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 畢業(yè)設計（論文）學生自查表 （中期教學檢查用） 學生姓名 專業(yè) 熱能與 動力工程 班級 指導教師姓 名 課題名稱 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2） 個人作息時 間 上午 自8 時 至 12 時 下午 自 15 時 至 18 時 晚上 自 19 時 至 21 時 工作地點 上午 圖書館 下午 教學樓 晚上 機房 個人精力實際投入 日平均工作時數(shù) 9 周平均工作時數(shù) 45 迄今缺席天數(shù) 0 出勤 率% 100% 指導教師每周指導次數(shù) 3 每周指導 時間（小時） 6 備注 有問題隨時可以找老師咨詢 畢業(yè)設計（論文）工作進度 已完成的主要內(nèi)容 % 待完成的主要內(nèi)容 % 文獻綜述 英文翻譯 熱力計算 蒸發(fā)器、冷凝器設計計算 開題報告表、學生自查表 50% 配件選型 說明書 圖紙 50% 存在問題 1、不清楚空調(diào)器室內(nèi)機和室外機內(nèi)部結構裝配。 2、管路設計不合理。 3、毛細管長度計算不合適。 4、配件的選型不合適。 指導教師簽名： 年 月 日 學生開題報告表 課題名稱 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2） 課題來源 系 選 課題類型 A 導 師 學生姓名 學 號 專 業(yè) 熱能與動力工程 一、資料 GB/T7725-1996 房間空氣調(diào)節(jié)器 空調(diào)設計手冊 制冷原理與設備 二、目的 （1）鍛煉學生的協(xié)調(diào)能力和聯(lián)合公關能力（2）綜合運用所學專業(yè)知識、計算機、外文翻譯和文獻檢索能力。（3）解決具體工程問題的能力。（4）開拓創(chuàng)新的能力 三、要求 1、 認真進行實習（調(diào)研）、完成實習（調(diào)研）報告。 2、 閱讀文獻寫出文獻綜述。 3、 按統(tǒng)一格式完成開題報告。 4、 閱讀英文文獻，并譯成中文（不少于5000漢字）。 5、 設計計算至少有兩部分為上機計算 6、 規(guī)范繪制圖樣，上機繪圖不少于二張圖紙、一張零件圖。 7、 英中文對照摘要，中文不少于400字。 8、 按統(tǒng)一格式編制設計說明書，不少于30000字。 9、 有全部設計的紙介質文檔和電子文檔。 四、思路 根據(jù)房間空調(diào)器的名義工況，進行熱力計算。標準工況下計算壓縮機的制冷量。進行熱力計算，換熱的設計計算、壓縮機的選擇，節(jié)流機構的選擇，風機的選擇。然后，進行畫圖：包括室、內(nèi)外機裝配圖，冷凝器部裝圖及零件設計圖樣。 五、任務完成的階段內(nèi)容及時間安排 第一周：熟悉任務，學習機構設計理論； 第二周：查資料，寫文獻綜述，外文翻譯； 第三～六周：推導相關公式，編寫相關文件； 第七～十二周：完成程序的調(diào)試及設計過程； 第十三～十四周：完成說明書的編寫； 第十五～十七周：論文審核、修改； 第十八周：準備答辯。 六、完成設計（論文）所具備的條件因素 準備資料的詳細和個人的努力；同學們的通力合作以及指導老師的辛勤栽培；同時需要多次上機調(diào)試。 指導教師簽名： 日期：2007、3、5 課題類型：（1）A - 工程設計；B – 技術開發(fā)；C – 軟件工程；D – 理論研究； （2）X – 真實課題；Y – 模擬課題；Z – 虛擬課題 （1）、（2）均要填，如 AY、BX 等。 