一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-30GW×2）設計,一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-30GW×,2）設計,一拖二熱泵型,空調(diào)器,kfr,30,gw,設計 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2） 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-30GW×2） 學生 姓名 專業(yè) 班級 熱能與動力工程 學 號 二 零 零 三 年 六 月 院 別 指導老師（職稱） 完成 時間 55 一拖二熱泵型空調(diào)器(KFR-20GW×2) 摘 要 本文簡單介紹熱泵分體式一拖二空調(diào)的設計中的幾個問題：新型綠色制冷劑的使用，熱力循環(huán)的計算，蒸發(fā)器和冷凝器的計算，空調(diào)器附件的選擇，以及熱泵型房間空調(diào)器的發(fā)展和展望。 空氣調(diào)節(jié)顧名思義是對空氣的參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以便使環(huán)境更適合我們的要求。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的條件要求也在逐步的提高。所以空氣調(diào)節(jié)在日常生活中占有很重要的位置。也使的空調(diào)技術在不斷的提高，以達到人們對環(huán)境的要求。熱泵型房間空調(diào)器既可制冷又能制熱，能滿足冬夏兩季節(jié)的要求而得到快速發(fā)展。其的新品種越來越多，性能也越來越優(yōu)良?？照{(diào)器朝著小型化，節(jié)能化，智能化，美觀化，健康化的方向發(fā)展。 近年來，隨著住宅條件的改變，一些用戶出于節(jié)省空間的考慮，開始購買一拖二空調(diào)器，促進拉一拖二空調(diào)器的發(fā)展和改進。 關鍵詞 熱泵/一拖二空調(diào)/新型制冷劑/節(jié)能/環(huán)保 ＂one-drivers-two＂ heat pump air-conditioner （KFR-20GW×2） ABSTRACT This article simply introduced the heat pump＂one-drivers-two＂room air-conditioner in design several questions: New green refrigerant use，the calculation of the thermodynamic energy circulation, evaporator and condenser computation，air-conditioner appendix choice, as well as heat pump room air-conditioner development and forecast. The air conditioning is as the name suggests carries on the adjustment to the air parameter, in order to cause the environment to suit our request. With development of our country national economy and the improvement of the people's lives level，people's living conditions condition request also in gradually enhancement. Therefore the air conditioning holds the very important position in the daily life. Also causes the air conditioning technology in the unceasing enhancement, achieves the people to the environment request. The heat pump room air-conditioner both can make cold and heat, can satisfy the requests of the winter and summer, so it gets a fast development. The air-conditioner is facing the miniaturization, the energy conservation, the intellectualization, is artistic, the health direction develops. In recent years, along with the housing condition change, some users stemming from saved spatial the consideration, started to purchase ＂one-drivers-two＂ air-conditioners, the promotion pulls as soon as tows two air-conditioners the development and the improvement. KEY WORDS The heat pump , One-drivers-two air-conditioner, New green refrigerant, Energy conservation, Environmental protection 目 錄 中文摘要---------------------------------------------------------------Ⅰ 英文摘要---------------------------------------------------------------Ⅱ 緒 論---------------------------------------------------------------1 1熱力循環(huán)計算--------------------------------------------------------8 1.1設計工況的選擇------------------------------------------------8 1.2熱 力 計 算----------------------------------------------------8 1.2.1 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)計算---------------------------8 1.2.2 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)計算---------------------------11 1.2.3 R22在制冷工況下熱力循環(huán)計算-----------------------------13 1.2.4 R22在制熱工況下熱力循環(huán)計算 ----------------------------15 2 換熱器設計計算----------------------------------------------------17 2.1 冷凝器的設計計算-------------------------------------------17 2.2 蒸發(fā)器的設計計算-------------------------------------------23 3 毛細管的設計計算-------------------------------------------------30 4 輔助元件的選型 --------------------------------------------------32 4.1壓縮機的選型--------------------------------------------------32 4.2軸流風機的選型-----------------------------------------------34 4.3貫流風機的選型-----------------------------------------------35 4.4 四通換向閥的選型-------------------------------------------35 4.5截止閥的選型 ------------------------------------------------36 4.6單向閥的選型-------------------------------------------------37 4.7干燥過濾器的選型--------------------------------------------38 5兩種熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的對比研究--------------------------------39 5.1 無氟替代的必然性------------------------------------------39 5.2 方案論證-----------------------------------------------------40 5.2.1制冷劑R22與R407c的分析比較------------------------40 5.2.2 R407C與R22兩種制冷劑系統(tǒng)的比較-----------------------42 5.3 結論---------------------------------------------------------44 總 結--------------------------------------------------------------45 致 謝 -----------------------------------------------------------46 參考文獻------------------------------------------------------------47 （附錄）------------------------------------------------------------48 附錄1 制冷系統(tǒng)流程圖-------------------------------48 附錄2 電器控制接線圖-------------------------------48 附錄3 冷凝器設計計算程序---------------------------49 緒 論 近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)器的使用已經(jīng)越來越普及，新品種越來越多，性能也越來越優(yōu)良。 房間空氣調(diào)節(jié)器是一種用于向房間(或封閉空間、區(qū)域)提供處理空氣的機組。