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分体式热泵空调机设计 制冷及低温原理课程设计 学生姓名 朱瑞 指导教师 刘玉东 副教授 专 业 热能与动力工程 学科门类 工程热物理 重庆大学动力工程学院 二 O 一五年四月 目录目录 前言前言 1 1 1 1 设计目的和要求设计目的和要求 2 2 1 11 1 目的目的 2 2 1 21 2 要求要求 2 2 2 2 设计任务设计任务 3 3 3 3 设计依据设计依据 4 4 3 13 1 设计原始资料设计原始资料 4 4 4 4 热力计算 热力计算 8 8 4 14 1 夏季单独制冷夏季单独制冷 8 8 4 24 2 制热工况制热工况 1212 5 5 系统选型 设计系统选型 设计 1515 5 15 1 压缩机选择压缩机选择 1515 5 25 2 夏季制冷工况下蒸发器的设计夏季制冷工况下蒸发器的设计 1616 5 35 3 冷凝器选型冷凝器选型 2929 5 45 4 校核制热工况下室内机校核制热工况下室内机 3737 6 6 节流阀选择 节流阀选择 4242 6 16 1 制冷工况毛细管的选择计算制冷工况毛细管的选择计算 4242 6 26 2 制热工况毛细管的选择计算制热工况毛细管的选择计算 4343 7 7 制冷系统管道设计计算制冷系统管道设计计算 4444 7 17 1 吸气管吸气管 4444 7 27 2 排气管排气管 4747 7 37 3 高压液管高压液管 4848 7 47 4 低压液管及回气管低压液管及回气管 4949 8 8 其他设备的选择其他设备的选择 5050 8 18 1 干燥过滤器干燥过滤器 5050 8 28 2 电磁阀选择电磁阀选择 5151 8 38 3 气液分离器的选择气液分离器的选择 5252 8 48 4 消声器的选取消声器的选取 5353 8 58 5 四通阀的选择四通阀的选择 5555 9 9 设计冬季室外除霜方案 设计冬季室外除霜方案 5757 9 19 1 除霜循环除霜循环 5757 9 29 2 热气旁通阀的选择热气旁通阀的选择 5959 10 10 热泵系统图及室内外机结构设计热泵系统图及室内外机结构设计 6060 10 110 1 热泵系统图热泵系统图 6060 10 1 110 1 1 热泵系统图热泵系统图 6060 10 1 210 1 2 热泵系统图描述热泵系统图描述 6161 10 210 2 室内外机结构室内外机结构 6262 10 2 110 2 1 室内机结构室内机结构 6262 10 2 210 2 2 室外机结构室外机结构 6363 10 2 310 2 3 蒸发器结构蒸发器结构 6464 10 2 410 2 4 冷凝器结构冷凝器结构 6565 11 11 设计感想设计感想 6666 12 12 参考文献参考文献 6767 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 0 前言前言 制冷空调的水平是一个国家现代化的重要标志 在现代社会中 在国民经 济各个行业 如 高科技 建筑水利 医疗卫生 日常生活等各个方面 制冷 空调都已经成为必不可少的部分 因此 学习 制冷与低温技术原理 课程显 得异常重要 制冷与低温原理课程设计是 制冷及低温技术原理 课程的重要教学环节 之一 通过这一环节达到了解制冷系统的设计内容 程序和基本原则 学习设 计计算方法 巩固所学知识 培养学生运用所学知识解决工程问题的能力 通 过课程设计要求学生了解制冷装置设计的一般步骤 培养运用设计规范和设计 手册的能力 能正确的应用所学知识进行设计计算 并掌握绘制装置图纸的能 力 本次课程设计的设计内容为 设计分体热泵型房间空调器 根据设计参数进 行制冷 热泵系统的方案设计和热力计算 选配制冷压缩机 设计室外和室内换 热器 完成辅助设备的计算和选用 以及制冷系统管路设计 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 1 1 1 设计目的和要求设计目的和要求 1 11 1 目的目的 本课程设计是 制冷及低温技术原理 的重要教学环节之一 通过这一环 节达到了解制冷系统的设计任务 设计步骤和基本原则 学习设计计算方法 巩固所学知识 培养学生运用所学知识解决工程问题的能力 1 21 2 要求要求 1 了解制冷装置设计的一般步骤 2 培养运用设计规范 设计手册的能力 3 能正确应用所学知识进行设计计算 4 初步具备绘制装置图纸的能力 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 2 2 2 设计任务设计任务 设计一台分体式热泵空调器 使其额定制冷能效比 EER 不小于 3 0 制冷剂采用 R22 进行热泵空调器的方案设计 热力计算 选配制冷压缩机 定频或变频 设计室外和室内换热器 完成辅助设备的计算和选用 制冷系统管路设计 根 据设计规范命名空调器的型号 并确定其能效等级 室内外机均采用翅片管式换热器 气候类型为 T1 温带气候 室外气象 资料查规范 房间空气调节器 GBT7725 2004 9 9 室内机采用挂壁式 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 3 3 3 设计依据设计依据 1 房间空气调节器 GBT7725 2004 9 9 2 GB 12021 3 2010 房间空气调节器能效限定值及能效等级 10 10 3 压缩机选型设计规范 7 7 4 