12KW分體式水源熱泵空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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文獻(xiàn)翻譯 題 目 分體式空調(diào)器室內(nèi)單元 題 目 空氣流動和熱交換的研究 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院（系） 指導(dǎo)教師（職稱） 完成時間 分體式空調(diào)器室內(nèi)單元的空氣流動和熱交換的研究 摘要：首先介紹一個典型的三維計(jì)算流體動力學(xué)模型的剖面，并且用一個心里測試的房間來確認(rèn)空調(diào)裝置的工作能力，得出的結(jié)果與計(jì)算流體動力學(xué)模型的數(shù)據(jù)有0.26%的差別，然后進(jìn)行了從計(jì)算流體動力學(xué)中得到的速率分布和立體粒子圖像測速技術(shù)測量值的比較，從而得出結(jié)論在判斷熱量交換和流量特點(diǎn)是剖面模型是非常有用的。 關(guān)鍵詞： 分體式空調(diào)；翅片和管換熱器；橫流風(fēng)機(jī)；立體粒子圖像測速技術(shù) 1.引言 目前，能源利用率已經(jīng)成為工程應(yīng)用中最終也好的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。政府和國際相關(guān)組織通過制定調(diào)理規(guī)程和國際標(biāo)準(zhǔn)牢固地控制著能源需求。因?yàn)槿粘５尼t(yī)學(xué)產(chǎn)品包括一個市場和生產(chǎn)主要元件的能量消耗，他們的產(chǎn)品和商品被產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的控制著。這就意味著，生產(chǎn)商家要更嬌注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程。另外一個重要的原因是消費(fèi)者要求使用更加節(jié)能的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)方案更好的產(chǎn)品來提升生活質(zhì)量。 與其他日常用的產(chǎn)品相比，對高品質(zhì)的分體式空調(diào)的要求增長速度更迅速，充足的通風(fēng)量和熱交換性能的好壞決定了溫度上的舒適度，還需要考慮能效問題，這些都是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。分體式空調(diào)的室內(nèi)單元和室外單元石象湖關(guān)聯(lián)的。但是，因?yàn)樵谛》秶鷥?nèi)，保證高性能的需要，室內(nèi)部分的設(shè)計(jì)要花費(fèi)更大的功夫。所以分體式空調(diào)室內(nèi)單元的翅片管式換熱器和橫流風(fēng)扇的外殼設(shè)計(jì)是非常重要的。 翅片管式換熱器由于結(jié)果緊湊，傳熱可靠性高而用于空調(diào)系統(tǒng)。許多研究者對翅片管式換熱器的性能進(jìn)行過改進(jìn)，結(jié)果表明空氣異常的換熱器部分比制冷劑異常的部分更加重要，原因是前者有更大的熱阻[1]。一系列的實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化模擬研究也說明了這一觀點(diǎn)是正確的[2-6]。在這些研究中翅片管的材料特性，翅片傾斜，管子間距和它們的不知方式，其形狀和翅片的排列方向，空氣側(cè)空氣和制冷劑的性能，以及空氣流動條件都在研究之列。一個翅片管式換熱器典型的部分使用數(shù)字化的3D模型來研究的。氣流條件和通風(fēng)性能是通過做實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究的。 表1 術(shù)語 術(shù)語 Cp 比熱容(J/kg K) k 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m K） m 質(zhì)量流量(kg/s) Qs 顯熱(W) Tf 相變溫度（K） ▽T 溫差(K) σ 密度(kg/m3) μ 粘度(Ns/m2) 人們對分體式空調(diào)的內(nèi)部系統(tǒng)做了大量的研究。比如用在風(fēng)道中逐漸擴(kuò)大規(guī)模和原型實(shí)驗(yàn)的方法，試圖找出分體式空調(diào)的性能和斷面形狀的關(guān)系[7]。一個最理想的家用空調(diào)翅片形狀可以從他們目前最新設(shè)計(jì)的模型中得出。另一個換熱器性能的實(shí)驗(yàn)是Tuztas和Egrica在風(fēng)道中完成的，使用與之前類似的技術(shù)得到了一個不同幾何尺寸換熱器的實(shí)驗(yàn)數(shù)值的數(shù)據(jù)庫[8]。Taler研究中用到了一種用于得出傳熱系數(shù)的數(shù)字化模型，用于研究不同型號的帶有延伸表面的翅片管換熱器的液體面和氣體面[9]。發(fā)展成熟的數(shù)學(xué)分析模型比用于判斷新型翅片管換熱器，空調(diào)系統(tǒng)和制冷裝置的特性。Borrajo-Palaez用的是三維模擬的方法來完成換熱器兩側(cè)的換熱性能[1]。Xie模擬翅片管換熱器空氣側(cè)換熱時，分別使用了多排較小直徑管子和少量較大直徑管子來獲得熱交換性能和空氣流動性能的相互關(guān)系[11]。 2 圖1空調(diào)器室內(nèi)單元裝配圖 就提高分體式空調(diào)的性能來說，翅片管式換熱器和橫流風(fēng)機(jī)都是重要的因素。河流風(fēng)機(jī)在空調(diào)中應(yīng)用廣泛，并且它們的外殼影響到空氣的流動，從而會影響到熱交換器的換熱性能。研究者們往往把目光放在橫流風(fēng)機(jī)形成的復(fù)雜的空氣運(yùn)動場上，而且大部分的實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化的研究已經(jīng)能夠判定氣流特性和簡化了的河流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)[12-16]。Dang和Bushnell研究表明，不同于幾何尺寸、外殼、橫流風(fēng)機(jī)的方向，更重要的是風(fēng)扇的位置和由風(fēng)機(jī)循環(huán)轉(zhuǎn)動引起的古怪漩渦的量級大小[17]。實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)字化模擬氣流區(qū)域包括葉輪在內(nèi)的形狀和古怪強(qiáng)力的漩渦是由Toffolo提出的[19]。Cabi和Klemrn在研究中提出用實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化的方法研究橫流風(fēng)機(jī)內(nèi)的空氣流和我想的空氣動力學(xué)，他們的研究結(jié)果表明，技術(shù)流體動力學(xué)是完成設(shè)計(jì)目標(biāo)的有用工具[20]。 現(xiàn)在有以下研究是做出分體式空調(diào)室內(nèi)單元的整個裝配模型。Shih提出運(yùn)用二維幾何數(shù)字化模擬常用分體式空調(diào)室內(nèi)單元的橫流風(fēng)機(jī)。同時計(jì)算流體動力學(xué)也是一個可以成功模擬復(fù)雜幾何運(yùn)動的方法[21]。根據(jù)相同的原理，模擬結(jié)果使得橫流風(fēng)機(jī)得以發(fā)展。Xue在研究中提出一個與上述實(shí)驗(yàn)類似的數(shù)字化模擬分體式空調(diào)室內(nèi)單元的橫流風(fēng)機(jī)用于制冷劑工況的模擬。用來判斷其內(nèi)部流動的特性[22]。通過對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出兩種氣相（干空氣和濕空氣）會影響到橫流風(fēng)機(jī)的性能的研究結(jié)果。Moukalled創(chuàng)建了3D數(shù)字化模型來預(yù)測屋頂上的空調(diào)器內(nèi)部氣流的速度、溫度、濕度的分布。雖然通過綜合地模擬熱交換器和風(fēng)扇，增加了柵格的規(guī)格和計(jì)算成本，但是可以使研究人員得出一個可靠的模型和更精確的結(jié)果，他們預(yù)測了設(shè)計(jì)條件下設(shè)備的顯熱和潛熱的制冷能力。 和在上文中提到的相同，計(jì)算空氣流體動力學(xué)在表示和理解復(fù)雜的流體特性是十分成功的。分體式空調(diào)室內(nèi)單元部分已經(jīng)被作為一個單獨(dú)的部分模擬出來了，但是，最近的研究表明及時是整個系統(tǒng)也可以用大量的的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化建模。裝置的3D模型是判斷空氣側(cè)氣流和熱交換的基礎(chǔ)，除了小而典型的部分，（比如數(shù)字化模擬翅片管）所以，在這項(xiàng)研究中，為了模擬分體式空調(diào)室內(nèi)單元引入了一個典型的剖面模型，分析熱傳遞和流體流動是為了得出相關(guān)的溫度和速度分布。另外，數(shù)字化手段的作用是通過比較熱交換能力的實(shí)驗(yàn)和SPIV分析裝置剖面數(shù)據(jù)得到結(jié)果，以達(dá)到檢測的目的。 2.數(shù)字化研究 常用分體式空調(diào)室內(nèi)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由四部分組成：橫流風(fēng)機(jī)、后壁、旋渦壁和翅片管式換熱器。熱交換器的幾何數(shù)據(jù)和橫流風(fēng)機(jī)及其腔體是影響空調(diào)性能的參數(shù)，更多的熱量交換和更少的壓力降低是翅片管式換熱器更好的設(shè)計(jì)方案，然而，提供足夠流速的同時再出口處更小的壓力波動是橫流風(fēng)機(jī)的一個主要目標(biāo)。這些參數(shù)是定義分體式空調(diào)室內(nèi)單元性能標(biāo)準(zhǔn)的有效數(shù)值，這些參數(shù)對分體式空調(diào)室內(nèi)單元的影響也是這次研究的對象之一。 通過假定換熱器是多孔介質(zhì)的方法可以進(jìn)行二維建模分體式空調(diào)室內(nèi)單元的內(nèi)部流體流動。這個假設(shè)有一個優(yōu)勢就是在有限體積格柵中減少了節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，然而值得注意的是熱交換器壓力值降低的特性。Shih在研究中提出用計(jì)算流體動力學(xué)的方法實(shí)習(xí)對翅片管式換熱器中壓力降低特性的分析來解決上述問題，但是，因?yàn)榉煮w式空調(diào)內(nèi)部翅片管式換熱器具有復(fù)雜的幾何特性，所以這一方法并不適用于所有的模型。另外，裝置內(nèi)部的幾何結(jié)構(gòu)和橫流風(fēng)機(jī)的流動特性會對流體通過翅片管式換熱器不同界面是產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，然而，這些數(shù)據(jù)在翅片管式換熱器的外部進(jìn)行試驗(yàn)是不能得到的。此外多孔介質(zhì)的假設(shè)對于確定裝置的熱交換特性是不夠的，因?yàn)闊峤粨Q只在熱交換器內(nèi)部發(fā)生，卻沒有對翅片管式換熱器翅片間空隙進(jìn)行建模，數(shù)字化建模中沒有考慮到翅片間流體流動的變化。所以，均勻的多孔介質(zhì)的假設(shè)并不適合于研究流體流動的局部熱量交換。幾乎沒有哪一項(xiàng)研究對傳熱建模是在分體式空調(diào)室內(nèi)單元內(nèi)部進(jìn)行的，但是卻有很多三維數(shù)字化研究是對翅片管式換熱器單獨(dú)建模的。