1、 郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 220L空气源热泵热水器设计学生姓名 专业班级 热能 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 220L 空气源热泵热水器设计目 录摘 要 IABSTRACT .II1 绪论 .81.1 空气源热泵的概述 81.1.1 空气源热泵简介 .81.1.2 热水器的发展历史 91.1.3空气源热泵热水器的特点和优势 101.1.4 空气源热泵热水器的发展前景 .111.1.5 存在的问题 131.2 热泵热水器系统运行原理 142 设计任务 163 选择与论证 163.1 制冷剂 .163.1.1 制冷剂的分类 173.1.2 制冷剂的
2、选择原则 183.1.3 制冷剂的确定 193.2 压缩机 .213.2.1 压缩机概述 213.2.2 压缩机的比较 213.3 冷凝器 .24220L 空气源热泵热水器设计3.3.1 冷凝器概述 243.3.2 冷凝器的比较 253.4 蒸发器 .273.4.1 蒸发器概述 273.4.2 蒸发器的比较 274 设计计算 284.1 设计工况的选择 .284.2 水箱的设计 284.2.1 水箱相关参数的计算 294.2.2 隔热材料的选择 .304.3 循环热力计算 304.4 压缩机的选型 .334.5 蒸发器的设计计算 334.6 冷凝器的设计计算 414.7 风机的选择 435 节
3、流机构 445.1节流机构简介 445.2 热力膨胀阀的选择 466 其他辅助设备的计算与选型 .476.1 电磁阀的选择 476.2 油分离器的选择 .476.3 气液分离器的选择 48220L 空气源热泵热水器设计6.4 视液镜的选择 496.5 压差控制器的选取 506.6 干燥过滤器的选型 506.7 贮液器的选择 527 设计部件选型汇总 54结束语 .55致 谢 .55参考文献 .56220L 空气源热泵热水器设计摘 要近年来,随着国家经济的发展,卫生热水的需求量越来越大，尤其是酒店,宾馆等公共建筑。为响应国家节能的要求,空气源热泵热水器在卫生热水制备上应用得越来越广泛。本文主要介
4、绍了空气源热泵热水器的工作原理、特点及其应用前景和面临的问题，并设计一款 220L 空气源热泵热水器。本装置是以空调热水系统为主进行设计，通过对题目的分析，选出合适的方案。然后进行热负荷的计算，进行压缩机和辅助机构的选型；以及与压缩机相适配的冷凝器、蒸发器等进行设计计算，选取合理的风机，通过对装置的各部件设计后，对装置的整体布局进行设计，使装置整体结构布局合理，紧凑。系统各主要部件及控制设计如下：(1)冷凝器采用套管式冷凝器，为减小其结构尺寸，内管采用紫铜管轧制的低翅片管。(2)蒸发器采用的是强制风冷式翅片管式换热器，管子为紫铜管，翅片为铝翅片。(3)系统压缩机采用的是谷轮全封闭涡旋式压缩机。
5、关键词 热泵/热水器/空气源220L 空气源热泵热水器设计220L Air Heat Pump Water HeaterABSTRACTIn recent years, as the countrys economic development, it demands more and more sanitary hot water especially in hotels, guest houses and other public buildings.In response to the national energy requirements, Air source heat pump w
6、ater heater in the sanitary hot water preparation is applied more and more widely.This paper describes the air-source heat pump water heater works, characteristics and applications,besides it designs a 220L air source heat pump water heater .This device is designed primarily for air conditioning wat