流路设计规范 5 毛细管冷媒量匹配设计规范 6 制冷系统保护设计规范 8 8 7 设计原始资料 3 13 1 设计原始资料设计原始资料 类型 气候环境 T1 温带气候 使用地区 重庆 房间类型 家居卧室 房间面积 15 m2 结构形式 分体式 F 主要功能 热泵型 R 冷却方式 风冷式 压缩机控制方式 定频型 制冷剂 R22 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 4 房间面积 使用类型 使用地区见表 1 表 1 空调房间的基本资料 房间面积 m2 房间类型 所在地区 15 家居卧室 重庆 根据我国主要城市的室外空气气象参数表查得 重庆地区气象参数见表 2 表 2 重庆地区气象参数 季节 大气压力 kPa 室外计算干球 温度 0C 室外计算干球 相对湿度 室外平均风速 m s 夏 97 3236 5751 4 冬 99 122821 2 根据 采暖 制冷 冷热负荷设计估算指标 查得重庆地区冷热负荷经 验值 家居卧室冷负荷 180 200W m2 家居卧室房间热负荷为 70 110W m2 现取单位面积热负荷 100W m2 单位面积冷负荷 200W m2 则总冷负荷 QL 和总热负荷 QR分别为 QL 3000W QR 1500W 表 1 1 列出改设计说明书中常用的参数符号说明 其他符号将在计算过程中 进行说明 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 5 表 1 1 常用符号说明 应用场合参数名称符号单位 要求制冷量Q0rW 制冷量 蒸发器热负荷 Q0W 单位质量制冷量q0kJ kg 蒸发器 蒸发温度T0 要求制热量QkrW 制热量 冷凝器热负荷 QkW 单位质量制热量qkkJ kg 冷凝器 冷凝温度tk 蒸发温度下饱和气相温度T1 蒸发温度下饱和气相比焓h1kJ kg 蒸发器出口温度T1 蒸发器出口比焓h1 kJ kg 压缩机吸气口温度T1 压缩机吸气口比焓h1 kJ kg 压缩机吸气口比体积v1 m3 kg 压缩机排气口温度T2 压缩机排气口比焓h2kJ kg 压缩机排气口比体积v2m3 kg 冷凝温度下饱和液相温度T3 冷凝温度下饱和液相比焓h3kJ kg 冷凝器出口温度T4 冷凝器出口比焓h4kJ kg 蒸发器进口温度T5 蒸发器进口比焓h5kJ kg 热力循环图 制冷剂理论质量流量qmtkg s 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 6 制冷剂实际质量流量qmakg s 制冷剂理论体积流量qvtm3 s 制冷剂实际体积流量qvam3 s 容积系数 v 压力比 理论比功wtkJ kg 理论功率PtkW 指示功率PikW 轴功率PekW 电功率PelkW 电效率 el 压缩机功率 性能系数COP 水的比热容C kJ kg 传热温差 t 热水器的热负荷QwW 加热水所需热量Qw kJ 加热水时间 min 换热面积Am2 传热系数KW m2 K 其他参数 热流密度qW m2 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 7 4 4 热力计算 热力计算 4 14 1 夏季单独制冷夏季单独制冷 制冷循环在 p h 图上的循环曲线如 4 1 图所示 图 4 1 制冷循环图 根据该循环 分别讨论不同工况下制冷循环的各项热力循环参数 计算如 下文所示 根据图4 1所示的蒸发温度5 冷凝温度45 过热度 5 过冷度 5 从 p h 图上查的各点的参数如表 4 1 所示 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 8 各点数据如下所示 序号温度 T 压力 P MPa 比焓 h kJ kg 比体积 v m3 kg 050 5838406 9700 040171 1100 5838410 860 267 61 7290438 643 3401 7290249 674 450 5838249 674 0 041464 表 4 1 p h 图各点参数 热力计算过程如下 1 由上表数据得单位质量制冷量 q0 h0 h4 406 970 249 674 157 296 kJ kg 2 制冷剂理论循环的质量流量 qm Q0 q0 3000 157 296 0 0190723 kg s 单位容积制冷量 qzv q0 v0 3915 66055kJ m3 3 实际输气量与理论输气量 qvs qm v1 9 53616 10 3 0 041464 0 7908 10 3m3 s qvh qvs 0 3954 10 3 0 9 0 8786 10 3m3 s 为容积效率 0 9 4 冷凝器入口处制冷剂的比焓值 h2s 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 9 h2s h1 h2 h1 i 441 730kJ kg 冷凝器热负荷 Qk qm h2s h3 0 0190723 441 730 3664W 5 压缩机理论比功 w h2 h1 438 643kJ kg 406 970kJ kg 31 673kJ kg 指示比功 取 i 0 9 wi w i 31 673kJ kg 0 9 35 192kJ kg 压缩机理论功率 P qm w 0 0190723 31 673 0 6040KW 压缩机指示功率 Pi qm wi 0 0190723 35 192 0 6712KW 压缩机轴功率 