7.5KW 同时制冷制热一拖三空调设计——毕业论文

7.5kw同时制冷制热一拖三空调设计郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 7.5KW 同时制冷制热一拖三空调设计学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 毕业设计（论文）任务书题目 7.5KW同时制冷制热一拖三空调系统设计计 专业 热 能 学号 姓名 一、原始资料及技术条件1.使用环境条件：使用环境：温度-840；相对湿度 80%RH(无凝露)； 2.温度控制精度：1；3.电源电压：AC220V 15%；控制器功率：15W；4.制冷方式：蒸气压缩制冷循环5.制冷量： 7.5kw；制冷剂： R410A或R226.执行标准：GB/T7725-1004及GB4706.32-1996二、主要内容1.根据提供的有关资料，系统方案确定，进行制冷系统热力循环计算、节流机构、压缩机、风机选型计算；水冷换热器设计、各零部件设计计算等。2.将制冷系统设计计算与理论分析过程按学院统一规范化要求，撰写成设计说明书。3.绘制图纸：冷凝器，蒸发器，各零部件图等，制冷系统图，各部件总装配图。三、基本要求1. 认真进行实习(调研)、完成实习(调研)报告。2. 阅读文献写出文献综述。3. 按统一格式完成开题报告。4. 阅读英文文献，并译成中文(不少于5000汉字)。5. 英中文对照摘要，中文不少于400 字。6. 按统一格式编制设计说明书，不少于 30000字。7. 有全部设计的纸介质文档和电子文档。四、主要参考资料1 时阳等制冷技术M中国轻工业出版社，10072 吴业正主编，制冷原理及设备(2nd)。西安：西安交通大学出版社，19973 张祉祐主编制冷原理与设备 M北京：机械工业出版社，19874 吴业正主编，小型制冷装置设计指导M北京：机械工业出版社，10045 尾花英朗著；徐中权译热交换器设计手册M北京：石油工业出版社，19816 沈志光编制冷工质热物理性质表和图M北京：机械工业出版社，19817 蒋能照等编新制冷工质热力性质图和表M上海：上海交通大学出版社，19928 郑洽馀，鲁钟琪主编.流体力学.北京：机械工业出版社，19809 钟声玉，王克光主编.流体力学与热工理论基础北京：机械工业出版社，198010 朱瑞琪主编制冷装置自动化M西安：西安交通大学出版社，199311 陈芝久主编制冷装置自动化M北京：机械工业出版社，100112 郭庆堂，吴进发主编. 实用工程制冷设计手册M北京：中国建筑工业出版社；199413 陈沛霖，岳孝芳主编. 空调与制冷手册M. 上海：同济大学出版社；1990W.F.Stoecker & J.W.Jones（陈邦国译）.制冷与空调M . 北京：机械工业出版社，1999.14 杨立平电冰箱空调器技术M福建科学技术出版社 2003 完 成 期 限： 指导教师签章： 专业负责人签章： 目 录中文摘要I英文摘要II 1 绪论11.1 概述11.2 热泵技术61.2.1 热泵的发展历史61.2.2 热泵的分类71.2.3 热泵的工作原理81.2.4 我国热泵的发展概况9 2 方案选择与论证10 2.1 压缩机102.1.1 压缩机的分类102.1.2 压缩机的比较122.1.2.1 滚动转子式压缩机122.1.2.2 涡旋式压缩机122.1.2.3 离心式压缩机122.1.2.4 螺杆式压缩机13 2.2 冷凝器14 2.2.1 冷凝器概述14 2.2.2 冷凝器的比较142.2.2.1 空气冷却式冷凝器142.2.2.2 水冷式冷凝器152.2.2.3 蒸发式冷凝器15 2.3. 蒸发器的比较162.3.2.1 干式氟利昂蒸发器162.3.2.2 满液式蒸发器172.3.2.3 循环式蒸发器17 2.4 制冷剂17 2.4.1 无氟替代的必然性19 2.4.2 制冷剂R22与R407c的分析比较20 2.4.3 R407C与R22两种制冷剂系统的比较22 2.4.4 结论24 3 设计计算25 3.1 设计工况的选择25 3.2 循环热力计算25 3.3 压缩机组选择27 3.4 冷凝器设计27 3.5 蒸发器设计32 4 节流机构的选择38 4.1 节流机构概述38 4.2 节流机构的分类39 4.3 电子膨胀阀的选择46 5 辅助元件选型47 5.1 油分离器47 5.2 气液分离器50 5.3 干燥过滤器的选型51 5.4 四通换向阀52 5.5 示液镜52 5.6 单向阀51 5.7 制冷剂充注量52 5.8 高压储液器53结束语56致 谢58参考文献607.5kw同时制冷制热一拖三空调设计摘 要对于分体式空调器而言，一般是将压缩机、冷凝器、轴流风机等组装成压缩冷凝机组，置于室外，称为室外机组；将蒸发器、离心式风机、控制组件等组装成冷风箱置于室内，成为室内机组。