100㎡空气源热泵水地暖系统——毕业论文

100空气源热泵水地暖系统郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 100空气源热泵水地暖系统 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 目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 空气源热泵水地暖系统的概述11.2空气源热泵水地暖的工作原理及特点21.2.1空气源热泵水地暖的工作原理2 1.2.2空气源热泵水地暖的优点31.3未来的发展方向51.4面临的问题52.方案的选择与论证52.1 压缩机的分类52.1.1 根据其对制冷剂蒸气的压缩热力学原理分类52.1.2 按密封结构形式分类62.2 压缩机的比较72.2.1 螺杆式压缩机72.2.2 涡旋式压缩机72.2.3 离心式压缩机82.2.4 滚动转子式压缩机82.3 冷凝器的设计选型82.3.2 冷凝器的比较92.4 蒸发器的设计及选型112.4.1 蒸发器概述112.4.2 蒸发器的比较122.5 制冷剂122.5.1 制冷剂类型13 2.5.2 制冷剂的选用原则133 设计计算143.1水地暖系统的设计计算143.1.1房间热负荷的计算143.1.2盘管的设计计算163.1.3 热水箱的组成173.2热水箱的设计计算183.3.压缩机的选型计算203.3.1压缩机型号的选择223.3.2蒸发器的设计计算233.3.3冷凝器的设计计算283.4 设计的主要参数313.4.1结构参数计算323.4.2空气对流换热系数的计算323.4.3空气循环流量的设计计算333.4.4平均传热温差计算353.4.5 R22的换热系数353.4.6 传热面积的计算353.4.7 翅片管效率353.4.8蒸发器尺寸设计363.5 节流机构373.5.1节流机构概述373.5.2节流机构的分类373.5.3安装热力膨胀阀时应注意的问题404 电子膨胀阀的选择405控制系统的设计425.1自动除霜控制425.2手动除霜控制425.3自动防冻435.4自动控温435.5保护控制435.5.1缺相保护435.5.2热过载保护435.5.3风机过载保护445.5.4高低压保护446 辅助元件选型446.1干燥过滤器的选择446.2储液罐的选择446.3视液镜的选择456.4其它热泵部件的选取45结束语46致 谢47参考文献48100空气源热泵水地暖系统摘 要本次毕业设计主要从热力学观点来分析和研究空气源热泵水地暖系统，通过对空气源热泵的了解选取了一种适合的水箱。通过对制冷的热力学基础分析，选取一种合适的制冷方式，进而进行热力循环的计算。运用热力学第一定律和热力学第二定律进行整个系统的能量转换，并且通过计算说明所选取工况的合理性！本次空气源热泵水地暖系统的设计，通过实际计算比较了理论循环和实际循环之间的差异，对冷凝器和蒸发器进行了计算和选材，并且对压缩机、节流阀等零部件进行选型。在对水地暖进行全面了解的基础上进行了实际的绘图操作。本次的毕业设计，是在查询了大量的书籍资料的基础上进行的，每一个零部件的选择均进行了严格的计算，并参考有关行业标注和国家标准进行的选型确定，通过对实际物体的参考来进行的设计。关键词：水地暖/热泵/计算/选型100 square meters of air source heat pump water heating systemABSTRACTThis graduation design mainly from the view of thermodynamics to analyze and study the air source heat pump water heating system, the air source heat pump to select a suitable water tank. Through the analysis of the thermodynamics of refrigeration, choose a suitable way of refrigeration, and then the calculation of thermodynamic cycle. Energy conversion using the first law of thermodynamics and the second law of thermodynamics for the whole system, and the calculation shows that the condition of the!The design of air source heat pump water heating system, the actual computation difference between theory and real cycle, the condenser and evaporator are calculated and material selection, and selection of compressor, throttle valve