空调器制冷系统四大主要部件性能仿真-毕业论.doc

目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状1第二章 ECO-ENERGY热泵机组的热力学分析模型52.1 换热器的热力学分析模型52.1.1 换热器里制冷剂的换热系数和压力降系数62.1.2 管翅式换热器的翅片效率计算72.1.3数值计算方法72.2 压缩机的热力学分析模型82.2.1 制冷剂流量计算82.2.2 压缩机功率计算92.2.3 压缩机排气温度计算92.3 热力膨胀阀的热力学分析模型92.3.1 阀杆位移与通流面积计算92.3.2 通过热力膨胀阀流量的计算102.4毛细管的热力学分析模型10第三章 热泵成霜和融霜运行性能分析133.1 热泵成霜运行性能分析143.2热泵融霜运行性能分析153.3 智能除霜技术16第四章 ECO-ENERGY热泵机组产品设计及总结184.1 ECO-ENERGY热泵机组产品设计184.2 ECO-ENERGY热泵机组产品总结21第五章 结论25参考文献26致谢28摘要当前，能源和环保问题越来越成为人们所关注的焦点，加上近年来可持续发展理论的提出，空气源热泵空调系统成为空调领域的热点，由于其具有高效节能、环境污染小，运行稳定可靠等优点，备受业界青睐。本设计对空调器制冷系统四大主要部件(换热器、热力膨胀阀、压缩机和毛细管)进行性能仿真。在此基础上，通过确定制冷剂充注量，将上述四大部件串联起来形成制冷系经仿真主模块。同时，还对研究了换热器、热力膨胀阀、压缩机、毛细管的传热特性和流动特性。另外，系统地分析了空气源热泵机组系统结霜和除霜特性。最后对本设计工作做了总结与展望。关键词：ECO-ENERGY热泵机组；换热器；压缩机；智能化；除霜AbstractNowadays, energy efficiency and environmental protection are the focus of most concern; moreover, the sustainable development has being been implemented in more fields. Air source heat pump systems become the research focus because of its advantages such as high efficiency and energy saving, low environmental pollution, stable and reliable operation; thus, such heat pump systems are deeply favored by the professional personnel. The performance simulation was carried out to the refrigeration system (primarily including heat exchangers, thermal expansion valve, compressor and capillary) in this study. On this basis, the four main components are connected in series by determining the filling amount of refrigerant. At the same time, heat transfer and flow characteristics were also studied to the four main components. In addition, frosting and defrosting features were systematically analyzed to the air source heat pump system.The last part is summary and prospect of this thesis.Keywords: ECO-ENERGY Heat Pump; heat exchanger; compressor; intellectualization; defrostingII武汉理工大学毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 研究背景从热力学的角度来讲，热泵就是利用冷凝器放出的热量来供热的制冷系统。