7、er system by analysising the topic and selecting the appropriate option. Then it concludes the calculation of the thermal load, the compressor and the auxiliary selection mechanism; And it selects the reasonable air blower with the compressor matched condenser, evaporator design and calculation,.thr
8、ough the design of the components of the device, the overall layout of the device is designed so that the entire apparatus reasonable structure, The major components and control system design are as follows:(1) It selects tube-in-tube condenser.And the inner tube adopts low rolling copper finned tub
9、es to reduce the size of the structure,(2) The evaporator is used in forced air-cooled finned tube heat exchanger.It 220L 空气源热泵热水器设计used copper tube and aluminum fin(3) The system uses a compressor Copeland hermetic scroll compressor.KEY WORDS Refrigerant, Heat pump water heater ,Air source 1 绪论1.1
10、空气源热泵的概述1.1.1 空气源热泵简介热泵技术是一项新型的新能源技术 1，近几十年颇受全世界科研机构的青睐和关注。常人眼中的“ 泵 ”就是提高各种位置高度的机械设备，比如水泵是将水从低的地理位置抽到高的地理位置。而“热泵” 则是一种可以从周围环境中比如水，土壤，空气等将品味低的热能，经过电力做工，将高品位的能提供给人们加以合理的利用。热泵是一种可以将热能从低温热源转移到高温热源的装置。生活中我们所接触的低温热源就是我们可以接触到的我们周围的空气，河流，海水，甚至可以是从工业生产设备中提取出来的工质，这些工质共有的特性是与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理可以说和压缩式制冷剂基本是
11、一致的：在常见的小型空调器中，无论在夏季用空调降温还是冬季用来取暖，都可以采用用一套设备来充分发挥他的效能。比如在冬季取暖时候，在空调中通过用换向阀将冷凝器和蒸发器来调换工作，在夏季用空调降温时候，按照制冷工况运行时，油压缩机排出的制冷剂为高压蒸汽，经过换向阀或者四通阀进入冷凝器，高温高压的制冷剂蒸汽通过换热被冷凝成为液体，经过节流阀进入蒸发器，然后在蒸发器中吸收热量，将室内的空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经过换向阀被压缩机吸入，这样循环，最终实现制冷循环。同理，在冬季需要取暖时候，提前将换向阀调制到热泵的工作位置，然后压缩机排出的高压高温制冷剂蒸汽就通过换向阀流入室内的蒸发器中，制冷剂蒸汽冷
12、凝放热，通过换热将室内空气加热，达到室内取暖的目的，冷凝后的液态制冷剂则从反方向流经节流机构进入冷凝器，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽流过四通阀被压缩机吸入完成整个制热循环，这样就可以将外界环境中的热量有泵吸入温度高的室内，故称为“热泵”。下图为热泵工作原理图图 1-1 热泵工作原理在生活中凭借经验我们可以知道 2，热水随着时间的推移可以向空气中慢慢放热，这是常说的散热，冷却成冷水，这表明热量可以从高温物体传到低温物体，也就是从热水传到空气，那么可不可以逆向思维呢，将此过程反过来进行呢，可不可以将能量从低温物体转移到高温物体中呢？由热力学第二定律可知：热量不可能自发的从低温物体传到高温物体而