parts. The actual drawing operation is based on the comprehensive understanding of water heating.The graduation design, is based on a query to a large number of books on the data, each component selection are strictly calculation, determine the type and related industries were tagged and national standards, to design the actual object reference.KEY WORDS Water heating, heat pump, count ,lectotypeII1 绪论1.1 空气源热泵水地暖系统的概述随着水地暖系统的大面积推广以及公众节能减排意识的提高, 热泵节能技术越来越受到地暖行业追捧, 低温热水地面辐射供暖(简称“水地暖”)系统所用的热水, 不再以加热锅炉里冷水的形式获取,是以少量电能为驱动能源, 通过热泵做功, 从空气 水或土壤中提取热量进而制取热水!实践显示, 分别以空气源热泵 地源热泵和水源热泵为热源设备的水地暖系统比以锅炉为热源设备的水地暖系统更加节能 更加环保, 而且可以同时制冷并提供生活热水 !水源热泵由于可以有效利用地下水中的热能, 因此也可作为水地暖系统比较节能的热源设备 !1地下井的特定区间中, 水温全年基本不变 !少许水的温度受地下浅层土壤温度的影响, 冬季水温为14, 这一温度比土壤源热泵提取热能时土壤中的温度和空气源热泵提取热能时空气中的温度都高,有利于水源热泵的运行!但是水源热泵和地源热泵一样, 易受地质条件的限制, 对回灌技术的要求比较高, 且应确保不污染水源!2地源热泵能有效利用土壤中的热能, 因而也可作为水地暖系统比较节能的热源设备 !只是, 地源热泵比较容易受地质条件的限制, 且需要有较大的空地 !空气作为热的来源之一, 不受地域限制, 且无需交纳费用 !空气的这一特点使得能从空气中提取热能的空气源热泵备受采暖市场的青睐!在我国科技工作人员的努力下, 空气源热泵己经成为水地暖系统比较节能的热源设备之一!综上所述, 与其他供暖形式相比, 热泵的另一大优势在于既可供热也能供冷, 还能提供生活热水;从热泵机组的容量来讲, 空气源热泵适合于单栋中型公共建筑( 3 万m , 以下)和分散型小区建筑及别墅,对于冷热量不平衡的地源热泵也是如此 但在地质条件具备的情况下, 空气源热泵和水源热泵都可作为大型建筑的冷热源!31.2空气源热泵水地暖的工作原理及特点1.2.1空气源热泵水地暖的工作原理水地暖是指地暖供热系统中的热媒式加热后的热水，以地面盘管为散热末端的地暖供暖形式，热水的循环由水泵完成，电能作为驱动能源，水地暖由加热热源，集、分水器及水循环泵，温度控制系统，地面水盘管散热末端等几个重要部分组成。4图1-1空气源热泵水地暖系统工作原理图热水地面采暖系统也是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统。它以低温热水为热媒，通过埋设在地板内 的交联聚乙烯盘管把地板加热，均匀地向室内辐射热量，是对房间微气候进行调节的节能采暖系统，具有热 感舒适、热量均衡稳定、节能、方便管理等特点，是一种较为理想的供暖方式，该系统由壁挂炉等热源、集 水器和地埋管等构成5图1-2房间管道布局图提示：该系统适用于家庭独立采暖或集中供暖，健康舒适、节能经济、节省空间、邻里隔音，分户计量图1-3水管结构示意图 水暖系统采用的载热盘管要具有超长使用寿命，还要有独特的抗渗氧功能，避免锅炉和阀门内部氧化和管线结垢，以延长使用寿命和提高供暖效率 !61.2.2空气源热泵水地暖的优点1 安全舒适舒适，卫生，保健，水地暖系统特别适合老年人使用，符合中医所说的“脚暖身舒”的原理和人体生理采暖的需要，得到了用户的一致好评，来自脚下的关怀倍感舒畅，室内温度均匀，采暖效果好。2 节能减排随着我国经济的不断增长，人民生活水平的提高和城镇化水平的加快，我国建筑能耗必将进一步增长。目前我国城乡建筑房屋每年以20%的速度增长，每年竣工面积20亿m2，其中90%以上为高耗能建筑；全国已有建筑400亿m2，95%以上是高耗能建筑。我国单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍以上。中国要走可持续发展的道路，发展节能建筑是非常紧迫的。建设部要求到2020年，要使全社会建筑的总能耗能够达到节能65%总目标。建筑总能耗减少的CO2排放量，就相当于整个英国CO2排放量的总和。所以做为建筑能耗的主要部分地面辐射供暖，应节能、环保、舒适、卫生。3 与节能减排相符合地暖也就是低温热水地板辐射采暖，特别是我国当前正在提倡低碳经济、推广供热分户计量系统配套使用而备受业内青睐。但是，该工艺使用的时间还不够长，范围还不够广，特别是设计、施工技术人员还没有熟练掌握技巧，操作水平有待提高，在一定程度上制约和影响着这项技术的推广使用。