和一般的制冷机器相比，热泵的工作目的和工作温度范围有所不同。在工程实践上，热泵和制冷机有许多共同点，也有许多不同点。热泵这个名词最早在欧洲使用约在20世纪初，但是相对制冷机器的发展，由于取暖方式的多样化，简单并且比较低廉，热泵的发展明显滞后。直到20世纪30年代，社会上出现热泵的需求，热泵才有了较快的发展。二次世界大战爆发以后，一方面中断了家用热泵的发展，另一方面战时能源的短缺也促进了大型供热和工业用热泵的研究和发展。战后，各种热泵空调机器的研究才真正发展起来。一些国际组织，如国际制冷学会(IIR)、世界能源委员会(WEC)、国际能源机构(IEA)等，经常组织有关热泵的国际活动与学术会议，促进了热泵技术的发展。热泵的热源往往是低品位的，可分为空气、地表水、地下水、土壤、太阳能和废热等。空气源热泵是以空气作为热源的蒸气压缩式制冷系统，一般可以分为空气-空气、空气-水两种组合方式。早在20世纪50年代，我国就有不少学者进行了空气源热泵的研究和应用开发，但受当时制造工业水平的影响，热泵在实践中没有得到很好地应用。直到改革开放以后，由于经济的飞速发展，人民生活水平的提高和住宅条件的改善，电力供应的增长，热泵技术才得到了充分的发展。自20世纪90年代以来，利用空气源热泵作为中央空调的冷热源得到了广泛的应用，使用地域由南向北迅速推广。因为这种机组的特点是一机两用，不需要冷却水系统，也没有因为使用锅炉带来的环境污染，安装方便，运行时可以作到无人看守等。1.2 国内外研究现状1824年卡诺首先提出热力学循环理论之后，1852年开尔文具体提出了热泵的设计思想，当时由于条件所限并没有立即得以实现。直到1917年德国卡赛伊索达制造厂首次把热泵应用于工业生产上。在30年代，从热泵本身来说由于设备的一次投资比采暖系统的一次投资要高，以及因冬季温度低而使蒸发器表面容易结霜，要用电阻丝加热除霜，这无疑阻碍了热泵在西欧国家的应用。另外当时的发电厂效率低，电能成本高，压缩机和换热器的制造技术也不精良，且燃料的价格相对便宜，因此用热泵技术来采暖在经济并不合算。到了20世纪50年代，科学技术进步很快，电能成本降低，而燃料价格不断上涨，又由于精密工业和公共建筑大量要求进行空气调节，于是国外又积极开展热泵研究工作，并有了较大的发展，这段时间主要发展的是蒸汽压缩式热泵，目前已在空调方面获得广泛应用，产品已成系列化。美、日、西欧等国是热泵发展和应用的主要国家，他们几乎占领了全球的全部热泵市场。目前全世界热泵总数大约有3亿台（其中日本8000万台，美国9000万台）。尽管美、日、西欧都是应用热泵的主要国家，但是他们热泵的发展却不尽相同。美国热泵的发展是以单元式热泵空调为先导，他们的主要目的是单户型用的热泵，主要生产以空气为低位热源的单元式热泵空调机组，同时在空气-空气单元式热泵空调机组的基础上又开发了适用于商业建筑的空气-水热泵和水环热泵系统。与美国不同的是，日本由于国内能源十分贫乏，因此他们的各种资源都严重依赖进口，从而他们主要集中在小型空气源热泵的研究。与美国和日本不同的是，西欧各国虽然在50年代初就开始从事热泵的开发和研究，但他们的目标却是在大型热泵装置的研发上，生产出的大型热泵主要应用于集中供热或区域供热，其发展道路模式与美国截然不同。下面图1.1展示了世界单元式空气源热泵空调市场情况。图1.1 世界单元式空气源热泵空调市场情况早在20世纪50年代，天津大学的一些学者就已经开始从事热泵的研究工作。天津大学热能研究所吕灿仁教授最早对我国热泵开展研究，1965年天津大学与天津冷气机厂合作研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。