13、不引起其他变化。换句话说就是，热量不可能自发地从温度高的物体传向低温物体，这是不可逆性，而热泵则是一种消耗一定的机械能，将空气中的品位低热能送入高温物体以供所需的热量的设备，这就是“ 空气源热泵 ”。1.1.2 热水器的发展历史第一代热水器大功率燃气，其出水温度受环境条件的影响，水压也受气候条件的影响，总体来说不稳定也不易调节水温。另外，燃烧高耗能并伴随有大量的废气排放出来，使用寿命短。第二代热水器是大功率的电热水器。其主要病端也是高耗能，容易漏电伤及无辜，出水量不足也就是其明显的一个弱点。除此外还有水温过高，内胆生垢严重也会造成寿命短。第三代热水器是太阳能热水器，理论上最为节能 3，但是联系
14、到实际生活，比如现实环境中经常下雨，阴天或者北方冬季需要额外增加电辅助，就给电热水器造成很大的安全隐患。最后，需要指出的是一般太阳能使用的真空管极易破毁给维修带来麻烦，同样会造成使用年限低。第四代空气源热泵。结合前三者的优点，芬尼人针对空气源热泵价格高但功能单一的情况经过不懈努力终于于 2005 年研制出了空气源热泵。其工作原理是通过制冷剂或者冷媒将空气中的热量大量吸收，然后释放到冷水中，循环将水加热，同时可以把低温空气释放到厨房或者其他需要制冷的地方用来制冷，此时的低温空气已经失去大量能量。空气在失去大量能量的同时还有大量的水蒸气遇冷冷凝，因而释放的冷气湿度大大降低了，这种效果可以和除湿相比
15、美，因此，该产品融合了中央空调制冷、厨房或者卫生间制冷、小地方除湿等功能于一体，很大程度上提高了该产品的性价比和使用性能，为现代更多富裕家庭享受高质量生活提供了条件。1.1.3 空气源热泵热水器的特点和优势1）空气源热泵热水器具有以下特点：1、 可以提供超大水量：因为其水量根据实际情况来定，水量足够调用，可满足各种客户的不同时段不同的需求量。2、 节约经济：可以从空气中获取大量的热能，能效比高达 300%400% 4 。还可以根据每个人的不同使用规律设定热水器的运行时间等，节省高额的费用 。3、使用范围广：不会受到天气影响，在环境温度为-1042下依然能够正常工作不受气候的影响。大可广泛应用到
16、家庭、学校、宾馆、医院等等也可以用于住宅小区，桑拿等集中供热。4、持久恒温：使用起来很简单，整个热水器全部用自动化只能控制系统，客户只需要第一次使用时候开一下电源，然后在以后的使用中就可以实现完完全全的自动化运行，达到用户的制定水温时自动停机，低于用户的使用过程中完全实现自动化运行，低于客户的目标水温时系统就可以自动开机运行，实现一天 24 小时随时都有热水用不用再浪费时间等待了。5、安全环保：在结构上水和电完全分离，而且无任何有毒气体排放或者燃烧，不容易受天气灾害的影响，使用起来很方便安全 5。6、防冻功能：很多都有智能化霜功能，确保热水器可以在很低的天气温度下运行，他可以按照室外的空气温度
17、、机组运行时间、蒸发器翅片温度、冷凝器出口温度等等多个参数综合起来判断自动进入化箱和退出化箱。220L 空气源热泵热水器设计7、安装方便：总体体积小巧，可以安装在任何地方，安装在室内不会占用室内空间，当然还可以安装在室外的屋顶，地面等，也就是说可以露天放置，可以实现远程监控，占用很少的面积，安装起来也很简单，不需要另外设置机房。8、使用寿命长，维修费用很低，设备运行稳定，可以使用长达 15 年以上，2）空气源热泵热水器具有一下优势：空气源热泵热水器和常规太阳能相比明显具有四个优势：1、投资少：如果达到相同的供水效果，投入空气热泵热水器的资金要比投入到常规太阳能产品的少很多，这是一很大优势，并且
18、可以在用电很少时候使用经济电能制热水储备。2、使用方便：常规太阳能产品容易受到天气影响，比如阴天，下雨，下雪，夜晚等情况下都不能正常工作，而空气源热泵热水器则不管雨天还是阴天还是下雪天，夜晚或者阳光明媚都能照常工作，全天提供热水。3、运行成本低：常规太阳能当太阳直射时候完全无需成本运行，可是在阴雨天里，或者下雪，下雪，夜晚只能依靠一些简单的辅助系统工作，统计数据显示，正常使用时候，常规太阳能辅助系统一年的耗电量比空气源热泵热水器全年的耗电量要高出 1.5 倍 64、不受地域限制：空气源热泵热水器使用时候根本不必考虑地点限制，可以随意摆在任意位置，况且其占地空间很小，但是常规太阳能要达到一样的供
