300㎡户式空气源热泵水地暖系统设计【含CAD图纸+文档】
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300m2空气源热泵水地暖系统本科毕业设计（论文） 题 目 300m2空气源热泵水地暖系统学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师(职称) 完成时间 1300m2空气源热泵水地暖系统摘要空气源热泵在我国寒冷地区和夏热冬冷地区许多工程中的应用实践表明：该设备在冬季可提供50左右的低温热水，节能效果非常明显。 过去，空气源热泵、水地暖系统通常各自在建筑中发挥节能作用，互不关联，未能发挥综合效益。本次设计把空气源热泵和水地暖系统有机结合起来，优化组合成一个新的建筑采暖系统，形成新的建筑节能系统空气源热泵水地暖系统。设计内容主要为房间热负荷的计算、供暖管道的水力设计计算、压缩机的选型计算、冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算、水箱的设计计算以及一些辅助部件和电控系统的设计。关键词 空气源热泵/水地暖/节能/温度控制300m2 AIR SOURCE HEAT PUMP WATER HEATING SYSTEMABSTRACT Practice shows that the application of many engineering air source heat pump in cold area of China and in summer hot and winter cold area: the equipment can provide low temperature hot water in 50 winter, energy-saving effect is very obvious. In the past, the air source heat pump water heating system, usually play their role in saving energy in buildings, unrelated, failed to play to the comprehensive benefits. The design of the air source heat pump and water heating system organically, optimizing the combined into a new building heating system, the formation of energy-saving building - air source heat pump water heating system new. The main content of the design for the room heat load calculation, heating pipes of the hydraulic calculation, compressor selection calculation, condenser, evaporator design and calculation of design calculation, design and calculation of the water tank and some auxiliary parts and electrical control system design. KEY WORDS air source heat pump, water heating, temperature control, energy savingII目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题背景11.2 空气源热泵水地暖的工作原理及特点11.2.1 空气源热泵水地暖的工作原理11.2.2 空气源热泵水地暖的特点21.3空气源热泵水地暖的前景展望41.4空气源热泵水地暖的设计条件及要求52 方案的选择与论证52.1压缩机52.1.1压缩机的概述52.1.2压缩机的比较62.2制冷剂102.2.1制冷剂的概述102.2.2 制冷剂的分类112.2.3 制冷剂的选择原则122.2.4 制冷剂的确定132.3 冷凝器142.3.1 冷凝器的概述142.3.2 冷凝器的比较152.4蒸发器172.4.1蒸发器的概述172.4.2 蒸发器的比较173 设计计算183.1水地暖系统的设计计算183.1.2地暖盘管的设计计算213.1.3循环水泵的选型计算213.1.4增压循环泵的选择233.1.5地面结构层的设计233.2空气源热泵机组的设计计算233.2.1压缩机的选型计算233.2.2冷凝器的设计计算283.2.3蒸发器的设计计算313.2.4风机的选择393.2.5 节流机构的选择403.2.6保温水箱的设计计算484控制系统的设计514.1开机控制514.2自动温度控制524.3自动防冻控制524.4自动除霜控制524.5手动除霜控制534.6保护控制534.6.1风机过载保护534.6.2热过载保护534.6.3缺相保护534.6.4高低压保护545辅助器件的选择545.1 油分离器的选择545.2气液分离器的选择555.3干燥过滤器的选择555.4储液罐的选择565.5 视液镜的选择565.6其它热泵部件的选取565.7设计部件选型汇总57结束语59致谢61参考文献621 绪论1.1 课题背景近年来，随着人们生活水平的不断提高，对住所舒适度的要求也越来越高，使建筑能耗量大幅度增加。