1982年上海工艺美术服务部采用上海冷气机厂的8FS10压缩冷凝机组设计了一套带辅助电加热的热泵系统，运行良好。1985年中科院广州能源所设计并在东莞建造了一套用于室内游泳池的热泵，由太阳能和25-40m的深井中24的地下水为热源组成水-水热泵，制热性能系数达到56。到上世纪90年代，我国开始生产以水为热源的制冷机、空调机与热泵。目前我国热泵热水器的生产厂已经超过100余家。60年代末，我国就有热泵产品在暖通空调中应用。80年代初到90年代末，我国暖通空调领域掀起了一股“热泵热”，热泵空调业在我国的应用也日渐广泛，发展迅速。据相关信息中心预测统计，我国房间空调器在北京、上海、广州和深圳四大城市居民普及率高达42.8%，其中1/3为热泵型。图2展示了我国房间空调器的产量。同时我国的吸收式制冷发展也较快，到2010年，我国空调机为1000多万台，同时在环保要求下，空气源热泵发展也较为迅速，如北京市现不允许新建燃煤锅炉房，五环以内将取消和不允许新建燃煤锅炉房。图1.2我国房间空调器的产量1. 强大的经济实力和国内人们较强的节能和环保意识是推动热泵技术发展的基础和原动力。2. 必须因地制宜的发展我国热泵事业。我国大部分地区都处于冬冷夏热的区域，冬季需要供热夏季需要供冷，这种气倏条件直接说明了热泵在我国的使用前景很大。3. 能源价格比也决定了热泵的发展。而我国能源价格不合理是众所周知的，煤的价格十分便宜，这直接制约了我国热泵的发展。4. 热泵技术本身的创新及其他先进技术应用于热泵领域，是热泵持续发展的推动力。我国的学者们一直没有放弃在这方面的研究，并一直努力在这方面有所创新。27第二章 ECO-ENERGY热泵机组的热力学分析模型空气源热泵系统是由压缩机、蒸发器、冷凝器、储液器和热力膨胀阀(节流装置)等主要部件组成的热力系统。空气源热泵系统中所进行的过程是一个融合传热、传质流动的复杂过程，这在本质上是一个动态过程。每一时刻的参数(温度、压力、比焓等)都不同于另一时刻的参数，而每一时刻不同空间位置的参数也不同，故它又是一个具有分布参数性质的过程。2.1 换热器的热力学分析模型换热器，换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。按照适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体可分为：表面式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器等。换热器按用途可分为加热器、预热器、过热器、蒸发器等。按换热器的结构可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1） 合理地实现所规定的工艺条件；（2） 结构安全可靠；（3） 便于制造、安装、操作和维修；（4） 经济上合理。空气源热泵在制热时，是通过风侧换热器吸取大气环境的热量。由于空气源热泵风侧换热器整体结构尺寸和布局的多样性，要求适用的工况范围比较广，采用传统的集总参数方法研究难以适用研究目标的要求。因此本文采用分布参数方法建立适用于干工况、湿工况和结霜工况下的动态仿真模型。对于冷凝器同样也采用分布参数模型。为了使所研究的问题更为简单，在模型的描述中，采用以下几点假设:1制冷剂在流动方向截面上的热物理特性认为是不变的；2制冷剂内液相和气相处于热力平衡状态；3管壁的热阻力忽略不计；4不考虑制冷剂在管内的轴向导热作用；5不计流体的粘性耗散和动能；6不考虑制冷剂和二次流体的重力势能。2.1.1 换热器里制冷剂的换热系数和压力降系数本文中我们将采用了Jungor的关联式来计算制冷剂蒸发过程的换热系数，因为他的关联式形式比较简单，比其他关联式具有更高的拟合精度，同时能够适用新型工质的计算。建立其热力学分析模型如下：（2.2.1）（2.1.2）（2.1.3）（2.1.4）（2.1.5）（2.1.6）（2.1.7）当换热管道为水平管并且傅鲁德数(Fr)小于0.05时，E必须乘上因子E2，S必须乘上因子E2。