19、热效果就需要占用很大的空间，还必须露天摆放，以便获取好的光照，同时在使用寿命方面，空气源热泵热水器可以有更长的使用年限，维护费用少了很多，设备性能稳定等等。1.1.4 空气源热泵热水器的发展前景空气源热泵热水器技术曾在 2011 年度获得市场和政府明显力捧的一项绿色天然科技，在这一年里，产业链布局完成初步进展后，各种大的热水器大厂商开始面向市场进行强势的主动出击，各自大力推广各自旗下的空气源热泵热水器技术和产品，市场从多年不温不火中迅速成为各大厂商争相竞争的激烈场面，还有就是，政策往常对空气能产品的扶持力度很低，但是从 2011 年起多地方政府都将空气源热泵热水器纳入到技能产品推广的目录中去，
20、这就被认为是220L 空气源热泵热水器设计一个官方的积极信号，宏观调控政策的示好进一步加快了空气源热泵热水器的的市场进攻。空气源热泵热水器，从本质上说就是从周围环境中吸取热量，然后通过电力做工，将这些热量全部传递到被加热的水中。我们可以简单的计算一笔帐目：将将 2 吨水从平均温度 15加热至 55为例，电价标准统取值 0.72 元/千瓦时(度)，电热水器所需费用是 35.5 元，然而空气源热泵热水器只需 9.54 元，也就是说，空气源热泵热水器所耗费的电量只是电热水器的 2/5。实际上，空气源热泵热水器在商用领域早已经成气候。比如说很多学校、酒店、等对热水都有需求，他们对空气源热泵热水器有很高
21、的认可度。另外空气源热泵热水器在市场中一项很重要的产品就是商用机，而在家里，常用的还是电加热水器和燃气热水器，他们占据很重要的一个位置，空气演热泵热水器和其他的热水器比较起来，仍然在市场上占据边缘位置，空气源热泵热水器和其他热水器在市场价格、公众认知度，和其他一些产品对环境温度的要求和适应军事此行业以后发展的门槛啊，但是通过很多研究数据和推算趋势，都表明，空气源热泵热水器这一个行业将来很可能迎来新高。据相关数据表示：2010 年空气源热泵热水器达到40 亿人民币的销售额，销售量高达 70 万台，但在 2002 年，空气源热泵热水器一年销售量总共还不到 1000 万元。2009 年空气源热泵热水
22、器比往年超过 20 亿元，这是一年的销售额。总体来说，行业发展速度很快，从公司来看，该年还不如以往的热泵热水器行业规模大，据 2009 年数据显示，规模从很少达到了460 家左右，随着大中企业的进入市场，一定会将空气能技术带入到品牌化和规模化的新阶段中去。由于热泵具有很好的节能效果，很多法律颁布了热泵事业将来的发展方向，这些政策促进了该行业的发展，减少了二氧化碳的排放量和停用含有氟利昂的工质，这些环境保护措施的实施，有利于环境友好型发展。根据最新的民用建筑节能设计标准 ，很多建筑都采用低能耗的成本，降低了热泵采暖方式的运行费用，解决了热泵系统采暖方式的运行费用，同时增加了热泵与其他集中供暖设备
23、的竞争能力，解决了大中城市对能源需求量大的矛盾。但是污染问题，必须考虑到。必须改善能源结构，以低能耗的热泵来缓解能源问题，这就是热泵技术的应用特点，为其创造力条件。我国节能政策的时候和保护环境政策的220L 空气源热泵热水器设计发布，很大的建筑领域，工业余留资源等因素将会很大程度上促进空气源热泵热水器在市场上的发展。对于房地产行业来说，房地产开发无疑是一项谋福的好行业，随着农村城镇化建设进一步扩大和增强，加速了区域改造的进程，新建里的宅很多全部都安装了热水器，很多在八十年代中期的热水器也面临着试用期已到需要更新的高峰期，在今后的几十年里，中国将产生很多家庭迁移的居民，意味着平均每年都有很多家庭
24、需要热水器，热水器日益在市场化中占据着一席之地，新型节能环保热水器在建筑行业的应用给他们带来了新的利润增长点，新型的热水器兼有环保节能功效的热水器将在建筑行业的推广应用中带来新的利益点，对业主来说，可以全天候使用热水，而且比较节省电能和运行开支，这是电热水器所不能比的。在空气源热泵热水器行业中，芬尼克兹节能设备有限总公司为该行业的带头人，这部分企业，在经过十几年时间的女里后，从目前市场对热泵的认可程度来看，无论是经销商还是客户，他们对空热源热泵热水器认可度大大提高，一些报刊，媒体也报道了空气源热泵热水器的优势，从各大媒体放映的程度来看，空气源热泵热水器确实是可以节能 ，注重环保的热水产品，在为