并且計(jì)算流體動力學(xué)對于檢查空氣一側(cè)熱交換和流體特性是非常有用的一個工具，所以三維計(jì)算流體動力學(xué)的方法適合用于解決分體式空調(diào)室內(nèi)單元流體流動和熱交換的問題研究。 整個來自于生產(chǎn)者的模型都是為了簡化，而且在一些地方做了修改，比如在一般工況下建立的翅片管式換熱器的三維模型，以剖面模型為代表，裝配好的分體式空調(diào)的重復(fù)截面是固定的值。這個幾何尺寸下，排水管，濾塵器和裝置的外殼以及小的裝配零件都沒有建模，其目的就是簡化。這一預(yù)測的根據(jù)是這些要素微不足道的影響，其基礎(chǔ)是有一個好的網(wǎng)套，然而作為對橫流風(fēng)機(jī)性能影響最大的后壁和旋渦壁并沒有做出任何的變化。 把分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)的模型放入一個半圓形的區(qū)域，它代表的是裝置外部的空氣。雖然把外部空氣引入模型內(nèi)部會增加系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，但是入口和出口對于流體的影響可以把真實(shí)環(huán)境更好地表現(xiàn)出來，外部受影響的空氣的直徑是風(fēng)機(jī)直徑的20倍，翅片的厚度決定了3D模型的厚度。模型包括六個幾何尺寸：2個半值厚度鋁翅片，翅片間的空氣，這部分內(nèi)部的空氣，橫流風(fēng)機(jī)葉輪間的空氣（模型中旋轉(zhuǎn)的部分），風(fēng)機(jī)內(nèi)部的空氣，裝置內(nèi)部的空氣。 空調(diào)器數(shù)字化模擬的兩個重要步驟就是生產(chǎn)適合的數(shù)字化網(wǎng)格，網(wǎng)格有很多種形式和尺寸，如棱柱形和受擠壓的四面體可以用于模型中。不同擠壓層的數(shù)值和表面元件的數(shù)據(jù)對研究結(jié)果的影響也是應(yīng)該考慮的問題。在翅片管式換熱器的翅片之間距離翅片更近的及壓差厚度更小，而且是從翅片到空氣中遞增的。為了更為精確判定流體流動和熱量交換，在風(fēng)機(jī)葉輪出口和入口特別是翅片周圍空氣環(huán)繞的部件要選擇尺寸更小的。詳細(xì)的數(shù)字化網(wǎng)格中包括2482876個棱柱體元件和1614599個節(jié)點(diǎn)。 為了減小求解過程的計(jì)算負(fù)荷，只把翅片作為固體來建模，原因是它對于傳熱性能有很重要的影響。至于其他的固體區(qū)域，比如部件的外殼和風(fēng)機(jī)的葉輪在建模的時候都與絕熱墻在一起，并假設(shè)它們對傳熱的影響不大，雖然它們對流體流動條件的影響是很大的。邊界條件是根據(jù)檢測室數(shù)據(jù)TS EN14511：2007和ISO 5151[24]標(biāo)準(zhǔn)，這也是用來確定分體式空調(diào)器工作能力的主要工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這個分析是為了做出冷卻條件標(biāo)準(zhǔn)。給出了進(jìn)口和出口的邊界條件的數(shù)值模型，外部溫度是300K，相對壓力是0Pa。適當(dāng)?shù)姆纸缑婺Ｐ腿缌黧w和固體區(qū)域之間或者轉(zhuǎn)動的和靜止的部件之間都在項(xiàng)目中詳細(xì)列出來了。假設(shè)正面的兩側(cè)是對稱的并且風(fēng)機(jī)部分被定義成驅(qū)動橫流風(fēng)機(jī)中流體運(yùn)動的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。為了模擬激流的流體，使用了k-Σ標(biāo)準(zhǔn)模型，使用它的原因是它包括的范圍廣。這個模型中一般目標(biāo)的計(jì)算流體動力學(xué)代碼都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，并且它還被認(rèn)為是業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)模型。它之穩(wěn)定的，數(shù)字化上是健全的，并且有設(shè)定好的預(yù)測能力。 圖2 SAC室內(nèi)單元三維數(shù)字化模型 （a）三維模型的區(qū)域（b）環(huán)境空氣和重要的風(fēng)機(jī)部件 6 圖3數(shù)字化模型網(wǎng)格細(xì)節(jié)（a）數(shù)據(jù)網(wǎng)格（b）SAC室內(nèi)單元網(wǎng)格細(xì)節(jié)（c）通過擠壓層厚度（d）風(fēng)機(jī)葉輪周圍詳細(xì)網(wǎng)格視圖 空氣的熱物性，比如密度（r），熱容（Cp），質(zhì)量流量（m）和導(dǎo)熱系數(shù)（k）這些參數(shù)都在氣化溫度290K的條件下給出。從蒸發(fā)器管道出來的R22制冷劑的冷卻效果適用于翅片和280K恒定溫度下的空氣側(cè)管道表面。對三維穩(wěn)定狀態(tài)的反復(fù)分析一直持續(xù)到剩下的達(dá)到10à4并且域內(nèi)的不平衡值降到低于0.0001%。 表2 空氣的熱物性 Tf(K) σ(kg/m3) Cp(J/kg k) m(Ns/m2) k(W/m k) 290 1.208 1006.8 1.796X10-5 0.0255 3.結(jié)果和討論 3.1空氣流量 數(shù)字化模擬的結(jié)果可以觀測到邊界條件和橫流風(fēng)機(jī)速度（1200rpm），這一速度值可以在標(biāo)準(zhǔn)TS EN 14511：2007和ISO 5151中查出。流體條件是以流線的形式給出的，給出壓力分布，速度矢量圖以及溫度分布是為了模擬傳熱特性。 在圖4中給出了整個模型的流線和裝置內(nèi)部的詳細(xì)流體流動方式?？諝馔ㄟ^吸入格柵進(jìn)入裝置內(nèi)部，并在圖中標(biāo)記A和B的部分發(fā)生再循環(huán)，由于靠近入口，所以這一過程發(fā)生在前側(cè)和后側(cè)。流體流動通過換熱器的翅片時被變直，然后空氣進(jìn)入橫流風(fēng)機(jī)的翼型格柵。另外一個再循環(huán)的區(qū)域在圖4中用C標(biāo)出，這一再循環(huán)很大程度上依靠的是后壁的形狀和位置以及位于后壁上部分的舌狀物。另外，C區(qū)域的旁邊，有一個用D來表示的漩渦，這是由后壁和舌狀物再次驅(qū)動的。通過葉輪的里面，流體直接向后并且受到后壁和古怪漩渦的擠壓，這一點(diǎn)在圖4中用E來表示。漩渦D和E是橫流風(fēng)機(jī)流體的特性，雖然根據(jù)后壁的特性來說漩渦D可能是不存在的。因?yàn)榈蛪毫Φ膮^(qū)域已經(jīng)在圖5中用E表示出來了，所以這個古怪的漩渦是橫流風(fēng)機(jī)流體的主要源頭，它提供了逆流而上的空氣其功能像是一個塞子擋住了順流而下倒流的空氣。古怪漩渦的形狀和位置很大程度上取決于旋渦壁的幾何參數(shù)。另外一個漩渦位于旋渦壁的下部，人們認(rèn)為它是旋渦壁周圍壓力波動的結(jié)果。 8 圖4流線和SAC室內(nèi)單元重要的流體結(jié)構(gòu) 一項(xiàng)關(guān)于裝置外部流體的研究在圖4中表示出來了，它顯示了空氣從外部的上層移動到被吸入的孔洞，然而在裝置的出口處，有噴射的流體出現(xiàn)，其出現(xiàn)的位置是被限定的空氣流流出和周圍的空氣進(jìn)行混合。噴射的流體是由巨大的速度差造成的，這個速度差產(chǎn)生在被限定的空氣和裝置周圍的空氣之間，它的特點(diǎn)是持續(xù)增長的下層空氣形成的斷層。 圖5壓力等值線 9 空調(diào)器空氣吸入口和排出口的空間中流體的特點(diǎn)在圖6和7中用速度矢量來表示。這些速度矢量分布顯示是比流線更加詳細(xì)的方法，而且它們對于理解局部的流體對于溫度分布的影響。通過管道表面流體被分開，在管道后方會形成漩渦并且在空調(diào)器的拐角和舌狀物的部分形成回流，這些在圖中分別表示為A，B和C?？諝饬髦苯油ㄟ^換熱器翅片會影響到翅片管式換熱器對流換熱的性能。所以，對于更深入的研究，矢量區(qū)域信息是有用的，比如是換熱器表面區(qū)域換熱效率更高，而且可以重新設(shè)計(jì)裝置的幾何尺寸和橫流風(fēng)機(jī)的位置。 圖6空調(diào)機(jī)組流體流入口矢量區(qū)域和重要的流體結(jié)構(gòu) 圖7空調(diào)機(jī)組流體流出口矢量區(qū)域和重要的流體結(jié)構(gòu) 3.2溫度分布 熱量交換的結(jié)果已在圖8中表示出，等溫線在數(shù)字化模型的中平面中表示出來，它僅僅包含了空氣的溫度分布。在27℃時，周圍空氣流的溫度直到通過換熱器的翅片和管道才會發(fā)生變化。翅片管式換熱器在不同區(qū)域出口處溫差大小可以達(dá)到10℃，雖然橫流風(fēng)機(jī)混合的是來自于翅片管式換熱器的空氣，而且，溫度分布也在 趨于均勻，但是裝置的出口區(qū)域混合時溫差仍然達(dá)到4℃。在速度分布圖上，可以清楚地看到激流射出來，在核心的區(qū)域溫度是很低的。隨著受限制的空氣和周圍空氣進(jìn)行混合，溫度開始升高，等溫線的幅度持續(xù)增大直到核心區(qū)域消失于下層流體。 圖8空氣側(cè)溫度分布 圖9 FTHE不同區(qū)域的溫度分布（a）中平面上翅片間的空氣（b）鋁翅片（c）FTHE的可視化溫度分布 表3粒子圖像測速法 組成 規(guī)格 激光 135mj、15Fps雙脈沖激光流動感應(yīng)馬克Ⅱ4MPX傳感器 相機(jī)鏡頭 60mmF2蔡司平面微距鏡頭 計(jì)算機(jī) 戴爾T7500 其他 同步器和電纜 霧發(fā)生器 普通霧發(fā)生器 有一個區(qū)域明顯比換熱器其他部分溫度低（用G來表示），在結(jié)果中給出了空氣側(cè)和翅片側(cè)的溫度分布在圖8和9。由于再循環(huán)的空氣在區(qū)域C換熱器的后面，這在流線和速度矢量結(jié)果中也表示了，空氣在翅片管式換熱器的這一部分被再次冷卻。這使得換熱器的利用率降低。 12 圖10裝置流體流出區(qū)域體積和平面測量研究 在鋁翅片上介于翅片間的空氣在中平面的溫度分布已經(jīng)在圖9 a和b中分別表示出來了。整個翅片管式換熱器模型的可視化溫度分布已經(jīng)在圖9c中表示出來了。 3.3實(shí)驗(yàn)研究 3.3.1.熱傳遞能力測試 兩個不同的實(shí)驗(yàn)研究都用來驗(yàn)證數(shù)字化研究的結(jié)果。一個是濕度測試房間有60000BTU/h,用分體式空調(diào)器來判定它的工作能力。實(shí)驗(yàn)的根據(jù)是TS EN14511：2007和ISO 5151標(biāo)準(zhǔn)并且在房間實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)字化模擬結(jié)果之間控制應(yīng)對結(jié)果，裝置的顯熱用于這兩個實(shí)驗(yàn)。質(zhì)量流量和溫差從數(shù)字化模擬中得到，用方程式 Qs=mCp▽T 顯熱容量的計(jì)算值是3061.15W，而且實(shí)驗(yàn)測定的值是3069.1W，這表明，數(shù)字化模擬裝置內(nèi)部的熱傳遞是很成功的。 3.3.2.立體粒子圖像測速法 從計(jì)算流體動力學(xué)的方法得出的數(shù)字化模擬速度分布的結(jié)果和可視化流體實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。立體粒子圖像測速法需要高科技技術(shù)和靈敏的裝置以及謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，它用來測定速度。立體粒子圖像測速系統(tǒng)基本包括一架相機(jī)，一臺造霧器，一臺電腦和控制部件的軟件以及一些后期處理，計(jì)時器和電纜。詳細(xì)的裝置在 13 表2中已經(jīng)給出。在空氣中混入微型顆粒，由激光通過適當(dāng)?shù)溺R頭形成的一片光由微型顆粒散射的光通過相機(jī)，這些散射光和激光同步，由此來保證照片都是在正確的時間拍下的。從相機(jī)內(nèi)的連續(xù)圖像處理后得出粒子群在一定時間內(nèi)的位移和每一個區(qū)域的速度矢量。