畢業(yè)論文范文——3kw分體式水源熱泵空調(diào)機組設(shè)計

鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 3kw分體式水源熱泵 空調(diào)機組設(shè)計學(xué)生姓名 專業(yè)班級 熱能 學(xué) 號 院 （系） 機電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時間 3kw分體式水源熱泵空調(diào)機組設(shè)計目錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 熱泵簡介11.1.1 背景介紹11.1.2 熱泵的定義及其原理41.1.3 熱泵的分類51.2 水源熱泵61.2.1 水源熱泵的發(fā)展61.2.2 水源熱泵機組組成及原理101.2.3 水源熱泵的特點111.3 總結(jié)122 水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計步驟133 水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計153.1 制冷劑論證153.1.1 制冷劑的選用原則153.1.2 制冷劑的分類163.1.3 制冷劑的選用163.2 熱力計算183.3 壓縮機的選擇203.4 冷凝器的設(shè)計計算213.4.1 冷凝器分類213.4.2 冷凝器的傳熱管選擇及參數(shù)計算233.5 蒸發(fā)器的設(shè)計計算263.5.1 蒸發(fā)器的選型263.5.2 蒸發(fā)器的設(shè)計計算283.6 外購配套零部件的選擇計算323.6.1 節(jié)流機構(gòu)的選擇計算323.6.2 熱力膨脹閥的選擇323.6.3 氣液分離器的選擇計算333.6.4 油分離器的選擇計算343.6.5 油過濾器的選擇計算353.6.6 干燥過濾器的選擇計算363.6.7 截止閥的選擇373.6.8 油冷卻器383.6.9 止回閥393.6.10 電磁閥的選型403.6.11 視液鏡的選型414 機組系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)424.1 機組運行中的一般維護和保養(yǎng)424.1.1 機組水系統(tǒng)的反沖清洗424.1.2 機組水系統(tǒng)的設(shè)施434.1.3 機組制冷系統(tǒng)的清潔434.1.4 機組制冷系統(tǒng)吹污的一般要求434.1.5 機組制冷系統(tǒng)的檢漏444.2 制冷運轉(zhuǎn)的操作規(guī)程444.2.1 制冷運轉(zhuǎn)前的檢查444.2.2 制冷運轉(zhuǎn)的啟動程序444.2.3 機組的的運行控制44結(jié)束語46致 謝46參考文獻48 3kw分體式水源熱泵空調(diào)機組設(shè)計摘 要水源熱泵是一種利用地下水地?zé)豳Y源既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。它通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能的轉(zhuǎn)移，從而達到高效、節(jié)能、環(huán)保的效果。本文首先介紹了熱泵系統(tǒng)的原理、特點、應(yīng)用以及研究發(fā)展方向。其次，詳盡介紹了水源熱泵系統(tǒng)的對比與研究，再次，說明了設(shè)計過程，包括換熱器的熱力計算、結(jié)構(gòu)計算、阻力校核，并按照設(shè)計題目完成計算說明書。在整個水源熱泵設(shè)計過程中，熱力計算是首要因素，它包括溫差、傳熱系數(shù)和換熱面積等的設(shè)計，這部分內(nèi)容適合各種類的熱泵系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是設(shè)計熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器，本系統(tǒng)蒸發(fā)器采用套管式，冷凝器也采用套管式，要確定換熱管數(shù)量以及其他相關(guān)尺寸等。關(guān)鍵詞: 水源熱泵/節(jié)能/環(huán)保/應(yīng)用前景I The design split type water source heat pump air conditioning unit of 3kwABSTRACT In todays society, environment pollution and energy crisis has become a top priority of threats to human life, and how to solve this problem has become a topic of all mankind. The water source heat pump is an air conditioning system of high efficiency and energy saving, which can both heat and be cooling by use underground water resources. It through a small amount of high power input, realize transfer of heat from low to high, so as to achieve the high efficiency, energy saving, environmental protection effect.Firstly, the paper introduces the principle of heat pump system, character-ristics, application and research development. Secondly, it describes the differences of other heat pumps