毕业论文范文——28kW整体式水源热泵空调机组

28kW整体式水源热泵空调机组郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 28kW整体式水源热泵 空调机组 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 目 录28kW整体式水源热泵空调机组I摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 热泵的分类11.2 热泵的发展史21.3 国内热泵的发展情况21.4 热泵机组的分类31.5 水源热泵系统的优点42 水源热泵系统的研究探讨62.1 热泵的工作原理62.2 制冷剂的选择62.2.1 制冷剂简介62.2.2 制冷剂类型72.2.3 制冷剂的选用原则72.2.4 制冷剂的选择92.3 热交换器的选择92.3.1 冷凝器简介92.3.2 冷凝器的比较92.3.3蒸发器的简介112.3.4 蒸发器的比较122.3.5 热交换器的选型122.4压缩机的选型122.4.1 压缩机的概述122.4.2 各类压缩机的比较132.4.3 压缩机的选型162.5 工况173 设计计算183.1 理论循环计算183.1.1 系统工况的设计183.1.2 系统的热力计算193.2 压缩机的选择213.2.3 压缩机的级数确定213.2.4 压缩机的型号选择213.2.5 压缩机的校核计算223.3 冷凝器的计算233.3.2 冷凝器传热管的选择及参数计算233.3.3 确定冷凝器管数及排列布置243.3.4 传热计算及所需传热面积确定263.3.6 冷水侧阻力273.4 蒸发器的设计计算283.4.2 壳管式蒸发器传热管的选择及参数计算283.4.3 热力计算和校核294 节流器的选型334.1 节流机构的选型334.2 常用节流机构334.3 热力膨胀阀的选择374.3.1 热力膨胀阀的工作原理374.3.2 热力膨胀阀的作用384.3.3 热力膨胀阀的选型计算384.3.4 热力膨胀阀的校核计算394.3.5 热力膨胀阀的安装395 热水器储水箱的设计计算405.1 几何参数计算405.2 隔热计算425.2.1 隔热材料的选择425.2.2 保温层的材料和加工工艺435.2.3 隔热材料的计算435.3 水箱的负荷计算445.4 水箱的热水产量计算446 辅助设备的设计计算446.1 四通换向阀446.2 单向阀466.3 干燥过滤器476.4 中间冷却器486.5 压力控制器选择486.6 温度控制仪选择496.7 分流器496.8 视液镜496.9 油过滤器506.10 截止阀51总 结53致 谢54参考文献5528kW整体式水源热泵空调机组摘 要空气调节顾名思义是对空气的参数进行调节，以便使环境更适合我们的要求。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活环境的条件要求也在逐步的提高。所以空气调节在日常生活中占有很重要的位置。也使的空调技术在不断的提高，以达到人们对环境的要求。本设计的关键在于通过所学的专业知识结合对行业现状的考察。查阅资料了解设计中需要用到的各个部件的特点，结合设计需求进行取舍。根据工作工况进行制冷设备中制冷循环的热力计算。应用计算结果对空调器中的各个分系统进行计算和选配。本文详细说明了28kw整体式水源热泵空调的设计步骤，其中包括：制冷剂的选择；压缩机的选配与校核以及蒸发器、冷凝器的结构设计计算与性能校核的详细过程；空调运转需要的其他附件选配的选择标准及要求；管路的连接与布置等。关 键 词： 水源热泵空调；制冷剂；压缩机；空调系统；现状； 28kW INTEGRAL TYPE WATER-SOURCE HEAT PUMP AIRCONDITION UNITABSTRACTAir conditioning suggests that it is on the air parameters are adjusted to make the environment more suitable for our requirements. With the development of our national economy and peoples living standards improve , peoples demands on the condition of the living environment has gradually improved. So air conditioning occupies a very