根據(jù)測量組合這些載體形式矢量流。測量在3480X6840mm范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)用的組件都是放在長方形的房間內(nèi)。 一個裝有橫流風(fēng)機(jī)的出口被平均分成9個測量平面用來顯示出裝置流出的流體。實(shí)驗(yàn)區(qū)域是這些195X150mm的平面中的每一個。體積是在流體流出區(qū)域內(nèi)研究的，這些測量在圖10中已經(jīng)給出。流體結(jié)構(gòu)不同截面上流出流體和橫流風(fēng)機(jī)裝置圖已經(jīng)在平面圖11中給出，根據(jù)200個瞬時速度來求解出平均速度。二維流體所顯示的矢量圖由空氣平面運(yùn)動組成，這部分是灰色的，黑色的表示的是紙平面內(nèi)，白色的表示的是紙平面外。在圖11中可以清晰的看到激流，它是通過研究區(qū)域的對角線的；然而流體在裝置不同部分是不同的。 平面內(nèi)在流體邊緣處沿對角線對平面1的研究區(qū)域進(jìn)行研究。在平面內(nèi)的速度分量的幅度可以達(dá)到2m/s，在出口和平面內(nèi)是0.6m/s，這表明流體從周圍空氣中進(jìn)入實(shí)驗(yàn)房間后存在于研究區(qū)域的左邊?？梢栽谳^低處的左邊和較高處的右邊看到激流運(yùn)動到周圍的空氣中。在裝置中，再循環(huán)流體的位置低于激流，它是橫向平面內(nèi)流體的分量。 在平面激流中可以清楚的看到它，在平面2中出口處的速度分量是5m/s。隨著研究從平面邊緣向平面中心移動，邊緣效應(yīng)消失，在左下和右上部分觀察空氣進(jìn)入主流體的運(yùn)動。橫向流體在研究區(qū)域的左下部分也在發(fā)生改變，在出口接近上部的地方其強(qiáng)度在增強(qiáng)，在平面外的區(qū)域速度可以達(dá)到-1m/s。 對平面3和4來說，橫向流體逐漸變薄，其平面外的組件的變化幅度減小。然而，平面射流的形狀和速度分布在這些平面內(nèi)沒有任何差異。在平面內(nèi)5-6m/s的速度通過研究區(qū)域的對角線右側(cè)后在在裝置的出口處下降到4-5m/s。分體式空調(diào)器室內(nèi)單元出口處流體結(jié)構(gòu)開始在平面5內(nèi)發(fā)生變化。激流上移到平面5，它幾乎是沒有任何優(yōu)勢的平面流體組件。此外，在平面內(nèi)裝置的出口處速度的大小減小到3-4m/s。流體結(jié)構(gòu)的變化對平面6來說更加重要，在其中，出平面裝置的速度從負(fù)變到正，那意味著橫向流動的方向改變了。平面內(nèi)的速度分布回歸到其正常的分布，它有一個更加廣泛的激流截面。平面8內(nèi)的激流橫截面比7中更大，而強(qiáng)度也更強(qiáng)。在平面9內(nèi)，位于邊緣的出口區(qū)域，激流在平面內(nèi)是看不到的，但是流體平面組件 15 顯示正值，所以表明在這個平面內(nèi)存在橫向的流體。 圖11SAC室內(nèi)單元不同區(qū)域流體結(jié)構(gòu)橫斷面圖 圖12SAC室內(nèi)單元流體結(jié)構(gòu)三維圖 雖然平面6在裝置的幾何中心，但是，它并不是激流的中心。電機(jī)和控制單元位于該裝置的左側(cè)，在裝置的這一區(qū)域內(nèi)是沒有任何的流體的。因此，分體式空調(diào)室內(nèi)單元的關(guān)鍵部分有直接的橫流風(fēng)機(jī)的平面6，來自兩邊的橫向流體在平面6中心相遇。速度場可以從計(jì)算流體動力學(xué)的方法從不同平面中得出從而得到分體式空調(diào)器室內(nèi)單元可視化三維立體流出流體的結(jié)構(gòu)。由此得到等值面，流體在面內(nèi)的速度分量大小是3.5m/s，這個數(shù)值和測量平面在圖12中給出。平面6射流在中心被分成兩部分，并且另個流體結(jié)構(gòu)的峰值是非常明顯的。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，平面激流收到分割邊緣和三維結(jié)構(gòu)的影響非常大；然而我們卻不能建立關(guān)于邊緣影響和三維流體結(jié)構(gòu)的數(shù)字化模型來進(jìn)行研究。因此，把實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和數(shù)字化模擬的結(jié)果進(jìn)行比較時，隨機(jī)的選擇一個測量面，很可能就會選擇一個錯誤的平面。作為一個結(jié)果，平均流體的速度在六個平面內(nèi)（2、3、4、5、7、8）在其中受到流體干擾更小，可以進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算來比較數(shù)字化研究結(jié)果。 圖13路徑比較圖 16 圖14空調(diào)器模型出口區(qū)域不同路徑CFD和SPIV速度數(shù)據(jù)的比較圖 （路徑1、2、3、4、5、6） 在裝置的出口處定義了六條路徑在不同的流向位置，它位于垂直于平面激流沿流動方向；用來比較數(shù)字化和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。在平面內(nèi)定義的相對于無量綱激流正常坐標(biāo)路徑上的速度，是以激流位置正常比率到設(shè)備出口截面的高度。和在圖14中表示的一樣，這種方式的結(jié)果有一個峰值速度分布圖形，但是對計(jì)算流體動力學(xué)數(shù)據(jù)來說有一個范圍更廣的峰值。另外，速度的最大值同樣有相匹配的數(shù)字化模型和實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。定義路線的位置幾乎和計(jì)算流體動力學(xué)得到的數(shù)據(jù)相同并且速度分布曲線是對稱的而且隨著流體通過下層的發(fā)展有了更廣泛的范圍。然而，對立體粒子圖像測速技術(shù)結(jié)果峰值的位置變化，兒流體非對稱的速度分布曲線越來越大，這是流體在下層發(fā)展時用計(jì)算流體動力學(xué)得出的結(jié)果。速度分布的差異通過下層流體減小可能是橫向流體不能被建立剖面模型造成的。 17 4.結(jié)果 在這次研究中，引入了眾所周知的翅片管式換熱器的數(shù)字化模型，其目的是為了判定一個更加復(fù)雜的幾何尺寸系統(tǒng)的溫度和速度分布，這一系統(tǒng)就是分體式空調(diào)器室內(nèi)單元。雖然在過去有很多關(guān)于分體式空調(diào)器的數(shù)字化和實(shí)驗(yàn)研究，但是這次是第一次用一個剖面模型同時研究流體和熱交換。該數(shù)字模型的驗(yàn)證使用的是熱傳遞能力的測試和立體粒子圖像測速法測量裝置的出口截面。這項(xiàng)研究結(jié)果表明，數(shù)字化模擬和實(shí)驗(yàn)研究得到的結(jié)果差別在可以接受的范圍之內(nèi)，并且，數(shù)字化研究剖面模型是一個很好的用于判定分體式空調(diào)器熱量傳遞和流體特征的工具。在心理測試房間得到的數(shù)據(jù)和數(shù)字化模型得到的數(shù)據(jù)的差別是0.26%，并且出口處速度和由立體粒子測速法得到的數(shù)據(jù)是一致的。數(shù)字化研究是理想化的位置得到的，所以一些元素沒有被建模（一些組件，濾波器等），計(jì)算時的假設(shè)和錯誤，以及制造裝配時引入的缺陷都是不考慮的。另外，平面外流體結(jié)構(gòu)對主流體的影響在剖面模型總減小了，因此，從實(shí)驗(yàn)中得到的流體速度和從數(shù)字化模擬中得到的速度有差別是合理地。 雖然二維模型在有限體積內(nèi)減少節(jié)點(diǎn)個數(shù)和減輕計(jì)算負(fù)荷是有優(yōu)勢的，原因是熱量傳遞只發(fā)生在換熱器的內(nèi)部，但是翅片管式換熱器的多孔介質(zhì)模型不適用于表示流體流動對傳熱的影響。用今天的電腦技術(shù)，建立整個裝置的模型而不是模型的剖面也是可能的，但是這會高估和浪費(fèi)時間。在這項(xiàng)研究中，數(shù)字化模擬得到了發(fā)展，它不僅僅是在分體式空調(diào)器的設(shè)計(jì)方面也在其他有翅片管式換熱器或者橫流風(fēng)機(jī)的裝置的設(shè)計(jì)方面是一個非常有用的工具。 參考文獻(xiàn) [1] C.C. 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[24] International Standard ISO 5151, Non-ducted Air Conditioners and Heat Pumps e Testing and Rating for Performance (1994) (E). 21 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 12kW 分體式水源 熱泵空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時間 I 12kW分體式水源熱泵空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì) 摘 要 本文簡要介紹了制冷量為12kW的分體式水源熱泵空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)，并且分析了制冷設(shè)備中制冷循環(huán)的熱力計(jì)算、壓縮機(jī)的選配及校核、蒸發(fā)器、冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及性能校核，制冷設(shè)備中管路的連接與布置、其他附件的選擇標(biāo)準(zhǔn)及要求、制冷工況的選擇、制冷劑與載冷劑的選擇。在設(shè)計(jì)過程中，分析制冷劑選用原則及限制條件并確定R134a為制冷劑，綜合考慮了各種壓縮機(jī)的性能特點(diǎn)并確定了合適的壓縮機(jī)。通過方案論證確定了合適的冷凝器、蒸發(fā)器以及相關(guān)輔助設(shè)備，并詳細(xì)介紹了熱力計(jì)算、冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算、蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算、節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇計(jì)算以及其他零部件的選擇過程。 