（2.1.8）（2.1.9）水平管内的局部冷凝热交换强度采用shah公式进行计算。尽管后来的研究者对不同形式的管内冷凝传热强化形式和不同的制冷剂工质(包括新型环保工质)作了大量的实验和理论研究，Shah公式仍然被2001 ASHRAE Handbook - Fundamentals推荐作为局部冷凝换热系数的计算公式，这是因为这一公式具有最简单的计算形式和较好的准确度，尤其是对高质量流量的换热器计算。我们利用当量直径采用光滑管计算公式来计算内螺纹管的冷凝系数，这种处理方法也是很多研究者所采用的。（2.1.10）（2.1.11）（2.1.12）对于单相液体强迫对流换热的计算，可以用著名的Dittus一Boelter计算公式： （2.1.13）Jung等的关联式用来计算蒸发过程(或冷凝过程)的压力降。（2.1.14）（2.1.15）（2.1.16）2.1.2 管翅式换热器的翅片效率计算我们知道，在换热器翅片表面情况下，一般可以采用Kays-London关系式来计算：（2.1.17）对于薄翅片，m可以表示为：（2.1.18）2.1.3数值计算方法换热器动态特性的计算是和空气源热泵的其他部件(压缩机、膨胀阀、高低压储液器等)藕合在一起计算，在整个系统的仿真计算中，它是作为一个子程序在仿真计算中调用的。蒸发器和冷凝器里制冷剂的流动换热过程是一种具有两相流体流动换热的热力过程，当流体工质发生相变时，工质的流量及压力都直接影响着两相流体混合物的含气率，而两相流体含气率的大小与两相流混合物的阻力系数之间有着十分密切的关系。因此，流动过程中的质量守衡、动量守衡和能量守衡方程之间存在着强烈的非线形耦合作用。对于数值计算来，将边界条件尽快引入，对于计算速度的提高是很重要的，由于质量流率G的进出口点值是已知的(在整个动态仿真模型中，进出口的值由压缩机和膨胀阀决定)，因此首先估计一个包含进出口质量流率G的分布，由G的分布和质量守衡方程可以求得密度p的。由密度p和质量流率G，从能量守衡方程中可以求得焓值h，并由能量守衡方程可以求得压力P。我们根据物性方程同样可以由密度p和焓值h也可以求得压力P，两个压力P值的不一致是由于流场的估计不准所造成的，通过压力场的比较，不断的修正G的分，最后可以求得准确的数据。2.2 压缩机的热力学分析模型压缩机是空调热泵装置的“心脏”，其主要的作用在传送系统所需要的制冷剂同时，不但提高系统里制冷剂的压力，而且也提高了制冷剂的温度。因此，通过压缩机的制冷剂流量是压缩机模型最主要的计算参数，流经压缩机的制冷剂状态的变化对于反映压缩机与蒸发器及冷凝器之间的作用也是相当重要的。热泵系统的能耗主要是压缩机能耗，因此对于压缩机功率的计算也应该是模型的重要功能。下面就压缩机的这些基本要求建立螺杆式压缩机仿真所要求的数学模型。2.2.1 制冷剂流量计算从螺杆压缩机的工作原理可知，螺杆压缩机的制冷剂理论容积流量为：（2.2.1）由于螺杆齿间面积f01和f02的计算比较困难，引进了面积利用系数Cn，并考虑到螺杆扭转角较大造成的吸气不足的扭转角系数和双螺杆的啮合原理，则上式变成：（2.2.2）因此螺杆式压缩机的实际容积输气量为：（2.2.3）2.2.2 压缩机功率计算由热力学原理可知，压缩机的理论功率为：（2.2.4）指示功率可以取：（2.2.5）有效功率取为：（2.2.6）最终的输入功率为：（2.2.7）2.2.3 压缩机排气温度计算压缩机的排气温度和排气焓值是密切相关的，对于排气焓值的计算可以通过将整个压缩过程看成是等熵压缩过程，再考虑压缩机的压缩效率而得到。2.3 热力膨胀阀的热力学分析模型热力膨胀阀是大中型空调热泵设备系统中实用比较广泛的一种节流设备，它通过对蒸发器出口过热度、出口压力以及弹簧作用力等因素的响应，调节热力膨胀阀的开度，以达到控制制冷剂流量的目的，由于以上各因素都处于动态变化之中，因此膨胀阀的数学模型应能描述影响其主要特性变化的方面。