important position in our daily lives . Also makes air-conditioning technology continues to improve , in order to reach people on the environment.The key to this design is that the combination of the industry s status quo learned through investigation expertise. Access to information needed to understand the characteristics of the design of the various components used , combined with the design needs to choose. Calculated according to the working conditions of the refrigeration cycle device for cooling the heat. Application of the results of the various subsystems on the air conditioner is calculated and matching. This article details the 28kw integral water source heat pump design steps , including : Select refrigerants ; detailed process design and performance calculation and checking and checking the matching evaporator compressor , condenser ; air conditioning operation other optional accessories selection criteria and requirements needed ; such as piping connected to the layout.Keywords: water-source heat pump air condition；refrigerants; compressor; air-conditioning system；present situation；II1 绪论随着社会的发展，人们生活水平也越来越高，随着居住环境的改善，建筑能源消耗也一直增加增加。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和发展的重点。水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，所以对水源热泵空调器的研究和了解在现实生活中很有意义。本次设计的28KW整体式水源热泵机组主要作为房间空调用，房间空气调节器是一种用于向房间(或封闭空间、区域)提供处理空气的机组。它的功能是使该房间(或封闭空区域)内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数保持在人体舒适或工艺过程要求的范围内。房间空气调节器主要是一个制冷、除温（有的还可兼作热泵使用）的机组。根据需要，它还可包含空气加热、加温、空气循环通风、空气净化、除臭、加香等设备。通常，空调器有整体式(即一个箱形整体)和分体式(分为室内机组和室外机组)两类。根据室内机组结构和安装方式的不同，它们又可分成窗式、挂壁式、吊顶式、埋入式、嵌入式、柜式及落地式。1.1 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1。1.2 热泵的发展史 1852年汤姆逊(Thomoson)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(Haldatie)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l5台大型商业用热泵，并且大都以井水为热源。l945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。1.3 国内热泵的发展情况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。