它的功能是使該房間(或封閉空間、區(qū)域)內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數(shù)保持在人體舒適或工藝過程要求的范圍內(nèi)。 房間空氣調(diào)節(jié)器主要是一個制冷、除溫（有的還可兼作熱泵使用）的機組。根據(jù)需要，它還可包含空氣加熱、加溫、空氣循環(huán)通風、空氣凈化、除臭、加香等設備。通常，空調(diào)器有整體式(即一個箱形整體)和分體式(分為室內(nèi)機組和室外機組)兩類。根據(jù)室內(nèi)機組結構和安裝方式的不同，它們又可分成窗式、掛壁式、吊頂式、埋入式、嵌入式、柜式及落地式。 空調(diào)器將有以下發(fā)展趨勢 （1）品種多樣化 空調(diào)器品類繁多．僅小型空調(diào)就有兩大類．10多個品種． 第一種類型是整體型空調(diào)器，有窗式和柜式兩種。窗式有普通式和單窗式(指標準窗戶型)，這類空調(diào)產(chǎn)量最多，銷路也最好 。 第二種類型是分體型空調(diào)器．有壁掛式，落地式，吊頂式，多支路式等四種。壁掛式和落地式廣泛用于會客廳、餐廳、辦公室、商場等場所．銷路最好．分體式空調(diào)器具有多功能、低噪聲、易使用、外形美觀等諸多優(yōu)點，已成為種類變化最快和家用空調(diào)器市場的主流機型。分體式空調(diào)器室內(nèi)機的噪聲一般低于50dB，目前性能較好的空調(diào)器室內(nèi)機噪聲僅35dB左右，而整體式空調(diào)器運轉(zhuǎn)時的噪聲一般都在60dB以上，顯然，從使用角度看，分體式空調(diào)更受到人們的歡迎， 另外，廠家開發(fā)出的一拖二分體式空調(diào)兩個室內(nèi)機可分裝在不同的位置，更方便了用戶的使用。 （2）品量列化、標準化 空調(diào)器品種繁多必然給生產(chǎn)管理和維修帶來麻顫．為此，生產(chǎn)廠家必須注意產(chǎn)品系列化、標準化，以減少零件生產(chǎn)的種類和工裝模具的數(shù)量、擴大零件的通用性。面板、機殼等零部件實現(xiàn)了通用，使空調(diào)器的外形尺寸達到了系列化 標準化，生產(chǎn)中模具的組合也得以實現(xiàn)．因此 大大加快了產(chǎn)品的更新速度，且通用件產(chǎn)量的增加也方便了生產(chǎn)管理．提高了生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品成本下降，為產(chǎn)品的市場競爭創(chuàng)造了有利條件． （3）高效率、低噪聲 高效率是指空調(diào)器制冷量大、耗電量小 ，從而選到降溫快，節(jié)能，運行費用低的目的。這不僅為廣大顧客所歡迎，也為打開國際市場的銷路創(chuàng)造了有利條件，為此，空調(diào)器廠家要把提高產(chǎn)品的散熱率放在首位 其中重點是提高制冷壓縮機和換熱器的教率．如用效率高的旋轉(zhuǎn)式壓縮機取代往復活塞式壓縮機；換熱器的散熱片采用高傳熱效率的波紋式肋片．穿孔式肋片、穿孔波紋式肋片等，國外已有許多廠家采用能增加內(nèi)傳熱效率的鋸齒形截面?zhèn)鳠峁埽? 噪聲是空調(diào)器的一個重要技術指標，它關系到人們的工作與休息．降低空調(diào)器的噪聲．產(chǎn)品就能占領市場，就能獲得人們的喜愛．為此．日本、美國，德國等國家都在研究高效率、低噪聲的空調(diào)器．在保證風量的前提下，盡量降低風機的轉(zhuǎn)速．以降低風機葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的過度噪聲和空氣渦流的噪聲。 （4）品小型化、輕量化、薄型化、外形設計藝術化 目前空調(diào)器產(chǎn)品有一個明顯的趨勢就是體積小型化、重量輕量化。首先．熱交換器采用了新型翅片結構和內(nèi)螺紋高效傳熱管．使產(chǎn)品體積縮小25％以上；其次是采用了體積?。亓枯p的渦旋式壓縮機，使機體結構緊湊；第三，采用了質(zhì)量輕的材料(如鋁、工程塑料等)制造空調(diào)器的零件；第四，在結構上更多的采用多體式設計 使室內(nèi)外機組體積減少，重量減輕，更易于安裝和維護。 目前，市場上的空調(diào)器，特別是家用分體式空調(diào)器，其室內(nèi)機都采用了大寬度薄形設計，外觀也由過去千篇一律的平面型前面板變成了大圓弧形的前面板結構設計，這兩種設計方案使得室內(nèi)機蒸發(fā)器的迎風面積增大，從而增大了換氣面積，機組運轉(zhuǎn)效率更高，同時使室內(nèi)機體積減小，占用空間也縮小了許多，成為室內(nèi)的—件藝術裝飾品。 （5）采用變頻調(diào)速技術 采用變頻技術的空調(diào)器近幾年已開始廣泛地進 市場．變頻技術是在壓縮機運行中通過改變電源頻率來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，空調(diào)啟動初始時空調(diào)器的壓縮機高速運轉(zhuǎn)，快速地達到設定的溫度；達到設定溫度后，再控制電機低速運轉(zhuǎn)以維持設定的溫度．這種運行狀態(tài)可以降低耗電量，同時避免了壓縮機反復啟開停，從而減少多次啟停造成的能量損耗及對電壓的沖擊，使空調(diào)器運轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)，使用壽命延長． （6）采用智能控制技術 微電子技術的發(fā)展給人們的生活帶來了巨大的影響．空調(diào)器的控制部分目前已廣泛地采用了智能控制技術。