25、客户创造价值的同时，用户对热泵热水器的评价也随之越来月好。当前空气源热泵热暑期的市场最主要的问题仍然还是产品知名度问题，经过调查，很多人都不知道空气源热泵热水器的优势，从国际上来看，空气源热泵热水器已经提前，一个很成熟的技术水准了，但是在国内，空气源热泵热水器依然处于起步阶段，仍有很多的路要走，因此，需要各大厂商本着对该行业的理解和负责，为这个绿色产业的更进一步做出努力，给与更多空气源热泵热水器以更多的发展空间，同时给予支持和原阳，我们也应该呼吁政府和相关部门能够支持和发扬空气源热泵热水器绿色的精神，让空气源热泵热水器产业在合适健康的道路上长此发展下去。1.1.5 存在的问题一般来说，当市场中
26、新引进一批新产品时候，总会存在某种缺陷，对于空气源热泵热水器也同样存在以下缺憾：首先，外观问题。空气源热泵热水器体积大，不太适合国人的使用习惯，不适应国情，空气源热泵热水器一般可以分220L 空气源热泵热水器设计为一体式和分体式两种，由于城市家庭卫生做的好普遍娇小，因此不管是那类行，很多消费者看到其外形就止步不前。 其次，结霜问题。区域特征太明显了，因为他对室外环境温度依赖过大，其正常工作环境温度范围受到限制，故基本适用于华东、华南等长江以南气度，广东，浙江，附件，云南，江西，湖南等省份空气源热泵热水器发展比较好， 。而且在还没有能真正解决结霜问题造成的产品运行困难问题之前，广大的北方就基本无
27、人敢去发展 7。再次，压缩机很容易损坏，比如烧坏。目前市场上的热泵热水器大多采用了循环式的加热系统，该系统逐渐暴漏出很多的技术弊端，比如在高温高压下运行时候，容易式压缩机机器老化，碳化，磨损，腐蚀，加之系统润滑效果不好，导致压缩机容易被烧坏。最后，蒸发器和冷凝器等容易因为结垢而断裂。热泵热水器的出水温度达到 60 摄氏度左右，水垢很容易在这个温度范围内结垢，如果不能定期对蒸发器和冷凝器清洗的话，对于板式换热器来说，就会胀破，对于套管式换热器而言，其内管会破裂，从而导致整个热泵热水机组失去功能。1.2 热泵热水器系统运行原理空气源热泵热水器从温度偏低的空气中吸收热量，然后传热到高温的储水箱中，将
28、热水存在水箱中放在以后用，从原理上来说，它与制冷剂原理相同，都是根据逆卡诺循环原理工作的。这就是和而不同，但是两者的工作温度范围明显不同，要求的效果也不尽相同，制冷装置是将温度低的物体中的热量传递到环境中去，结果就是给环境造成低温，加以利用，热泵热水器则是从空气中吸收热量，然后经过循环将热量传递给生活所需的热火，热泵热水器主要有四大部件组成，分别是压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、温度控制装置 8，电路控制装置等组成。空气源热泵热水器机组系统原理图如下，220L 空气源热泵热水器设计图 1-2 空气源热泵工作原理空气能是一种低品位的能源，它广泛存在、平等给予并且可自由利用。利用热泵循环热高他的
29、能源品位，这样说来空气能也是一种很具有开发利用价值和应用潜力的新能源。它也有很大的应用潜力环保潜力，具有很靠谱的实际利用价值，相比其他热水器更符合人们的习惯。空气源热泵热水器加热时间相对比较短，水和电会完全分离，不用担心触电的危险性，而且没有废气排出，因而没有中毒的危险，同时可以做到太阳能热水器阴天或者雪天不能工作的限制，电热水器出现漏电，燃气热水器出现煤气泄漏的缺点。其工作流程是这样的：压缩机将回流的冷媒进行压缩，此时的冷媒是处于低压状态的，然后压缩成高温高压的气体排除，高温高压的冷媒气体可以流经铜管，便于传热，热量便会由铜管传递到水箱内，冷却后的冷媒最终会被压力的一直作用变成液态，经过热力
30、膨胀阀后进入到了蒸发器，由于蒸发器的压力由于冷媒液体体变成气体体而突然降低，因此也太大额冷漠在此迅速蒸发放出大量的热量，与此同时，在外界风机的作用下，大量的空气会被风机吹过蒸发器表面进行强制对流，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成温度很低的气体被排进厨房，然后冷媒由于吸收了一定能量回流到压缩机，进220L 空气源热泵热水器设计入到下一个循环。经过以上的工作原理，可以看出，空气源热泵热水器的工作原理和空调原理极为相似，应用了传热学中学过的逆卡诺循环原理 9，并且通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩接着变成高温的热能，接着传递给水箱中，把水加热起来，供生活所需，整个过程是一