制冷裝置用電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較 本科畢業(yè)設計（論文） 文獻綜述 題 目 制冷裝置用電子膨脹閥 與熱力膨脹閥的比較 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 指導教師(職稱) 完成時間 4 制冷裝置用電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較 制冷裝置用電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較 摘要： 本文通過比較電子膨脹閥與熱力膨脹閥之間的差別，并從控制和節(jié)能的角度出發(fā)，分析了電子膨脹閥在中小型制冷系統(tǒng)中應用的可行性。 關鍵字： 熱力膨脹閥；電子膨脹閥；節(jié)能；控制 Abstract: By comparing the difference between the electron expansion valve and the heating power expansion valve, and set out from the angle of the control and the economy energy, has analyzed the application feasibility of the electronic expansion valve in the middle and small scale refrigeration system. Key word: Thermodynamic expansion valve; Electronic expansion valve; Energy conservation; Control 1 前言 作為中小空調(diào)制冷的節(jié)流裝置—熱力膨脹閥具有滯后時間長、調(diào)節(jié)范圍小等固有的缺點，已不能滿足要求。與此同時，20世紀80年代出現(xiàn)的電子膨脹閥以其特有的調(diào)節(jié)特性越來越得到了人們的青睞，從制冷系統(tǒng)的節(jié)能和機電一體化的角度出發(fā)，電子膨脹閥具有絕對的優(yōu)勢在將來取代熱力膨脹閥而應用于制冷系統(tǒng)。 2 熱力膨脹閥與電子膨脹閥的比較 2．1 電子膨脹閥 電子膨脹閥是20世紀80年代推出的一種先進的膨脹閥，它按照預設程序調(diào)節(jié)蒸發(fā)器供液量。因屬于電子式調(diào)節(jié)模式，故稱為電子膨脹閥。電子膨脹閥的運轉過程需由它的硬件和軟件組合來完成。所謂硬件是指傳感器、電腦等控制設備和電子膨脹閥本身；軟件是指它的控制算法。應用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)見圖1所示。溫度傳感器感受到過熱度信號并將其轉化為電信號，之后經(jīng)過A／D轉換為數(shù)字信號后輸入電腦等控制設備，控制設備就利用已經(jīng)輸入其中的控制算法對輸入信號進行處理，以得到輸出信號，此輸出信號通過脈沖的形式或經(jīng)過D／A轉換為模擬信號后去控制電子膨脹閥。溫度傳感器通常采用熱電偶或熱電阻。兩個測溫觸點分別布置于蒸發(fā)器的進口和出口。由于蒸發(fā)器管壁的傳熱溫差較小，所以兩個測溫觸點能夠準確反應蒸發(fā)器的過熱度。電子膨脹閥按其閥位能否連續(xù)變化分為雙位式和連續(xù)式兩類。雙位式只有開、關兩種狀態(tài)，其流量控制依靠改變每個控制周期內(nèi)閥開關兩態(tài)的時間比PWM (Pulse Width Modulation)來實現(xiàn)，每個控制周期約為6～8秒。這種控制方式需要解決由于頻繁開關所產(chǎn)生的蒸發(fā)溫度及壓力的波動，所以，目前使用較多的還是連續(xù)式電子膨脹閥。連續(xù)式電子膨脹閥按驅動方式的不同可分為以下四種： 圖1 應用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)圖 2．1．1 參考壓力型電子膨脹閥 其結構與熱力膨脹閥相似，不同在于熱力膨脹閥介質壓力變化由溫包感溫來實現(xiàn)，而參考壓力型則控制介質中電加熱部件中電流大小來實現(xiàn)。 2．1．2 熱電式電子膨脹閥 它利用電能產(chǎn)生的熱力驅動，用雙金屬片等在不同電流下的熱變形的大小差異來推動閥的動作。