空調(diào)器利用傳感器獲得環(huán)境的溫度、濕度等數(shù)據(jù)資料，空調(diào)器內(nèi)的智能搬電腦系統(tǒng)選擇較優(yōu)的運行技術，適時地調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速、風速、風量等參量．使環(huán)境保持已設定的溫度和濕度條件．完全不需手工改變運行模式．采用微電腦智能控制的空調(diào)器，在控制方式上也更為靈活，不僅可以采用一般的遙控器方式控制其工作狀態(tài)，還可以通過電話等手段實現(xiàn)遠距離遙控，使您一進家門就可享受到舒適的環(huán)境[1]． （7）發(fā)展環(huán)保型空調(diào)器 目前大多數(shù)房間空調(diào)器都使用R22制冷劑，但是它對大氣臭氧層有破壞作用，歐洲已經(jīng)從2000年起逐步停止使用，日本、美國等將在2020年逐步停止使用。日本一些大的空調(diào)器公司正在積極開發(fā)對臭氧層無破壞作用的環(huán)保型房間空調(diào)器，目前較有效的是在房間空調(diào)器中使用R407C和R410A制冷劑。 熱泵技術 熱泵技術就是能有效地降低礦物質(zhì)能源提高能源利用率的建筑節(jié)能新技術。熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。顧名思義，熱泵也就是像水泵那樣，可以把不能直接利用的低位熱源(如空氣、土壤、水中所含的熱能，太陽能，工業(yè)廢熱等)轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達到節(jié)約部分高位能(如煤、燃氣、油、電等)的目的。 1 熱泵的發(fā)展歷史 1852年湯姆遜(Thomoson)第一個提出了一個正式的熱泵系統(tǒng)，那時稱為“熱量倍增器”。l927年霍爾丹(Haldatie)在蘇格蘭安裝與實驗的家用熱泵，用空氣作熱源，是現(xiàn)代蒸汽壓縮式熱泵的真正原型。到l940年美國已安裝了l 5臺大型商業(yè)用熱泵，并且大都以井水為熱源。l 9 4 5年美國卡雷公司研制成了溴化鋰 圖1熱泵系統(tǒng)的基本能量轉(zhuǎn)換關系 水吸收式制冷機，70年代的石油危機促使吸收式熱泵的研究與開發(fā)得到了很大的發(fā)展。熱泵研究在我國也有數(shù)十年歷史，50年代，天津大學的一些學者已開始從事熱泵的研究工作。60年代開始在我國暖通空調(diào)中應用熱泵。但是，由于我國能源價格的特殊性，以及一些其他因素的影響，熱泵空調(diào)在我國的應用與發(fā)展始終很緩慢。直至70年代末期，才又為熱泵空調(diào)的發(fā)展與應用提供了機遇。80年代初至90年代末在我國暖通空調(diào)領域掀起一股熱泵熱。熱泵空調(diào)在我國的應用日益廣泛，它的發(fā)展前景肯定是光明的。 2、熱泵的分類 熱泵按工作原理分為，壓縮式熱泵和吸收式熱泵。按利用能源的方式不同分為第一類熱泵和第二類熱泵。按利用能源類別不同分為太陽能熱泵、土壤源熱泵、水源熱泵和空氣源熱泵。按照熱泵制冷機(壓縮機)工作方式又可分壓縮式、噴射式、吸收式等。 空氣源熱泵：空氣源(風冷)熱泵目前的產(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器，商用單元式熱泵空調(diào)機組和I熱泵冷熱水機組。家用熱泵空調(diào)器在夏季，制冷劑通過壓縮機循環(huán)，吸收室內(nèi)空氣的熱量后排放到室外；而在冬天，空調(diào)通過電磁換向閥改變制冷劑循環(huán)流動的方向，制冷劑就可吸收室外空氣的熱量，然后釋放到室內(nèi)，加熱室內(nèi)空氣，達到保持室內(nèi)溫度的目的。熱泵空調(diào)器已占到家用空調(diào)器銷量的40～50％，年產(chǎn)量為400余萬臺。熱泵冷熱水機組自90年代初開始， 在夏熱冬冷地區(qū)得到廣泛應用，據(jù)不完全統(tǒng)計，部分城市中央宅調(diào)冷熱源采用熱泵冷熱水機組的已 到20～3O％ ，而且應用范圍逐漸繼續(xù)擴大趨勢?？諝庠礋岜枚竟徇\行時，最大的一個問題就是當事外氣溫較低時，室外側(cè)換熱器翅片表面會結霜。而除霜會消耗熱量使熱泵供能下降，這是空氣源熱泵發(fā)展受限之一；另一個由于氣源熱泵以空氣為熱源，空氣熱容最小，冬季時空氣溫度又低，熱泵低供熱能力下降，這也是空氣源熱泵發(fā)展受限之一。針對除霜的問題，現(xiàn)在研究出不少新的工藝系統(tǒng)，解決空氣源熱泵除霜問題。針對空氣源熱泵在冬季空氣溫度低的問題，又提出空氣---水雙級耦合熱泵系統(tǒng)。這都是我們熱泵工作者所作的貢獻。再一個空氣源熱泵在夏季時將建筑的余熱散熱至建筑物附近使其周圍的環(huán)境質(zhì)量進一步降低以及建筑物上熱泵的噪聲也是應該考慮的問題[2]。 3、熱泵的工作原理[3] 單從名字上看，熱泵和水泵有相似之處，只不過水泵是將水從低處送到高處，而熱泵則是將熱量從低溫熱源送到高溫熱源的一種裝置。 熱力學第二定律告訴我們，熱量不可能自發(fā)地由低溫物體傳遞給高溫物體，因此必須借助一定的設備(如熱泵)，在外界對其做功的情況下把熱量從低溫處傳遞到高溫處。當然熱量的這種傳遞轉(zhuǎn)移必須依靠一個載體，這個載體稱為工質(zhì)(制冷劑)。 熱泵中的工質(zhì)通過壓縮機驅(qū)動，在閉合的管道回路中不斷循環(huán)(見圖2)，簡單地說就是制冷劑通過壓縮機的驅(qū)動在蒸發(fā)器(與低溫熱源接觸)膨脹蒸發(fā)吸收熱量，變成高溫低壓氣體，經(jīng)壓縮機加壓后變成高溫高壓氣體，然后進入冷凝器(與高溫熱源接觸)放出相變潛熱，成為低溫高壓液體，此后又經(jīng)節(jié)流器絕熱節(jié)流成為低溫低壓液體再回到低溫熱源處進入下一次工作循環(huán)。