1.4 热泵机组的分类热泵的种类很多，分类方法各不相同，通常分为以下几种类型。按低位热源种类可分为以下几种：空气源热泵：空气作为低位热源，取之不尽，用之不竭，处处都有，可以无偿地获取。空气源热泵装置的安装和使用都比较方便。其主要特点是：室外空气的状态参数随地区和季节的不同而有很大的变化，这对热泵的容量和制热性能系数影响很大2；一般来说，当室外空气相对湿度大于70%，温度为3 5时，机组室外换热器就会结霜，致使空气源热泵的制热量、制热性能系数和可靠性下降；空气的热容量小，为了获取足够的热量，则需要较大的空气量，因而风机的容量较大，致使空气源热泵装置的噪声较大3.4。水源热泵：水源热泵就是用水作为热泵的低位热源的热泵装置。可作为低位热源的水有地表水（河水、湖 水、海水等），地下水（深井水、泉水、地热尾水等），生活废水、工业污水和工业设备冷却水等5。水源热泵的优点是：水的热容大，传热性能好，所以换热设备较紧凑；水温较稳定，因而使热泵的运行工况较稳定。其缺点是：热泵装置必须靠近水源，或设有一定的蓄水装置；其次，对水质也有一定的要求，应进行水质分析后采用合适的换热器材质和结构型式，以防止出现腐蚀等问题6.7。土壤源热泵：用土壤热能作为低位热源的热泵装置，称为土壤源热泵。与空气源热泵相比，其优点有：全年地温波动小，冬季土壤温度比空气温度高，因此，热泵的制热性能系数较高；地下埋管换热器不需要除霜；在采暖期内，当室外空气温度最低时，土壤的温度并不是最低，热泵的供热能力也不会下降到最低；土壤具有蓄能作用8.9。其缺点有：地下埋管换热器受到土壤性质的影响较大，长期连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；土壤的导热系数小，使地下埋管换热器的持续吸热速率仅为2040W/，一般吸热速率为 25W/；初投资较高，仅地下埋管换热器的投资就占热泵系统投资的20%30%10。太阳能热泵：太阳能是一种无穷无尽，无公害的干净能源。太阳能热泵是一种把温度较低的太阳能提升到3050，再进行供热的装置。其主要优点是：可以采用结构简单，与建筑物做成一体的低温平板集热器，其效率较高；热泵用的集热器成本较低是它的最大优点；热泵可不设除霜装置。其缺点是：要解决太阳能利用的间歇性和不可靠性问题；投资较高11。1.5 系统管理方便，成本低。水源热泵的动力由电提供，因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。可随用户的需要，分期投资，初投资成本较低。水管无需保温，减少投资成本，同时可彻底解决传统中央空调冷冻水管路系统滴水问题。由于水源热泵无冷冻水系统，管路中走的是常温水，不会产生管道冷凝水，因此不会破坏吊顶及其它装饰部位，也不会因为保温失效而降低制冷效果，这些都减少了维护管理的成本。水源热泵系统设备简单且安装方便，启动调整容易，分区设计灵活，故障非常少，不需配备熟练的工程师。水源热泵机组在使用过程中不需专业技术人员操作，能实现无人化管理，从而降低管理成本。1.5 水源热泵系统的优点本次设计采用整体式水源热泵机组，水源热泵的的主要优势为：(1)属可再生能源利用技术水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表部分的河流、湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接地接受太阳辐射能量)，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地热能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。(2)高效节能据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵系统，平均来说可以节约用户3040的供热制冷空调的运行费用。与锅炉房供热系统相比，其节能效果为26，减少向城市的排热量约为74。(3)运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。(4)环境效益显著水源热泵使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，可以减少30以上，与电供暖相比，减少达70以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代工质。水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。(5)一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。