目前，我国采暖地区冬季采暖能耗为全国总能耗量的10，且这一比例还在不断增长，据建设部推算，到20202030年，我国建设能耗将占社会总能耗的30一40，达到欧美国家目前比例，并将超过工业能耗，成为社会第一能耗大户。我国城市居民采暖主要是城市集中供暖，采暖方式主要是传统的散热器采暖方式。然而随着科技的发展，传统的供暖方式环境污染、锅炉房及外网占地巨大，系统失调，热舒适度不高和收费难等问题凸现出来。于是，一种全新的采暖方式一空气源热泵水地暖技术逐渐兴起。空气源热泵水地暖系统是以少量电能为驱动能源，通过空气源热泵做功，从空气中提取热量进而制取热水，热水在加热管内循环流动加热地板，通过地面以辐射和对流的传热力式向室内供热的供暖系统该系统以整个地面作为散热面，地板在通过对流换热加热周围空气的同时，还与人体、家具及四周的维护结构进行辐射换热，从而使其表面温度提高，其辐射换热量约占总换热量的50以上，是一种理想的采暖系统。它是空气源热泵系统与低温热水地面辐射供暖系统联合使用的产物，社会与技术发展的一种必然趋势。1.2 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空气源热泵水地暖系统通常由空气源热泵机组（由压缩机、节流装置、冷凝器、蒸发器，水箱、风机等构成）、采暖主管道、分集水器、温控系统、地面结构层等构成。大户型房屋还配有采暖循环水泵，起增压作用。其工作原理是：低温低压的制冷剂在蒸发器内蒸发，吸收空气中的热量，进入电机驱动的压缩机，在压缩机内被压缩为高温高压状态，然后进入冷凝器，在冷凝器内制冷剂凝结为液态并放热，放出的热量将水加热，放热后的液态制冷剂经过节流装置又变为低温低压的状态，再次进入蒸发器循环工作，加热得到的温度范围内的低温热水，由干管送到分水器，再由分水器输送到各个房间的地面盘管系统，热水在地面盘管内循环流动，将地面加热至左右，地面通过热辐射和空气热对流向房间输送热量，室内温度可达到以上。图1-1空气源热泵的工作原理图1.2.2 空气源热泵水地暖的特点1.2.2.1 高效节能传统的散热器采暖方式房间温度 由上而下,逐渐降低.而地板采暖房间温度由下而上,梯度递减。由于身高 的原因,人体一般只能感知房间内距地面1.8米以下的温度,而在这一范围内地板辐射采暖的实感温度比室内温度高出2-4。室内温度每降低1可节约燃料10%2。另一方面,低温热水在传递过程中,无效热损失少。最后空气源热泵水地暖系统因充分利用了环境中的免费空气能，达到消耗 1 份能量得到 3 份以上能量的节能效果。与传统的燃气式地暖消耗1份能量得到少于1份能量相比节能效果更明显。由表 1-1可见。1.2.2.2舒适性好图1(a)为传统的散热器采暖，容易在室内形成个不均匀温度场，使空气受热上升，在房间上部形成热空气滞留层，使房间上部过热，降低热量的有效利用率。从图1(b)可看出，主要依靠地面辐射换热，地板采暖使人所在的距离地面2m以下的空间，温度梯度较小，并且脚部温度要比头部温度高23*C，这样就产生一种“脚暖头凉”的十分舒适的效果，符合人体生理学特点4。表1-1电地暖、空气源热泵地暖与天然气使用的能源费用比较3地暖热源形式燃气地暖电地暖空气源热泵水地暖(1)能源种类天然气电少量电单位能源热值8600kcal/m3860kcal/kw.h860kcal/kw.h效率(2)100%100%350%需要能源量1m3/h10kw.h/h2.85kw.h/h居民能源单价(3)2.5元/ m3.h0.5元/ kw.h.h0.5元/ kw.h.h地暖制热需要费用(4)2.5元/ h5.0元/ h1.42元/ h相对耗能率100%200%56%注 ：(1)空气源热泵地暖的能源效率值 350是根据整个李节的平均综合能效比得出：燃气地暖或电地暖因系统的热损失实际效率会低于100 (2)根据上海市的居民能源费用计算：电价根据峰 电0.62 元kwh ，谷电 0.31 kw h h 进行了加权平均所得. (3)该 费用是 根据满 负荷进行 的 1h 费用计 算，公式为：单位 时间的运行费用=能源单价(需要 获得 的热量(能源热值效率)实际运行过程 中,一天当中平均 1个小时的运行 费用会少于现在的数值 (4)以上计算结果 为试算值 ，实际使 用费用会因用户使用习惯及客观气象等因素而有所不同。1.2.2.3清洁无污染空气源热泵水地暖系统能有效减少强制对流采暖和散热器采暖因对流换热所引起的室内空气扰动，从而减少室内空气中的灰尘含量，另一方面，空气源是热量的源泉，泵是使用相对少能源 (如电力 )来使热量从低温环境流 向高温环境的节能装置 ! 据 IEA (国际能源机构 )的数据显示，热泵能将外气的热量聚集起来送入室内。进行高效的制热，以减少2吨的 CO2 排放量 ，1 8全世界建筑暖气排出的 CO25。