两者之间用连接管道相连，构成一个完整的空调机组。根据本课题给定的环境温度（-1040），应设计为热泵型空调器，借助四通电磁阀，改变制冷剂循环流向，使室内换热器与室外换热器在不同制式下变换功能。空调是空气调节的简称，是一种人为的使室内空气温度、相对湿度、压力及洁净度等参数保持在一定范围内的技术。而空气调节器可以调节室内温度、湿度、气流速度、洁净度等参数指标，从而使人们获得新鲜而舒适的空气环境。一拖三热泵空调有家用空调的灵活方便，还有中央空调的舒适；可以使室内的气流均匀，便于营造舒适宜人的室内环境。而“一拖多”的多联式空调器以其模块式的结构形式灵活组合，应用范围较宽的特点特别适合大多数家用空调器设计应用，它因其能满足舒适性与方便性的优势也受到广泛关注。本文主要介绍了一拖三同时制冷制热空调系统的技术特点和工作原理，较为详细的介绍了一拖三同时制冷制热空调的设计计算以及其相关零部件的选取。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、制冷剂管道的布置。关键词一拖多/同时制冷制热/空调/蒸发器/制冷剂 DESIGN OF 7.5KW HEAT PUMP DELAYED THREE AIR CONDITIONINGABSTRACTFor split air conditioner , the general is the compressor, condenser , axial fans assembled into condensing units, placed outside , called the outdoor unit ; the evaporator, centrifugal fans , controls and other components assembled into cold box placed indoors , becoming the indoor unit . Between the two connecting pipes connected to form a complete air conditioning unit . According to the task given ambient temperature (-10 40 ), should be designed to heat pump air conditioner , with the four-way solenoid valve , changing the flow of the refrigerant cycle , the indoor and the outdoor heat exchanger in different formats down-conversion function.Air conditioning air conditioning is referred to, is a man-made indoor air temperature, relative humidity , pressure and other parameters to maintain cleanliness in a range of technologies. The air conditioner can adjust the indoor temperature, humidity , air velocity , cleanliness and other parameters indicators , so that people get fresh air and comfortable environment . Delayed three home air conditioning heat pump has a convenient , flexible , and central air-conditioned comfort ; can make indoor air evenly , easy to create a comfortable