320-升空气源热泵热水器设计

本科毕业设计（论文 目320升空气源热泵热水器设320320摘 绪 空气源热泵热水器应 空气源热泵热水器发展前 方案论 热力学性质方 迁移性质方 物理化学性质方 其它方 滚动转子式压缩 往复式活塞式压缩 离心式压缩 螺杆式压缩 涡旋式压缩 管内R134a蒸发时表面传热系数的计 壁温校 风侧阻 管道要 管道的计 结束 致 参考文 320320 320升空气源热泵热水器的设计，R134a155520℃。综关键 空气源热泵热水器/蒸发器/冷凝器/设计计320LITEROFAIRSOURCEHEATPUMPWATERAirsourceheatpumpwaterheaterwithenvironmentalprotection,energysaving,sustainabledevelopmentisoneoftechnicalfeasibility.WiththerapiddevelopmentofChina'snewruralconstruction,urbanconstructionandtheimprovementoflivingstandardsoffarmers,air-sourceheatpumpwaterheaterismovingtowardseveryhousehold.Thisdesignthemeis320litersofairsourceheatpumpwaterheaterdesign,thepaperfirstintroducestheairsourceheatpumpwaterheaterworkingprincipleandcharacteristics,aswellasheatingconditionswererelatedtothermodynamiccalculations.AnalysisrefrigerantselectionprinciplesandconstraintsandfinalizeR134aasrefrigerant;throughdisplacementandcoolingcapacityandperformancecharacteristicsconsideringthechoiceofascrollcompressorBitzerallclosedscrollcompressor,Model.Knowncoolingconditions:coldwaterinlettemperature15℃,coldwatertemperature55℃,temperature20℃.Consideringtheelectionandstraighttubecondensermonolithicsettubeevaporator,andcondenserandevaporatordesigncalculations.Inthecorrespondingelectricalcontrolandauxiliaryequipmentalsobrieflyintroduced,andmadecorrespondingelectricalschematics.KEYWORDS 3203202002年中国石油人质的贬值。再者，传统热水供应的热源排除大量的CO2NO2和粉尘等有害物，导致33%随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的物质“泵”1、1824年，热力学创始人之一萨迪•卡诺提出了具有革命意义的热机循环—“卡诺2、18523、193842050520606、2070年代，能源危机使空气源热泵热水器的研发日新月异，并开始在法、2013年开始，电、燃气热水器必须10余年的市场培育期，即将迎来属于20年的历史，国外的家用热泵热水器市场已经相当成熟，在有的发达国家使用的比例高达70％。在很多欧美发达国家，热泵产品已经进热泵热水器的使用非常普遍，超过80％的旅游饭店都采用热泵热水器来提供热水。2001年才开始进入日本家庭，但几年来使用量急速上200542.1万座楼房使用了热泵热水器。日本政府对200522.56万台，预期到2010热泵热水器的年销售量可以达到100万台左右[4]1气温在235000元以上。成200家，但是因为技术、资金等当环境温度在5℃以上时,空气侧换热器表面会出现结露现象,在这种情况是有O℃后,空气侧换热器开始结霜,霜层的积聚不但增加换热5466010466万台左右，按每台平均5000元考虑，就意味着家用热泵热水器有23347亿左右。由于热泵热水器显著的节能效果和良好的市场前景，正在美的、海尔这样的大品牌。20057月,全国首条规模生产整体式户内空气能热泵3万台。很多企业推出了成熟的产2-12-1所示，家用热泵热水器主要由主机及蓄水箱组成。主机包括压缩机、1热效率很高，一般在3.0以上，约是燃气热水器的四倍，电热水器的三倍。而且采2生任何污染。系统中采用环保工质（CO2、R134a、R417a等）对大气臭34而且充注不同的工作介质制冷装置制冷的效率也有很大的不同，这个介质就是制冷剂。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。制冷剂应具备安全、可靠、易得、价廉、一般要求制冷剂应满足下列要求2q0qv3wwv4t2（）1314R134a较其他制冷剂有以下特点[13]：R134aGWPGWP 32s6 制热循环过程压焓 图中各点参数点012456x

mm

qQ

94.5g/

1682

Qq

129.5094.5103

o

ii

29.81 数v1；压力系数p1；温度系数

1；取泄露系数为

故输气系数 =vpT

Vq

94.51030.0514.82103m3/m

Vh

5.02

m/s18.1m/Pqw94.510329.81 m

94.510337.26取机械效率为m0.9iim

3.523.91KW取电动机效率为mo0.88

3.914.45KWcop

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[]。5kw，因此本设计选用全封闭式制冷压缩机。UNDP/GEF中国节能冰箱项目的推动下，冰箱压缩机的性能系1.01.95，从而在置,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6～44cm3/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120602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5～8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 lodevalue）将愈来愈被重视，从而要求离心式压缩机要在慢，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HCFC—22置换为HFC—134方面，其制冷量范围为90~1250kw。30%。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。95%10%。1300r/min。根据德国比泽尔压缩机公司研发的压缩机选型软件选得本系统压缩机型号为ESH725Y40S,其额定制冷量为15.96kw，输入功率为5.86kw，输气量为25m3/h，