空气源 以室外空气为热源，有无需特殊的获取设备和专业机构的批准就可以随时随地获取的特点；热泵作为节能装置本身消耗 的功仅为供热量的三分之一或更低。而且热泵是一项减少温室效应卓有成效的技术，上的取暖和供热水差不多都是采用燃烧矿物燃料的方式，此排放出来的CO2量约占世界全部排出量的30%。1.2.2.4节省建筑面积常规暖气片采暖，一般100m2占有效使用面积达2m2左右，而且上下立横管多，给装修和使用带来不便。地板采暖则是将加热盘管全部置于地面装饰层以下，地面上只有分集水器，几乎不占用任何实际使用面积7。1.2.2.5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6。1.2.2.6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7。1.2.2.7安全可靠耐酸碱盐腐蚀、耐高压，耐高温，耐穿透、不生锈、不产生管结垢、管内保持光滑，摩擦力小，保持良好的水质，是无毒环保型产品8。1.2.2.8利于分户计量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量表，就能实现按户控制和计量收费9。1.3空气源热泵水地暖的前景展望随着我国住房政策、能源结构及建筑节能等方面改革的逐步深人，人们的居住观念已从单一注重实用性、功能性等低水平的简单要求向舒适性、环保性及智能性等高层次需求转变。而空气源热泵水地暖系统舒适、节能、环保、安全、经济等众多优点适应了21世纪住宅标准及人类心理要求的居住条件的发展趋势，同时也是国家完成节能减排任务的的重要措施之一，所以在今后的建筑采暖中，空气源热泵水地暖系统必然将逐步超越其它采暖方式，成为采暖系统的首选16。1.4空气源热泵水地暖的设计条件及要求（1）原始资料及技术条件：建筑面积：300m2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 380V/50HZ自来水压力：0.3MPa（2）设计要求：要求在给定的工况下，满足使用的需要。设计计算：系统循环热力计算、制冷工质的选择、主机选型计算、机组水泵选型计算、冷凝器设计计算、蒸发器设计计算、地暖模块，采暖管选型计算、保温水箱尺寸、厚度计算等。调节控制设计：地暖温控器的选择、制冷工质流量调节、其它仪电控部件选择。 设计图样总装图、主要零件图、系统流程图、仪电控原理图。2 方案的选择与论证2.1压缩机2.1.1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。15KW以下的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。由于此次设计的空调系统的制冷量为3.5kw，因此本设计选用全封闭式制冷压缩机。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4。2.1.2压缩机的比较2.1.2.1 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。2.1.2.2 涡旋式制冷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。涡旋式压缩机的效率高，运行平稳，外形尺寸小，重量轻，噪声低，且零件少，与往复式压缩机相比，涡旋式压缩机比往复式小40%，重量减轻15%，效率提高10%，噪声降低了35db。其主要特点有:(1) 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；(2) 结构简单，零部件少， 尤其易损件少，体积小，重量轻；(3) 对液击不敏感;(4) 转速高，有利于实现变频控制的方式来调节制冷量；(5) 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；(6) 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；(7) 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；(8) 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35HP3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：(1) 进一步改进涡旋盘加工制造工艺， 降低成本；(2) 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；(3) 研究变转速下涡旋式压缩机性能， 提高工作转速；(4) 研究开发自转型涡旋式压缩机等。 图2-1自转型涡旋式压缩机2.1.2.3 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。2.1.2.4 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。