为使地暖技术更好、更快的得到推广应用，必须深刻了解、分析有关地暖存在的弊病，研究解决安装施工、材料质量、使用维护等方面的问题，使地暖设备的使用更加完善74 经济耐用传统的散热器采暖多采用钢管和铸铁形式，但往往会出现结垢和腐蚀的情况，一般810年就要更换一次；而地板采暖则采用新型的塑料管材，如交联聚乙烯、交联铝塑复合管等，抗腐蚀、不结垢，正常使用寿命一般在50年以上，节省维修费用。5 高效隔音目前我国楼板一般选用预制板或现浇板，隔音效果差，楼上走动，就影响楼下，采用地板采暖增加了保温层，具有非常好的隔音效果，可降低噪音污染，采暖过程中无任何噪音，有利于家人的身心健康8。6 生热较快与传统供暖方式相比，地面辐射采暖是从设计角度出发，把原来的一栋楼或一个单元作为一个采暖系统改为每一户一个独立的采暖系统，用户只需在分水器进户管上安装设有特殊装置的热量计算表，就能实现按户控制和计量收费。优点是升温快，对地面的面层没有要求。1.3未来的发展方向低碳经济为中国水地暖的发展提供了大的经济背景，那么水地暖全面在中国采暖市场普及的市场突破口又在哪呢？笔者认为“农村包围城市”是水地暖企业获得市场的明智之举。就目前中国“水地暖”的市场的分布情况来看，除了南方各省市外，北方采用水地暖方式采暖的地区大部分为集体供暖或者燃气管道的缺失区，而我国广大农村自建国以来就从未采用过集体供暖，大部采用燃煤炉独立供暖。以后农村的发展方向是水地暖的一个重要方向。91.4面临的问题在中国地板采暖行业发展的前10年中，低温热水地面辐射供暖最先被广大房地产开发商以及设计研究院等部门所最先接受，从而导致了水地暖在中国的发展速度要远远超过电地暖，市场份额也占了绝对优势。但好景不长，水地暖的高速发展最终变成了一把双刃剑，国产管材企业以及地暖施工单位之间过于激烈的市场竞争，使行业利润持续下滑，利润空间再度被压缩到一个低得不能再低的地步，水地暖的利润空间趋于逐渐空白。102.方案的选择与论证2.1 压缩机的分类2.1.1 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。11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。122.1.2 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。13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。14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。2.2 压缩机的比较2.2.1 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。152.2.2 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。162.2.3 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。172.2.4 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）。18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。2.3 冷凝器的设计选型2.3.1 冷凝器概述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。19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。(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。203 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。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。2.4 蒸发器的设计及选型2.4.1 蒸发器概述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。2.4.2 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。综上所述,由于在此次设计中的制冷剂为R407C，故而可选择干式氟利昂蒸发器。2.5 制冷剂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。2.5.1 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。212.5.2 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。223 设计计算3.1水地暖系统的设计计算3.1.1房间热负荷的计算(1)建筑条件：空心砖（双面抹灰），厚120mm，两面抹灰各20mm,传热系数，传热阻；外窗：单层金属窗，长X宽=1X1m，缝隙长 8.5mm/窗；外门：单层钢门，单扇，缝隙长 8.8mm；屋面：平屋顶，；地面：不保温的贴土地面；冬季室外平均风速1.8m/s,主导风向NE.