器，进出口水温一般取为5~8℃。若冷却介质的温升已有标准规定，则应按标准取6-1初选用ф19mm×1.5mm（1号管。选取冷却水进口温度tw1=15℃tw2=55℃，则对数平均温差mtw2

55m=m

t

60

18.2ln tk

ln60w1ms

Kw，选用参数如下：翅节距

1.25mm

0223mh15mmdi11mm，翅根管外径db12.86mm，翅顶直径

低翅片管剖面尺寸及结 几种低翅片管的结构参hφψ1—2—73—845Mad0.0110.0346m2/ ad/s0.015860.000223/0.001250.0089m2/ t fa(d2d2)/(2s)(0.0158620.012862)/(20.00125)0.1083m2 fad(s)/

aaa0.00890.10830.03320.1504m2/

t5515

cp4.179kJ/(kgkq

9.02105m3/

p

994.434179(55根据所选管型di11mm及管内水速w1ms 9.02105n 1d2

0.01124用Φ32mm2.5mm的无缝钢管。t=35℃时，运动粘度为0.744106m2sRe

Rwdi

10.011

14784.95R155mm的螺旋盘 11.77di11.77

K KiawiBd0.2R22100.0110.21.12566130.53Wi查得在tk60R134aB1326.21为1.35取蒸汽流速影响系数6R134a 0.725Bd0.25 o0.7251326.20.012860.251.356ooo取紫铜管热导率为393W/(mKqa23127.133qo

m

ko

)awi

18.2 0.000086)0.15040.00093 934.58(18.2o

上式中q的单位为Wm2，的单位为℃。联立两个方程解得，当=0.64℃时，两式的q16548.43Wm216411.22Wm2，取q=16411.22W

Q

0.914m2

L

0.9146.1m冷凝器外管采用32mm2.5mm的无缝钢管，并将其盘成曲率半径为155mm，螺旋盘管，其高度约为200mm。10%2而降温。当空气流速为3~8msK

K)制流动空气的氟利昂蒸发器通常采用10~18mm的铜管，外套厚度为0.15~的铝片，肋片间距为2~4mm。蒸发器沿气流方向的管排数在用于空气调节时，其传热系数较大，管排数在4~8的范围。总之，这种蒸发器具有结构紧凑、传热效果好、 平直整体套片式蒸发选用10mm0.7mm的紫铜管[17]，翅片选用厚为

0.2mm为

237W/(mK,

2.2mm方向的管间距s125mm，沿流动方向的管排数nL4，迎面风速为

2.5msdbdo2

1020.2sscos300250.866

L4s2421.65a2(s

d2)f 1f

4 2(0.0250.021650.250.01042)/0.4148m2/ad(s)s sf0.0104(0.00220.0002)/0.0297m2/ aa0.41480.02970.4445m2/

a

amdm10.5(0.01040.029845m2/

由给定的进风参数查hd图得h141.97kJkgd18.577gkg

0.

0.860.757894.8m3/ 进入湿空气的比体积v1

pB287.4293.15(10.00168.577)0.843m3/则空气的质量流量为

7894.89365.12kg/进出口空气的比焓差h出口空气的比焓h2

h

122403.64.7kJ/h2h1

空气处理过程h-d现假设热管壁面温度tw12dw8

/kghw31

/kg，取w100w，连接1w与h22点（7-1，得到蒸发器出口空气状态干求温度t216℃，含湿量d28.33g

tta1ta

201618 空气在此温度下的物性约为a12kg

1.005kJ/(kgK),Pra0.703a14.76106m2/a

wf

sfd

2.5

25

(2510.4)(2.24.7m/j0.00140.2618

0.4(aof0.00140.2618(umaxdb)0.4(aof 0.00140.2618(4.70.0104)ho

jaumaxaPr2/ak)0.007161.224.710050.7032/3k)52.2Whh

h34

ln h2ln41.97

39.4kJ/在hd图线按过程线与hm39.4kJkg线交点读的tm18℃，dm8.343gkg

12.46dmtm12.468.343

h

faf

af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A1，且 Bb b故AB'AB

m

1.28

11h'db('1)(10.35ln')10.4(2.5541)(10.35ln2.554) ff2370.2252.21.06th(mh')th(48.320.010735)

0.4148管内R134ak饱和液体的比定压热容cp,l1.367kJkk饱和蒸汽的比定压热容cp,g0.908kJk

20.226kg/气化潜热190.87kJps表面张力11103N

254.27106ss11.5106ss液体的热导率为l蒸汽的热导率为

0.0888W12.2103W液体的普朗特数Prl蒸汽的普朗特数Prgi流量为qm94.5gs340.2kghi

q4kw/m2

R134a在管内地流速为iq'100kgi

s)