机械效率 0 9 Pe Pi m 0 6712 0 9 0 7458KW 压缩机电功率 Pel Pe mo 0 7458 0 9 0 8286KW 电效率 0 9 0 9 0 90 729 elimmo 6 性能系数 理论值 0 157 29631 6734 966 q COP w 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 10 指示值 0 157 29635 1924 470i i q COP w 7 热力学完善度 逆卡诺循环的性能系数为 COPc TL TH TL 273 5 45 5 6 95 因此指示循环效率为 COPi COPc 0 66 0 12 3 11 elfjfj Q EER PPP 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 11 4 24 2 制热工况制热工况 通过查 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19 87 6 6 15 页舒适性空调 相关参数的确定和 129 页室外气象参数 确定冬季舒适性空调室内温度范围 为 18 22 相对湿度应采用 40 60 风速应不大于 0 2m s 并查得重庆地 区冬季采暖温度为 2 室内 20 干球温度 蒸发温度设为 3 冷凝温 度设为 40 过冷度 5 过热度 10 制冷循环图如下 蒸发温度 t0 0 3 tk 40 过冷度5 过热度10 循环特征点的状态参数 序号温度 T 压力 P MPa 比焓 h kJ kg 比体积 v m3 kg 0 30 4507404 2800 054573 170 4507408 4900 054573 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 12 270 21 5335438 633 4351 5335249 101 5 30 4507249 101 0 018217 1 压缩机理论比功 w h2 h1 438 633kJ kg 408 490kJ kg 30 143kJ kg 指示比功 取 i 0 9 wi w i 30 143kJ kg 0 9 33 492kJ kg 2 冷凝器入口的制冷剂比焓值h2s h2s h1 h2 h1 i 441 982kJ kg 3 冷凝器单位热负荷 4 2 441 982249 101192 88 ks qhhkJkg 4 通过调节阀改变制冷剂循环的质量流量为 1 2 0 00966 3 vs m q qkg s v 5 制热量为 1 86kk m qqkw 而所需制热负荷为 R 15 100 1 50kW 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 13 由以上计算可知 kR 故设计是合理的 6 压缩机理论功率 0 00966 30 1430 2912kW m Pq w 又 0 9 0 9 0 90 729 elimmo 故压缩机电功率 0 29120 7290 3995kW el el P P 则 12 3 85 k elfjfj Q EER PPP 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 14 5 5 系统选型 设计系统选型 设计 5 15 1 压缩机选择压缩机选择 所需制冷量为 3 0KW 压缩机指示功率 Pi 为 0 6712KW 理论输气量为 0 8786 10 3m3 s 制冷剂为 R22 根据上述计算可知压缩机电功率为 0 8286KW 根据 2013 美芝压缩机手册 7 7 选择美芝 G1 型 R22 压缩机系列的 PH165G1C 4DZH 其性能参数如表 5 1 所示 表 5 1 美芝 G1 型 R22 压缩机系列的 PH165G1C 4DZH 的性能参数 机型排量 cm3 rev 制冷 量 w 功 率 w 能效 比 w w 电容 V 压缩 机高 度 mm 排气 管内 径 mm 回气 管内 径 mm PH165G1C 4DZH16 435259453 9435 3702858 29 8 储液器直径 55mm 底角 27 度 直径 150mm 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 15 5 25 2 夏季制冷工况下蒸发器的设计夏季制冷工况下蒸发器的设计 以夏季单独制冷的工况为例 设计蒸发器 即室内换热器 设计与计算程 如下 夏季室内换热器为蒸发器 选择强制对流式空冷蒸发器 制冷循环如前所 述 则已知条件如下表 5 2 所列 表 5 2 夏季制冷工况 计算过程中 参数全部采用国际标准单位 仅书名计算结果的单位 计算 公式中省略单位 如有不采用国际标准单位情况 将作特殊说明 1 选定蒸发器结构参数 紫铜管选用 翅片选择铝套片 管束按正三角形叉排列 10mm 1 0mm 其他参数见表 4 5 参数说明 符号 参数值单位 空气侧进气干球温度ta127 空气侧进气湿球温度ts118 气压 绝对压力 pb101 32kPa 制冷剂侧蒸发温度t05 制冷剂侧蒸发压力p02147kPa 制冷量Q01500W 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 16 参数说明符号参数值单位 铜管外径do10mm 铜管内径di8 0mm 翅片厚度 f0 2mm 翅片热导率 f237W m2 K 