經(jīng)過制冷劑的循環(huán)，高溫熱源處不斷得到熱量從而達到制熱的目的。在整個過程中，工質(zhì)只是把從低溫熱源處吸收到的熱量連同壓縮機對其所做的功傳遞給高溫熱源，所以并未違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。 圖2 熱泵循環(huán)回路示意圖 一拖二分體式空調(diào)器 一拖二分體空調(diào)器在國內(nèi)是剛剛興起的新產(chǎn)品。它是用一臺室外機組帶動兩臺室內(nèi)機組工作，從而使一臺空調(diào)器“相當 兩臺空調(diào)器使用。這種空調(diào)器室內(nèi)機組和室外機組的結構，分別與普通“一拖一 分體空調(diào)器基本相同，不同之外是增加了一個室內(nèi)機組。 類型： 一拖二分體空調(diào)器又稱為復合式空調(diào)器，從制冷工作過程來看，主要有三大類型(見圖3)： 圖3 一拖二分體空調(diào)器的類型 （4）一拖二分體空調(diào)器的類型 1．單容量壓縮機式。圖3a為單容量壓縮機控制方式。室外機組內(nèi)含一臺不可調(diào)的單容量壓縮機．并拖動兩臺室內(nèi)機組。 2．單容量雙壓縮機式。圖3b為單容量雙壓縮機制冷控制方式 室外機組訪有互相獨立的兩臺單容量壓縮機．每臺壓縮機對應拖動一臺室內(nèi)機組，而兩臺室內(nèi)機組 也是互相獨立運行。這種類型空調(diào)器相當于兩臺一拖二空調(diào)器，只是把商用室外機組合二為一。 3．可調(diào)節(jié)容量壓縮機式。圖3c為可調(diào)節(jié)容量壓縮機控制方式。室外機組只有一臺壓縮機，但其容量可以調(diào)節(jié)，并拖動兩臺室內(nèi)機組。這種方式可根據(jù)房間空調(diào) 負荷的變化，調(diào)節(jié)壓縮機的容量，實現(xiàn)各個房同的制冷控制。這種空調(diào)器的電氣控制系統(tǒng)一般都采用變頻調(diào)速方式來調(diào)節(jié)壓縮機容量[4]。 本設計是熱泵式單壓縮機一拖二空調(diào)器，采用兩臺室內(nèi)機采用一臺壓縮機、一只冷凝器、一臺室外風機、一只四通換向閥和毛細管，通過四通換向閥控制室內(nèi)機的制冷與制熱轉(zhuǎn)換。 1熱力循環(huán)計算 1.1設 計 工 況 的 選 擇 所謂工況，是指制冷系統(tǒng)的工作條件。用來作為比較制冷機型能參考狀態(tài)的工況一般應包括制冷機的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過冷溫度、過熱溫度、吸氣過熱溫度等。與名義參數(shù)相應的溫度條件稱為名義工況。我國標準“JB/T7666—95 制冷和空調(diào)設備名義工況一般規(guī)定”規(guī)定了容積式制冷壓縮機及機組和壓縮冷凝機組、容積式和離心式冷水機組、單元式空調(diào)機、房間空調(diào)器等的名義工況。為了使用方便，一般都給出了這些名義工況的參數(shù)，這些參數(shù)為客戶提供了參考依據(jù)和制冷機或制冷壓縮機的性能參數(shù)。 所以根據(jù)國家提供的名義工況初步擬定本設計的空調(diào)的工作條件。所用的制冷劑為R407C，工況初步定為to=7.2℃; tk=54.4℃; 過冷度為3.5℃；過熱度11℃；吸氣溫度為18℃[5] [6]。 1. 2 熱 力 計 算 循環(huán)過程p-h圖如下圖所示： 1.2.1 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)計算 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)如下表所示[7]: P /bar T /℃ V /(m3/kg) H /(kJ/kg) S /(kJ/kg﹒k) 0 5.78 7.2 0.04156 417.51 1.785 1 5.78 18 0.04378 426.88 1.818 2 21.8 86.6 0.0127 472.37 1.850 2s 21.8 77 0.01195 461.45 1.818 2v 21.8 54.4 434.96 1.74 3 21.8 49.5 282.71 1.272 4 21.8 46 275.7 5 5.78 2.8 275.7 1.275 R407C在制冷工況下的熱力循環(huán)計算[8] [9]: 單位質(zhì)量制冷量： （1-1） 單位容積制冷量： （1-2） 單位理論功： （1-3） 點2狀態(tài)的焓值： （1-4） 式中指示效率取 單位冷凝熱: （1-5） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-6） 壓縮機理論功率： （1-7） 壓縮機的指示功率： （1-8） 理論制冷系數(shù)： （1-9） 實際制冷系數(shù)： （1-10） 冷凝器熱負荷： （1-11） 壓縮機實際輸氣量： （1-12） 壓縮機理論輸氣量： （1-13） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機軸功率： （1-14） 式中機械效率取 電動機的功率： （1-15） 電動機效率取 性能系數(shù)： （1-16） 熱力完善度： （1-17） 1.2.2 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)計算 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)表: P /bar T /℃ V /(m3/kg) H /(kJ/kg) S /(kJ/kg﹒k) 0 4.35 -1 0.05487 412.99 1.794 1 4.35 10 0.05782 422.40 1.827 2 16.4 76 0.01707 467.97 1.859 2s 16.4 65.7 0.01621 457.03 1.827 2v 16.4 43 0.01402 432.89 1.754 3 16.4 37.5 259.76 1.201 4 16.4 33.5 253.47 5 4.35 -6 253.47 1.202 R407C在制熱工況下的熱力循環(huán)計算: 單位質(zhì)量制冷量： （1-18） 單位容積制冷量： （1-19） 單位理論功： （1-20） 點2狀態(tài)的焓值： （1-21） 式中指示效率取 單位冷凝熱: （1-22） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-23） 冷凝器熱負荷： （1-24） 壓縮機理論功率： （1-25） 壓縮機的指示功率： （1-26） 理論制冷系數(shù)： （1-27） 實際制冷系數(shù)： （1-28） 壓縮機實際輸氣量： （1-29） 壓縮機理論輸氣量： （1-30） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機軸功率： （1-31） 式中機械效率取 電動機的功率： （1-32） 電動機效率取 性能系數(shù)： （1-33） 熱力完善度： （1-34） 1.2.3 R22在制冷工況下熱力循環(huán)計算 R22在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)表: P /bar T /℃ V /(m3/kg) H /(kJ/kg) S /(kJ/kg﹒k) 0 6.25 7.2 407.86 1.741 1 6.25 18 0.04 416.1 1.770 2 21.4 96 0.01388 459.2 1.799 2s 21.4 85 0.013 448.87 1.770 2v 21.4 54.4 418.02 1.680 3 21.4 54.4 269.53 1.227 4 21.4 50 263.20 5 6.25 7.2 263.20 1.225 R22在制冷工況下的熱力循環(huán)計算: 單位質(zhì)量制冷量： （1-34） 單位容積制冷量： （1-35） 單位理論功： （1-36） 點2狀態(tài)的焓值： （1-37） 式中指示效率取 單位指示功： （1-38） 單位冷凝熱: （1-39） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-40） 冷凝器熱負荷： （1-41） 理論制冷系數(shù)： （1-42） 實際制冷系數(shù)： （1-43） 壓縮機理論功率： （1-44） 壓縮機的指示功率： （1-45） 壓縮機實際輸氣量： （1-46） 壓縮機理論輸氣量： （1-47） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機軸功率： （1-48） 式中機械效率取 電動機的功率： （1-49） 電動機效率取 性能系數(shù)： （1-50） 熱力完善度： （1-51） 1..2.4 R22在制熱工況下熱力循環(huán)計算 R22在制熱工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)表: P /bar T /℃ V /(m3/kg) H /(kJ/kg) S /(kJ/kg﹒k) 0 4.81 -1 404.86 1.753 1 4.81 10 0.05155 412.92 1.782 2 16.5 86 0.01810 455.89 1.811 2s 16.5 74.2 0.017 445.58 1.782 2v 16.5 43 416.94 1.695 3 16.5 43 253.79 1.179 4 16.5 39 248.39 5 4.81 -1 248.39 1.178 R22在制熱工況下的熱力循環(huán)計算: 單位質(zhì)量制冷量： （1-52） 單位容積制冷量： （1-53） 單位理論功： （1-54） 點2狀態(tài)的焓值： （1-55） 式中指示效率取 單位指示功： （1-56） 單位冷凝熱: （1-57） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-58） 冷凝器熱負荷： （1-59） 理論制冷系數(shù)： （1-60） 實際制冷系數(shù)： （1-61） 壓縮機理論功率： （1-62） 壓縮機的指示功率： （1-63） 壓縮機實際輸氣量： （1-64） 壓縮機理論輸氣量： （1-65） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機軸功率： （1-66） 式中機械效率取 電動機的功率： （1-67） 電動機效率取 性能系數(shù)： （1-68） 熱力完善度： （1-69） 2 換熱器設計計算[8] [10] [11] [12] 2.1 冷凝器的設計計算 設計一臺冷量4kw的R407制冷劑分體式空調(diào)器的冷凝器。其工作條件為冷凝器溫度為50℃，進風溫度為35℃，出口溫度為43℃。 根據(jù)材料，工藝設備狀況和推薦標準，采用傳熱管為∮10mm×0.5mm純銅管，肋片為平直套片（鋁片），片厚f=0.15mm，片寬為L=44mm。 （1）冷凝器熱負荷的確定：根據(jù)其制冷量循環(huán)的蒸發(fā)溫度t0=7.2℃的要求 ，查圖（《制冷原理與裝置》）6-18得 C0=1.252，冷凝器的熱負荷： Qk =C0Q0=4000*1.252=5008 W （2-1） （2）冷凝器的結構的初步規(guī)劃及有關參數(shù)： 管排采用正三角形排列，管間距S1=25mm，排間距S2=21.65mm，肋片間距Sf=1.8mm，沿氣流方向的管排數(shù)n=2，因此：各部分單位管長的面積為： 肋片面積： （2-2） 肋間基管表面積： （2-3） 肋管外總表面積： （2-4） 肋管內(nèi)表面積： （2-5） 肋化系數(shù)： （2-6） （3）空氣進出冷暖器的溫差及風量： 溫差： （2-7） 風量： （2-8） 式中，取當?shù)卮髿鈮篜B=98.07 KPa,由空氣（干空氣）熱物理性質(zhì)表，在空氣平均溫度 條件下，比熱容，熱導率， 運動黏度，在進風溫度為35℃條件下，空氣平均密度。 （4）肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)：根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的最小流通面積與迎風面積之比： （2-9） 考慮降噪，節(jié)能等因素，取迎風面的風速。則最小流通面風速： （2-10） 當量直徑： （2-11） 空氣雷諾數(shù)： （2-12） 單元空氣流道長徑比： （2-13） 根據(jù)附表（《制冷原理與裝置》）E-1之二空氣通過整張平直套片的換熱計算公式中： （2-14） （2-15） （2-16） （2-17） 所以管外的傳熱系數(shù)： （2-18） 對于叉排管有： ，其中， （2-19） 所以得 肋片當量高度： （2-20） 肋片特性參數(shù) : （2-21） 其中為鋁片的熱導率。 其肋片效率： （2-22） 冷凝器外表面效率： （2-23） （5）管內(nèi)R407C冷凝時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 首先設壁溫℃，則平均溫度℃，根據(jù)R407C蒸汽在管內(nèi)冷凝換熱有關計算式的相關參數(shù)要求，查表得： ，，代入式中得： （2-24） （6）由熱平衡關系求解管壁溫度：忽略薄壁銅管熱阻與肋片間接觸熱阻，則管內(nèi)外熱平衡關系為： （2-25） 即 整理得 由試湊法得=49.65℃時，上述等式成立。此值與所設定的℃近似相等。 （7）計算所需的傳熱面積：以管外面積為基準的傳熱系數(shù) （2-26） 式中 （2-27） 取， 則 （2-28） （8）求平均溫差： ℃ （2-29） （9）所需的管外傳熱面積及結構參數(shù)： 管外面積： （2-30） 取 11m2 所需的肋片管總長度： （2-31） 若取冷凝器每列管數(shù)16根?？偢鶖?shù)2×16=32根。以單管有效長度為0.7m計算,其總有效長度為36×0.7=25.2m。冷凝器的高度為16×25=400mm。冷凝器的迎風面積為,實際的迎風風速為，與所設風速相符。 （10）空氣的流動阻力及風機選配：光管肋片A=0.007，粗糙肋片A=0.0133） 阻力： （2-32） 取26Pa 則該冷凝器需要配用風機的額定風量 風機全壓： （2-33） 風機采用電動機直接傳動，則傳動效率；取風機全壓效率，則電動機輸入功率： （2-34） 2.2 蒸發(fā)器的設計計算 制冷量為,空氣進口參數(shù)：干球溫度為℃，濕球溫度℃，以R407C為制冷劑，℃，流量。 1、結構的初步規(guī)劃： 傳熱管選用紫銅管，肋片選用縫隙式鋁片，肋片節(jié)距。管簇為正三角形排列，管間距；沿氣流方向的管排數(shù)N=2排，側(cè)肋片寬度L=44mm。 2、肋片管各部分傳熱面積計算： （1）管外肋片面積： （2-35） （2）肋間管外表面積： （2-36） （3）管外總表面積 （2-37） （4）管內(nèi)表面積： （2-38） （5）肋化系數(shù)： （2-39） （6）當量直徑： （2-40） （7）最窄流通面積與迎風面積之比： （2-41） 3、確定空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器時的狀態(tài)變化過程： 又給定的進風參數(shù)查i-d圖，得，。根據(jù)風量選擇原則 取設計風量為： 圖-4 濕空氣處理的i-d圖 （1）進口濕空氣的比體積： （2-42） （2）空氣的質(zhì)量流量 （2-43） （3）進出口空氣的比焓差： （2-44） （4）出口空氣的比焓： （2-45） 設取傳熱管壁面溫度=12.5℃，=10g/kg，查得=35kJ/kg。（?。┑每諝馓幚磉^程的飽和狀態(tài)點w，連接1-w與相交于2點，得到蒸發(fā)器出空氣狀態(tài)干球溫度=16.5℃，=9.6 g/kg。 （5）蒸發(fā)器中空氣的平均比焓 （2-46） 則線與1-w線相交于m點，同時查得空氣的平均狀態(tài)參數(shù)為：=20℃，=10.2g/kg，=1.162kg/ m3，=15.7×10-6㎡/s，=0.0250w/(mk) 4、計算空氣側(cè)換熱系數(shù) 取蒸發(fā)器管列為10，單管有效長度為B=0.65m，蒸發(fā)器的高度H=10×25=250mm=0.250m （1） 迎面風速： （2-47） 低于表6-9中迎面風速推薦值，有利于降低室內(nèi)氣流噪聲。 （2）最窄通風面風速 （2-48） （3）雷諾數(shù) （2-49） （4）管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算。