關(guān)鍵詞：水源熱泵；分體式；空氣調(diào)節(jié)；節(jié)能； 12kW分體式水源熱泵空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì) The Split Type Water Source Heat Pump Air Conditioning Whose Cooling Capacity Is 12KW ABSTRACT This paper introduces the briefly design processes and methods of the split type water source heat pump air conditioning whose cooling capacity is 12KW,and we mainly introduce the thermodynamic calculation in the refrigeration cycle of refrigeration equipment, the matching of the compressor and check, design and calculation of evaporator and condenser and performance check. Besides other accessories, including refrigeration equipment in the selection criteria and requirements of the connection and arrangement of piping, cooling conditions choice, the choice of refrigerant and cooling medium.the selection principle of refrigerant analysis and limitations and determined for refrigerant R134a; Considering the characteristics of the performance of the compressor and determine the appropriate compressor. Through the scheme comparison determined the suitable condenser, evaporator and auxiliary equipment,and introduces the thermodynamic calculation, design and calculation of the condenser,evaporator design calculation,the throttle body choice calculation and the other parts of the selection process. Keywords: Water source heat pump; Split type; Air conditioning; Energy-saving; 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 水源熱泵技術(shù)介紹 1 1.2 水源熱泵技術(shù)的原理 1 1.3 水源熱泵的分類 2 1.4水源熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 2 1.4.1 高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低 2 1.4.2 運(yùn)用的是可再生能源 3 1.4.3 環(huán)保效益顯著 3 1.4.4 運(yùn)行穩(wěn)定范圍廣泛 3 1.4.5 一機(jī)多用 4 1.4.6 機(jī)房面積小，靈活安全 4 1.4.7 國家政策的支持 5 1.5 水源熱泵技術(shù)的運(yùn)用 5 1.6 水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用問題分析 6 1.6.1 水源熱泵技術(shù)面臨的問題 6 1.6.2 水源熱泵對水源的要求與選擇 7 1.7 分體式空調(diào)的簡介 8 1.7.1 分體式空調(diào)的定義 8 1.7.2 分體式空調(diào)的優(yōu)缺點(diǎn) 8 1.7.3 分體式空調(diào)的市場狀況 8 2 制冷劑、載冷劑與潤滑油的選擇 9 2.1 制冷劑 9 2.1.1 制冷劑的介紹 9 2.1.2 制冷劑的選用原則 10 2.2.1 載冷劑的介紹 11 2.2.2 載冷劑的選擇 11 2.3 潤滑油 12 3 制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算 12 3.1 系統(tǒng)工況的設(shè)計(jì) 12 3.2 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 13 4 壓縮機(jī)的選型 15 4.1 壓縮機(jī)的類型選定 15 4.2 壓縮機(jī)的級數(shù)確定 16 4.3 壓縮機(jī)的型號選擇 17 4.4 壓縮機(jī)的校核計(jì)算 17 5 冷凝器 19 5.1 冷凝器的類型選定 19 5.1.1冷凝器的分類 19 5.1.2冷凝器的選擇 21 5.2 冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 6 蒸發(fā)器 23 6.1 蒸發(fā)器的類型選定 23 6.2 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 7 節(jié)流機(jī)構(gòu) 30 7.1 節(jié)流機(jī)構(gòu)的作用 30 7.2 節(jié)流機(jī)構(gòu)的類型 31 7.3 節(jié)流機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 7.3.1 節(jié)流機(jī)構(gòu)的選型 33 7.3.2 節(jié)流機(jī)構(gòu)的校核計(jì)算 34 8 輔助設(shè)備的選擇 35 8.1 干燥過濾器 35 8.1.1 干燥過濾器的作用及類型 35 8.1.2 干燥過濾器的選型 36 8.2 油分離器 36 8.3 截止閥 37 8.4 電磁閥 38 8.4.2 電磁閥的選型 39 8.5 單向閥 40 8.6 視液鏡 42 結(jié) 束 語 43 致 謝 44 參考文獻(xiàn) 45 1 緒論 1.1 水源熱泵技術(shù)介紹 水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的空調(diào)技術(shù)。水源熱泵可分為地源熱泵和水環(huán)熱泵。地源熱泵包括地下水熱泵、地表（江、河、湖、海）熱泵、土壤源熱泵；利用自來水的水源熱泵習(xí)慣上被稱為水環(huán)熱泵。 隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，我國能源消耗也在不斷增加，進(jìn)入二十一世紀(jì)之后我國的建筑能耗已占社會總能耗的近三分之一。如何合理地利用不同形式的能源，特別是可再生能源，以滿足日益增長的建筑耗能需求，成為擺在我們面前亟待解決的問題。水源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)[3]。這符合當(dāng)今社會節(jié)能環(huán)保的要求，提高能源利用率，最大限度的利用有限的能源創(chuàng)造更大的價值是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。把握好分體式水源熱泵空調(diào)機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展前景也是尤為重要的。 1.2 水源熱泵技術(shù)的原理 地球表面淺層水源（一般在1000米以內(nèi)），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，吸收了太陽進(jìn)入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵技術(shù)的工作原理就是：通過輸入少量高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達(dá)到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機(jī)組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。 水源熱泵機(jī)組工作的大致原理是，夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取熱量。 其具體工作原理如下：在制冷模式時，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)出來進(jìn)入冷凝器，制冷劑向冷卻水（地下水）中放出熱量,形成高溫高壓液體，并使冷卻水水溫升高。制冷劑再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收冷凍水（建筑制冷用水）中的熱量，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使冷凍水水溫降低。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)在蒸發(fā)器中獲得冷凍水。 其具體工作原理如下：在制冷模式時，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)出來進(jìn)入冷凝器，制冷劑向冷卻水（地下水）中放出熱量,形成高溫高壓液體，并使冷卻水水溫升高。制冷劑再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收冷凍水（建筑制冷用水）中的熱量，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使冷凍水水溫降低。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)在蒸發(fā)器中獲得冷凍水。 1.3 水源熱泵的分類 熱泵系統(tǒng)以花費(fèi)一部分高質(zhì)能為代價。從自然環(huán)境中獲取能量并連同所花費(fèi)的高質(zhì)能一起向用戶供熱，從而有效地利用了低水平的熱能，是一種高教、節(jié)能、節(jié)資、冷暖兩用、運(yùn)行靈活且無污染的新型空調(diào)系統(tǒng)。據(jù)ASHRAE Hmldbook：HvAc Applications(1995)的分類。將地?zé)崮苜Y源按溫度范圍不同分為三類．其中地源熱泵應(yīng)用類包括了水源熱泵的兩種方式：地下水源和地表水源熱泵。 1.4 水源熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 水源熱泵技術(shù)通過消耗部分電能，采集來自湖水、河水、地下水及地?zé)嵛菜?，甚至工業(yè)廢水、污水的低品位熱能作為空調(diào)機(jī)組的冷、熱源，具有以下很多優(yōu)點(diǎn)： 1.4.1 高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低 我們在評價熱泵機(jī)組和制冷機(jī)組的性能時常用到“功效比”一詞，用COP表示，它的定義是系統(tǒng)輸出的功率與所消耗的功率之比。風(fēng)冷熱泵其COP值一般在2.0至3.0之間，而水源熱泵，國內(nèi)產(chǎn)品在供熱時COP值可達(dá)3.5至4.0供冷時活塞式機(jī)組為5.0至5.2，螺桿式機(jī)組可達(dá)6.0，從這一點(diǎn)上看，水源熱泵可以被稱作高效節(jié)能的供冷供熱設(shè)備。水源熱泵在制熱時所需的地下水即相當(dāng)于鍋爐燃燒的煤或油，而且地下水占熱泵所供熱量的70％～75％，這些熱量所消耗的代價僅為廉價的地下水，其成本要大大低于燃油和燃煤。以我市的水源熱泵運(yùn)行狀況來看，冬季供暖的運(yùn)行費(fèi)用為15元每平方米左右，而熱網(wǎng)供暖為24元每平方米。燃油供暖為35元每平方米左右，因此運(yùn)行費(fèi)用低是水源熱泵的一個顯著特點(diǎn)。 水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體溫度為18～35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，從而提高機(jī)組運(yùn)行效率。水源熱泵消耗1kW.h的電量，用戶可以得到4.3～5.0kW.h的熱量或5.4～6.2kW.h的冷量[1]。與空氣源熱泵相比，其運(yùn)行效率要高出20％～60％，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的40％～60％。 1.4.2 運(yùn)用的是可再生能源 水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為熱源，利用地球水體自然散熱后的低溫水作為冷源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。 