早期電子膨脹閥使用此方法。這種驅動方式的缺點在于雙金屬片在加熱變形時存在一定的滯后，使整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應速度略差。 2．1．3 電磁式電子膨脹閥 結構如圖2。由控制設備來的輸出信號經(jīng)過D／A轉化為電壓或電流，施加在膨脹閥的電磁線圈上。由磁性材料制成的閥桿5受磁力的作用產(chǎn)生位移，帶動閥針上下運動，從而使制冷劑的流量發(fā)生變化。制冷劑的流量與施加在電磁線圈上的電壓或電流成比例。圖3為其流量特性。電磁式電子膨脹閥的結構簡單，對信號變化的響應速度快。但在制冷機工作時，需要一直向它提供控制電壓。 1一柱塞 2一線圈 3一閥座 4一入口 5一閥桿 6一閥針 7一彈簧 8一出口 圖2 電磁式電子膨脹閥 圖3 電磁式電子膨脹閥的流量特性 2．1．4 電動式電子膨脹閥 電動式電子膨脹閥的閥針由電機驅動。它又可分為直動型和減速型： (1)直動型：結構如圖4。 直動型電子膨脹閥的驅動部分可以是脈沖電機，但現(xiàn)在比較成熟的是步進電機。電機轉子靠電磁線圈間產(chǎn)生的磁力轉動，通過輸入不同的脈沖可經(jīng)導向螺紋作用把轉矩變換成閥針的直線運動，開度與輸入脈沖成正比，其流量特性見圖5。 1一轉子 2一線圈 3一入口 4一閥桿 5一閥針 6一出口 圖4 電動式電子膨脹閥(直動型) 0 圖5 直動型電動式電子膨脹閥的流量特性 (2)減速型：結構如圖6。減速型比直動型多了一個減速齒輪組，作用是放大電磁力矩以獲得較大的輸出力矩，增大減速型膨脹閥的容量，滿足不同流量范圍的調(diào)節(jié)需要。其流量特性見圖7。 1一轉子；2一線圈；3一閥桿；4一閥針 5一出口；6一減速齒輪組；7一入口； 圖6 電動式電子膨脹閥(減速型) 圖7 減速型電動式電子膨脹閥的流量特性 電子膨脹閥由于采用了微機等控制設備，實現(xiàn)了智能化控制，相比熱力膨脹閥具有十分顯著的優(yōu)勢[1][2] 2．2 熱力膨脹閥 熱力膨脹閥的工作原理是通過感受蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣過熱度的大小，來調(diào)節(jié)制冷劑的流量，以維持恒定的過熱度，在控制原理上屬于比例調(diào)節(jié)器。雖然熱力膨脹閥可以自動調(diào)節(jié)制冷劑的流量，但是它的缺點也是很顯著的： (1)調(diào)節(jié)范圍有限。因為與閥針連接的膜片的變形量有限，使得閥針的運動位移較小，故流量調(diào)節(jié)范圍小。這對于負荷變化較大的冷藏庫或者采用變頻壓縮機的系統(tǒng)，熱力膨脹閥便無法滿足要求。 (2)對過熱度響應的延遲時間長，特別是容積延遲。蒸發(fā)器出口處的過熱蒸汽先把熱量傳給感溫包外殼，感溫包外殼本身就具有較大的熱惰性，造成了一定的容積延遲。之后，感溫包外殼把熱量傳給感溫介質，這又產(chǎn)生了進一步的延遲。延遲的結果會導致熱力膨脹閥交替地開大或關小，即產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。當膨脹閥開得過大時，蒸發(fā)器出口過熱度偏低，吸氣壓力上升；當閥開得過小時，蒸發(fā)器供液不足，吸氣壓力降低。這對整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性都會產(chǎn)生不利影響。 (3)調(diào)節(jié)精度低。熱力膨脹閥的執(zhí)行機構膜片由于加工精度和安裝等因素，會產(chǎn)生的變形及影響變形靈敏度，故難以達到較高的調(diào)節(jié)精度。 2．3 電子膨脹閥與熱力膨脹閥的優(yōu)缺點比較 (1)電子膨脹閥的過熱度在凍結時為5℃～1O℃ 在低溫冷藏庫時為 4℃～ 8℃。熱力膨脹閥過熱度，在凍結時為25℃～4O℃，在低溫冷藏庫時為l5℃～3o℃ 。因而，電子膨脹閥提高了壓縮機冷凍能力，充分發(fā)揮了蒸發(fā)器的作用。 (2)電子膨脹閥可以控制閥的能力10～100% ，所以適應很寬的負荷范圍。