(6)自动运行水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。(7)投资成本低水源热泵空调系统较传统的中央空调系统经济。无集中的制冷机房、锅炉房、空调箱房，减少了设备间的面积。所需的风管少，并减少了楼层高度，无保温的循环水管系统，减少了材料费用。水源热泵空调机可在厂里组装，减少了工地的装配工作，温度控制可装在空调机中，无需另设控制中心或控制室。(8)维修成本低由于系统设备简单，安装方便，启动、调整容易。另外一台水源热泵空调机发生故障不会影响大楼中其他用户。122 水源热泵系统的研究探讨2.1 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1-1)，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1-1 热泵循环回路示意图2.2 制冷剂的选择2.2.1 制冷剂简介制冷机中完成热力循环的工质。它在低温下吸取被冷却物体的热量，然后在较高温度下转移给冷却水或空气。在蒸气压缩式制冷机中，使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂，如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物），共沸混合工质（由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液）、碳氢化合物（丙烷、乙烯等）、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气体在制冷循环中始终为气态；在吸收式制冷机中，使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作为工质，如氨和水、溴化锂 （分子式：LiBr。白色立方晶系结晶或粒状粉末，极易溶于水）和水等；蒸汽喷射式制冷机用水作为制冷剂。制冷剂的主要技术指标有饱和蒸气压强、比热、粘度、导热系数、表面张力等。1960年以后，人们对非共沸混合工质的应用进行了大量的试验研究，并已将其用于天然气的液化和分离等方面。应用非共沸混合工质单级压缩可得到很低的蒸发温度，且可增加制冷量，减少功耗。 它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理，因而对制冷剂性质要求的了解是不容忽视的。2.2.2 制冷剂类型目前，制冷剂大概有以下几种类型：无机物氨制冷剂、氟利昂制冷剂（如：R11、R22、R134a等）、共沸制冷剂（如：R507、R502）和非共沸制冷剂（如：R407C、R410A、R404A）等。氨作为一种无机物制冷剂，单位制冷量大，沸点低，历史上曾被广泛使用，但是由于氨泄漏所引起的危害，一度被禁止使用。直到最近，由于环保型制冷剂的发展，才又一次开始使用。氨制冷剂多用于大型冷库系统中。氟利昂是迄今为止应用最为广泛的制冷剂，虽然它有着优越的热力学性能，但是随着环境问题的恶化，它有被逐渐代替的趋势。共沸和非共沸制冷剂是近年兴起的环保型制冷剂。不同于单一的制冷剂，它是有几种不同的制冷剂按照不同的配比所混合而得到的。由于混合型制冷剂有着和单一制冷剂迥然不同的热力学性能，它已经开始作为一种环保节能的制冷剂进入人们的视野。特别是非共沸制冷剂，它是有几种不同沸点的制冷剂混合而成。由于高，低沸点的不同，非共沸制冷剂存在有“温度滑移”的现象。这样当使用冷却水冷却时，更容易实现“洛伦兹循环”，从而有利于提高制冷系数和节能性能。2.2.3 制冷剂的选用原则在蒸汽压缩式制冷机中，除了要有较好的热力性质和物理化学性质外，更应具有优良的环境特性。具体要求如下：（1） 对人类生态环境无破坏作用。不破坏大气臭氧层，不产生温室效应。（2） 临界温度较高。在常温或普通低温下能够液化。希望临界温度比环境温度高的多，才能减少制冷剂节流损失，提高循环经济性。（3） 在工作温度范围内，具有适当的饱合蒸汽压力，最起码蒸发压力不得低于大气压力，以免外部空气渗入系统中；冷凝压力不宜过高，否则会引起压缩机耗功增加，并要求系统具有较高的承压能力，增加设备成本。（4） 单位容积制冷量大。可以减少压缩机输气量。（5） 粘度和密度小。减少系统中流动阻力损失。（6） 热导率高。可以提高换热器的传热系数，减少换热设备的传热面积降低材料消耗。（7） 不燃烧，不爆炸，无毒。对金属材料不腐蚀，对润滑油不发生化学作用，高温下不分解。（8） 等熵指数小。可降低排气温度，减少压缩过程耗功，有利安全运行和提高使用寿命。 （9） 凝固温度低，避免在蒸发温度下出现凝固。（10） 具有良好的绝缘性能。（11） 价格低易获得。（12） 单位容积压缩功小。目前，完全满足以上十二项要求的制冷剂还未发现。但选择时，可以根据用途使用条件等加以全面考量 R22：对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应，被列为第二批限用禁用的制冷剂。我国在2010年的新设备中已经停止使用，至2020年全面停止使用。故在被设计中不选R22。另外R134a、R407C已经逐渐代替了R22。R134a作为使用最广泛的中低温环保制冷剂，由于HFC-134a良好的综合性能，使其成为一种非常有效和安全的CFC-12的替代品，主要应用于在使用R12制冷剂的多数领域。R407C:是R32、R125、R134a 以23：25：52的质量百分比组成的三元非共沸制冷剂，蒸发压力和制冷压力与R22非常接近。但在制热工况下单位容积制冷量和COP都小于R22。R410A是R32和R125按照50：50的质量百分比组成的近共沸混合制冷剂。其温度滑移不超过0.2，这给制冷剂充灌，设备更换提供了方便。2.2.4 制冷剂的选择综合考虑各方面利弊决定采用R134a作为本设计的自己制冷剂2.3 热交换器的选择热交换设备是制冷机的重要设备，其特性对制冷机的性能有重大影响。热交换器中包括多种传热方式(冷凝、沸腾、强制对流、自然对流、导热等等)。制冷系统中需要交换热量的流体常常分别处在固体壁面的两侧。例如在氟利昂卧式冷凝器中，冷却水在管内流动，氟利昂蒸气在管外凝结。蒸气凝结时放出的热量通过管壁传递给冷却水。这种热量由壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧流体的过程，称为传热过程。制冷机热交换设备涉及的传热过程包括通过平壁的传热过程、通过圆管的传热过程以及通过肋壁的传热过程。2.3.1 冷凝器简介冷凝器是制冷机中的主要热交换设备之一。高压、过热的制冷剂蒸气在冷凝器中放出热量后，凝结成饱和液体或过冷液体。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2.3.2 冷凝器的比较(1) 空气冷却式冷凝器空冷式用空气作为介质吸收制冷剂蒸汽放出的热量，分为空气自由流动和空气强制流动两种，而空气强制流动适用于小、中型氟利昂制冷装置，具有结构紧凑、换热效果好、制造简单等优点。在国外，由于城市缺水，空气冷却式冷凝器也有用于制冷量达360KW的固定式制冷机的。迄今空气冷却式冷凝器仅用于氟里昂制冷机。空气冷却式冷凝器多为蛇管式结构。制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动。制冷剂放出的热量被空气带走。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。(2) 水冷式冷凝器水冷式冷凝器是靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立式壳管式、卧式壳管式和套管式等多种。冷却水可用天然水、自来水或者用经冷却水塔冷却后的循环水。使用天然水冷却水时容易使冷凝器结垢，影响传热效果，因此必须经常清洗。耗水量不大的小型装置可以用自来水冷却。大、中型水冷式冷凝器循环水冷却，以减少水耗。在现代城市中，由于生产发展、人口集中，水的消耗量很大，节约用水的问题应特别重视。壳管式冷凝器壳管式冷凝器分为立式和卧式两大类。卧式壳管式冷凝器的基本结构形式与壳管式蒸发器十分相似，也是由筒形外壳、管板、管束和端盖组成。制冷剂蒸气在管外凝结，凝液从筒底流出，冷却水在管内多次往返流动。在正常情况下，筒下部只有少量液体，但也有一些小型冷凝器的筒体下部不装管束，筒底部用以储存凝结的液体，使设备简化。有时筒下部设有集液包，制冷剂液体由此排出，并用以集存润滑油及机械杂质。立式壳管式冷凝器用于大、中型氨制冷装置，筒体直立地安装在储水池上。冷却水从顶部的分水箱进入管道后，沿壁面呈膜状向下流动，流下的水集中下面的水池中。制冷剂蒸气从筒体上部进入，放出热量后在管外凝结成液体，由底部排出。立式壳管式冷凝器可以露天安装，节省机房面积；也可以装在冷却塔下面，简化冷却水系统。与卧式壳管式冷凝器相比，立式壳管式冷凝器可以使用水质较差的水，因为它可以在运转时进行清洗。但由于冷却水不能始终沿管壁流动，且上部管壁的凝结液覆盖下部管壁，因此传热系数低于卧式壳管式。套管式冷凝器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，也可以有数根，套管可以绕成螺旋型或弯成蛇管型，制冷剂蒸气从上部进入，凝结液从下部流出。