1.4.3 環(huán)保效益顯著 源熱泵技術(shù)在利用地下水以及地表水源的過程當(dāng)中，不會引起區(qū)域性的地下以及地表水污染。實(shí)際上，水源水經(jīng)過熱泵機(jī)組后，只是交換了熱量，水質(zhì)幾乎沒有發(fā)生變化，經(jīng)回灌至地層或重新排入地表水體后，不會造成對于原有水源的污染。水源熱泵供熱時省去了燃煤、燃?xì)?、燃油等鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，減少了環(huán)境污染。水源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70N以上。水源熱泵制冷劑充灌量比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％；又屬自含式系統(tǒng)，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。水源熱泵可以利用的水體，包括地下水和地表水。地表土壤和水體收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多，而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。 1.4.4 運(yùn)行穩(wěn)定范圍廣泛 地球表面或淺層水源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，一般為l0℃～25℃，其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源。水體溫度較恒定的特性，使得水源熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問題。 水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。其總投資額僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的60％，并且安裝容易，安裝工作量比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)少，安裝工期短，更改安裝也容易。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅、住宅小區(qū)的采暖、供冷。 1.4.5 一機(jī)多用 源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。由于水源熱泵冬季可向建筑物供暖。夏季可向建筑物供冷，真正做到了一機(jī)兩用，提高了設(shè)備的利用率。從初投資來看，現(xiàn)在國內(nèi)主要熱泵生產(chǎn)廠家的熱泵機(jī)組價格大致在0．9至1.0元／W之間，而同樣具備一機(jī)兩用的溴化鋰直燃機(jī)的價格在1.4至1.5元／W，而且水源熱泵機(jī)組無需設(shè)置冷卻塔及煙氣排放系統(tǒng)，省去了高成本的自來水，避免了向大氣排放煙塵及有害氣體，因此水源熱泵可稱其為低成本的綠色空調(diào)產(chǎn)品。 1.4.6 機(jī)房面積小，靈活安全 由于熱泵機(jī)組兼有供冷供熱的功能，機(jī)組本身體積較小，因而使機(jī)房面積大 大減小，機(jī)組可靈活地安裝在任何地方，沒有儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患， 機(jī)組采用智能化微電腦控制系統(tǒng)，并有備用手動操作系統(tǒng)，無需專業(yè)人員操控， 完善的電腦控制和多重保護(hù)，使整機(jī)運(yùn)行安全可靠。水源熱泵機(jī)組從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用，機(jī)組適用的水源溫度從8℃到35℃均可，既可以提供7℃或50℃的空調(diào)用水，也可以提供同樣溫度的生活熱水；既可以作為城市區(qū)域供熱的熱源使用，也可以為辦公樓、賓館、別墅、居民小區(qū)等提供中央空調(diào)系統(tǒng)。隨著居民生活水平的普遍提高，設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的住宅小區(qū)逐漸增多，而對于這樣的小區(qū)而言，地下水水源熱泵無疑是較為理想的冷熱源，與采用集中供熱的住宅小區(qū)相比，初投資雖然偏高，但能耗費(fèi)用低，設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)小區(qū)內(nèi)的住戶冬暖夏涼，生活品質(zhì)得到改善，住戶可以接受，而且其初投資高出的部分不出數(shù)年已為能耗費(fèi)用的節(jié)省所抵消。隨著住宅分戶供暖方式在全國的推廣，一些熱泵生產(chǎn)廠又推出了用于每戶使用的戶式水源熱泵機(jī)組，具體應(yīng)用方式為水源熱泵分戶設(shè)置，地下水統(tǒng)一供給，電費(fèi)按每戶的電表計(jì)量收取，水費(fèi)按每戶水表的計(jì)量收取，給物業(yè)管理部門的收費(fèi)工作提供了方便。 1.4.7 國家政策的支持 國家十分重視可再生能源開發(fā)利用工作，《中華人民共和國可再生能源法》已于2006年1月1日起實(shí)施，同時，在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，又把大力發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用新能源和可再生能源作為能源領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展主題。從國家立法和發(fā)展戰(zhàn)略的高度，對可再生能源的發(fā)展應(yīng)用予以強(qiáng)力推動。根據(jù)國家建設(shè)部政策規(guī)定，凡采用水源熱泵空調(diào)技術(shù)的建筑物，通過向當(dāng)?shù)亟ㄎ陥?bào)，可獲得政府的政策性支持，減免建筑配套費(fèi)用140～200元/。與鍋爐（電、燃料）和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比的優(yōu)勢體現(xiàn)在：與鍋爐（電、燃料）和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，水源熱泵具明顯的優(yōu)勢。鍋爐供熱只能將90％～98％的電能或70％～90％的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40％左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50％～60％。因此，近十幾年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美及中、北歐等國家取得了較快的發(fā)展，尤其是來，中國的水源熱泵市場也日趨活躍，使該項(xiàng)技術(shù)得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，成為一種有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。 1.5 水源熱泵技術(shù)的運(yùn)用 從水源熱泵的市場應(yīng)用看，中國南方的深圳，廣州到過渡地區(qū)的上海，南京直到北方采暖地區(qū)的北京，大連等城市的公共建筑（辦公樓，商住樓，商場等），而且住宅建筑上得到了廣泛的應(yīng)用。 我國早在80年代末就開始關(guān)注國外污水源熱泵技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展。首例城市污水源熱泵系統(tǒng)到2000年才在北京高碑店污水處理廠成功示范。此后，北京、皇島、石家莊等地相繼建成污水源熱泵系統(tǒng)，但上述工程均采用污水廠二級污水(水質(zhì)好、污雜物含量低)為低位熱源，沒有解決污水取水過程中的污雜物堵塞問題。真正對我國城市污水源熱泵空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展起到重大推動作用的研究，是哈爾濱工業(yè)大學(xué)完成的城市原生污水熱能資源化工藝與技術(shù)，該技術(shù)于2003年9月份開始應(yīng)用于哈爾濱望江賓館。2007年，在山東諸城華元大廈開發(fā)應(yīng)用的太陽能輔助污水源熱泵供熱空調(diào)技術(shù)與節(jié)能建筑一體有機(jī)結(jié)合，更是對太陽能技術(shù)、污水源熱泵空調(diào)技術(shù)和建筑節(jié)能技術(shù)綜合應(yīng)用的成功探索。 水源熱泵使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時，消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和CO2溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的污染就小。設(shè)計(jì)良好的水源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少30％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上。源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。其中已有的應(yīng)用實(shí)例為重慶建筑節(jié)能工程，長沙市酒店等。當(dāng)然不同地區(qū)有不同的需求，水源的基本條件也有不同，但是總體來說，水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低，還是擁有很好的發(fā)展前景。 1.6 水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用問題分析 1.6.1 水源熱泵技術(shù)面臨的問題 目前水源熱泵系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組主要存在著以下幾個方面的不足：（1）受可利用的水源溫度，水量，清潔度等條件的限制；（2）有著水層地理結(jié)構(gòu)復(fù)雜而帶來的水源的探測開采技術(shù)和費(fèi)用的制約；（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)或控制不當(dāng)會降低系統(tǒng)節(jié)能效果或增加初投資；（4）在水源熱泵機(jī)組的推廣方面存在著地域的差異與不平衡性。 與其他熱源相比，水源熱泵系統(tǒng)中防堵塞、防腐蝕、防污染等技術(shù)問題才是真正影響系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵，由于原生污水中含有大量的(塑料袋、樹葉等)雜物的存在，很容易造成設(shè)備與管路的堵塞與污染，利用傳統(tǒng)的過濾手段與機(jī)械格柵盡管能夠處理這些雜物，但涉及到占地，清理、雜物運(yùn)輸及周邊的環(huán)境污染問題，造成實(shí)際無法操作。并且其處理成本也要遠(yuǎn)高于熱泵從水中取熱與取冷的價值，這無疑給城市原生污水源熱泵系統(tǒng)在規(guī)模的運(yùn)用上加大了困難。并且由于地下水質(zhì)的不穩(wěn)定，比如含沙量過高，或沙質(zhì)過細(xì)，對機(jī)組組有極大的破壞作用，甚至出現(xiàn)安裝后無法正使用而更換主機(jī)。水源熱泵還要用螺桿壓縮機(jī)電制冷，用電量本來就是理論上相對較低，但廠家從來不說水源熱泵還須要把地下水抽到地表，使用高達(dá)80~120米的揚(yáng)程泵耗電量從來不在其宣傳中，其節(jié)能性根本體現(xiàn)不出來，甚至用電量更大。使用地區(qū)的地下水位過低，其用電量會更大。