翅片间距sf2 2mm 垂直于流动方向的管间距s125mm 表 4 5 蒸发器结构参数 2 蒸发器几何参数计算 翅片为平直套片 考虑套片后的管外径为 0 210mm2 0 2mm10 4mm bt dd 由管束的正三角形叉排排列 则沿气流流动方向的管间距为 21cos30 25mm0 86621 65mmss 沿气流方向套片的长度为 2 2 21 65mm43 3mm l Ln s 每米管长翅片的外表面面积 222 2 1 2 2 0 025 0 02165 0 250 0104 0 00220 4148m m 4 fb f as sd s 每米管长翅片间的管子表面面积 2 1 0 0104 0 00220 0002 0 00220 0297m m bbff f ads s 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 17 每米管长的总外表面面积 2 0 41490 02970 4446m m offb aaa 每米管长的外表面面积 2 10 01040 03266m m bob ad 每米管长的内表面面积 2 10 00800 02512m m ii ad 每米管长平均直径处的表面面积 2 10 5 0 01040 0080 0 028889m m mm ad 由以上计算得 0 4446 0 0326613 61 ofbo aa 3 计算空气侧干空气表面传热系数 1 空气的物性参数 空气的平均温度为 12 27 18 22 5 22 aa a tt t 查得空气在此温度下的物性约为 密度 a 1 194kg m3 定压比热容 cpa 1005J kg K 普朗特数 Pra 0 7026 动力粘度 a 15 38 10 6m2 s 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 18 2 最窄处界面处的空气流速 1 max 1 0 025 0 0022 2 03 77m s 0 025 0 0104 0 0022 0 0002 f f bff s s uu sds 3 空气侧干表面传热系数 0 40 15 0 00140 2618Re of d bo a j a 0 40 15 max 0 00140 2618 of b abo a ud a 0 40 15 6 3 77 0 0104 0 00140 2618 13 616 15 38 10 0 00908 max 0 2 32 3 0 00908 1 194 3 77 1005 Pr0 7026 apa a juc h 2 51 97W m K A 4 确定空气在蒸发器内的状态变化过程 根据给定的空气进出口温度 由湿空气的 h d 图可得 h1 55 6 kJ kg h2 40 7kJ kg d1 11 1 g kg d2 9 2 g kg 在 h d 图上连接空气的进出口 状态点 1 和点 2 并延长与饱和空气线相交于 w 点 该点的参数是 hw 29 5 kJ kg tw 9 dw 7 13g kg 则在蒸发器中 空气的平均比焓为 12 1 2 kJ kgkJ 55 640 7 29 547 1 55 629 kg kJ kgkJ kg kJ kgkJ kg kJ kg 5 ln ln 40 729 5kJ kg mw w w hh hh hh hh 在 h d 图上按过程线与 hm 47 1 kJ kg 线的交点读得 tm 21 4 dm 10g kg 析湿系数可由下式确定 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 19 10g7 13 12 4612 46 kg 1 57 21 4 g g 9 k mw mw dd tt 5 循环空气量的计算 0 12 kJ kg 3 0kW 3600 724 83kg h 55 6kJ40 7 kg m Q q hh 进口状态下空气的比体积可由下式确定 3 11 1 1 0 0016 287 4 27327 1 0 0016 11 1 0 866m kg 101320 a B R Td v P 故循环空气量的体积流量为 3 1 3 724 83kg hm0 866 627 7m hkg V am qq v 6 空气侧当量表面传热系数的计算 当量表面传热系数 ffb jo fb aa hh aa 对于正三角形叉排排列的平直套片管束 翅片效率计算如下 f f th mh mh 叉排翅片可视为正六角形 且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比为 A B 1 且 m B db 其中 B s1 故 0 025 1 280 31 281 0 32 554 0 0104 m A B 肋片折合高度为 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 20 10 4mm 1 1 0 35ln 2 554 1 1 0 35 ln2 554 10 735mm 22 b d h 1 0 3 22 51 97 1 57 58 67m 2370 2 10 ff h m 故在凝露工况下的翅片效率为 58 67 0 01089 0 8831 58 67 0 01089 f th mhth mh 当量表面传热系数为 2 0 8831 0 41480 0297 1 57 51 9672 67W m K 0 41490 0297 j h A 7 管内 R22 蒸发时表面传热系数的计算 