2.1.2.5 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%6。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。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，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制冷剂2.2.1制冷剂的概述制冷剂又称制冷工质，是制冷循环中的工作介质，制冷剂在制冷机中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。简而言之，制冷剂就是制冷系统中传递能量、实现循环的工作介质。习惯上又称制冷剂为制冷工作介质或简称工质。乙醚是最早使用的制冷剂，当前，能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。本世纪30年代氟里昂制冷剂的出现，对制冷技术产生了推动作用。由于其无毒、无味、不燃和无爆炸等优点，且腐蚀性小，热稳定性和化学稳定性好，逐步成为一种较理想的制冷剂，得到了广泛的应用。早期使用的制冷剂有乙醚、二氧化硫、氯化钾、二氧化碳等。由于其本身的缺点,现除二氧化碳还用于生产干冰等制冷系统外,其余均被淘汰。现被采用的制冷剂约有二三十种,主要有氨、氟利昂、水等。从19世纪30年代,Perkins发明了蒸气压缩式制冷循环后,人类迎来了制冷技术的发展期,而制冷剂的发明、更新和替换始终贯穿整个过程11。目前根据新时期的发展要求,制冷剂又将面临新的挑战。表2-1所表示的是J . M. Calm所描述的制冷剂的发展的4个阶段表2-1制冷程剂发展历第1代第2代第3代第4代年代1830-19301931-19901991-20102010-原则能用即可安全与耐久性臭氧层保护防止全球变暖，低ODP，低GWP，高效制冷剂醚类，CO2，空气，甲酸甲酯CFCs, HCFCs NH3 ,H2O( HCFCs ) , HFCs , NH3 ,H2O ,HCs ,CO2( HCFCs ) , NH3 , H2O , HCs , CO2 ,空气为发展制冷工业,人类发明了各种各样的制冷剂。但是,目前已经发现或者潜藏着对环境的危害作用。这时,第1代制冷剂中的“天然制冷剂”重新燃起了人们的希望。2.2.2 制冷剂的分类制冷剂的分类方法有很多种，常用的方法有以下几种：（1）按组成区分，有单一制冷剂和混合型制冷剂。单一制冷剂是指用作制冷剂的物质在化学上是单一的、纯净的物质，不包括溶液或其他混合物。包括无机化合物、卤代烃、碳氢化合物和乙醚及其氟代物等。而混合型制冷剂又可分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂两类。（2）按化学成分，主要有三类：无机物、氟利昂和碳氢化合物。其中本世纪30年代氟里昂制冷剂的出现，对制冷技术产生了推动作用。由于其无毒、无味、不燃和无爆炸等优点，且腐蚀性小，热稳定性和化学稳定性好，逐步成为一种较理想的制冷剂，得到了广泛的应用。但是氟里昂有其缺点，它是一种温室效应气体，而且它会一定程度的破坏大气层中的臭氧（氟氯碳化合物扩散至同温层时0 如11（CFCl3），其T023.7，适用于空调系统的离心式制冷压缩机中，通常30时，Pk3.06Kg/cm2 。；标准沸点在-46以上的称为中温制冷剂，冷凝压力Pk 20Kg/cm2（绝对），-60 T0 0。如717、12、22等， 一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中；而标准沸点在-46以下的称为低温制冷剂，冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），T070，如13（CF3Cl）、14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或70以下的低温装置中。2.2.3 制冷剂的选择原则选择制冷剂时主要应考虑以下几个方面：2.2.3.1 热力学性质方面（1） 在工作温度范围内有合适的压力和压力比，即希望蒸发压力不低于大气压力，避免制冷系统的低压部分出现负压，使外界空气渗入系统，影响制冷剂的性质或加剧对设备材料的腐蚀或引起其它一些不良后果（如燃烧、爆炸等）；冷凝压力不要过高，以免设备过分笨重；冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大，以免压缩终了的温度过高或使往复式压缩机的输气系数过低。（2） 单位制冷量q0和单位容积制冷量qv比较大。（3） 比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。（4） 等熵压缩的终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化（润滑油粘性下降、结焦）或制冷剂在高温下分解。2.2.3.2 迁移性质方面(1)粘度、密度尽量小，这样可以减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。