2.3.1 阀杆位移与通流面积计算阀杆位移由下式计算：（2.3.1）热力膨胀阀通流面积为：（2.3.2）2.3.2 通过热力膨胀阀流量的计算流量计算按一般的孔板计算方法为：（2.3.3）（2.3.4）2.4毛细管的热力学分析模型毛细管即为节流装置，是在充满管道的流体流经管道内的一种流装置，流束将在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生了静压力差（或称节流式流量计）。使用标准节流装置时，流体的性质和状态必须满足下列条件： 流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。 流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的，或者可以认为是单相的，包括混合气体，溶液和分散性粒子小于0.1m的胶体。在气体中有不大于2(质量成分)均匀分散的固体微粒，或液体中有不大于5(体积成分)均匀分散的气泡，也可认为是单相流体，但其密度应取平均密度。 流体流经节流件时不发生相交。 流体流量不随时间变化或变化非常缓慢。 流体在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋流。该产品所用的即为我们常见的毛细管节流装置。我们常见的节流阀件为热力膨胀阀和毛细管两大类。我们常见的就是毛细管节流阀。毛细管节流具有结构简单、无运动零件、不易发生故障、停机后高低工压力短时间内即可平衡、易于启动等特点。可选用启动较小的驱动电机作制冷机的动力。但毛细管的自动调节范围小，而且不能人工调节，只适用于热负荷比较稳定的家用电冰箱、空调等制冷系统中。作为单独部件研究的毛细管模型，一般都注重于模型的计算精度。由于只是对特定几个工况进行计算，对计算时间的限制和稳定性要求都比较低。而作为系统仿真的毛细管模型，要求有很高的计算稳定性与计算速度，尽管这样可能不得不使模型的精度受到一些影响。ECO-ENERGY热泵机组所用的毛细管可视作绝热毛细管，对绝热一毛细管内一维定常绝热流动，可用以下方程描述：（2.4.1）式中 P比容G单位质量流量d毛细管内径L毛细管长度F沿程阻力系数取沿毛细管长度方向的某一控制容积，对式(6.1.1)作积分，得（2.4.2）式中，pl、p2、v1、v2分别是此控制容积的进出口压力和比容。沿程摩阻系数f沿管程的变化很小，可简化为常数，对不同的流动区域均可取作该流动区域的进出口摩阻系数的算术平均值，即（2.4.3）将公式(2.4.3)写成平均比容vm的形式，代入公式(2.4.2)，得:（2.4.4）对于过冷区，比容可以作为常数处理。对于两相区，平均比容Vtp，2表示成进、出口比容的加权形式。（2.4.5）式中，、是两相区进出口的比容，c是一个待确定的量。本项研究，将平均比容的权重因子c与多种因素间的关系构造成一个函数关系。见下式：（2.4.6）式中，d1为毛细管内径，为毛细管长度。第三章 热泵成霜和融霜运行性能分析结霜是自然界中普遍存在的一种自然现象，当某表面温度低于空气中水蒸气的露点温度时，结霜现象就有可能发生。这一现象的存在给实际的生产生活带来很多的不便，如冬季北方热泵机组结霜现象非常严重，结霜现象不仅降低了传热性能，增加能耗，而且如果不能及时清除所形成的霜，还会堵塞系统，影响系统的正常运行。为了保证系统和设备的运行，一定要定期清除沉积在换热器表面上的霜层，否则不仅降低了生产效率，而且还需要消耗大量的能量。结霜主要就是个温度变化的问题，举个简单的例子，冰在超过一定的温度（冰点温度）时，就会融化成水；相反，水在低于冰点温度的环境中时，就会结成冰。空调在冬季运行时，室外换热器管子是制冷状态，当管子温度低于空气中水蒸气的凝结温度时，空气中的水蒸气就会在换热器管子表面凝结成霜。蒸发器结霜对空气源热泵机组的运行产生的负面影响主要在两个方面：（1） 霜层的形成增加了导热热阻，降低了蒸发器的传热系数。尽管在结霜的早期，由于霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积，使总传热系数有所增加，但随着霜层增厚，导热热阻的影响逐渐成为影响传热系数的主要方面，总传热系数开始下降。