发压力上升，蒸发器负荷需求的液量增多，但实际情况是在吸气过热度不变的情况下，由于蒸发压力上升，蒸发器出口压力P1相应提高，膜片上下的压差变小，使主阀开度减小，供液量减少；在变负荷下亦如此。因此热力膨胀阀在变工况下供液量的调节方面需进一步改进南昌航空大学科技学院毕业论文26图3内平衡式热力膨胀阀1阀芯2弹性金属膜片3弹簧4调整螺丝5感温包南昌航空大学科技学院毕业论文27图4外平衡式热力膨胀阀1阀芯2弹性金属膜片3弹簧4调整螺丝5感温包6平衡管热力膨胀阀种类很多，根据它对工质要求和温度范围，选择6011系列热力膨胀。适应工质R22电压50V50V温度560。南昌航空大学科技学院毕业论文2862辅助设备621润滑油的分离及收集设备往复活塞式和回转式压缩机都需要润滑油在机内进行润滑，螺杆式及滚动转子压缩机还需要向机内喷入一定量的润滑油以起密封和冷却作用，因此这些压缩机的排气中便不可避免地带有一定的润滑油。润滑油进入制冷机系统后要影响冷凝器和蒸发器中的传热过程，会使制冷剂的蒸发温度高于蒸发压力下的饱和温度；或者占据一部分蒸发器容积，使其传热面不能完全发挥作用。因此必须设法将润滑油从制冷剂中分离出来并给予回收。1、油分离齐的基本工作原理，是利用油滴与制冷剂整齐的密度不同，是混合气体流过直径较大的油分离器时，利用突然扩大通道面积而使其流速降低，同时改变流动方向，或利用其它分油措施，使润滑油沉降而分离。对于蒸汽状态的润滑油，则可采取洗涤或冷却的方式降低温度，使之分离。2、油分离器的种类（1）洗涤式油分离器这种油分离器用语氨制冷机（2）离心式油分离器这种油分离器适用于中等和较大制冷量的压缩机，是利用气流程螺旋形成流动时的离心力使油滴分离。（3）过滤式油分流器目前在氟利昂制冷系统中常用使用这种油分离器。南昌航空大学科技学院毕业论文29离心通风机的选择及压缩机的的选择、离心通风机的选择由于离心通风机有标准件，考虑到购买方便和互换性好，所以我们选择标准件，下面只需要根据设计要求去查表就可以根据南昌人民风机厂这本书，查得479型号适合选择，它的性能如下机号转速（R/MIN）风量风口方向传动方式型号功率（KW）414509001500径向A479075该离心通风机可用语一般通风换气。还用于一般工厂及大型建筑的室内通风换气2、压缩机的选择压缩机跟离心通风机一样有标准件，所以我们同样只需要查表也可以，考虑到ZR系列压缩机市场上比较好买，而且性能也不错，所以选择ZR系列压缩机。下列是ZR系列压缩机型号马力HP排气量M3/HARI工况72/54。4重量KG高度MM制冷量W输入功率W单相ZR16K3PFJ133397401013202593704ZR18K3PFJ150437440014402593704ZR20K3PFJ169476489016002593704ZR22K3PFJ183534533017302593828ZR24K3PFJ200592592018702633828ZR26K3PFJ217627633020002593828ZR28K3PFJ233683691021502723828ZR30K3PFJ250730738022902864055ZR32K3PFJ267755776024102814055ZR34K3PFJ283802820025202954055ZR36K3PFJ300861879027002954055南昌航空大学科技学院毕业论文30ZR40K3PFJ333943967029702994193ZR42K3PFJ3509941010031202994193ZR47K3PFJ39211161150035303044366三相ZR22K3TFD183534533016502593828ZR24K3TFD200592592018402593828ZR