(2)热导率大，这样可以提高热交换设备的传热系数，减少传热面积，使系统结构紧凑。2.2.3.3 物理化学性质方面 (1) 无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。(2) 化学稳定性和热稳定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。(3) 对大气环境无破坏作用，即不破坏大气臭氧层，没有温室效应。2.2.3.4 其它原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。除了以上共同要求外，不同型式的制冷系统和制冷压缩机对制冷剂还有一些特殊要求，比如说：（1）离心式压缩机要求制冷剂的相对分子质量要大，以提高压缩比，减少级数。（2）制冷量在200W以下的制冷机要求制冷剂的单位制冷量要小，以免压缩机的尺寸过小，加工困难；制冷量大于1000W的制冷机要求制冷剂的单位容积制冷量要大，以减少压缩机的尺寸和制冷剂容积流量。（3）小型制冷系统要求制冷剂与润滑能相互溶解，以便利用回气夹带回油，简化系统。（4）全封闭和半封闭式制冷压缩机要求制冷剂电绝缘性能好。完全满足上述各种要求的制冷剂并不存在，各种制冷剂都是某些方面较优，而在另一些方面不足。应根据工程实际需要，在满足特定要求的前提下，权衡取舍，找出最佳方案。总而言之，到目前还没有找到一种可用于替代的理想制冷剂，各种研究仍在努力。2.2.4 制冷剂的确定R404a是一种近共沸混合制冷剂，其组成成分为R125/R143a/R134a，质量配比为44/52/4。R404a相对分子质量为97.6，临界温度为72.1，临界压力3.73Mpa，标准泡点-46.5，可用于-60-25的制冷温度范围，如低温冷、速冻机等装置的制冷系统。在本系统中考虑到经济成本问题，压缩机选型计算以及截流机构等其他零部件的选择问题，可选用R404a作为高温级制冷剂。R23，又名三氟甲烷，分子式为CHF3，无色无臭气体。分子量为70.01， 蒸汽压 2504kPa(20)，熔点 -155， 沸点-84， 溶于水相对密度(水=1)1.52(-80)；相对密度(空气=1)2.43， 性质稳定。为不燃气体，主要用作低温致冷剂及作为灭火剂和制造四氟乙烯的原料。属低毒类，但受热分解释出剧毒的烟雾。氨具有优良的热力性能、ODP = 0和GWP 1，但有毒,在化学工业和食品工业中以及中央空调(欧洲) 都重新得到了应用；二氧化碳ODP = 0和GWP = 1 ,用跨临界循环热泵提供热水,作为复叠循环低压级和低温载冷剂时具有优良性能。碳氢化合物ODP =0和GWP 1 ,用于冰箱制冷剂和发泡剂,也可用于冷水机组,RAC 和PAC等,但易燃易爆,这非常不利。水ODP = 0和GWP 51，流量152.9。满足要求。3.1.4增压循环泵的选择本设计增压循环泵的选择主要考虑扬程和水流量。1、扬程的计算。由经验公式得：H=Z+0.05L ，其中：Z 为循环管路落差，L 为管路总长。粗略计算可知Z=2.2m，L=15m，代入上式求得H=2.95。2、水流量的计算。已知两台机组总的制热量为52Kw，当水箱内的温度降到50时，启动增压循环水泵，把水加热到55，则把数据代入式（3-1）可得，增压循环泵的水流量为9。此时冷凝器内管水流速为3m/s，不合理。所以取v=3m/s，则水流量为6.35。那么循环泵的水流量最大不能超过6.35。由表3-5，本设计选取型号为IS/CIS50-32-125，扬程为5，流量为6.3的水泵作为增压循环泵，由于其单击扬程52.95，流量6.318.7Kw，接头尺寸为7/8英寸（21.4mm），采用螺纹（ODF）的连接方式。表5-1 A-W系列油分离器 型号规格容量 Kw接头尺寸 英寸 尺寸A英寸 尺寸B英寸A-W 55824 6.21/2 ODF 4.010.75A-W 55855 15.95/8 ODF13.2A-W 55877 237/8 ODF15.0A-W 55889 30.11 1/8 ODF16.25A-W 559011 40.71 3/8 ODF19.55.2气液分离器的选择气液分离器的功能是将蒸发器、进压缩机气流中的液滴分离出来，防止压缩机发生液击，主要用与工质充注量较大、压缩机进气可能带液且压缩机对湿压缩较敏感的情况。根据设计的制冷量18.7KW和吸气管内径为24mm。于是我们可以选取了爱默生的A-AS5179型号的气液分离器。其容量为23Kw（7.2ton ）18.7Kw，接头尺寸为1英寸（24.5mm）。5.3干燥过滤器的选择由于水分和杂质的存在均会对热泵的性能和寿命带来不利的影响，因此干燥过滤器是热泵装置中必需的。根据设计的制冷量18.7Kw和冷凝器至节流阀之间的液体管的管径为16mm， 于是我们可以选取了爱默生的ASF75S11-VV型号的干燥过滤器。其热泵工质流量为5.6Ton(19.6Kw)18.7Kw，连接尺寸为1-3/8，满足要求。