（2） 霜层的存在加大了空气流过翅片管蒸发器的阻力，降低了空气流量，这是结霜对对蒸发器性能影响的主要方面。由于这些负面影响，空气源热泵在结霜工况下运行时，随着霜层的增厚，将出现蒸发温度下降、制热量下降、风机性能衰减，电流加大等现象从而而使空气源热泵机组不能正常工作，因此，需通过周期性除霜来解决这此些问题。各种融霜方式的优缺点融霜方式优点缺点人工除霜简单易行，对库温影响不大劳动强度大，除霜不彻底水冲霜操作程序简单，解决了蒸发器外表面霜层对传热的不良影响温度波动大，对氨制冷系统而言，不能解决蒸发器内部积油问题热气融霜对氨制冷系统而言，除霜的同时，还能解决蒸发器内部积油问题不仅融霜效率低，而月霜层融化的水的排放困难电加热法系统简单，操作方便耗电热气-水融霜既解决蒸发器外表面霜层对传热的不良影响，又解决蒸发器内部积油对传热的融霜操作程序复杂3.1 热泵成霜运行性能分析对于霜层形成的均匀生长阶段，霜层可以看成是由冰、饱和水蒸汽和空气所组成的多孔介质，在霜层生长过程中，忽略多孔介质里发生的以对流方式进行的传热传质过程，仅仅考虑里面所进行的热传导和质量扩散，霜层厚度的增加表现为多孔介质边界的移动。为了研究的方便，我们对霜层形成过程作出如下假设：1. 霜层是一维方向生长的；2. 霜层内空隙里压力(水蒸气和空气总压)是保持不变的；3. 霜层里的冰相和周围空气水蒸气总是处于热力平衡状态，水蒸气处于饱和状态；4. 霜层里的气态成分(水蒸气和空气)看成是理想气体；5. 在霜层边界上(与空气和翅片接触界面)冰相成分的空隙度梯度为零。上述第五点假设是根据实验观察得到的，其余各点假设是为了模型的简单和计算的方便。对其进行热力学分析则有：霜层的能量方程：（3.1.1）水蒸气在霜层中的扩散方程：（3.1.2）霜层中固(冰)相的连续方程：（3.1.3）其中体积关系式为：（3.1.4）热力关系式为：（3.1.5）（3.1.6）（3.1.7）在饱和状态时，根据Clapeyron方程，有：（3.1.7）霜层里密度和比热采用调和方法计算，有效扩散系数采用文献24中推荐使用的方法。（3.1.8）（3.1.9）其中，DAB=1.45110-4T1。72/pt有效导热计算的计算采用sahin方法进行计算，和Yonko计算关联式相比，该方法考虑了霜层内水气扩散和凝华放热对热传导系数的影响，同时又考虑了霜层温度和内部空隙率对热传导系数的影响，适合短时间结霜过程计算准确度要高，适合于空气源热泵机组管翅片上结霜的研究。（3.1.10）在以上各式中，T0和p0分别表示为273.15和相对应的水气饱和压力。3.2热泵融霜运行性能分析不同于结霜过程中所采用的传热传质计算，在霜层融化过程中忽略内部的传质过程，这是因为一方面霜层融化的时间比较短暂，相对于传热过程来讲，传质的影响是比较小的。因为在霜层融化过程中，存在已融化霜和未融化霜之间的两相界面，因此本研究中采用能量焓方法来计算其融化过程的动态特性，这种方法最大的好处是可以由控制体焓值来推断两相界面位置，并且求解也比较方便。为了更好地推导其数学模型，几点主要的假设如下：1. 霜层融化的过程主要是在热驱动的作用下进行的，并且认为热传导仅发生在一维方向上的，也就是只考虑温度沿垂直平壁方向的变化；2. 不考虑重力对霜层融化过程的影响；3. 控制体的密度近似认为不随相态而改变；4. 水相态的变化是在离散的温度上进行的；5. 霜层融化过程的结束是当所有的霜层都融化成水后，并且所有的水是以“雪崩”的方式进行的，也就是在所有霜层融化后，水是以某种方式突然离开。考虑到表面粘性力的影响，在平板表面将残留一层水膜。由以上的分析可知，我们以平板上单位面积上的霜层为研究对象，有：能量焓守衡方程为：（3.2.1）其中 h=单位体积焓值；=从控制体边界进入控制体的热流；n=控制体边界法向量。对于霜层和融化的水来讲，能量焓的表达式分别为：（3.2.2）（3.2.3）因为在融霜过程中，风侧换热器风机处于停止状态，霜层外边界与大气环境所进行的是自然对流换热，而且这种换热量是相当小的，在我们的研究中忽略了这种影响。