深水泵常年泡在井下,生銹損壞是家常便飯,一旦損壞,就須要架起井架,把管道一節(jié)節(jié)抽出,再抽出泵,一次損壞就須要十多天的維修，地下水位過高的地區(qū)(距大型湖泊河流近)其地下水回灌是個更大的問題。 1.6.2 水源熱泵對水源的要求與選擇 水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性是影響水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要因素。應(yīng)用水源熱泵時，對水源系統(tǒng)的原則要求是：水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定。具體說，水源的水量，應(yīng)當(dāng)充足夠用，能滿足用戶制熱負(fù)荷或制冷負(fù)荷的需要。如水量不足，機(jī)組的制熱量和制冷量將隨之減少，達(dá)不到用戶要求。水源的水溫應(yīng)適度，適合機(jī)組運(yùn)行工況要求。例如，清華同方SGHP型水源中央空調(diào)系統(tǒng)在制熱運(yùn)行工況時，水源水溫應(yīng)為12~22℃；在制冷運(yùn)行工況時，水源水溫應(yīng)為18~30℃。水源的水質(zhì)，應(yīng)適宜于系統(tǒng)機(jī)組、管道和閥門的材質(zhì)，不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕損壞。水源系統(tǒng)供水保證率要高，供水功能具有長期可靠性，能保證水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)長期和穩(wěn)定運(yùn)行。 再生水源是指人工利用后排放但經(jīng)過處理的城市生活污水、工業(yè)廢水、礦山廢水、油田廢水和熱電廠冷卻水等水源。自然界中的水分布于大氣圈、地球表面和地殼巖石中，分別稱之為大氣水、地表水和地下水。陸地上的地表水和地下水均來自于大氣降水[2]。 水源水可以是地下水、地表水、地?zé)嵛菜⒑?、海水、江河水、城市廢水、工業(yè)廢水等。水源熱泵提取的是水中的能量，因此對水源水的水質(zhì)、溫度要求比較寬。如果水源水質(zhì)達(dá)不到要求時，可采取各種處理手段來滿足水源中央主機(jī)對水質(zhì)的要求。水源水含砂量較高時，可在水系統(tǒng)中加裝漩流除砂器，降低水中含砂量，避免機(jī)組和關(guān)發(fā)遭受磨損，除砂器選型可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)處理流量選配型號和臺數(shù)。如果工程場地面積較大，也可修建沉淀池除砂。有些水源，特別是地表水混濁度較大，用于回灌時容易造成管井濾水管和含水層堵塞，影響供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。對混濁度大的水源，可以安裝凈水器進(jìn)行過濾。水源水腐蝕性及硬度都很高的水源，如海水、工業(yè)廢水等。 1.7 分體式空調(diào)的簡介 1.7.1 分體式空調(diào)的定義 分體式空調(diào)，即“一拖一”，由一臺室外機(jī)加一臺室內(nèi)機(jī)組成，室外機(jī)一般置于設(shè)備陽臺上。分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)有壁掛式、立柜式、吊頂式、嵌入式、落地式。家庭用分體式空調(diào)較多。 1.7.2 分體式空調(diào)的優(yōu)缺點(diǎn) (1)分體式空調(diào)運(yùn)行管理靈活方便。集中式中央空調(diào)只要有1個末端在用，空調(diào)主機(jī)必須開啟。而分體空調(diào)如果只想開一個房間的話，只要開啟相應(yīng)房間的空調(diào)設(shè)備，其運(yùn)行電費(fèi)就小于集中式中央空調(diào)。 (2)分體式空調(diào)由于主機(jī)是通過不斷的開啟與關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)調(diào)溫的，故空調(diào)效果較差。 (3)分體式空調(diào)只能夏季供冷，而冬季供暖則須另外設(shè)置供暖系統(tǒng)。 (4)分體式空調(diào)不能確保每個房間均能裝上空調(diào)機(jī)，因分體式空調(diào)機(jī)的室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)的連管一般為3長，最長為5，有些房間由于條件所限，室內(nèi)外機(jī)安裝距離難以確保。 (5)分體式空調(diào)無法送入新風(fēng)，故難以確保空調(diào)房間空氣的新鮮度。而如果通過開門、窗通風(fēng)換氣，則冷量就會大量損失，這不僅影響房間溫度，而且浪費(fèi)了能源。 (6)分體式空調(diào)的凝結(jié)水不易處理好。 1.7.3 分體式空調(diào)的市場狀況 在這里我們主要以印度市場近十年的市場變化為例：五年前，窗式空調(diào)占印度空調(diào)市場70％的份額，分體式空調(diào)占30％，而目前情況卻發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。外觀時尚、噪聲低且性能更高的分體式空調(diào)越來越受到印度消費(fèi)者的認(rèn)可。從全球家用空調(diào)的使用情況來看，美國和日本的使用率90％，中國城區(qū)為80％，泰國70％，而印度只有3％[5]。但印度有2億人口,目前，印度正轉(zhuǎn)型成為世界上最有潛力的空調(diào)市場之一，持續(xù)吸引著越來越多的外國空調(diào)制造商。日本的大金、Panasonic、三菱電子、東芝開利，韓國的 ，中國的格力、美的，美國的開利特靈，歐洲的丹佛斯和Clim aveneta等品牌均有突出表現(xiàn)[3]。 因此我們可以看出，雖然分體式空調(diào)與中央空調(diào)相比有有著噪音大，易出故障，難以送入新風(fēng)，凝結(jié)水不好處理等缺點(diǎn)，但卻仍擁有著很高的市場占有率，其發(fā)展前景在一些地區(qū)和國家尤為良好。 2 制冷劑、載冷劑與潤滑油的選擇 2.1 制冷劑 2.1.1 制冷劑的介紹 制冷劑又稱制冷工質(zhì)，在南方一些地區(qū)俗稱雪種。它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。制冷劑可一般分為：無機(jī)化合物、有機(jī)化合物、混合工質(zhì)。 我們使用的制冷劑已達(dá)70～80種，并正在不斷發(fā)展增多。但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的僅十多種。其中被廣泛采用的只有以下幾種： (1) R-12：制冷劑別名R12、氟利昂12、F-12、CFC-12、二氟二氯甲烷，商品名稱有Freon 12等，名稱二氟二氯甲烷，Dichlorodifluoromethane，分子式CCl2F2。由于R-12屬于CFC類物質(zhì).對臭氧層有破壞、并且存在溫室效應(yīng)，因此在發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家，已經(jīng)停止了在新空調(diào)、制冷設(shè)備上的初裝或舊設(shè)備上的再添加；中國2007年已停止了R12制冷劑的生產(chǎn)、以及在新制冷空調(diào)設(shè)備上的初裝。 (2) R-134a:制冷劑別名R134a、HFC134a、HFC-134a、四氟乙烷，商品名稱有SUVA134a、Genetron 134a、KLEA 134a等，中文名稱四氟乙烷，化學(xué)名1,1,1,2四氟乙烷，分子式CH2FCF3。由于R-134a屬于HFC類物質(zhì)（非ODS物質(zhì)Ozone-depleting Substances）因此完全不破壞臭氧層，前世界絕大多數(shù)國家認(rèn)可并推薦使用的環(huán)保制冷劑，也是發(fā)文時主流的環(huán)保是當(dāng)制冷劑，廣泛用于新制冷空調(diào)設(shè)備上的初裝和維修過程中的再添加。R-134a作為使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑，由于HFC-134a良好的綜合性能，使其成為一種非常有效和安全的CFC-12的替代品，主要應(yīng)用于在使用R-12（R12、氟利昂12、F-12、CFC-12、Freon 12、二氯二氟甲烷）制冷劑的多數(shù)領(lǐng)域，包括：冰箱、冷柜、飲水機(jī)、汽車空調(diào)、中央空調(diào)、除濕機(jī)、冷庫、商業(yè)制冷、冰水機(jī)、冰淇淋機(jī)、冷凍冷凝機(jī)組等制冷設(shè)備中，同時還可應(yīng)用于氣霧推進(jìn)劑、醫(yī)用氣霧劑、殺蟲藥拋射劑、聚合物（塑料）物理發(fā)泡劑，以及鎂合金保護(hù)氣體等。 (3) R-22:分子式CHClF2，分子量86.47。R-22在常溫下為無色，近似無味的氣體，不燃燒、無腐蝕、毒性極微，加壓可液化為無色透明的液體，為 HCFC 型制冷劑。 制冷劑：綠色環(huán)保天然工質(zhì)以其無毒，對臭氧層無影響。 2.1.2 制冷劑的選用原則 在蒸汽壓縮式制冷機(jī)中，除了要有較好的熱力性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)外，更應(yīng)具有優(yōu)良的環(huán)境特性。具體要求如下： (1) 對人類生態(tài)環(huán)境無破壞作用。不破壞大氣臭氧層，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)。 (2) 臨界溫度較高。在常溫或普通低溫下能夠液化。希望臨界溫度比環(huán)境溫度高的多，才能減少制冷劑節(jié)流損失，提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。 (3) 在工作溫度范圍內(nèi)，具有適當(dāng)?shù)娘柡险羝麎毫?，最起碼蒸發(fā)壓力不得低于大氣壓力，以免外部空氣滲入系統(tǒng)中；冷凝壓力不宜過高，否則會引起壓縮機(jī)耗功增加，并要求系統(tǒng)具有較高的承壓能力，增加設(shè)備成本。 (4) 單位容積制冷量大。可以減少壓縮機(jī)輸氣量。 (5) 粘度和密度小。減少系統(tǒng)中流動阻力損失。 (6) 熱導(dǎo)率高?？梢蕴岣邠Q熱器的傳熱系數(shù)，減少換熱設(shè)備的傳熱面積降低材料消耗。 (7) 不燃燒，不爆炸，無毒。對金屬材料不腐蝕，對潤滑油不發(fā)生化學(xué)作用，高溫下不分解。 (8) 等熵指數(shù)小?？山档团艢鉁囟?，減少壓縮過程耗功，有利安全運(yùn)行和提高使用壽命。 (9) 凝固溫度低。避免在蒸發(fā)溫度下出現(xiàn)凝固。 (10) 具有良好的絕緣性能。 (11) 價格低易獲得。 (12) 單位容積壓縮功小。 綜合考慮，在該設(shè)計(jì)中采用R-134a作為水源熱泵系統(tǒng)的制冷劑。R-134a作為使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑，由于HFC-134a良好的綜合性能，使其成為一種非常有效和安全的CFC-12的替代品，主要應(yīng)用于在使用R-12制冷劑的多數(shù)領(lǐng)域，包括：冰箱、冷柜、飲水機(jī)、汽車空調(diào)、中央空調(diào)、除濕機(jī)、冷庫、商業(yè)制冷、冰水機(jī)、冰淇淋機(jī)、冷凍冷凝機(jī)組等制冷設(shè)備中，同時還可應(yīng)用于氣霧推進(jìn)劑、醫(yī)用氣霧劑、殺蟲藥拋射劑、聚合物（塑料）物理發(fā)泡劑，以及鎂合金保護(hù)氣體等。R-134a是目前國際公認(rèn)的CFC-12最佳的環(huán)保替代品。HFC-134a不含氯原子，對臭氧層不起破壞作用，具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、無毒、無刺激性、無腐蝕性）；其制冷量與效率與CFC-12非常接近，所以視為優(yōu)秀的長期替代制冷劑。