indoor environment. And more than a drag air conditioner with its modular structure form a flexible combination of the characteristics of a wide range of applications especially for most home air conditioner design applications , because it can meet the comfort and convenience advantages also attracted widespread attention. This paper introduces a drag three simultaneous technical characteristics and working principle of heating and cooling air conditioning system , a more detailed description of the selected dragged three simultaneous cooling and heating air-conditioning design calculations and their related parts . 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 While cooling and heating，Delayed three，energy-saving，environmentally friendly.III1 绪论1.1 概述 随着人们生活水平的提高，人们对居住环境的要求也越来越高，同时也带来了能源消耗的增加。而我国是世界上能源消耗最多的国家之一，能源的利用率一直都是我国能源利用中的一个大问题，如何提高能源的利用率逐渐成为人们研究的重点。空气源热泵有着将低温热源中的热能传送到高温热源中的特性并有着极高的理论能效比，所以对空气源热泵空调器的研究和了解在现实生活中很有意义。目前家用空调已经变成一个不可或缺的家用电器之一。在家用空调中有窗式，柜式以及挂壁式，而空调在国内的发展也是十分迅速。1988年，第一台国产分体壁挂机KF-19G1A在华宝空调器厂诞生，此后，春兰也拥有了自己的挂机生产线。20世纪80年代中国空调市场是进口机一统天下，甚至在1991-1995年，进口机仍然占据着举足轻重的作用，进口机为中国家用空调行业的发展起到了启蒙作用，许多国产品牌的生产就是引进配件加以组装，这种启蒙作用也包括对我国家用空调器产品室内机外观的改变。此次的设计是针对挂壁式分体空调，其制冷量为5000W，制冷剂采用R407C。具体的设计过程主要是几大主要部件的选型以及相关的设计计算。制冷在国民经济各部门及人民生活中应用很广泛，为了使一个既定的空间内的空气保持一定的温度、湿度和卫生条件，就要不断地将内、外干扰源产生的余热、余湿及有害物质不断的清除。因此需要向室内输送一定量和一定状态参数的空气，并与室内空气进行热、质交换，然后排出等量的已完成调节作用的空气，达到对室内空气进行调节的目的。房间空调器主要有窗式和分体式两种型式，制冷量在14000W以下。窗式空调器是广泛应用的一种小型空调设备，制冷量在9000W，风量在1800立方米/小时以下。目前窗式空调器一般做成可供冷风或热风的形式，不带加湿装置。它由制冷系统、空气循环系统和控制系统三部分组成。小型全封闭压缩机将制冷剂压缩为高温高压气体后送至冷凝器，在其中冷凝为液体，然后经干燥过滤器和节流机构后进入蒸发器，在其中蒸发吸热，转变为过热蒸汽，再被压缩机吸入进行压缩，如此不断循环。空调器中的全封闭压缩机目前多采用往复式、滚动转子式或涡旋式。为了避免压缩机产生液击现象，在进入压缩机前有时装有气液分离器。若冬季需要给房间供暖时，可采用电热型或热泵型空调器。后者使用四通电磁换向阀改变制冷剂流向，把原来的蒸发器作为冷凝器使用，加热室内的空气！空气循环系统由两台同轴风机、风机电机、进出风栅、风道、过滤网等组成。它们的作用是驱使空气循环，为蒸发器和冷凝器提供热交换气流。室外侧为轴流风机，它使空气迅速流过翅片管式冷凝器，带走热量，使制冷剂蒸汽冷凝成液体。室内侧为离心风机，它从室内抽吸空气，经过滤网进入翅片管式蒸发器外侧，被制冷剂蒸发冷却后形成冷风，由风道经出风栅吹入室内，吸收室内的余热、余湿，使室内的温度和湿度达到所要求的状态。