(2)围护结构的基本耗热量 (3-1)K-围护结构的传热系数， F-围护结构的传热面积，m2 -冬季室内计算温度， -围护结构的温度修正系数 -供暖室外计算温度，北外墙：(3-2)北外窗： (3-3) 西外墙：(3-4)西外窗：(3-5)南外墙：(3-6)南外窗：(3-7)东外墙：(3-8)东外窗：(3-9)南外门：(3-10)地面：(3-11)屋顶：(3-12)(3)冷风渗透耗热量：对于6层及6层以下的建筑，计算计算冷空气的渗入量时主要考虑风压的作用，其中通过每米门、窗缝隙进入室内的实际渗透冷空气量可用表示，则冷风渗透耗热量(3-13)在基准高度风压的单独作用下，通过每米门、窗缝进入室内的冷空气量，单位，可根据冬季室外平均风速查供热工程附录表2.2可得，外窗：1.5；外门3.023 渗风量的朝向修正系数，查供热工程表2.11可得 东 南 西 北 0.7 0.4 0.35 0.7冷空气的定压比热容，1.0供暖室外计算温度下的空气密度，北外窗：西外窗：南外窗：东外窗：南外门：(4)冷风侵入耗热量：冷风侵入耗热量=外门基本耗热量*外门附加率（一道门的外门附加率为） (3-14)(5)房间总耗热量： (3-15)(6)辐射供暖系统热负荷的计算全面辐射供暖的设计负荷，w对流供暖系统热量计算方法得出的设计热负荷，w修正系数，取0.9局部采暖面积与房间面积比值大于75%时，按全面采暖耗热量计算，因此 (3-16)3.1.2盘管的设计计算1） 由设计条件可知，设计参数：建筑面积：100 室内温度：18 环境温度：-5 额定水温：55 最高水温：60 电压（V）220V/50HZ 381V/50HZ 自来水压力：0.3MPa2） 额定供水温度为55，根据小型制冷装置设计指导可查得：供回水温差应不大于10,所以本次设计取回水温度为45.3） 查表可选用间距为200mm,的铝塑复合管4） 将加热管系统作为内热源，则 (3-17)热水质量流量，水的比热容，热水供水温度，热水回水温度，地板体积，由前面计算可得地面辐射量为3289.5W;水的比热容为；因此，解得又因为(3-18)带入数据解得=1m/s3.1.3 热水箱的组成（1 ）外壳外壳对热水箱保温材料等起防护作用，并对热水箱起支撑作用，所用材料有塑料、玻璃钢、彩色钢板、冷轧钢板、压花铝板、不锈钢板等。24（2 ）保温层外壳与内胆之间的保温层，起减少热损失的作用（保温24h，热水温度的下降应不大于4）。保温层所采用的隔热材料（也称为绝缘材料、保温材料等）通常有发泡聚氨酯、发泡聚苯乙烯、玻璃纤维、岩棉等，也可因地制宜采用软木板、稻壳、锯木屑、炉渣，矿渣棉、膨胀珍珠岩、泡沫混凝土等。在设计选用隔热材料时，应注意一下几点：第一：保温层的保温性能主要取决于隔热材料的热导率，应尽量选用热导率小的材料（热导率随温度、湿度、材料自身的密度和所含水分等而变化，设计时必须考虑这些因素的影响）。第二：保温层一般是被外壳和内胆密封在中间的，但由于某中原因造成局部密封破坏时，水分可能进入部分保温层，因此应要求隔热材料被水浸润时不应渗出有害的化学成分，而对内胆、外壳或其他部件造成腐蚀。第三：保温层应具有一定的机械强度（否则应在外壳与内胆之间设置支撑结构），且尺寸稳定、密度小、价格低。第四，保温层厚度的确定方法。设热水箱中热水温度24h允许降低的幅度为，且假设保温层热阻是防止热水箱热量损失的主要热阻时，保温层厚度可用式(9)估算（应不小于20mm）。25（3 ）内胆 内胆是决定热水箱耐压程度和寿命的部分，其质量好坏取决于所采用的材料和制造工艺。金属和非金属材料均可用作内胆材料，常用的金属内胆材料有铜板，防锈铝板、镀锌铁板、不锈钢板、内涂塑料钢板、内涂搪瓷钢板等。钢板和防锈铝板相对较贵且强度较低。镀锌铁板使用一定时间后，易生锈、腐蚀、易漏，寿命也短。不锈钢使用寿命长，应用较广，但易使焊缝处产生腐蚀（易被自来水中的氯离子腐蚀，给水质带来污染）和漏水问题，且内胆易结污垢。钢板内涂得塑料有尼龙、氟树脂等，具有防腐性能好、涂层厚、重量轻和热塑性能优良、不会产生电化学腐蚀、防垢性好等优点，但在热膨胀系数与金属材料的一致性，耐温性、寿命等方面可能有一定限制。钢板内涂搪瓷内胆是由优质钢板涂高石英的搪瓷构成，耐酸碱腐蚀，电绝缘，不易结污垢，水质卫生，可承受-60-450的温度变化。热水箱中还可设置镁棒作为保护阳极，防止内胆材料的腐蚀。热水箱内胆材料也可用非金属材料，如玻璃钢、钢筋混凝土、陶瓷、塑料或高分子聚合物亚克力等，并各有独到之处。如玻璃钢水箱重量轻，强度高、耐腐蚀、安装维修方便，大容积的水箱可以现场组装；钢筋混凝土水箱造价低，适用于大型水箱，但重量大、管道连接处理不好容易漏水等。3.2热水箱的设计计算设计其为圆筒状，其内部尺寸为高H=1m，R=0.2m。 保温层的厚度可用下式估算： (3-19)式中隔热材料的厚度，mm； =1.0-2.0，可根据热水箱的大小及保温层密封性、隔热材料性能随长期使用的变化特性进行调整；- 隔热材料的热导率，W/（m）； F - 热水箱的内表面积，；- 热水温度与热水箱周围环境温度之差，；-热水箱中的热水温度24h允许的下 降幅度，； M-热水箱内热水的质量，t；隔热材料为聚氨酯绝缘泡沫其，其,，F=0.13， (3-20)代入上式得： (3