HFC-134a可廣泛用做汽車空調(diào)，冰箱、中央空調(diào)、商業(yè)制冷等行業(yè)的制冷劑，并可用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、化妝品、清洗行業(yè)。 2.2 載冷劑 2.2.1 載冷劑的介紹 以間接冷卻方式工作的制冷裝置中，將被冷卻物體的熱量傳給正在蒸發(fā)的制冷劑的物質(zhì)稱為載冷劑。載冷劑通常為液體，在傳送熱量過程中一般不發(fā)生相變。但也有些載冷劑為氣體，或者液固混合物，如二元冰等[4]。 常用的載冷劑有：水、鹽水、乙二醇或丙二醇溶液、二氯甲烷和三氯乙烯，一般不包括一氟二氯甲烷，這個通常作為制冷劑，只有在直接制冷時，才使用制冷劑作為載冷劑。直接制冷用大量的制冷劑，制冷劑一般對環(huán)境的友好程度低，如氟利昂，氨氣等，因此間接制冷是節(jié)能環(huán)保的一種方式。 2.2.2 載冷劑的選擇 選擇載冷劑需考慮以下各點(diǎn)： (1) 凍結(jié)溫度低，必須低于制冷的操作溫度； (2) 傳熱分系數(shù)大,即熱導(dǎo)率和熱容要大,而粘度要?。? (3) 性質(zhì)穩(wěn)定，腐蝕性??； (4) 安全無毒、價格低廉； (5) 價格便宜，便于獲得。 水的凝固點(diǎn)0℃，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)100℃，傳熱性能好，流動阻力小，無毒，價廉，是一種理想載冷劑。在0℃以上的溫度范圍內(nèi)，如空調(diào)系統(tǒng)中，水被廣泛地采用作為載冷劑。但是水的凝固點(diǎn)較高因此水作為載冷劑受到很大的限制。在低溫應(yīng)用場合往往采用水溶液代替水作為載冷劑。因此本裝置采用水作為載冷劑。 2.3 潤滑油 潤滑油是用在各種類型汽車、機(jī)械設(shè)備上以減少摩擦，保護(hù)機(jī)械及加工件的液體或半固體潤滑劑，主要起潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。 制冷系統(tǒng)中所使用潤滑油的選擇主要取決于制冷劑種類、壓縮機(jī)形式和運(yùn)轉(zhuǎn)工況（蒸發(fā)溫度、冷凝溫度）等，一般是使用制冷機(jī)制造廠推薦的牌號。在選擇潤滑油時，首先要考慮的是該潤滑油的低溫性能和對制冷劑的相溶性。從壓縮機(jī)出來隨制冷劑一起進(jìn)入蒸發(fā)器的潤滑油由于溫度的降低，如果制冷劑對潤滑油的溶解性能不好的話，則潤滑油要在蒸發(fā)器傳熱管壁面上形成一層油膜，從而增加熱阻，降低系統(tǒng)性能。從傳熱角度看，應(yīng)該選取與制冷劑互溶性好的潤滑油。選擇潤滑油除了考慮與制冷劑的互溶性以外，還要考慮潤滑油的粘度。一般來說，在較高溫度范圍工作的制冷系統(tǒng)選用粘度較高的潤滑油；反之，選用較低粘度的潤滑油。運(yùn)動速度較高的壓縮機(jī)選用粘度較低的潤滑油；反之，選用粘度較高的潤滑油[5]。 本制冷系統(tǒng)中采用R134A作為制冷劑，并根據(jù)活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，固選用美國西匹埃CPISolest 68型號的潤滑油。 3 制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算 3.1 系統(tǒng)工況的設(shè)計(jì) 已知制熱工況：進(jìn)水溫度40℃,出水溫度45℃；環(huán)境干球溫度7℃、環(huán)境濕球溫度6℃。制冷工況：制冷量12 kW,進(jìn)水溫度12℃,出水溫度7℃；環(huán)境溫度35℃；控溫精度：±2℃；電源：220 V 50Hz；工質(zhì)：HCFC類或HFC類。 (1) 冷凝溫度的確定 系統(tǒng)以水為冷卻介質(zhì)，冷凝溫度比冷卻水進(jìn)口溫度高約7~14℃，比出口溫度高約2~4℃，綜合考慮，取冷凝溫度=48℃。 (2) 蒸發(fā)溫度的確定 蒸發(fā)溫度是制冷劑液體在蒸發(fā)器中汽化時的溫度。蒸發(fā)溫度的高低取決于被冷卻物體的溫度，另外蒸發(fā)溫度還與蒸發(fā)器的型式有關(guān)。選用殼管式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度比冷凍水出口溫度低2~3℃，取=5℃ (3) 過冷溫度的確定 過冷度是在一定壓力下冷凝水的溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度的差值。它與所采用的制冷劑種類和膨脹閥開口大小有關(guān)，開口的大小決定了進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑的量，進(jìn)入的量多導(dǎo)致過冷，進(jìn)入的量少導(dǎo)致過熱。擬采用殼管式冷凝器。在此情況下，一般過冷溫度要比冷凝溫度低3~5℃，這里取過冷度為3℃。即過冷溫度： ℃ (3-1) (4) 過熱溫度的確定 過熱度(superheat)”這個術(shù)語，用于熱力膨脹閥是指低壓側(cè)和感溫包內(nèi)蒸氣之間的溫度差。經(jīng)查閱資料得R134a的過熱度為9至2℃。取過熱度為10℃故過熱溫度為： ℃ (3-2) 3.2 系統(tǒng)的熱力計(jì)算 p (MPa) 3 4 2s 2 0 5 1 h(kJ/kg) 圖3-1 制冷系統(tǒng)壓焓圖 運(yùn)用Solkane計(jì)算軟件計(jì)算熱力循環(huán)各點(diǎn)參數(shù)見 表3-1 表3-1 熱力循環(huán)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù) p(kPa) t(℃) ?(/kg) h(kJ/kg) s(kJ/kg.k) 0 350 5.00 0.05835 401.37 1.7241 1 350 15.00 0.06137 410.41 1.7560 2s 1253 61.68 0.01759 438.41 1.7560 2 1253 67.97 0.01827 445.42 1.767 3 1253 48.00 0.00090 268.45 1.2273 4 1253 45.00 0.00089 263.9 1.2132 5 350 5.00 0.01041 253.59 1.1931 (1) 單位質(zhì)量制冷量 （3-3） (2) 單位容積制冷量 （3-4） (3) 單位理論功 （3-5） (4) 制冷劑質(zhì)量流量 （3-6） (5) 壓縮理論功率 （3-7） 取壓縮機(jī)的指示效率，則壓縮機(jī)的指示功率 （3-8） 取壓縮機(jī)的機(jī)械效率，則壓縮機(jī)的軸功率為 (3-9) (6) 實(shí)際輸氣量 （3-10） (7) 冷凝器單位熱負(fù)荷 （3-11） (8) 冷凝器熱負(fù)荷 （3-12） (9) 壓比 (10) 制冷系數(shù) (3-13) (3-14) (3-15) (11) 熱力完善度 (3-16) (12) 能效比 (3-17) 4 壓縮機(jī)的選型 4.1 壓縮機(jī)的類型選定 壓縮機(jī)主要分為活塞式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)等。其中各類壓縮機(jī)的適用范圍如下： (1) 絕大多數(shù)全封閉活塞式壓縮機(jī)制冷量不超過0.5kW，主要應(yīng)用于家用電冰箱/冷凍柜和小型商用制冷設(shè)備。 (2) 渦旋式壓縮機(jī)制冷量范圍為0.75～15kW（不包括特殊型號），并且多數(shù)在3～5kW之間，最多應(yīng)用是在小型家用空調(diào)、商用空調(diào)系統(tǒng)中。此類壓縮機(jī)不用于零下5度的制冷工況。 (3) 離心式制冷壓縮機(jī)主要用于空調(diào)工況的冷水機(jī)組。 (4) 螺桿式壓縮機(jī)單機(jī)制冷量在30kW~1500kW，可用于冷庫、人造冰場、冷水機(jī)組中。 (5) 半封閉活塞式制冷壓縮機(jī)用途廣泛，單機(jī)制冷量從3kW~100kW，同時可以多機(jī)頭并聯(lián)使用，因此可提供制冷量范圍從3kW1000kW，多工況使用，既可用于制冷工況，又可以適用于空調(diào)工況。 (6) 開啟活塞式制冷壓縮機(jī)只常用于冷庫，極少數(shù)空調(diào)工況的冷水機(jī)組。 由于本次設(shè)計(jì)的為12kW水源熱泵空調(diào)機(jī)組，綜合制冷設(shè)計(jì)要求、經(jīng)濟(jì)條件、設(shè)備運(yùn)行操作管理等多方面的考慮，此次設(shè)計(jì)宜采用半封閉式活塞式制冷壓縮機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)為：有氣閥的控制，所以拋棄壓力穩(wěn)定，其可達(dá)到的壓力范圍非常寬，單級壓縮的終壓一般都為0.3~0.5MPa以上、機(jī)器的效率高、排氣范圍、熱效率較高，氣量調(diào)節(jié)時，其排氣量幾乎不受排氣壓力變動的影響；氣量調(diào)節(jié)時，其排氣量幾乎不受排氣壓力變動的影響；氣體的特效對壓縮機(jī)的工作性能影響不大，同一臺壓縮機(jī)可以用于不同的氣體；適用范圍廣，既可用于制冷工況，又可以適用于空調(diào)工況。但也有一些缺點(diǎn)，其半封閉活塞式壓縮機(jī)的缺點(diǎn)主要有：構(gòu)復(fù)雜笨重，易損件較多，占地面積較大，設(shè)備投資較高，維修工作量大，實(shí)用周期較短；轉(zhuǎn)速較低，設(shè)備體積大而重；動平衡性較差，設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較大的振動；排氣連續(xù)但不均勻，氣流有脈動現(xiàn)象，很容易引起管道的振動[6]。 4.2 壓縮機(jī)的級數(shù)確定 由于冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比 (4-1) 所以應(yīng)選用單機(jī)制冷壓縮機(jī)。壓縮機(jī)的級數(shù)理論上說越多越好，但是實(shí)際上壓縮機(jī)的級數(shù)不應(yīng)太多，因?yàn)榧墧?shù)每增加一級，相應(yīng)的就多增加一套汽缸氣閥等機(jī)件，使壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。壓縮比越大，出口溫度就越高，消耗的功率大，出口溫度也可能會超過潤滑油的閃點(diǎn)，導(dǎo)致潤滑油會被燒成碳渣。一般情況下，壓縮機(jī)每一級壓縮比不超過3至5。 4.3 壓縮機(jī)的型號選擇 取相對余隙容積，取排氣終了相對壓力損失，取多變膨脹過程指數(shù)，則壓縮機(jī)容積系數(shù) （4-2） 取吸氣終了相對壓力損失 （4-3） 則壓力系數(shù) （4-4） 取泄露系數(shù)，溫度系數(shù) （4-5） 則壓縮機(jī)容積效率 （4-6） 壓縮機(jī)的理論輸氣量 （4-7） 根據(jù)制冷所需理論輸氣量，初步選定丹佛的半封閉往復(fù)式壓縮機(jī)，其型號為MTZ125-4，其主要技術(shù)參數(shù)如表4-1所示： 表4-1 MTZ125-4型壓縮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 型號 MTZ125-4 容量級數(shù) 100% 制冷量(kW) 16.988 電流消耗(A) 10.24 輸入功率(kW) 5.84 質(zhì)量流量（kg/h） 441 冷凝器容量(kW) 19.86 制冷劑 R134a COP/EER 2.91 4.4 壓縮機(jī)的校核計(jì)算 在確定壓縮機(jī)型號的情況下，校核壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的制冷量，若壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的制冷量不滿足要求，則重新選定壓縮機(jī)的型號，再進(jìn)行校核，直到選定的壓縮機(jī)的制冷量滿足設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行壓縮機(jī)軸功率、壓縮機(jī)配用電機(jī)功率的計(jì)算。 