进风栅装在空调器面板上，进风滤网安装在进风栅后面，以插装方式固定。出风管道由蜗壳及隔板等组成，在隔板上装有新风门和回风门。控制系统主要由温度控制器、过电流和过热保护器、电热型空调器中的电热器、热泵型空调器的电磁换向阀等组成，它们在系统中起控制和保护作用。分体式空调器是将整体空调器（窗式、柜式）分为两个部件组成的。一般是将压缩机、冷凝器、轴流风机等组装成压缩冷凝机组，置于室外，称为室外机组；将蒸发器、离心式（或贯流式）风机、控制元件等组成冷风箱置于室内，称为室内机组；两者之间用连接管道相连，构成一个完整的空调机组。这种形式空调器的主要优点是：噪声低；冷凝器有较好的散热条件；外观美观， 可根据需要将室内机组制成壁挂式、悬吊式、落地式、埋入式等新颖样，为房间布置增添色彩!制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而达到制冷的目的。蒸气压缩式制冷机中的制冷剂从低温热源中吸取热量，在低温下汽化，再在高温下凝结，向高温热源排放热量。所以，只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。乙醚是最早使用的制冷剂，它易燃、易爆，标准蒸发温度（沸点）为34.5。用乙醚制取低温时，蒸发压力低于大气压，因此，一旦空气渗入系统，就有引起爆炸的危险。后来，查尔斯泰勒采用二甲基乙醚作为制冷剂，其沸点为-23.6，蒸发压力也比乙醚高出很多。1967年萨德休斯罗提出用二氧化碳作为制冷剂。1870年，卡特林德对使用氨气作为制冷剂做出了贡献，从此大型制冷机中广泛采用氨气作为制冷剂。1874年，拉乌尔皮卡特采用二氧化硫作为制冷剂。二氧化硫和二氧化碳在历史上曾是比较重要的制冷剂。二氧化硫的沸点是-10，毒性大，它作为重要的制冷剂曾有60年之久的历史，后逐渐被淘汰。二氧化碳的特点是在使用温度范围内压力特别高（例如，常温下冷凝压力高达8MPa），致使机器十分笨重，但二氧化碳无毒，使用安全，所以曾在船用冷藏装置中作为制冷剂，此历史也延续了50年之久，直到1955年才被氟利昂制冷剂所取代，近年来，由于它对大气臭氧层无破坏作用，同时又具有良好的传热性能，因此重新引起人们的广泛研究并在一定场合得到了应用。卤代烃也称氟利昂，是链状饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。在18世纪后期，人们就已经知道了这类化合物的化学组成，但当制冷剂使用是汤姆斯米杰里于19291930年间首先提出来的。氟利昂制冷剂的种类很多，它们之间的热力性质有很大区别，但在物理、化学性质上又有许多共同的优点，所以，得到了迅速的推广，成为制冷业发展的重要里程碑之一。但是，1974年美国加利福尼亚大学的莫利纳和罗兰教授首先撰文指出，卤代烃的氯原子会破坏大气的臭氧层。在卤代烃制冷剂中，R11、R12、R13、R14、R113、R114等都是全卤代烃，即在它们的分子中只有氯、氟、碳原子，这类氟利昂称氯氟烃，简称CFCs；如果分子中除了氯、氟、碳原子外，还有氢原子（如R22），称氢氯氟烃，简称HCFCs；如果分子中没有氯原子，而有氢原子、氟原子和碳原子，称氢氟烃，简称HFCs。根据莫利纳和罗兰的理论，CFCs对大气臭氧层的破坏最大。这就是著名的CFCs问题。为此，瑞典皇家科学院将1995年诺贝尔化学奖授予这两位教授，以表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面做出的杰出贡献。目前大多数房间空调器都使用R22制冷剂，但是它对大气臭氧层有破坏作用，欧洲已经从2000年起逐步停止使用，日本、美国等将在2020年逐步停止使用。日本一些大的空调器公司正在积极开发对臭氧层无破坏作用的环保型房间空调器，目前较有效的是在房间空调器中使用R407C和R410A制冷剂。除了在制冷剂方面的进展,在新的制冷理论及实践方面也有许多进展,如热声制冷技术(又称为半导体制冷技术)的研究和运用。热声制冷是21世纪以来发展的一种新的制冷技术。与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比,热声热机具有无可比拟的优势:无需使用污染环境的制冷剂,而是使用惰性气体或其混合物作为工质,因此不会导致使用的CFCS或HFCS臭氧层的破坏和温室效应而危害环境；其基本机构简单,因无任何运动部件使得其无噪声、无摩损、可靠性更好,好寿命大大延长,同时其启动快、控制灵活,只要接通电源,即可迅速制冷,电流反向即可制热,无需贵重材料,成本上具有很大的优势；热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点,可成为下一代制冷新技术的发展方向。