3.3 智能除霜技术经热力学性能分析可得到，ECO-ENERGY热泵机组所特有的除霜技术，配备了创新的技术来缩短系统除霜时间，提高机组的除霜效率。它可以自动调整所使用的每个周期的算法的参数，基于在外面的条件、控制蒸发压力、外部空气温度和所需除霜时间，来优化系统算法，从而使得到的冰不会附着在线圈上，保证高效的除霜循环，进而有效的解决了常见的热泵产品容易产生结霜以及除霜困难的问题。第四章 ECO-ENERGY热泵机组产品设计4.1 ECO-ENERGY热泵机组产品设计ECO-ENERGY热泵机组该系列旗下共有四款产品：图9 直流变频冷（热）水机组图10 热回收型冷（热）水机组图11 热回收型直流变频冷（热）水机组图12冷（热）水机组，生活热水机组下图为ASER-DHW-075（150/230）系列热泵机组，这是一款全回收型定频风冷热泵机组，共有3个系列，其中制冷量最小的为7.5KW，最大的为23.5KW。该热泵机组的优点是它属于全热回收型风冷热泵机组，配置有定频压缩机与名牌EC风机。EC风机的应用，可以使风机根据环境温度的变化而自动变化，确保机组高效、稳定运行。同时该机组可在全年多个模式下运行，单一系统涵盖制冷、采暖、生活热水，在制冷模式全热回收压缩机的排气热量产生高达60的生活热水，其中最大的生活水流量可以达到5.01m3/h，足够人们的日常生活使用。具体的机组性能参数在下面表格中。图13 ASER-DHW-075-150-230其部件结构参数如下：换热器换热器所选用的为板式换热器，结构参数如下：管壁厚度mm0.211内外表面传热面积比0.9889换热管外径mm19温度修正系数0.98管壁材料导热系数W/(m2C)48换热面积m2154管外流体传热膜系数W/(m2C)40流体传热膜系数W/(m2C)45管外流体污垢热阻(m2C)/W0.0005内流体污垢热阻(m2C)/W0.0005压缩机压缩机选用的是螺杆式压缩机，额定功率为25kW，结构参数如下：转子直径mm100噪声Db(A)80转子长度mm150振动m10转子转速n/m2960进气管直径mmDN50理论排量m3/h133排气管直径mmDN45热力膨胀阀根据蒸发温度和实际压力降来选择阀体型号，该产品所使用的型号如下：型号通径制冷剂适用温度标准制冷量空调制冷量进口直径出口直径mmkWkWmmmmRF22N10.8R22+10-303.61.31012毛细管本机型选用的毛细管内径为1.6mm，长度为500mm。该机组的工作范围为：最高55的生活热水，最高环境温度45，最低环境温度-15；该热泵机组同时具有以下特征：壳体及底座采用热镀锌喷涂板；生活热水采用高效、低压损的AISI316不锈钢板式换热器，确保生活用水的清洁；制冷、采暖采用采用高效、低压损的AISI316不锈钢板式换热器；EC风机根据高、低压力传感器，自动改变转速，大大降低夜间的机组噪音；完整水力模块，节省安装费用，保证机组安全运行；外置高、低压力表，高、低压力接头及手动放气阀，易于安装调试与维修。与中控机ECO-CONTROL-001连接可以实现远程实时监控与存储机组运行状态。该热泵机组系列的组成附件为以下部分：中控机ECO-CONTROL-001、容量为100-500L的生活热水箱、容量为100-500L的带平板太阳能交换盘管的生活热水箱、容量为100-500L的空调系统用水箱。下表为该系列的三个型号的机组的性能参数（因产品结构图较大，不便插入，特附AutoCAD文件一份）：型号ASER-DHW-075ASER-DHW-015ASER-DHW-230制冷量/kW7.514.723.5总输入功率/ 2.575.037.58能效比/ 2.922.923.10空调水流量/ 1.252.323.83水泵扬程/ 90160170生活水流量/1。83。15。01生活水泵扬程/kPa7070110机组外形尺寸长宽高/112540010001400525131517006501700重量/1852954004.2 ECO-ENERGY热泵机组产品总结ECO-ENERGY系列产品都有自己的创新之处。