A i3600qi

3600100

9.45104d A i 5.8105

ZA

9.451045.8105

Z4R134a

Z

340.285.01kg/4Gi

3600

101.832kg/Bo

qi

2.0581

1

x)0.8

g)0.5 )0.8 )0.5 G Fr l 1260.229.8l

Gi(1

101.832(10.6725)0.0086h0.023Re0.8Pr0.4

0.0231127.970.83.9150.40.0888d di

（hi时采用式(628)，其中Co0.65C11.136C20.9C3667.2C40.7C50.3R134a

hh[C(C)C2(25F)C5C(B)C4F

113.389[1.1360.07120.9(250.07747)0.3667.2(2.058104)0.7

ta1ta

20

7.83 20ln ta2

1ko 1t

rtra s i 热阻、管壁导热热阻及翅片与管壁间接触热阻之和（rratr）可取为a am4.8103

K/Wko

K4.8103 K

30.769W 校核假设的qiqk 30.7697.83240.923W/ iqati

240.9233963.35W/ai ai计算表明，假设的q初值q4kwm2与核算值3963.35Wm2

iA'o12240i oA'oo

A tl'o t

fAqv,af

2.5

取蒸发器宽

B1170mm，高

H

，则实际迎风面积ff已选定垂直于气流方向的管间距为s125mm11nH76030.4,取11

深度方向（沿气流流动方向）为4排，共布置120A304dB1200.00861.17 A A'i

3.71.23.0 lt lt

上边两式说明计算接近24的裕度，由于已经考虑了制冷剂蒸汽出口过热度的影响， 5.986105(qG)0.91l/ i 5.986105(4000101.832)0.911.174/由于蒸发温度为10R134a的饱和压力为410.25KPa%

qi

1.96得twtoti101.9611.96℃12℃略低，设计合理。

Lmm

9.81

P'

1.251.96p1.2P' 式中Vrm3Qg——设计小时平均秒供热量T2~4tr r——热水密度取每天用水时间为2hhKh3，则实际Qh14.93而QgK1QdQgT1一般取2～6h;K1——安全系数,取1.05～1.1 Qg=1.114.93/2=8.23(kW)

Vr(QhQg)T/[1.163(trtl)r44.798.23)2/[1.1630.8(5515)所以实际取热水箱容积为500L770mm1460mm数取其圆周和上顶厚度为50mm，下部厚度取为60mm。保温层材料为常用的聚氨酯器热负荷的1.2~1.3倍。取液体经过管路、管弯头、干燥过滤器、视液镜、电磁阀等部件的压力降ps假设为60kpa；液体分液器的压力降pd假设为50kpa，可知蒸发压力为popkppsppkpops

在液体过冷度t5℃时，修正系数为1.05，因此修正的蒸发器负荷为12.241.0511.66Kw。由于膨胀阀的制冷量必须等于或大于修正的蒸发器负荷，故型号为艾高TIOOOX,具体参数如下所示9-19-29-12610-1 式中 ——系统制冷剂的容积；

——冷凝温度下液态制冷剂比容；0.950103m3 0.925 VZA0.7

m 高压储液器技术参ABCDELCRB-2L 高压储液器外形系统需要使用独立于压缩机外的筒体型气液分离器，其U型管的进气口位于容器上 气液分离器实物 (45.02 // 1/ 1/Dw——气液分离器中气体流速，一般取为0.5m/H34)D3113选择型号为QF41D100mmH380mm0.10.2mm选择艾默生公司的EK40m EKZ032S干燥过滤器的参EKZ031/4 干燥过滤器外形标 外型尺寸数据如ABDEFKZ033（0）5%~15%。加上裕度后的风量和风压即作为选型的依据。 风机实物 风机外形标注7894.8m3h，阻力为74.83Pa选取三鼎风机，型号:S56137K-38L-B43AC380V610W,其叶轮4 所选电磁阀技术参R22-20~ 温控器实物 所选温控器技术参率226TDKDKD10-510-8vD vΦ25mmΦ25mm选用无缝钢1560%10057d2[w]q/qmqmv

式中dnqm——制冷剂质量流量，单位kgs——制冷剂密度，单位kgm3v——制冷剂比体积，单位m3kg[w]——制冷剂限定流速，单位m/s1 吸气0R1213.6m/s，查压v0.051m3/kg0的制冷剂质量流量qm0.0945kgsqmvqmv

1.128 m0.09450.09452R1211.8m/s，查压v0.013m3/kg，由热力计算得：2qm0.0945kgsqmvqmv

1.128

0.09450.013mΦ16mm×1.5mm紫铜11.8m/s。3流速为0.5m/s，查压焓图可得管内制冷剂的比体积v20.00095m3/kgqm0.0945kgsqmvqmv

1.128

0.09450.00095mΦ18mm×1.5mm42R121m/s，查压焓图可得从制冷剂气体的比体