R22 在蒸发温度 t0 5 时物性参数如下 液体密度 1264 311kg m3 气体密度 24 848kg m3 气体比容 0 0402439m3 kg 汽化潜热 201 244kJ kg K 饱和压力 583 78KPa 液体粘度 气体粘度 6 10206 6 sPa sPa 6 1072 11 饱和液体比定压热容 1 184kJ kg K 饱和气体比定压热容 0 761kJ kg K 液体导热率 0 093W m K 蒸汽导热率 0 00977W m K 液体普朗特数 2 64 蒸汽普朗特数 0 914 PrPr 已知 R22 进入蒸发器时的干度 x1 0 2391 出口干度 x2 1 0 则 R22 的总质量流 量为 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 21 0 21 kg h 70 5299 m Q q r xx 下面进行迭代计算 取热流密度 qi 10 0kW R22 在馆内的质量流速为 qi 87kg m2 s 则总的流通截面面积为 2 4 2 2519 3600 1 10 m i q Am q 每根管子的有效流通截面面积为 2 52 5 024 10 4 i i d Am 蒸发器的分路数 4 482 i A Z A 取 Z 5 则每一分路中 R22 的质量流量为 14 10 9 5 8 m m d q qkg h Z 每一分路中 R22 在管内的实际质量流速为 2 77 9922 3600 m d i i q Gkgms A 于是 4 0 34326103 i i q B Gr 0 80 5 0 1 0 0 94906453 g l x C x 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 22 2 2 0 04453472 i l li G Fr gd 1 1224 333293Re ii l l Gx d 8420 0 0 023RePr116 0982426W m K l lll i h d A 采用经验公式 1020 25 ABC illfl hh C CFrC B F 由上面计算结果 时 则 C2 0 0 094910 65C 0 9 C5 0 3 C4 0 7 C1 1 136 C2 666 2 Ffl 2 2 2542 10 130 25 212 755 73 CCC il rfl C CFC BFWmK 8 传热温差的初步计算 先不计 R22 的阻力对蒸发温度的影响 则有 2 10 0 1 2 2718 16 54 275 lnln 185 aa a a ttCC tC ttCC CCtt 9 传热系数的计算 2 0 39 017310 1 W 2 1 2m of t wst iimj kK a a rrr a hah 式中 由于 R22 与聚酯油能互溶 故管内污垢热阻可忽略 根据文献 翅 片侧的污垢热阻 管壁导热热阻及翅片与管壁间的接触热阻之和可 t wst m a rrr a 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 23 取 4 8 10 3 m3 K W 其中 为翅片污垢热阻 为管壁导热热阻 为 w r s r t t m a r a 翅片与管壁间接触热阻 10 核算假设的 qi的值 2 00 64 1625W mqkt 2 0 10599 25W m of i i a qq a 则假设的 qi初值为 10000 W m2与核算值 10599W m2较为接近 偏差为 6 0 10 故假设有效 11 蒸发器结构尺寸的确定 蒸发器所需的内表面传热面积 2 0 m0 30 i i Q A q 蒸发器所需的外表面传热面积 2 0 m5 29 o o Q A q 蒸发管所需传热管总长 11 90 o t of A lm a 迎风面积 2 1m0 26 V a f f q A u 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 24 取蒸发器长 L 830mm 高 H 275mm 则实际迎风面积 2 0 830 0 270 228255m f A 前面已选定垂直于气流方向的管间距 s1 25mm 故垂直于气流方向的每 排管数为 1 275 12 25 Hmm n smm 深度方向 沿气流流动方向 为 2 排 共布置 24 根传热管 传热管实际 总长为 0 83 12 219 92 t lm 传热管的实际内表面传热面积为 2 12 212 2 3 14 0 0080 0 830 50 ii Ad Bm 则 1 31 i i A A 1 26 t t l l 即计算有一定的裕度 由于上述计算未考虑制冷剂蒸气出口处的过热度 而当蒸气在管内被加热 时 过热段的局部表面传热系数很低 即使过热温度不高 为 3 5 过热所增 加的换热面积仍可高达 10 20 所以上述设计是合理的 12 R22 的流动阻力及其对传热温差的影响 根据经验公式可计算 R22 在管内蒸发时的流动阻力如下 50 91 i 5 986 10 G ili pqBnd 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 25 代入数据得 p 2 06kPa 则 p ps 0 20 ps为蒸发压力 则流动损失在 饱和压力中所占比例较小 可忽略不计 则计算可靠 13 风量及风机的选择 进口温度为 27 重庆地区夏季大气压力为 97 32kPa 