31、种能量不断转移的过程，也就是从空气中转移到水中，不是能量的转换过程，没有通过电加热元件来加热热水，也没有燃烧可燃气体来加热热水。总之无论是那种空调或者是热水器都遵循能量守恒的基本原理，能量在交换的过程中，制冷是把室内的热量不断交换到室外，比如常用的风冷机就是把热量交换到大气中，现在大部分的空调都是在这样的基础上进行改造，也就是在此导致工作温度局部气温上升，而这里的空气源热泵释放的能量送到水箱里进行热量的交换。制热就反过来，冷媒的循环：气态变成液态，在变成液态，气态经过压缩机做工后变成液态，此过程要产生热量，热量排出后液态的冷媒变冷了留到室内交换管道与室内的空气交换变成冷气，变成了气态的冷媒。2
32、 设计任务1）设计技术参数：初始进水温度 15；额定出水温度 55；出水温度 60；产水率(L/H)220；电压(V)220V/50HZ 380V/50HZ2）设计内容包括:设计计算：储热水箱尺寸计算、厚度计算、循环热力计算、主机选型计算、冷凝器设计计算、蒸发器设计计算、辅助设备选择计算、节流机构选择计算。零部件选择：温度控制仪选择、压力控制器选择、其他零部件选择。设计图样：总装图、主要零部件图、系统流程图、电控原理图。3 选择与论证3.1 制冷剂制冷剂就是我们常说的制冷工质，是制冷系统循环中的工作介质，制冷剂在制冷机中经过系统循环流通后，自身热力性能或状态会发生变化，这种变化可以使其与外界发
33、生能量的交换，从而实现制冷的目的。简单的说就是，制冷220L 空气源热泵热水器设计剂是一种制冷系统常用的工作介质，他可以在制冷系统中传递能量。平时学习中我们常常称其为工质。制冷剂有很多，其中乙醚就是最早被使用的制冷剂。据资料显示能用做制冷剂的物质大概有七八市种，最常用的就是氨、氟利昂类。上世纪 30 年代氟利昂制冷剂刚刚出现，在一定程度上促进了制冷技术的发展。由于它无毒、无味、不可燃烧、无爆炸、腐蚀性小。物理和化学方面稳定性好，是一种很好的制冷剂，也得到了很广泛的应用。最早的制冷剂多是乙醚，二氧化碳等，但是限于自身物理性质的差异和缺点，大多都被淘汰，只有二氧化碳还可应用于干冰制冷系统。目前多选
34、用的制冷剂有水、氟利昂、氨等等。从1930 年 ,Perkins 发明了蒸气压缩式制冷循环 10，制冷技术在人类发展期中起着举足轻重的作用，制冷技术突飞猛进。制冷技术的革新和替换始终在进行，目前根据新时期的发展要求,制冷剂又将面临新的挑战。表3-1 制冷剂发展历程第1代 第2代 第3代 第4代年代 1830-1930 1931-1990 1991-2010 2010-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(
35、 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候，纯天然制冷剂就是人们在苦苦寻找的。3.1.1 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：根据其组成，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220L 空气源热泵热水器设计共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂两类。按照化学成分，主要分为三类：无机物类、氟利昂、碳氢化合物。
36、由于氟利昂这一类型制冷剂的出现推动了中国制冷技术的发展。但是氟利昂有自身的缺点。它是一种温室效应气体，而且高层大气层中的臭氧层都可以被他破坏，因为在太阳直射下，臭氧会被紫外线照射然后被分解，释放出 cl 离子，然后与臭氧层中的其他臭氧起连锁反应，破坏大气层结构，使臭氧层遭到破坏，危机人类的生命安全和生态的平衡。按照标准沸点来分，常常可以分为高温制冷剂、中文制冷剂和低温制冷剂三类。标准沸点在按标准沸点分，可分为高温制冷剂，中温制冷剂和低温制冷剂三类。标准沸点在 0以上的称为高温制冷剂，冷凝压力 Pk23Kg/cm2（绝对） ，T0 0 如 11（CFCl3） ，其 T023.7，适用于空调系统的
37、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。3.1.2 制冷剂的选择原则选择制冷剂的时候主要考虑下面的几个方面： 一、热力学性质方面在合适的工况下，比如在工作温度范围内，要有合