但由于这种制冷方法的效率较低,使得其发展速度较慢,提高热电制冷器的效率一直是其主要的发展方向。所有的热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应,热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量,在声波稀疏时排出热量,则声波得到加强；反之声波稠密时排出热量,在声波稀疏时吸入热量,则声波得到削弱。当然,实际的热声理论远比这复杂的多。目前的研究工作主要是进行电压、电流和换热的优化,但由于热电制冷器的效率与其工作方式、控制方式、附加传热温差、焊缝电阻、杂散热交换以及元器件性能下降有关,有必要对其变工况特性、工作和控制方式、影响电堆性能的工艺因素及产生原因进行研究,从而使其更好地应用于电子冷冻加工领域当然,热声制冷的设计水平及制造工艺也在不断的提高。目前,美国在热声领域内的投入最大,研究机构最多,取得了许多突破性的进展。如20世纪90年代早期,美国海军研究生院(NPS)的Garrett教授开发的热声制冷机； 2000年左右,开发了太阳能驱动的热声制冷机；还有在美国LOS Alamos国家实验室 (LANL),SWIFT教授领导着世界著名的热声研究组,他们主要研发的热声驱动的脉管制冷 (低温制冷）；另外还有开式热声制冷和空调、高频微型热声机制冷以及还在研发中的种种技术。总的来说，节能、环保、健康、智能化是空调制冷技术的发展趋势。近期来主要是针对九大热点技术开展研究,即自动清洁技术、直流变频技术、节能技术、静音技术、加湿技术、彩板技术、新冷媒技术、铝替铜技术、远程网络控制技术。许多国家已开始对家电产品严格控制能耗指标,我国对空调节能技术亦十分重视,我国空调行业在高效压缩机、高效换热器等方面掌握着世界前沿的技术。目前领先世界的PAM节能技术,已被海尔集团用在“金元帅”系列空调中。现行的空调能效门槛已跟不上国家“节能减排”的迫切步伐,计划今年,将空调的能效门槛由现行的5级(能效比2.6)提高到2级(能效比3.2),能效比较高的直流变速将成为空调变频技术发展主方向。环保技术也被广泛应用。1998年,海尔空调根据市场需求和环境保护的需求,首家研制成功R22替代空调器,采用臭氧层破坏度ODP值为0的“HFC系列” 制冷剂R407c及R410a,经过重新对空调器的制冷系统进行合理设计和配置,在实现绿色环保的同时实现了高效节能。人们越来越重视健康,空调理所当然担负了营造健康舒适环境的任务。目前空调健康技术共有9种:离子集尘技术、负离子发生技术、双向保湿换新风技术、健康除湿技术、多元光触媒技术、环绕立体自然风技术、三重防御技术、抗菌技术和静音技术。追求最大舒适度的享受型空调将成为“卖点”。从美国供暖制冷空调工程学会和堪萨斯州大学有关资料中发现,最佳舒适度应是由温度、相对湿度和风速等几方面获得,而其中起决定作用的因素即为风速(量)。人们在大海边、草原、森林的感觉舒适,最主要的因素是风速(量)不同所致。海尔集团最新开发成功的环绕风空调,具有智能化的风量调节器 ,解决了现有空调出风方向固定不变、冷热不均、舒适性差等缺点。它的环绕摆叶和立体送风风轮可进行上下左右自动调节,对空气进行三维立体交叉扫描式送风,上下导风板自由组合,立体交叉,可以最大形成48种送风模式,达到人在中间坐,风从周围绕的舒适效果。网络技术的普及使远程网络空调的实现成为可能。通过远程监测控制器和计算机、 空调构成网络控制系统 ,完成对空调工作信息和控制信息的远程操作,从而实现远程网络控制。被房地产业看好的海尔智能网络MRV中央空调,就是一个突出例子。MRV的一台室外机可拖动多至286台室内机,各室内机可单独控制,也可集中控制,并根据需要任意匹配。MRV智能变频空调拥有网络化功能后,在炎热的夏天,人们在下班之前便可遥控家里的空调,一进门就享受到适体凉意。1.2 热泵技术1.2.1 热泵的发展历史1852年汤姆逊第一个提出了一个正式的热泵系统，那时称为“热量倍增器”。l927年霍尔丹在苏格兰安装与实验的家用热泵，用空气作热源，是现代蒸汽压缩式热泵的真正原型。到l940年美国已安装了l 5台大型商业用热泵，并且大都以井水为热源。