對于冷凍，冷藏裝置， 冷凍汽車， 冷凍運輸船極為適用。 (3)電子膨脹閥適用于10℃～ 一7O℃的溫度范圍。因此，非常適用于像多種目的運輸船，由于貨物種類不同，需要采用不同的冷藏溫度。 (4)熱力膨脹閥， 不能使過熱度減少。與此相反， 電子膨脹閥適應各式各樣裝置，可以保持最小的過熱度，從而使蒸發(fā)溫度和室溫之間的溫差減小。而且使蒸發(fā)器表面的結霜也減少， 所以對于增大冷凍能力(降低室溫)和防止冷藏庫中的食品干耗是最適合的[14]。 (5)熱力膨脹閥，在調(diào)節(jié)閥的能力或過熱度時，要在室內(nèi)的低溫下進行。與此相比，電子膨脹閥由于是電子控制的，必須調(diào)節(jié)閥對(設定過熱度等)，在常溫的控制室內(nèi)即可很容易地實現(xiàn)遠距離操作，所以對于多目的冷凍運輸船等場合，實現(xiàn)省人省力是最合適的[10]。 (6)熱力膨脹閥，不能自由地設定過熱度。與此對比， 電子膨脹閥可以選擇(2℃～18℃ )設定過熱度，適應各式各樣的裝置自由地設定過熱度。對于一切冷凍、空調(diào)裝置，在最佳狀況下運行的可能性起到節(jié)約能源的作用[15]。 (7)熱力膨脹閥，為了防止壓縮機的過負荷運轉，要設定其最高運行壓力，其壓力是固定的。與此對比， 電子膨脹閥在0．3MPa以上可以任意選擇，所以不僅可以防止過負荷運轉， 而且對于冷凍設施不超過電力負荷。 (8) 熱力膨脹閥， 是否進行著適當?shù)目刂茻o法顯示出來。與此相反， 電子膨脹閥可以通過指示燈來顯示動作情況，從而進行監(jiān)視，可以提高運行的可靠性[13]。 (9)傳統(tǒng)的熱力膨脹閥，必需根據(jù)周圍溫度的變化環(huán)境條件， 來調(diào)節(jié)合適的閥工作能力。與此對比，電子膨脹閥適應性極大，可以適合很寬的高壓和低壓的條件變化。因而，對于晝夜溫度變化顯著，熱帶和高緯度地區(qū)或在南半球和北半球航行的船舶冷凍和空調(diào)裝置極為適用[11]。 3 電子膨脹閥的應用現(xiàn)狀 目前，電子膨脹閥已在家用空調(diào)、汽車空調(diào)、熱泵及船舶制冷裝置中有了廣泛的應用。同時，國內(nèi)外也有許多學者建立起實驗臺，對電子膨脹閥的調(diào)節(jié)特性進行了實驗研究。 Choi J M和Kim Y C在試驗的基礎上，對采用電子膨脹閥的變頻一拖多家用空調(diào)的運行性能和能量調(diào)節(jié)作出了分析；并且提出，利用變頻壓縮機的變頻特性和電子膨脹閥的調(diào)節(jié)特性，將室內(nèi)機的過熱度維持在4℃為最佳 [16]。還指出，采用電子膨脹閥的變頻熱泵系統(tǒng)在性能上要比采用毛細管的系統(tǒng)好得多[17]。Yamaji等人指出采用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)在冷卻時間上要比熱力膨脹閥少得多[18]。Aprea C和Mastrullo R建立了一套半封閉式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，分別采用熱力膨脹閥和電子膨脹閥作為節(jié)流裝置，制冷劑采用R22和R407C。通過在不同工況下的實驗得到：穩(wěn)態(tài)時采用電子膨脹閥和熱力膨脹閥的系統(tǒng)性能相似，而變工況時，電子膨脹閥的系統(tǒng)性能要明顯優(yōu)于熱力膨脹閥的[19]。 通過做應用電子膨脹閥的轎車空調(diào)器的蒸發(fā)器的幾種融霜實驗，分析比較提出一種理想的融霜方法，即在融霜過程中迅速加大閥的開度，同時將蒸發(fā)器風機風量開至最大。這種方法可在1．5 min時間實現(xiàn)完全融霜[3]。其基本原理是通過電子膨脹閥可大幅度地提高制冷劑的流量，利用高溫制冷劑氣體的顯熱來融霜。 文獻[4]利用電子膨脹閥建立了一個低溫實驗臺，通過食品凍結實驗比較了電子膨脹閥和熱力膨脹閥的特性。指出：電子膨脹閥控制得到的過熱度不但數(shù)值小于熱力膨脹閥的，而且波動很小。