按《制冷原理與裝置》附錄E-1之二強制 通風肋片管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式： （2-50） （5）析濕系數(shù) （2-51） （6）肋片效率 其中 （2-52） 由于叉排時翅片可視為六角形，且此時翅片的長對邊距離和短對邊距離之比，且，故 （2-53） 所以 （2-54） （7）空氣側(cè)當量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： （2-55） 5、計算管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 其循環(huán)量為54.4℃ 7.2℃ 18℃ 46℃ 根據(jù)《制冷原理與裝置》附錄E-2之二中氟利昂在沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式 ，B=1.542，則 ——每根管流量單位kg/s ——管內(nèi)單位面積熱流量 w/m2 （2-56） 6、計算管內(nèi)的傳熱面積： 取管內(nèi)污垢熱阻，管外污垢熱阻，則以管外面積為基準的傳熱系數(shù)為： （2-57） （1）平均傳熱溫差： （2-58） （2） 計算：由熱平衡關系和可得： （2-59） 解方程得： 從而求得所需的換熱面積： （2-60） 7、求所需傳熱管的長度： （2-61） 8、計算有效管長： （2-62） 9、所需的管外傳熱面積Ao： （2-63） 實際規(guī)劃的傳熱面積 （2-64） 10、校核壁溫 由 （2-65） ℃，比設計壁溫12.5℃略有升高，設計合理。 11、風側(cè)阻力計算： 干工況與析濕工況阻力的關系為： 順排時：，為阻力增強系數(shù)=1.2，干工況下的阻力系數(shù)： 系數(shù)A=0.0113 （2-66） 故濕工況下 叉排 阻力增加20%即 風機采用電動機直接傳動，則傳動效率；取風機全壓效率，則電動機輸入功率： （2-66） 3 毛細管的設計計算 毛細管廣泛應用于空調(diào)，冰箱中，主要起節(jié)流作用。毛細管是一種小管徑，直徑大約在0.5mm~2.5mm之間，長度不超過3m。相對于其他的節(jié)流裝置，毛細管是一種非常實用的節(jié)流裝置。它不僅價格便宜，而且節(jié)流效果也很好。 毛細管的節(jié)流原理 當制冷劑液體通過一個狹長的小孔時，制冷劑在小孔前的靜壓力將轉(zhuǎn)換為小孔后的動壓力，使其壓力下降，流速增加。當壓力降至相應溫度下的飽和壓力時，制冷劑將產(chǎn)生閃發(fā)降溫現(xiàn)象，并且隨著壓力降低其溫度也相應降低。這是毛細管節(jié)流減壓降溫的摹本原理。 毛細管中制冷劑壓力及狀態(tài)變化 毛細管中制冷劑壓力及狀態(tài)變化如圖5，毛細管是依靠其流動阻力沿長度方向產(chǎn)生壓力降、來控制制冷劑的流量和維持冷凝器與蒸發(fā)器的壓力差的。當有一定過冷度的制冷劑液體進入毛細管后，會沿著流動方向產(chǎn)生壓力和狀態(tài)變化，先是過冷液體隨壓力的逐步降低，變?yōu)橄鄳獕毫ο碌娘柡鸵后w，這一段稱液體段，其壓力降不大，且呈線性變化。從出現(xiàn)第一個氣泡開始至毛細管末端，均為氣液共存段，也稱兩相流動段，該段內(nèi)飽和蒸汽含量沿流動方向逐步增加， 此，壓力降呈非線性變化。越接近毛細管的末端，其單位長度上的壓力降就越大。當壓力降低至相應溫度下的飽和壓力時，就要產(chǎn)生閃發(fā)現(xiàn)象，使液體自身蒸發(fā)降溫。也就是隨著壓力的降低，制冷劑的溫度也相應降低，即降低至相應壓力下的飽和溫度。毛細管的流量是重要參數(shù)之一[15]。 圖5 毛細管的節(jié)流原理及狀態(tài)變化 毛細管的計算 制冷劑在毛細管內(nèi)的流動過程中，進入毛細管時的狀態(tài)與在毛細管中的流動時的狀態(tài)不同。所以。毛細管的計算方法也相對復雜。目前多采用計算法，圖解法和同類產(chǎn)品比較法。 下面用計算法計算毛細管的長度[16]： 毛細管計算的經(jīng)驗公式如下： 式子中，代表壓力差（），單位Pa 代表雷諾數(shù) 代表毛細管長度，單位m 代表制冷劑流速，單位m/s 代表制冷劑密度，單位kg/m3 代表毛細管內(nèi)徑，單位m。 制冷循環(huán)的毛細管長度： 已知：，查制冷劑R407C飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)表，發(fā)現(xiàn)溫度對液體比體積的影響不大，本設計所取溫度為冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的平均值，即t=30.8℃，查得液體比體積，其密度為，30.8℃下黏度為。已知制冷工質(zhì)循環(huán)量，選用內(nèi)徑為1.5mm的毛細管，則制冷劑流速按下式計算： 雷諾數(shù)為： 則毛細管長度： 4 輔助元件的選型 4.1 壓縮機的選型 隨著能源的緊缺和保護環(huán)境的呼聲越來越高，人們對家用電器中占重要地位的空調(diào)器提出了節(jié)能、降低對環(huán)境直接污染和間接污染等要求。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機作為房間空調(diào)器一種常用的、效率較高的壓縮機形式，它與往復式壓縮機相比，具有容積效率高，往復運動部件少，振動小，不需要內(nèi)部懸掛支撐彈簧，零部件少等優(yōu)點。據(jù)統(tǒng)計，相對于往復式壓縮機，轉(zhuǎn)子式壓縮機體積減少40－50％，重量輕40－50