l 9 4 5年美国卡雷公司研制成了溴化锂水吸收式制冷机，70年代的石油危机促使吸收式热泵的研究与开发得到了很大的发展。热泵研究在我国也有数十年历史，50年代，天津大学的一些学者已开始从事热泵的研究工作。60年代开始在我国暖通空调中应用热泵。但是，由于我国能源价格的特殊性，以及一些其他因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。直至70年代末期，才又为热泵空调的发展与应用提供了机遇。80年代初至90年代末在我国暖通空调领域掀起一股热泵热。热泵空调在我国的应用日益广泛，它的发展前景肯定是光明的。图1-1热泵系统的基本能量转换关系1.2.2 热泵的分类热泵按工作原理分为，压缩式热泵和吸收式热泵。按利用能源的方式不同分为第一类热泵和第二类热泵。按利用能源类别不同分为太阳能热泵、土壤源热泵、水源热泵和空气源热泵。按照热泵制冷机(压缩机)工作方式又可分压缩式、喷射式、吸收式等。空气源热泵：空气源(风冷)热泵目前的产品主要是家用热泵空调器，商用单元式热泵空调机组和热泵冷热水机组。家用热泵空调器在夏季，制冷剂通过压缩机循环，吸收室内空气的热量后排放到室外；而在冬天，空调通过电磁换向阀改变制冷剂循环流动的方向，制冷剂就可吸收室外空气的热量，然后释放到室内，加热室内空气，达到保持室内温度的目的。热泵空调器已占到家用空调器销量的4050，年产量为400余万台。热泵冷热水机组自90年代初开始， 在夏热冬冷地区得到广泛应用，据不完全统计，部分城市中央宅调冷热源采用热泵冷热水机组的已 到203O ，而且应用范围逐渐继续扩大趋势。空气源热泵冬季供热运行时，最大的一个问题就是当事外气温较低时，室外侧换热器翅片表面会结霜。而除霜会消耗热量使热泵供能下降，这是空气源热泵发展受限之一；另一个由于气源热泵以空气为热源，空气热容最小，冬季时空气温度又低，热泵低供热能力下降，这也是空气源热泵发展受限之一。针对除霜的问题，现在研究出不少新的工艺系统，解决空气源热泵除霜问题。针对空气源热泵在冬季空气温度低的问题，又提出空气-水双级耦合热泵系统。这都是我们热泵工作者所作的贡献。再一个空气源热泵在夏季时将建筑的余热散热至建筑物附近使其周围的环境质量进一步降低以及建筑物上热泵的噪声也是应该考虑的问题2。1.2.3 热泵的工作原理单从名字上看，热泵和水泵有相似之处，只不过水泵是将水从低处送到高处，而热泵则是将热量从低温热源送到高温热源的一种装置。热力学第二定律告诉我们，热量不可能自发地由低温物体传递给高温物体，因此必须借助一定的设备(如热泵)，在外界对其做功的情况下把热量从低温处传递到高温处。当然热量的这种传递转移必须依靠一个载体，这个载体称为工质(制冷剂)。热泵中的工质通过压缩机驱动，在闭合的管道回路中不断循环(见图2)，简单地说就是制冷剂通过压缩机的驱动在蒸发器(与低温热源接触)膨胀蒸发吸收热量，变成高温低压气体，经压缩机加压后变成高温高压气体，然后进入冷凝器(与高温热源接触)放出相变潜热，成为低温高压液体，此后又经节流器绝热节流成为低温低压液体再回到低温热源处进入下一次工作循环。经过制冷剂的循环，高温热源处不断得到热量从而达到制热的目的。在整个过程中，工质只是把从低温热源处吸收到的热量连同压缩机对其所做的功传递给高温热源，所以并未违背能量转化和守恒定律。图1-2 热泵循环回路示意图1.2.4 我国热泵的发展概况1950年代初，天津大学的一些学者最早开始从事热泵的研究。1965年上海电冰箱厂研制成我国第一台制热量3720w的热泵型窗式空调器，但因换向阀的工作可靠性等原因，长期未有发展。1970年代后期，由于能源危机所推动的世界性热泵热也影响了我国学术界。1990年上海市通用机械技术研究所首次进行了第二类吸收式热泵的模拟试验，同年上海交通大学、上海第一冷冻机厂联合研制了350kw第二类吸收式热泵。20002003年，专利总数287项，其中发明专利119项。多项创新成果问世，如土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、空气源热泵蓄能热气除霜系统、三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统等。2005年全国共有地源热泵工程项目3869项，同年11月31日，建设部发布了地源热泵系统的工程技术规范（GB50366-2005），并于06年1月1日起正式实施。