由此可見，電子膨脹閥以其優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能，已在中、小型制冷系統(tǒng)中取得了一些應用， 同時為其在冷藏庫及工業(yè)制冷系統(tǒng)中的應用奠定了基礎。通過實驗比較熱力膨脹閥和電子膨脹閥對分液性能的影響。結果表明：在電子膨脹閥控制下，蒸發(fā)器各回路之間的溫度差相對較小，制冷劑分配更為均勻，還可以保持較小的蒸發(fā)器傳熱溫差。因此制冷裝置若想在制冷循環(huán)層次上實現(xiàn)優(yōu)化運行，使用電子膨脹閥是一個最好的選擇[5]。 利用電子膨脹閥替代熱力膨脹閥后，系統(tǒng)性能測試與能效分析計算結果證明：在相同的制冷和制熱工況下，系統(tǒng)的制冷和制熱能力得到了提高，表現(xiàn)在制冷量和制熱量的增加上，系統(tǒng)的能效比也得到了相應的提高，實現(xiàn)了節(jié)能的目的。用電子膨脹閥時，節(jié)流過程的損失要比用熱力膨脹閥時小，節(jié)流過程中的損失是由于粘性流體流動過程中因摩擦阻力引起的不可逆節(jié)流，電子膨脹閥的調(diào)節(jié)靈敏度比熱力膨脹閥高，所以損失要低[6]。 電子膨脹閥相對于其它閥的控制效果好。熱力膨脹閥由于自身屬于純機械控制，類似于比例調(diào)節(jié)控制，因而系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性差，容易出項振蕩。而電子膨脹閥由于智能性高，可以實現(xiàn)較為復雜的算法，因此構成的控制系統(tǒng)的控制效果會比熱力膨脹閥有較大的提高[7]。 電子膨脹閥適應機電一體化的發(fā)展要求。隨著微機控制技術的崛起，機電一體化已成為制冷系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。電子膨脹閥照比熱力膨脹閥已由原來的機械式控制向電腦式控制發(fā)展，充分體現(xiàn)了機電一體化的發(fā)展趨勢。目前在家用空調(diào)領域，電子膨脹閥和變頻壓縮機組成的系統(tǒng)已取得了很好的效果，其原理就是將電子膨脹閥大范圍的流量調(diào)節(jié)特性與變頻壓縮機的變頻特性結合起來[9] 電子膨脹閥對提高變頻壓縮機的能量效率、實現(xiàn)智能控制、實現(xiàn)溫度的快速調(diào)節(jié)、提高系統(tǒng)的季節(jié)能效比等有十分重要的意義。對于較大功率的變頻空調(diào)，必須采用電子膨脹閥作為節(jié)流元件，否則將達不到變頻運行目的。此外，電子膨脹閥還可以實現(xiàn)不間斷供熱的快速除霜、冷凝器過熱度、壓縮機的排溫控制等一系列新功能[8]。 4 電子膨脹閥在制冷系統(tǒng)中的應用展望 電子膨脹閥以其信號傳遞快、調(diào)節(jié)反應迅速、調(diào)節(jié)范圍寬等良好的調(diào)節(jié)性能，以及對變負荷工況的快適應性得到越來越多的關注，現(xiàn)在已在家用空調(diào)器、商業(yè)冷柜、陳列柜得到一定的應用。 (1)由于電子膨脹閥對過熱度的控制是由微機內(nèi)預先編制好的程序決定的，因此電子膨脹閥對輸入信號反應靈敏、滯后小；且調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)精度高。傳統(tǒng)的熱力膨脹閥的控制范圍窄，所以一25℃ 的冷藏庫不能原封不動地當作0℃的冷藏庫來使用。電子膨脹閥具有很寬的控制能力，所以，即使在這種場合也可以充分適用。從這一角度來講，電子膨脹閥具有熱力膨脹閥所無法比擬的優(yōu)勢。 (2)電子膨脹閥的適用溫度低。對于熱力膨脹閥，當環(huán)境溫度較低時，其感溫包內(nèi)部的感溫介質的壓力變化大大減小，嚴重影響了調(diào)節(jié)性能。而對于電子膨脹閥，其感溫部件為熱電偶或熱電阻，它們在低溫下同樣能準確反應出過熱度的變化。 (3)電子膨脹閥可起到節(jié)能的作用。傳統(tǒng)熱力膨脹閥，由于冷卻介質的過熱大，所以蒸發(fā)器80～90% 的能量用于冷卻，而其余能用于過熱。