38、适的压力和压力比，也就是要蒸发压力高于大气压力 11，而且使整个制冷系统的低压部分不能出现的情况，当外界空气渗入系统，很大程度上对制冷剂的性质会产生影响甚至恶化了设备材料的腐蚀，甚至可以引起其他一些不良后果常见的比如燃烧或者爆炸等，冷暖压力也不要过高，防止设备过分笨重，冷凝压力和蒸发压力之比应尽量小，这样就可以使压缩机终了温度不至太高，同时往复式压缩机的输气系数过大。单位制冷量 q0 和单位容积制冷量 qv 比较大循环效率高，比功 w 和单位容积压缩功 wv 小，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。220L 空气源热泵热水器设计二、迁
39、移性质方面（1）粘度、密度尽可能的小，这样可以减少制冷剂在系统中循环流动的力以及制冷剂的充注量。（2）热导率大 12，这样的话就可以提高热交换设备的传热系数，从而减少传热面积，使系统结构紧凑三、物理化学性质方面1. 无毒、不燃烧、不爆炸、使用比较安全。2. 无论是化学稳定性还是物理热稳定性等都很好，制冷剂要经得起蒸发器和冷凝时候的循环变化，使用中不发生变质，不会与润滑油起化学反应，一点儿也不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。3.对大气环境无破坏作用，也就是说不要破坏大气层的臭氧层，不会产生温室效应。四、其他 其原料源头充足，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
40、和制冷压缩机对制冷剂还有一些特殊要求，比如说：（1） 离心式压缩机一般要求制冷剂的相对分子质量要大，这样可以提高压缩比，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 11，以免压缩机的尺寸过小，造成加工困难；当制冷量大于1000W的制冷机一般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所用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
41、求的前提下，权衡取舍，找出最佳方案。3.1.3 制冷剂的确定（1）氨具有优良的热力性能、ODP=0和GWP1，但有毒,在化学工业和食220L 空气源热泵热水器设计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,采用跨临界循环的热泵提供热水, ,RAC和PAC 等,但易燃易爆,这非常不利。水ODP=0和GWP1,用于冷凝温度较低的水冷冷水机组以及冰蓄冷机组。（2）R22 是氢氯氟烃化合物（HCFCs）制冷剂的代表，曾经被广泛用于各种空调系统。R22 物理性质如下：无色，无味，不燃烧，不爆炸，毒性比 R12略大，但仍然不属于易溶于水的物质因为溶水性比 R12 稍大同为
42、一个数量级。对 R22，含水量仍然限制在 0.01以内。同时系统内应装设干燥器。R22 化学性质不如 R12 稳定。R22 制冷剂比 CFCs 多含了氢，导致 CFCs 的化学性质比它还要稳定，当释放 R22 到较低的大气中时就会分解，只有很少的部分会到达臭氧层。所以虽然氢氯氟烃化合物也含有氯，但是它的臭氧消耗潜能为 R12 的5左右。同时 R22 曾是被广泛应用的高能效比的冷媒。（3）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，
43、物理和化学性质稳定。是不燃气体，主要用于制作低温致冷剂有时候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。(4) 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 11（5）R407C 近年来，Vince C.Mei 研
44、究了用 R407C 在热泵热水器中应用，结果发现，在热泵系统中，R407C 热泵热水器的热水加热能力明显高于 R22 系统，但是，R407C 系统的耗能也有所增加，使得它在高水温时的 COP 低于 R22系统。如果使用专门为 R407C 设计的蒸发器，COP 就会比 R22 系统明显提高20%，这是预料之外的，水加热功率也会随之提高 3%。R407C 和 R22 有很接近的制冷量，压力差不多一样，需要对整个系统做出的改动小。但其传热特性实在较差，需用酯类润滑油更换 R22 的润滑油。（6）R410A：是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通220L 空气源热泵热水器设计R22空调的