查空气的物性参 有密度 1 1297kg m3 翅片宽度 0 0433m 动压 相对静压太小可忽略 2 2 32 2 f u ppa 静压 微元最窄界面的当量直径 1 1 2 3 98 bff e bff sds dmm sds 干工况空气流动阻力 1 7 max 1 0 108 15 62 e Lu pPa d 对于错排布置的蒸发器流动阻力增加 20 即 11 2 15 6218 75ppa 对于湿工况 阻力修正系数查得为 1 53 则 118 75 1 5328 7ppa 风机全压 123428 740 1040118 7pppppHa 其中 P2为蒸发器前过滤网阻力取 40pa P3为出风栅阻力取 10pa P4为机 外余压取 40pa 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 26 循环空气量 3 1 3 724 83kg hm0 866 627 7m hkg V am qq v 风机采用电动机直接传动 则传动效率 1 取风机全压效率 0 6 则电 m fon 动机输入功率为 34 5 v fonm q H PW 选择 GFD365 120 型风机 功率 40 风量大于 580m3 h 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 27 参数说明符号参数值单位 铜管外径 壁厚d0 10 1mm mm 翅片类型平直铝套片 翅片厚度 f0 2mm 翅片热导率 f237W m2 K 翅片间距sf2 2mm 换热量QL3000W 沿流动方向的管排数nl2 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 28 表 4 6 蒸发器总体结构参数 分路数Z4 垂直于气流方向每排管数nz12 迎面风速uf2 0m s 蒸发器长度 宽度 厚度L H B830 275 40mm mm mm 换热面积A4 5m2 风机风量qv630m3 h 风机功率P40w 风机静压H118 7pa 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 29 5 35 3 冷凝器选型冷凝器选型 采用强制通风空气冷却式冷凝器 冷凝器设计工况如表 5 4 所示 冷凝温度tk 45进出口空气温差8 进口空气干球温度 ta130出口空气干球温度 ta238 表 5 4 1 有关温度参数及冷凝器热负荷的确定 对数平均温差 a21 1 2 3830 10 7 4530 lnln 4538 a m ka ka tt t tt tt 由 小型制冷装置设计指导 1 1 图 3 1 查得 R22 在冷凝温度 45 蒸 发温度 5 时的冷凝负荷系数 C0 1 19 则冷凝器热负荷为 4190W 2 翅片管簇结构参数选择及计算 选择 12 mm 1 mm 的紫铜管为传热管 选用翅片厚度 0 15mm 的 波纹形整张铝制套片 取翅片节距 2mm 迎风面上管中心距 25mm 管 簇排列采用正三角行叉排 单位管长有关传热面积 m 22 1 2 f 3 s s2 0 0250 0103 424 a20 4224 0 002 f dl s AA 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 30 2 0 0 5 3 7 bff b f ds amm s 0 4581 m 0 01 0 03142 m 当地大气压 P 97 32kPa 根据空气热物理性质表 在空气平均温度 tm 34 条件下 Cpa 1013 J kg k a 0 02748 W m k 19 10 6 s 并在进 风温度 30 条件下 1 1465 kg 冷凝器所需空气的体积流量 m3 s k a21 Q4190 q 0 44 1 1465 1013 3830 v paaa ctt 选取迎面风速 2 0m s 则迎风面积 0 22 取冷凝器迎风面宽度既有效单管长 l 0 55m 则迎风面的高度 H l 0 22 0 55 0 40m 迎风面上管排数 N H s 0 5 14 9 取 N 15 排 3 进行传热计算 确定所需传热面积 Aof 翅片管总长度 L 及空气流通方 向上的管排数 n 采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇的空气侧传热系数由 m a of CR e n ee b h dd 乘以 1 1 再乘 1 2 计算 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 31 预计冷凝器在空气流通方向上的管排数 n 2 则翅片宽度 1 4cos302 25mm 0 8660 0433bsm 微元素最窄截面的当量直径 mmm sds sds ffb ffl e 0033 03 3 15 02 3 1025 15 02 3 1025 2 2 d 1 1 最窄截面风速 1ff m ax 11 s s 4 27 bf u ums sds b 43 3 3 3 13 12 因为 Rer 741 65 查 小型制冷装置设计指导 表 3 18 和表 3 19 用插入法求得 0 2829 n 0 5385 c 1 1821 m 0 2191 则空气的表面传热系数 A 2m a of CR e 1 11 274 46W m K n ee b h dd 查表得 R22 在 45 物性集合系数 B 1386 25 制冷剂在管内凝结的表面 