另外，在冬季，高壓過低的場合，閥的前后壓力差減小，所以不能發(fā)揮正常的能力，不經(jīng)濟，必須把高壓維持在一定壓力以上。電子膨脹閥的過熱度小，可以正確地調(diào)整，具有優(yōu)良的跟蹤性，所以蒸發(fā)器可以大部分利用于冷卻， 即使高壓變低， 由于控制范圍廣，也可以正常發(fā)揮能力。為此節(jié)約了壓縮機的電力消耗，大約節(jié)能1O% 以上。據(jù)報道：新建成的一艘冷藏貨船由于采用電子膨脹閥(步進電機型)，降低了冷凝溫度，節(jié)能達48％ ；超市陳列柜安裝改進的電磁閥型電子膨脹閥后，陳列柜的電耗減少了30％【12]。 5 結束語 電子膨脹閥的出現(xiàn)將引起制冷控制系統(tǒng)革命性的變化，其所具有的優(yōu)越性必將使其取代熱力膨脹閥。電子膨脹閥的引人為制冷系統(tǒng)的各種節(jié)能優(yōu)化運行提供了條件，制冷系統(tǒng)實現(xiàn)了真正的整體控制，制冷系統(tǒng)的機電一體化程度將大大提高。它作為一種新型的控制元件，早已突破了節(jié)流機構的概念，它是制冷系統(tǒng)智能化的重要環(huán)節(jié)．也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化得以真正實現(xiàn)的重要手段和保證，已經(jīng)被應用在越來越多的領域中。作為一種新型節(jié)流裝置，電子膨脹閥必將隨著技術的進步和發(fā)展而日趨成熟，并將在制冷與空調(diào)領域獲得廣泛的應用。 參考文獻 [1] 吳業(yè)正．制冷原理及設備(第二版)[M]．西安：西安交通大學出版社，1997 [2] 陳忠忍．制冷裝置自動化[M]．北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社，1996 [3] 仲華，劉維華等．轎車空調(diào)蒸發(fā)器除霜實驗研究[J]．流體機械，2001，29(1)：44 46 [4] 陳兒同，王芳等．多功能低溫試驗臺的研制與實驗方法[J]．上海理工大學學報，2002，24(3)：272—276 [5] 崔 勇，孫宗鑫. 熱力膨脹閥與電子膨脹閥對分液性能影響的比較[J]. 制冷，2003,22(2)：39-43 [6] 王文斌，孫如軍.風冷熱泵機組節(jié)流裝置的改進及其系統(tǒng)的火用分析[J] ．制冷與空調(diào)，2006，3：9-11 [7] 陳佑華 ，陳芝久.制冷裝置中膨脹閥的對比研究[J] ．制冷學報，2003，3：10-15 [8] 志 瀛．電子膨脹閥的新發(fā)展及應用[J] ．制冷設備，2005，11 [9] 龍海峰，謝晶．電子膨脹閥在冷藏庫制冷系統(tǒng)中應用的展望[J] ．制冷，2003，9：39-43 [10] 何法明．電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較[J] ．世界海運，2004，10：44-45 [11] 張東路．節(jié)能電子膨脹閥[J]．冷藏技術，1991，1：3l～ 36 [12] 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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，盡量降低風機的轉速．以降低風機葉輪旋轉時產(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)電機轉速，空調(diào)啟動初始時空調(diào)器的壓縮機高速運轉，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移必須依靠一個載體，這個載體稱為工質(制冷劑)。 熱泵中的工質通過壓縮機驅動，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，轉子式壓縮機體積減少40－50％，重量輕40－50