表5-2 A-A系列气液分离器 型号 接口尺寸 英寸存放液体 容量 kg名义制冷量（Ton）（蒸发温度）-18 -7 4A-AS51263/4 9(4.08) 1.0 1.6 2.3A-AS51277/8 9(4.08)1.8 2.8 4.0A-AS51377/8 9.5(4.31)1.8 2.8 4.0A-AS5139 1-1/8 9.5(4.31)3.1 5.0 7.2A-AS5179 1-1/8 12(5.44)3.1 5.0 7.2A-AS51711 1-3/8 12(5.44)4.6 7.3 10.7A-AS61411 1-3/8 13(5.90)4.6 7.3 10.75.4储液罐的选择储液器通常安装在冷凝器之后，用来储存冷凝器来的工质液体，以适宜工况变化和减少补充工质的次数。其容量可按机组每小时工质循环量的1/31/2确定。由管道设计可知，冷凝器至节流阀之间的液体管的管径为16mm，于是我们选取了上海坤棱制冷设备有限公司的CR-106L型号的储液器。其进口尺寸3/4英寸（18.38mm）以及其容量17.65磅（8Kg），符合要求。5.5 视液镜的选择根据接口口径尺寸为28mm以及ODF（焊接接口），于是我们选取了EMERSON的AMI-1SS9型号视液镜；AMI系列液体水份指示器系设计以提供一种准确的方法来确定系统的热泵工质的品质和含水量。烧结的视液镜可以广角目视系统的热泵工质，因此很容易看到系统内的气泡或闪发气体。在目镜内中心位置的指示器元件对水份高度灵敏，并随着系统内水份含量的变化逐渐改变颜色。表 5-3 AMI系列视液镜 型号连接尺寸 长度 结构 AMI-1SS2 1/4 2.25铜管焊接 AMI-1SS3 3/8 2.25 AMI-1SS4 1/2 2.63 AMI-1SS5 5/8 2.63 AMI-1SS7 7/8 3.13 AMI-1SS9 1/8 3.385.6其它热泵部件的选取通过参考参考Emerson Climate Technologies资料选取其他热泵部件如下：喷液电磁阀200RB2T2(PCN*053105)型号、针阀CT-110型号、高低压控制器PS2A7K型号、高压表MR-305 DS-MULTI 35BAR型号、低压表MR-205 DS-MULTI 16BAR型号。5.7设计部件选型汇总经过以上机组部件的优化设计，可得出以下部件选型汇总表，如表5-4所示。 表5-4 设计部件选型汇总表序号 零件名称 规格型号数量生产厂家 备注 1 热泵压缩机ZH92K4E-TWD1台 谷轮 2 热力膨胀阀HFESC 6 +MCA 1个 EMERSON 3电磁阀200RB4T57个 EMERSON 4 干燥过滤器ASF75S11-VV1个 EMERSON 5储液器CR-106L1个坤棱 6 气液分离器A-AS51791个 EMERSON 7 油分离器A-W 558771个 EMERSON 8视液镜AMI-1SS91块 EMERSON 9 喷液电磁阀200RB2T2(PCN*053105)1个 EMERSON 10针阀CT-1102个鸿森阀门工具厂 11 高低压控制器PS2A7K1个 EMERSON 12高压表MR-305 DS-MULTI 35BAR1块REFCD 13低压表MR-205 DS-MULTI 16BAR1块REFCD 14风机YWF4E-4502台乐丰 结束语经过了一个学期的学习和努力，在赵敏老师的悉心指导和严格要求下，我终于完成了300m2空气源热泵水地暖系统的毕业设计。从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，也成就了我在大学期间独立完成的最大的项目。从一开始的文献翻译，文献综述，我就不断地在图书馆查阅有关毕业设计相关的资料，来充实自己的头脑，让自己更加了解本次课程设计的关键点是什么，我需要从哪个地方开始着手，我可能会遇到什么困难，做过大量的前提工作之后，我开始了我的毕业设计过程。在具体设计的过程中，我遇到了更大的困难。我不断地给自己提出新的问题，然后去论证、推翻，再接着提出新的问题。每一次改进我都收获良多，每一次修改后的成功我都能兴奋好长一段时间。虽然我的设计作品不是很成熟，即使借鉴前人的很多资料仍然还有很多不足之处，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个设计中我加入了自己鲜活的思想。对装置的布局进行了更加合理的设计，使整体看起来美观，紧凑。在紧张的三个月设计的日子里,我终于如愿以偿地完成了我的毕业设计，我感触很深，感觉到自己又学到了很多书里书外的知识。我不仅巩固了以前学过的专业课程，而且还学会了如何查找各种有用的文献和资料，懂得如何去运用它们。这次设计也是一次综合能力的煅炼，它综合了计算机，英语等各方面知识。更重要的是，我对暖通设计有了进一步的了解，端正了我对设计的态度，它直接关系到我们设计的成败。在这次设计中我们主要用到的是用AutoCAD画图，这使我的机画能力提高了不少，对机械制图也有很深的巩固。通过此次毕业设计，我深切地感受到自己的理论水平以及运用能力都有了较大的提高,也学到了许多东西：首先通过这次设计，我了解了做设计必须具有全局观念，只有这样才不至于在设计中偏离主方向。其次，通过设计提高了我的与他人探讨与合作的能力，也锻炼了我的实际动手能力及综合运用知识的能力。但同时也发现
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