冷却水从下部进入内管，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，但金属的消耗较大。套管式冷凝器用于氟利昂机组时，内管常用滚压肋片管，这种结构常在水冷却式空调柜中应用。氨制冷机中套管式热交换器主要用作过冷器。壳-盘管式冷凝器它由一根或几根盘管装在一个壳体内构成。冷凝器管内通水，管外是制冷剂。制冷剂蒸气从顶部进入壳体后在管外冷却并冷凝，冷凝液汇集在壳体底部后引出。用壳-盘管式冷凝器时，不可以在系统中充灌过多的制冷剂，否则太多的制冷剂会减少有效传热面积。壳盘管式冷凝器结构简单，适用于小型制冷装置，主要用在氟里昂制冷系统中，因为氟里昂系统中盘管的材料为铜，容易加工。但壳-盘管式冷凝器无法机械清洗，应当使用符合水质要求的水，并定期进行化学清洗。螺旋板式冷凝器螺旋板式冷凝器由两个螺旋体加上顶盖和接管构成。两个螺旋体形成螺旋形通道。两种介质在螺旋形通道内逆向流动，一种介质由螺旋中心流入，从周边流出；另一种介质由周边流入，从中心流出。螺旋板式冷凝器周边处的管接头应切向连接。为了增强螺旋板的刚度，在通道内每隔一定的距离便设有支撑。当冷凝器承受的压力较高时，应在其外围焊加强筋。与壳管式冷凝器比较，螺旋板式冷凝器不但体积小、重量轻，而且传热系数也高。根据试验，当工作条件及介质流速相同时，新的氨螺旋板式冷凝器的传热系数比壳管式冷凝器高50%左右。使用几年后还可稳定在 。这种冷凝器的主要缺点是不适用于高压。此外，它的内部不易清洗和检修，只能用软水或低硬度的水。(2) 蒸发式冷凝器蒸发式以水和空气作为冷却介质，利用水蒸发时吸收热量使管内制冷剂蒸汽凝结。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。按空气流动方式可分为吸入式和压送式。蒸发式冷凝器由冷却管组、给水设备、通风机、挡水板和箱体等部分组成。冷却管组为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组，装在薄钢板制成的长方形箱体内。箱体的两侧或顶部设有通风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。本次设计的热泵空调器的冷凝器应选用空气强制流动的空冷冷凝器。2.3.3蒸发器的简介 蒸发器的作用是使蒸发的制冷剂与被冷却对象进行热交换，以使被冷却物体或空间降温，在制冷机中，它是吸收热量的设备。蒸发器的种类很多，适用场合也不尽相同。蒸发器的设计，就是根据不同的使用目的，进行型式的选择和传热与结构计算，以达到最佳的使用效果。蒸发器按其冷却的介质不同分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器。蒸发器按被冷却对象的不同，可分为冷却固体、冷却液体和冷却气体三类。按结构型式的不同，又可以分为：壳管式蒸发器、套管式蒸发器、立管式蒸发器、螺旋管式蒸发器、翅片管式蒸发器、排管式蒸发器、板管式蒸发器和板式蒸发器等类型。壳管式蒸发器、套管式蒸发器、板式均是冷却液体用的蒸发器，其配套液体载冷剂系统通常是闭式系统。排管式蒸发器、板管式主要用于冷却气体，与被冷却气体间一般是自由对流。目前，板管式的设计方法基本成熟，有定型的产品生产，可以根据用户的不同需要进行设计。2.3.4 蒸发器的比较蒸发器根据供液方式分为满液式、干式、循环式等。满液式蒸发器在管内走水，制冷剂在管簇外面蒸发，所以传热面基本上都是与液体制冷剂接触；干式蒸发器即非满液式蒸发器的制冷剂在管内流动，水在管簇外流动，干式又分为冷却液体介质型和冷却空气介质型，而冷却空气型又分为冷却自由运动空气和冷却强制流动两类，冷却自由运动空气的传热系数低一般用于食品的冷藏，冷却强制流动空气多用于空调和大型冷藏库；循环式多用于大型的液泵供液和重力供液冷库系统。2.3.5 热交换器的选型综上所述考虑本设计制冷量较大，故采用壳管式冷凝器和干式壳管式蒸发器。2.4压缩机的选型2.4.1 压缩机的概述压缩机在蒸汽压缩式制冷空调系统中，压缩机是决定制冷系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等有着直接的影响。它是整个制冷系统的动力来源，它在消耗一定的电功后，将蒸发器中的低压制冷剂气体吸入，并把它压缩到冷凝压力再进入冷凝器中去，从而保证制冷剂蒸汽能在常温下冷凝液化，从而使得制冷循环得以顺利进行，因而人们形象地称之为制冷设备的心脏。制冷压缩机按密封结构形式可分为开启式压缩机、半封闭式压缩机和全封闭式压缩机。