传热系数 0 555B ki 翅片相对高度 c 1 063 0 012 011 00 d 1 1 0 35ln 0 0083 2 ss hcm dd 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 32 取铝片热导率 203w m k 翅片参数 m 2 70 94 of f h m 翅片效率 0 91 f th mh mh 表面效率 0 f 0 9155 ffb b aa aa 忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响 则 将计算所得代入 0 kiikwofwm tthtt 0 25 2280 kikw tt 解得以上方程式 tw 39 则 R22 在管内的凝结表面传热系数 1458 79 ki A 2 W m K 取管壁与翅片间接接触热阻 0 004 W 空气侧尘埃垢层热阻A 2 m K 0 0001 W 紫铜管热导率 393w m k 冷凝器的总传热系数A 2 m KA 0 k0 2 1 1 44 52w m k ofof ob iimof k aa rr aa 冷凝器的所需传热面积 2 k of 0 Q A6 75 k m m t 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 33 所需有效翅片管总长 m of of A 15 55 a L 空气流通方向上的管排数 排1 89 L n lN 取 2 与计算空气侧表面传热系数时预计的空气流通方向上的管排数相符 这样 冷凝器的实际有效总管长为 16m 实际传热面积为 6 85 有一定裕 2 m 度 能满足冷凝符合的传热要求 此外 冷凝器的实际迎风面风速与所取的迎 风面风速相一致 4 风机的选择计算 由于冷凝器迎风面宽度 l 0 55m 高度 H 0 40m 用一台风机即可满足 需求 动压 P0 2 30pa 静压 干工况空气流动阻力 P1 0 108 b 1 7 16 91pa 对于湿工况 阻力修正系数查得为 1 51 则 116 91 1 5125 53ppa 风机全压 012342 3025 5340 1040117 83Hppppppa 其中 P2为蒸发器前过滤网阻力取 40pa P3为出风栅阻力取 10pa P4为 机外余压取 40pa 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 34 所需空气的体积流量 m3 s 1584m3 h k a21 Q4190 q 0 44 1 1465 1013 4234 v paaa ctt 风机采用电动机直接传动 则传动效率 1 取风机全压效率 0 6 则 电动机输入功率 86 5 v fonm q H PW 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 35 风机风量为 1584 h 输入功率 86 5W 风压为 117 83pa 选用 T30 11 03 11 30K4 轴流通风机 机号为 2 5 实际风量为 1740m3 h 扇叶直径 250mm 转速 2900r min 参数说明符号参数值单位 铜管外径 壁厚d0 12 0 1 0mm mm 翅片类型 波纹形整张 铝制套片 翅片厚度 f0 15mm 翅片热导率 f203W m2 K 翅片间距sf2 0mm 换热量QR4190W 沿流动方向的管排数nl2 分路数Z4 垂直于气流方向每排管数nz15 迎面风速uf2 0m s 冷凝器长度 宽度 厚度L H B550 400 50mm mm mm 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 36 表 5 3 冷凝器总体结构参数 换热面积A 6 85m2 风机风量qv1740m3 h 风机功率P108w 风机静压H132 4pa 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 37 5 45 4 校核制热工况下室内机校核制热工况下室内机 冬季室内机工况如表 5 5 所示 室内机设计工况如表 5 5 所示 冷凝温度 tk45 进出口空气温差9 进口空气干球温度 ta118 出口空气干球温度 ta227 1 有关温度参数及室内机结构参数的确定 根据表 5 5 可求出对数平均温差 21 1 2 21 1967 ln aa m ka ka tt t tt tt 已知室内机结构参数如表 5 6 所示 参数说明符号参数值单位 铜管外径 壁厚d0 10 1mm mm 翅片类型平直铝套片 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 38 表 5 6 室内机结构参数 又翅片为平直套片 考虑套片后的管外径为 翅片厚度 f0 2mm 翅片热导率 f237W m2 K 翅片间距sf2 2mm 垂直于流动方向的管间距s125mm 沿流动方向的管排数nl2 分路数Z4 垂直于气流方向每排管数nz12 迎面风速uf2 0m s 长度 宽度 厚度L H B830 275 40mm mm mm 换热面积A4 5m2 风机风量qv630m3 h 风机功率P40w 风机静压H118 7pa 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 39 mmdd fb 4 104 0102 0 由管束的正三角形叉排排列 则沿气流流动方向的管间距为 