選擇的是MTZ125-4型號的壓縮機(jī)。 該壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的實(shí)際排氣量： （4-8） 壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的制冷量： （4-9） 則所選壓縮機(jī)滿足要求，以下進(jìn)行壓縮機(jī)校核相關(guān)計(jì)算： 等熵比功 （4-10） 壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的理論（等熵）功率： （4-11） 查圖表，取壓縮機(jī)指示功率，機(jī)械效率，電動機(jī)效率，壓縮機(jī)電效率。 因此可得壓縮機(jī)的效率 （4-12） 壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的電功率： （4-13） 壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的軸功率 （4-14） 壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的配用電動機(jī)功率 其中，為傳動效率，直聯(lián)時，；皮帶傳動時，。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用直聯(lián)方式，即取。綜上所述，可選用型號為MTZ125-4的半封閉往復(fù)式制冷壓縮機(jī)。 5 冷凝器 5.1 冷凝器的類型選定 冷凝器能將管子中的熱量，以很快的方式，傳到管子附近的空氣，大部分汽車上的冷凝器安裝在水箱前面。把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體的裝置。發(fā)電廠要用許多冷凝器使渦輪機(jī)排出的蒸氣得到冷凝；在冷凍廠中用冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的致冷蒸氣。石油化學(xué)工業(yè)中用冷凝器使烴類及其他化學(xué)蒸氣冷凝。在蒸餾過程中，把蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)的裝置稱為冷凝器。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運(yùn)轉(zhuǎn)的。 5.1.1冷凝器的分類 冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三大類。 （1） 水冷式冷凝器 水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。冷卻水一般循環(huán)使用，但系統(tǒng)中需設(shè)有冷卻塔或涼水池。水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼管式冷凝器和套管式冷凝器兩種，常見的是殼管式冷凝器[7]。 (1) 立式冷凝器 此種由一直立的圓筒形外殼，內(nèi)設(shè)有上下管板封閉，而上下管板之間連接著數(shù)根無縫鋼管。冷卻制冷劑的水從頂部進(jìn)入配水箱中，配水箱內(nèi)裝有能均勻分配進(jìn)入到每根冷卻管水量的導(dǎo)流管嘴，使水能沿著切線方向進(jìn)入管內(nèi)，并以螺旋線狀沿冷卻水管的內(nèi)壁向下流動，形成一層水膜，冷卻制冷劑從底部后流人主水池內(nèi)，可通過涼水設(shè)備循環(huán)使用。而氣體制冷劑約從圓筒中部進(jìn)入筒體，在筒體與冷卻水管之間的縫隙流動，與冷卻水進(jìn)行熱交換，被冷凝成高壓液態(tài)制冷劑積存在冷凝器底部流出。 (2) 臥式冷凝器 它與立式冷凝器有相類似的殼體結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于殼體的水平安放和水的多路流動。臥式冷凝器不僅廣泛地用于氨制冷系統(tǒng)，也可以用于氟利昂制冷系統(tǒng)，但其結(jié)構(gòu)略有不同。氨臥式冷凝器的冷卻管采用光滑無縫鋼管，而氟利昂臥式冷凝器的冷卻管一般采用低肋銅管。這是由于氟利昂放熱系數(shù)較低的緣故。值得注意的是，有的氟利昂制冷機(jī)組一般不設(shè)貯液筒，只采用冷凝器底部少設(shè)幾排管子，兼作貯液筒用。 (3) 套管式冷凝器 制冷劑的蒸氣從上方進(jìn)入內(nèi)外管之間的空腔，在內(nèi)管外表面上冷凝，液體在外管底部依次下流，從下端流入貯液器中。冷卻水從冷凝器的下方進(jìn)入，依次經(jīng)過各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式。這種冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，且因系單管冷凝，介質(zhì)流動方向相反，故傳熱效果好，其缺點(diǎn)是金屬消耗量大，而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外緊湊性差，清洗困難，并需大量連接彎頭。因此，這種冷凝器在氨制冷裝置中已很少應(yīng)用。 對于小型氟利昂空調(diào)機(jī)組仍廣泛使用套管式冷凝器。 （2） 空氣冷卻式冷凝器 空氣冷卻式冷凝器是以空氣作為冷卻介質(zhì)，靠空氣的溫升帶走冷凝熱量的。這種冷凝器適用于極度缺水或無法供水的場合，常見于小型氟利昂制冷機(jī)組。根據(jù)空氣流動方式不同，可分為自然對流式和強(qiáng)迫對流式兩種。 （3） 蒸發(fā)式冷卻器 蒸發(fā)式冷凝器的換熱主要是靠冷卻水在空氣中蒸發(fā)吸收氣化潛熱而進(jìn)行的。按空氣流動方式可分為吸入式和壓送式。 蒸發(fā)式冷凝器由冷卻管組、給水設(shè)備、通風(fēng)機(jī)、擋水板和箱體等部分組成。冷卻管組為無縫鋼管彎制成的蛇形盤管組，裝在薄鋼板制成的長方形箱體內(nèi)。箱體的兩側(cè)或頂部設(shè)有通風(fēng)機(jī)，箱體底部兼作冷卻水循環(huán)水池。 （4） 淋水至冷凝器 淋水式冷凝器的主要優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；漏氨時容易發(fā)現(xiàn)，維修方便；清洗方便；對水質(zhì)要求低。其主要缺點(diǎn)是：傳熱系數(shù)低；金屬消耗量高；占地面積大。 淋水式冷凝器是靠水的溫升和水在空氣中蒸發(fā)帶走冷凝熱量。這種冷凝器主要用于大、中型氨制冷系統(tǒng)中。它可以露天安裝，也可安裝在冷卻塔的下方，但應(yīng)避免陽光直射。 5.1.2冷凝器的選擇 冷凝器是蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)中的主要換熱設(shè)備之一。冷凝器的選型取決于建庫地區(qū)的水溫、水質(zhì)、水量及氣候條件，也與機(jī)房的布置有關(guān)，有時還要考慮運(yùn)行費(fèi)用和一次投資的問題，本次設(shè)計(jì)的為12kW水源熱泵空調(diào)機(jī)組，制冷量不大。因此綜合考慮，選用氟利昂套管式冷凝器。 5.2 冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 該設(shè)計(jì)選用氟利昂套管式冷凝器，制冷劑為R134a。 (1) 有關(guān)參數(shù)計(jì)算 ℃，℃。則對數(shù)平均溫度： ℃ （5-1） 選取管內(nèi)流速，管內(nèi)冷卻水污垢系數(shù)，選用的紫銅管扎制的地翅片管為內(nèi)管，且選用如表5-1所示1號管。 表5-1 幾種低翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù) 序號 坯管規(guī)格 1 1.25 0.22 1.5 11 12.8 15.8 — 0.15 1.35 2 1.5 0.35 1.5 11 13 16 — 0.13 1.35 3 1.2 0.4 1.35 10.4 12.4 15.1 — 0.14 1.38 4 1.1 0.25 1.5 14 15.9 18.9 — 0.18 1.48 5 1.34 0.25 1.45 14 15.8 18.7 — 0.15 1.46 其管型結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：翅截距。翅厚，翅高、管內(nèi)經(jīng)、翅根管面外徑、翅頂直徑。 每米管長各有換熱面積分別為 （5-2） （5-3） （5-4） （5-5） （5-6） 當(dāng)℃、℃時冷凝負(fù)荷系數(shù)，則冷凝熱負(fù)荷 （5-7） (2) 確定管內(nèi)根數(shù) 水在平均溫度℃時，密度，定壓比熱容，則冷卻水的體積流量： （5-8） 根據(jù)所選管型及管內(nèi)的水速，可得出內(nèi)管的根數(shù)為： （5-9） 為了套管的加工制造方便，冷凝器采用兩根套管并聯(lián)，每一根套管內(nèi)穿一根低翅片管的結(jié)構(gòu)形式。 (3) 傳熱計(jì)算 先計(jì)算水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，水在℃時，運(yùn)動粘度。因?yàn)槔字Z數(shù) （5-10） 故水在管內(nèi)的流動狀態(tài)為紊流?？紤]將則，則水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) （5-11） 查得R134a在℃時物性集合系數(shù)B=1424.9，1號管增強(qiáng)系數(shù)，取整齊流速影響系數(shù)。套管間R134a冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： （5-12） 取紫銅管導(dǎo)熱率代入得 （5-13） 用迭代法解方程： 7313.4-1434=24848 （5-14） 當(dāng)℃時，分別為7046.25和7046.14，相差很小，所以取，則冷凝器所需傳熱面積： （5-15） 所需低翅片管有效總管長 （5-16） 采用兩根管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，則每根管長度為7.04m。 (4) 冷凝器整體結(jié)構(gòu) 冷凝器外管采用的無縫鋼管。將每根套管成型為曲率半徑R=125mm的螺旋盤管，并使冷凝器的進(jìn)出口端面朝同一方向，每個螺旋盤管的高度約0.225m，將兩個螺旋盤管疊在一起，則冷凝器的總高約0.45m。 6 蒸發(fā)器 蒸發(fā)器是制冷四大件中很重要的一個部件，低溫的冷凝“液”體通過蒸發(fā)器，與外界的空氣進(jìn)行熱交換，“氣”化吸熱，達(dá)到制冷的效果。 6.1 蒸發(fā)器的類型選定 根據(jù)被冷卻介質(zhì)的種類不同，蒸發(fā)器可分為兩大類：卻液體載冷劑的蒸發(fā)器。用于冷卻液體載冷劑——水、鹽水或乙二醇水溶液等。這類蒸發(fā)器常用的有臥式蒸發(fā)器、立管式蒸發(fā)器和螺旋管式蒸發(fā)器等；冷卻空氣的蒸發(fā)器。這類蒸發(fā)器有冷卻排管和冷風(fēng)機(jī)。以下主要介紹空調(diào)系統(tǒng)中常用的冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器。 主要介紹空調(diào)系統(tǒng)中常用的冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器： (1) 臥式殼管式蒸發(fā)器 臥式殼管式蒸發(fā)器是滿液式蒸發(fā)器。即載冷劑以1～