小容量制冷压缩机大多采用全封闭式压缩机。全封闭式压缩机中电动机和压缩机连成一个整体，装在一个不能拆开的密封机壳中，使用可靠性高，寿命长，运转平稳，噪音低，体积小，使用于小制冷量系统中。由于压缩机是制冷产品技术含量最高、生产代价最大的关键部件。因而，国际上对制冷压缩机的研究从未停止、永无止境，从传热流动、噪声振动、摩擦润滑、材料材质、加工工艺到性能与可靠性，从机理分析、理论研究到机械结构、测试技术等，几乎无所不包。每年都有大量的研究成果和文献出现，也能够观察到因之带来的进步和收益。同时近年来，国内制冷压缩机的研究与技术进步也取得了可喜的进展，特别是冰箱压缩机行业。在UNDP/GEF 中国节能冰箱项目的推动下，冰箱压缩机的性能系数从几年前的1.0 左右发展到今天有数家国内冰箱压缩机企业最高达到1.95，从而在一定程度上促进了制冷设备的发展。2.4.2 各类压缩机的比较一.滚动转子式压缩机滚动转子式压缩机是家用空调压缩机结构型式之一。滚动转子式压缩机比往复式压缩机结构简单得多, 而且体积小、重量轻、零部件少,尤其易损件少,比同样制冷量的往复式压缩机体积可减少60%,重量减少35% ,零件减少50 %。这种压缩机只进行旋转运动,不需将旋转运动转变为活塞往复运动,所以运转平稳、振动小、噪声低、质量稳定、可靠性高。在结构上,可把余隙容积做得很小,基本上没有膨胀气体的干扰。此外无吸气阀,使流动阻力小,导致容积效率高、性能好、能效比高。但这种压缩机对零件加工精度要求高,比活塞式的寿命短；而且这种压缩机只有一个转子且为偏心布置,转动起来振动和噪声仍较大,特别是对于较大功率机组,其气缸排量一般在644cm3/ r。它分成几个系列,从小功率到中功率, 品种较多。而且为了便于管理和降低成本，使零、部件通用化程度较高,每个系列产品外形基本相似,均为定功率段的产品。提高压缩机COP 值的措施主要是提高加工和装配精度，对压缩机结构进行最优化设计,改进排气阀结构,增大电机叠片厚度,采用特低铁损高磁通量的硅钢片和提高槽前率等多方面来实现；降低压缩机噪声主要通过更好的动、静平衡来减小振动, 缓冲压力脉动,以及设计更好的消声器等途径来实现；而提高压缩机的可靠性主要采用改进材料、加强工艺控制,强化实验手段,特别加工和设计保护元件和连接元件等来确保电机可靠性。利用彻底清除垃圾、应用高强度材料、进行各种试验以及根据不同情况配以不同储液器来确保压缩机的可靠性。二涡旋式压缩机涡旋式压缩机是一类较新型的压缩机，它也是家用空调压缩机结构型式之一。长期以来, 由于轴向力不能稳定平衡, 防自转机构不灵活,轴向、径向密封不完善, 以及涡形盘加工困难, 故未达到实用化程度。直至70年代后, 经美、日等国的研究, 才使涡旋式压缩机走上实用化道路。考普兰、开利、日立、三菱公司均生产这种压缩机。其主要特点有:无吸、排气阀,吸气压力损失小,压缩室压差小, 无余隙容积, 容积效率高, 可靠性高,功耗小COP大；涡旋回旋运动能形成几对压缩腔,因此力矩变化小,振动小,噪音低；结构简单,零部件少, 尤其易损件少，体积小，重量轻；对液击不敏感;转速高,有利于实现变频控制的方式来调节制冷量；采用一种背压可自动调节的可控推力机构,这样可保持轴向密封, 减少机械损失,防止异常高压, 确保压缩机安全；便于采用气体注入循环,从而可提高节能效果,减少压缩机开、停频率,控制室温变化，实现舒适空调；制造、加工精度高,成本较高。总体来说,其综合性能稍好于滚动转子式,特别适合于低噪声要求。目前主要用在35HP大功率高档空调器上,是当前产品中最先进的。目前涡旋式压缩机的发展趋势主要在：进一步改进涡旋盘加工制造工艺, 降低成本；提高加工和装配精度, 合理考虑实际运行中密封间隙，降低泄漏损失, 进一步提高效率；研究变转速下涡旋式压缩机性能, 提高工作转速；研究开发自转型涡旋式压缩机等。三往复式活塞式压缩机往复式制冷压缩机迄今还是应用最广泛的一种机型，广泛应用于中、小型制冷装置中，按其结构分为滑管式和连杆式压缩机两类。（1）滑管式压缩机滑管式压缩机产生于20 世纪60 年代,它是往复活塞式压缩机的一种类型。其特点是结构简单, 工艺性好,成本较低,对零部件的加工精度要求不高,制造和装配都比较容易,所以发展较快。目前这类压缩机在国内外的电冰箱等小型制冷设备生产中应用比较普遍。缺点是活塞与缸壁间的侧力较大、磨擦功耗大、能效比偏低,因此目前滑管式压缩机正在进入衰退期,将逐渐被连杆式压缩机或旋转式压缩机所取代。（2）连杆式压缩机连杆式压缩机也属往复活塞式,是制冷设备中采用时间较早的一种。其特点是运转比较平稳、噪声低、磨损小、使用寿命长、能效比较高、工作可靠、综合性能优良。