2008年的北京奥运会和2010年的上海世博会使得热泵技术在我国的应用越来越广泛。1.3 一拖三空调器1.3.1 一拖三分体式空调器一拖三分体空调器是用一台室外机带动两台室内机组工作，从而使一台空调器“相当”三台空调器使用。这种空调器室内机组和室外机组的结构，分别与普通一拖一分体空调器基本相同，不同之处是增加了两个个室内机组。1.3.2 一拖三分体空调器的类型一拖三分体空调器又称为复合式空调器，从制冷工作过程来看，主要有三大类型： （1）单容量压缩机式。室外机组内含一台不可调的单容量压缩机，并拖动两台室内机组。 （2）单容量双压缩机式。室外机组内含有相互独立的两台单容量压缩机。每台压缩机对应拖动一台室内机组，而两台室内机组也是相互独立运行。这种类型空调器相当于两台一拖一空调器，只是把商用室外机组合二为一。 （3）可调节容量压缩机式。室外机组只有一台压缩机，但其容量可以调节，并拖动两台室内机组。这种方式可根据房间空调负荷的变化，调节压缩机的容量，实现各个房间的制冷控制。这种空调器的电器控制系统一般都采用变频调速方式来调节压缩机容量。2 方案选择与论证2.1 压缩机2.1.1 压缩机的分类2.1.1.1 根据其对制冷剂蒸气的压缩热力学原理分类 容积型压缩机 在容积型压缩机中，一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中其容积被强制缩小，压力升高，当达到一定压力时气体被强制地从气缸排出。可见，容积型压缩机的吸排气过程是间歇进行，其流动并非连续稳定的。容积型压缩机按其压缩部件的运动特点可分为两种形式：往复活塞式（简称往复式）和回转式。而后者又可根据其压缩机的结构特点分为滚动转子式（简称转子式）、滑片式、螺杆式（又称双螺杆式）、单螺杆式、涡旋式等。速度型压缩机 在速度型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来的，即先使吸入的气流获得一定的高度，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。可见，速度型压缩机中的压缩流程可以连续地进行，其流动是稳定的。在制冷和热泵系统中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。2.1.1.2 按密封结构形式分类 制冷系统中的制冷剂应是不容许泄露的，这意味着系统中凡与制冷剂接触的每个部件都应是对外界是密封的。根据制冷压缩机所采取的防泄露方式和结构，可有三种不同的基本压缩机形式。开启式压缩机 压缩机的曲轴的功率输入端伸出压缩机机体之外，再通过传动装置与原动机相连接。在伸出部分要用轴封装置防止轴段和机体间的泄露。利用这种轴封装置的隔离作用使原动机独立于制冷剂系统之外的压缩机形式称为开启式压缩机（通常，这种压缩机的制冷量较大）。若原动机是电动机，因它与制冷剂和润滑油不接触而无需具备耐制冷剂和耐油的要求。因此，开启式压缩机可用于以氨为工质的制冷系统中。半封闭式压缩机 采用封闭式的结构，把电动机和压缩机连成一整体，装在同一机体内共用一根主轴，因而可以取消开启式压缩机中的轴封装置，避免了由此产生或多或少泄露的可能性。从中可见，电动机室内充有制冷剂和润滑油，这种与制冷剂和润滑油相接触的电动机被称为内置电动机。其端盖都是用垫片和螺栓拧牢压紧来防止泄露，因而压缩机内零部件易于拆卸修理更换。半封闭式压缩机的制冷量一般居于中等水平。全封闭式压缩机 全封闭式压缩机也像半封闭式一样，把电动机和压缩机连成一整体，共用一根主轴，它与半封闭式的差异在于，连接在一起的压缩机和电动机组安装在一个密闭的薄壁机壳中，机壳由两部分焊接而成，这样既取消了轴封装置，又大大减轻和缩小了整个压缩机的尺寸和重量，露在机壳外表的只焊有一些吸排气管、工艺管以及其它（如喷液管）必要的管道、输入电源接线柱和压缩机支架等。由于整个压缩机电动机组是装在一个不能拆开的密封机壳中，不易打开进行内部修理，因而要求这类压缩机的使用可靠性高，寿命长，对整个制冷系统的安装要求也高。这种全封闭结构形式一般用于大批量生产的小冷量制冷压缩机中，因此本设计选用全封闭式制冷压缩机。无论是半封闭式还是全封闭式的制冷压缩机，由于氨含有水分时要腐蚀铜，因而都不能用于以氨为工质的制冷系统中。但是，也该看到，基于CFCs和HCFCs的替代和扩大天然制冷剂氨的使用的需要，采用能与氨制冷剂隔离的屏蔽式电动机的半封闭式压缩机已研制成功并获得应用。