45、1.6倍左右，制冷（暖）效率更高。提高空调性能。同时 R410A 不含氯元素，因此不可能与臭氧层发生连锁反应，既不会破坏臭氧层也不对环境造成。（ 8） R134a 制冷剂是一种新型无公害制冷剂，属于氢氟化碳化合物（四氟乙烷） 。它具有与 R22相似的热物理性质，它的标准沸点为-26.1。但因为其臭氧消耗潜能为零，所以温室效应潜能应该在0.250.28之间。常温常压下 R134a是无色，有轻微的气味，不易燃，对皮 肤眼睛无不会产生刺激，也不会引起皮肤过敏反应，这一点很不错，但 长时间暴 露 仍然会产生轻微毒气，所以工作场所应通风良好，R134a 是不溶于矿物油的制冷剂，他采用脂类油、合成油（往复
46、式压缩机用）或烷基苯油（旋转式压缩机用）来满足压缩机的润滑要求。从系统运行来看，由于冬季温差较大，所以冬季运行时制热系数相对较低，而且压比较大，对压缩机等设备运行会产生很大影响，因此热泵热水器最好在夏季和过渡季运行安全合理地发挥热泵的效能；R22 的排气温度最高，不利于系统的运行，加之对大气臭氧层有破坏作用，因此替代在所难免；R134a 的制热系数最大，不含氯原子，对臭氧层不起破坏作用，具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性）具有广阔的市场前景。根据以上分析，本文推荐在热泵热水器中使用 R134a 制冷工质。但是使用 R134a 要加强干燥防水措施，防止对设备和管道腐蚀，
47、这点要特别值得注意。3.2 压缩机3.2.1 压缩机概述压缩机在蒸汽压缩式制冷空调系统中，压缩机决定着系统制冷能力大小的关键，它是制冷系统的关键部件，对循环热力系统的各种运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命产生最直接的影响。它是整个制冷系统的动力来源，它在消耗一定的电功后，可以吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽，并把它进行压缩，一般可以压缩到冷凝压力然后在输送到冷凝器中去，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220L 空气源热泵热水器设计压缩机。大部分 15KW 以下
48、的小容量制冷压缩机大多采用全封闭式压缩机。这是多年的资料研究发现的。全封闭式压缩机中电动机和压缩机是连在一块的不可分割的，然后一块放在一个密闭的机壳中，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 10.27kw，因此本设计选用全封闭式制冷压缩机 。由于压缩机是制冷技术中含量最高，利润较大，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过，无论从传热流动、噪声振动、摩擦润滑、材料材质、加工工艺到性能还是可靠性，从分析其运行机制、理论性质研究到机械部件结构、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
49、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，特别是在冰箱压缩机行方向有关的行业。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 1.9513，从而在一定程度上促进了制冷设备的发展。3.2.2 压缩机的比较一 滚动转子式压缩机滚动转子式压缩机是常见到的家用空调压缩机之一。滚动转子式压缩机恶化往复式压缩机相比结构简单得多, 不复杂，而且体积小比同样制冷量的往复式压缩机体积可减少 60%、占用空间少，很轻，重量减少 35% ,零件减少 50 %、零部件少 ,这就是说同样情况下，易损坏的零件要少。这种压缩机只进行旋转运动,不需将旋转运动转变为来回的反复运动，从运转平稳度来说，更为平稳，其他的比如噪声低，靠谱等等，从结构上说，制作余系小，不用考虑膨胀气体的干扰了，另外还没有吸气阀，减少流动阻力，结果就使得容积效率高，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；致命的是这样的压缩机只有一个偏心布置的转子，转动起