但由于零部件形状复杂,加工精度要求较高,工艺难度较大,因此其发展一度受到限制,在电冰箱及其它小型制冷设备中被滑管式和旋转式压缩机所取代。近几年来随着机械工业的不断发展,对其结构进行了多方面的技术改进。目前连杆式压缩机已成为电冰箱压缩机的主导产品,总需求是有较大的提高。四离心式压缩机离心式压缩机是一种速度型压缩机。气体在高速旋转的叶轮中获得高速度后，再在环形通道中将速度动能变为压力位能，从而提高气体的压力。根据压缩机中安装的工作轮数量的多少，分为单级式和多级式。如果只有一个工作轮，就称为单级离心式压缩机，如果由几个工作轮串联而组成，就称为多级离心式压缩机。在空调中，由于压力增高较少，所以一般都是采用单级，其它方面所用的离心式制冷压缩机大都是多级的。单级离心式制冷压缩机的构造主要由工作轮、扩压器和蜗壳等所组成，压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室，并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器(或中间冷却器)来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮(工作轮也称叶轮，它是离心式制冷压缩机的重要部件，因为只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。汽体在叶片作用下，一边跟着工作轮做高速旋转，一边由于受离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器(因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速，扩压器便把动能部分地转化为压力能，从而提高汽体的压力)。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高,经扩压器后汽体汇集到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。离心式制冷压缩机的特点与特性：离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较，具有下列优点：单机制冷量大，在制冷量相同时它的体积小，占地面积少，重量较活塞式轻58倍；由于它没有汽阀活塞环等易损部件，又没有曲柄连杆机构，因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低；工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能；能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大；对制冷剂的适应性差，一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂；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（Integrated part lode value）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901250kw。五螺杆式压缩机螺杆式压缩机是靠汽缸中一对含有螺旋齿槽的转子相互啮合，造成有齿形空间组成的基元容积的变化，进行制冷剂气体压缩。螺杆式空气压缩机的工业生产始于1950 年，由于结构简单、易损件少、外形紧凑、排气温度低、质量轻、不怕气体中带液和带尘压缩等优点,在国内外得到了飞速的发展。在操作上, 螺杆压缩机是压缩机中最简单的类型之一。在成本上，螺杆式压缩机和往复的、重型水冷却式压缩机相比, 每单位马力的原始投资要低30 %13。随着螺杆式空气压缩机的更新换代, 它更是具备了高性能配置、高效率、高可靠性、高度智能化、友好的人机界面、安装费用低、适应国内电源、运行费用低、节能环保等特点。因此, 在今后相当长的时期内, 小容量空气压缩机将以螺杆式为主。2.4.3 压缩机的选型综上所述可知：就压缩机的性能来讲，涡旋式最好，滚动转子式次之，往复式最差；就成本价格而言，相同制冷能力的压缩机，涡旋式最高，往复式最低，滚动转子式介于其中；不同的压缩机其安全运行工况范围是不同的，通常活塞压缩机能够更好地适应高的压差和低的环境温度。在本次设计中，选择封闭式活塞压缩机。一、由于设计原理的关系，就决定了活塞压缩机的很多特点。比如运动部件多，有进气阀、排气阀、活塞、活塞环、连杆、曲轴、轴瓦等；比如受力不均衡，没有办法控制往复惯性力；比如需要多级压缩，结构复杂；再比如由于是往