2.1.2 压缩机的比较2.1.2.1 滚动转子式压缩机这类压缩机如今广泛应用于家用电冰箱和空调器中，它从结构上看主要是因为不需用吸气阀而显得可靠性更高。同样的原因亦使它用于变速运行，在家用空调中其变速比可达10/1（从10至15HZ到100至150JZ），机器的零部件少，尺寸紧凑重量轻也是它的明显优点单缸的转子式压缩机在很低的转速不均匀度会增大，因而开发了双缸机来克服这个缺点。转子式压缩机的研究集中在降低能耗，采用替代工质（如HFC134a）采用新的润滑油，电动机变速控制和降低噪音等方面，其性能系数可达2.9w/w（制冷）和3.4w/w（制热）。目前,广泛使用的滚动转子式制冷压缩机主要是小型全封闭式，通常有卧式和立式两种，前者多见于冰箱，后者在空调器中常见。2.1.2.2 涡旋式压缩机涡旋式制冷压缩机是20世纪80年代才发展起来的一种新型容积式压缩机，它以其效率高、体积小、质量轻、噪音低结构简单且运转平稳等特点，被广泛应用于空调和制冷机组中。机器中没有吸气阀，也可不带排气阀，从而提高了其可靠性。跟往复式机器相比，没有余隙容积损失，尽管涡旋式压缩机的优点很多，但是需要高精度的加工设备和精确的装配技术，导致其价格偏高，限制了它的普遍应用。目前，还仅限于功率在1至15kw的空调器中应用。本设计空调器的制冷量是5KW，在涡旋式压缩机的适用范围内。2.1.2.3 离心式压缩机离心式制冷机工作原理是靠电机运转时带动类似离心水泵的叶轮高速旋转，使低压气态制冷剂从侧面吸入口吸人，高速旋转产生的离心力作用其获得较大的动能和压能，并将吸人的低压气体靠压能作用成为高压气体，因压缩机电机转速很高，使得排气量增大。适用于大型的制冷装置。 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HCFC22置换为HFC134方面，其制冷量范围为90至1250kw。2.1.2.4 螺杆式压缩机随着近年来螺杆式压缩机工作可靠性的不断改进，使之在中等制冷量范围内的制冷空调应用中，尽管其价格偏高，还是得到教普遍的应用。并可望取得更广泛的推广，它已经开始取代一些较大的往复式压缩机（小至50kw，甚至更小），同时也取代了一些中等冷量的离心式压缩机(大至1500kw)它之所以能挤入原来一直由离心式压缩机主宰的领域（350至1500kw）是由于其部分负荷的良好性能， 其效率一般可高出8%至10%，并且没有离心式压缩机所特有的“喘振”问题，跟往复式相比，其装配零件少，还有尺寸小，重量轻和易于维修保养等优点。从以上分析可知：（1）就性能来讲，涡旋式最好，滚动转子式次之，往复式最差。（2）就成本价格而言，相同制冷能力的压缩机，涡旋式滚动转子式往复式。（3）据目前的条件，设计中采用滚动转子式压缩机。（4）随着压缩机技术的发展，涡旋式压缩机有成为首选的趋势。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。2.2 冷凝器2.2.1 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。2.2.2 冷凝器的比较2.2.2.1 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916W/(mK)4。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2335 W/(mK)5 。它必须使用风机，要消耗一定的电能。2.2.2.2 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。2.2.2.3 蒸发式冷凝器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。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16.7525.12kJ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%6 。（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。2.3.2 蒸发器的比较2.3.2.1 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。2.3.2.2 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