mmss65 21866 0 25230cos 12 每米管长翅片的外表面面积 m m s dssa f b f 2 21 4148 0 1 4 2 2 每米管长翅片间的管子表面面积 m m s sda f ffbb 2 0297 0 1 每米管长的总外表面面积 m m aaa bfof 2 4445 0 2 当地大气压 P 99 12kPa 根据空气热物理性质表 在空气平均温度 tm 22 5 条件下 1006J kg k a 0 0259W m k 18 25 10 6 cp s 并在进风温度 20 条件下 1 1781kg 根据之前的设计计算可知 室内机在空气流通方向上的管排数 n 2 则 翅片宽度msb0433 030cos2 1 微元素最窄截面的当量直径 1 1 2 3 98 bff e bff sds dmm sds 最窄截面风速 1 max 11 25 2 2 2 0 3 7672 258 0 2 20 2 ff bf s s u um s sds 由此计算 10 879 e b d max Re 821 56 rea udv 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 40 查 小型制冷装置设计指导 1 1 表 3 18 和表 3 19 用插入法求得 0 313 n 0 522 c 1 16283 m 0 21428 则空气的表面传热系数 2 Re 1 1 1 262 284 nm a of ee b hCWm K dd 查表得 R22 在 45 物性集合系数 B 1386 25 制冷剂在管内凝结的表面传 热系数 25 0 1 25 0 1 25 0 1 89 2497 555 0 wkwkki ttttBda 翅片相对高度 c 1 063 0 01 m d s c d sd h01007 0 ln 35 0 1 1 2 0 1 0 10 取铝片热导率 203w m k 翅片参数 2 55 4 of f h m 翅片效率 表面效率 0 907 f th mh mh 0 0 901 ffb fb aa aa 忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响 则 将计算所得代入 ta ofofmwowkiki thttaa 解得以上方程式35 w t 则 R22 在管内的凝结表面传热系数 2 1404 7 ki aWm K 取管壁与翅片间接接触热阻 0 0034 W 空气侧尘埃垢层热阻A 2 m K 0 0001 W 紫铜管热导率 393w m k 室内机的总传热系数A 2 m K 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 41 2 0 0 0 1 33 2 1 ofof b kiimof kWm K aa rr a aaa 已知室内机的所需传热面积 根据可以求出冬季 2 4 5 of Am 0 m of Qk At 室内机的制热量 0 33 24 521 19673066m of Qk AtW 已知设计需要的总热负荷 并有一定裕度 1500 k QW k QQ 室内机设计符合要求 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 42 6 6 节流阀选择 节流阀选择 6 16 1 制冷工况毛细管的选择制冷工况毛细管的选择计算计算 所选择的压缩机为定转速转子压缩机 而且制冷量变化幅度不大 故节流 机构选取毛细管 利用图解法求取毛细管的几何尺寸 已知冷凝温度为 45 查得冷凝压力为 1 7290MPa 过冷度 假定 5 t 冷凝器出口至毛细管进口的总流阻损失相当于饱和温度降低 1 5 则总的过 冷为 6 5 查标准毛细管进口状态与流量关系图 小型制冷装置设计指导 2 2 P303 图 7 13 可以得标准毛细管流量为 通过前面的计算 所需制冷剂的总流量为 qm 69 67kg h 蒸发器管路数为 n 12 则相对流量系数 0 421 m a q nM 查毛细管相对流量系数 与几何关系图有 参考 小型制冷装置设计指 导 P303 图 7 14 选取毛细管内径为 1000 i d 1 0mm 得到毛细管的长度为 1 0mL 15 a Mkg h 分体式热泵空调机说明书 2012 级热能 06 班 20123811 朱瑞 43 6 26 2 制热工况毛细管的选择制热工况毛细管的选择计算计算 已知冷凝温度为 40 查得冷凝压力为 1 5335MPa 过冷度 t 5 假定 冷凝器出口至毛细管进口的总流阻损失相当于饱和温度降低 1 5 则总的过 冷为 6 5 查标准毛细管进口状态与流量关系图 小型制冷装置设计指导 1 P303 图 7 13 可以得标准毛细管流量为 通过前面的计算 得制热循环工况下所需制冷剂的总流量为 35 8kg m qh 制冷工况下 R22 的经济质量流速 qi 取为 则总的流通面积为 kg45 2 sm 42 m i q35 8 A2 1 10 3600q3600 45 m 每根管子的有效流通截面面积为 i 22 52 di0 008 A5 024 10 44 m 蒸发器的分路数 取蒸发器管分数为 n 4 4 5 A2 1 10 z4 1 Ai5 024 10 则相对流量系数 0 60 m a q nM 查毛细管相对流量系数 与几何关系图有 参考 小型制冷装置设计指导 P303 图 7 14 选取毛细管内径为 1000 i d1 2mm 得到毛细管的长度为 mL2 1 15