1）它的智能电子恒温阀，可以连续地控制压缩机的转速，以确保完美适应系统负载，调节所需要的加热或冷却能力的递送，从而减少功耗。它还可以通过调整负载使压缩机始终处于最佳的工作效率时刻，并可以延长压缩机的使用寿命。2）该公司特有的温度控制系统，它可以通过修改补偿曲线来使水温迅速适应室内温度的变化。下面的是该产品的冷却补偿曲线：图4.2.1产品的冷却补偿曲线图4.2.2 产品的冷却补偿曲线2其中该产品独有的计时器，它可编程的时间段如图8所示，计时器是可用于对系统的各个区定制分化激活和去激活（即使之失活），创建具有最多6个时间段的操作信息。图4.2.3产品的计时器当到达所述系统的水的温度设定点时，压缩机停止并且系统泵被周期性地激活，以尽量减少能源消耗和确保的水温正确的测量。泵可以根据系统的类型使用参数进行设置打开和关闭时间。与风机盘管系统中，一个嗅探周期和下一个之间的时间应减少，以避免水的过度冷却，在供暖操作时，如果系统的水含量等于在该段所示的最小值在“最小和最大的系统水分”。最多四个操作曲线可以选择，这取决于系统中的压力下降，从而优化泵的运行，并降低能耗。该泵为A类与EC电机，为了使该单元通过压力传感器控制风扇转速正常工作，在不同的外界温度，压力读数的微处理器。这允许增加的热交换和/或降低，维持冷凝或蒸发压力基本上恒定。ECO-ENERGY热泵机组在这方面专门做了研究，然后设计出了一套完整的军团菌消除方案，使其在风扇运转的压缩机的独立，同时要保持军团菌的预防功能，确保消除驻留在生活用水军团菌。消除军团菌所需时间及水温如下表所示：消除菌种循环时间（min）所需温度（）军团菌270军团菌465军团菌6060第五章 结论随着社会的发展，能源危机与环境污染已成为世界范围内需要解决的问题。目前，节能环保、可持续发展的呼声日益高涨，因此寻找新能源，利用绿色空调技术成为空调领域发展的大势所趋。而空气源热泵系统由于是利用空气中的低温能量作为空调冷热源，它在节能和环保之间找到了一个恰当的位置，而成为了当前备受瞩目的一种新兴的绿色技术。通过这次的设计，我们对热泵机组有了一个初步的了解，并做了如下的工作：1、制冷系统仿真模型的研究，建立了适应整机制冷系统仿真要求的换热器数学模型、压缩机数学模型、毛细管数学模型以及制冷剂充注量模型，编排了计算程序。2、根据实际系统的特点，进行了相应的模型简化和修正方法研究,建立了从实际系统到仿真系统的转换方法，并在系统层次上进行了部件模型的修正研究,建立了相应的修正模型和算法。3、进行空调器制冷系统仿真软件的设计模拟,并将该ECO-ENERGY热泵机组的产品进行介绍、推广。ECO-ENERGY热泵机组产品特点即为舒适、环保、节能、智能化，很适合当前大背景下的发展。它具有低功耗、A级节能等级的特点，同时可以有效预防军团菌的产生；同时它特有的智能除霜技术也很可以大大缩短系统除霜时间，提高机组的效率。通过对ECO-ENERGY热泵机组的工作原理及性能特点的分析及设计，学到了更多与智能化、节能相关的知识，从而可以吸取经验来应用到其它的产品中。当然这里还存在一些值得我们去进一步探索的问题，就像如何在同样的时间内保证ECO-ENERGY热泵机组的换热效率更高、在保证同样的换热量的情况下，如何提升、降低机组本身的能耗等问题，这些都是值得我们去深究的，这对我们国家的热泵发展会有很好的帮助。参考文献1 马最良，姚杨，姜益强，封家平. 热泵在我国应用与发展的实证性研究会议论文-2005.2 毕彤，徐光，王嘉璐.未来建筑节能的领军技术热泵技术在我国的发展期刊论文-环境保护与循环经济2008，28(1).3 刘万福，马一太，刘圣春，吕灿仁.热泵系统驱动方式分析对比研究会议论文-2002.4 王清勤.热泵节能创新为本-“2005年全国空调与热泵节能技术交流会”综述期刊论文-建设科技2006(1).5 洪世民.热泵技术的发展应用与节能减排期刊论文-知识经济.2010(11).6 王俊锋，董继先.新型热泵烧水器的模型与节能分析期刊论文-轻工机械. 2009(4)7 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