in detail. Thirdly, the paper notes the design process, including the heat exchanger calculations, structural design, the resistance calculations. Finally, it completes the calculation in accordance with a design manual. In the design process, thermal calculation is the primary factor. The thermal calculation includes tempera- ture, heat transfer coefficient and heat transfer area, and other calculations, which are the same parts of other heat pump systems. Structural design is to determine the size of heat pump system evaporator and the condenser. Plate heat exchanger is used as the system evaporator and shell and tube heat exchanger is used as the condenser. Structural design is to calculate the plate number, the number of tubes and other relevant dimensions.III Key word: water source heat pump,energy saving,environmental protection,application prospecIII 1 緒論1.1 熱泵簡介1.1.1 背景介紹當(dāng)今社會中能源和環(huán)境污染問題是人們面臨的重大問題之一。能源是現(xiàn)代社會生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，但近些年來隨著人口和經(jīng)濟的迅速增長，能源消耗加劇，環(huán)境污染日益加重。人們生活與能源消費息息相關(guān)，人的生活中各個方面都需要消耗大量的能源。隨著社會的發(fā)展世界各國生產(chǎn)用電大幅度增加。特別民用電量比例增大。同時隨著人們對舒適生活條件的要求提高，用于采暖和空氣調(diào)節(jié)用能量平均以5%左右的速度增長。因此，采暖和空氣調(diào)節(jié)的節(jié)約能源問題十分重要。重視和研究熱泵裝置是解決當(dāng)前供熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)上用能源的供需矛盾，減少環(huán)境污染的有效而可靠的辦法之一。借助熱泵裝置，人們能把自然界或廢棄的工業(yè)低溫余熱，變?yōu)檩^高溫度的有用熱能，供應(yīng)生產(chǎn)和生活上的需要。隨著熱泵及其各種驅(qū)動裝置的研制和熱泵系統(tǒng)的試驗研究工作的開展，熱泵技術(shù)將在我國得到日益廣泛的應(yīng)用，在節(jié)能工作中發(fā)揮應(yīng)有的作用。早在1912年，瑞士的HZoelly首次提出利用淺層地?zé)崮?水源能)作為熱泵系統(tǒng)低溫?zé)嵩吹母拍睿捎诋?dāng)時一次能源充足，用熱泵供暖的社會需求不足，導(dǎo)致熱泵技術(shù)沒有得到重視和發(fā)展。直到1948年，Zoelly的專利技術(shù)才真正引起普遍的關(guān)注，尤其是歐洲和美國。20世紀50年代，美國和歐洲國家開始研究和利用水源熱泵，但當(dāng)時能源價格較低，使用熱泵系統(tǒng)并不經(jīng)濟，因而沒有得到推廣。但是隨著人們生活水平的提高以及人們對礦物燃料在迅速枯竭以及大量消耗礦物燃料帶來的嚴重的環(huán)境污染這一嚴峻性的全球問題的重視，具有顯著節(jié)能、環(huán)保特點的水源熱泵得到了迅速發(fā)展1。水源熱泵技術(shù)是可利用地下淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地表水、巖土體或地下水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，它采用熱泵原理，即通過少量的高位熱能的輸入，把不能直接利用的低位熱能轉(zhuǎn)化為可以利用的高位能，從而達到節(jié)約部分高位能的目的。1974年以后，由于石油危機的出現(xiàn)和環(huán)境的惡化，引發(fā)了人們對新能源的開發(fā)和利用，因而開始了對水源熱泵的研究和利用。20世紀70年代石油危機以后，美國和加拿大開始在建筑物的供熱和空調(diào)中大量采用水源熱泵技術(shù)，但此時主要采用水平埋管的方式，自20世紀80年代以來，在北美也形成了利用水源熱泵建筑物進行冷熱聯(lián)供的研究和工程實踐的新一輪高潮，技術(shù)逐漸趨于成熟。這一階段的水源熱泵主要采用垂直埋管的換熱器，埋管的深度通常達100-200米，因此占地面積大大減小，應(yīng)用范圍也從單獨居民的空調(diào)向較大型的公共建筑擴展。如今國外在水源熱泵的應(yīng)用方面已趨于產(chǎn)業(yè)化，熱泵技術(shù)已經(jīng)比較成熟。而在我國，對于水源熱泵技術(shù)的研究才剛剛起步，同國外相比，還存在著差距。在中國的傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中，由于國家的經(jīng)濟發(fā)展狀況和政策的影響，在相當(dāng)長的時期中，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題，在南方以水冷機組解決夏季制冷問題。在二十世紀八十年代以后，制冷機組的方式開始多樣化，此時，出現(xiàn)了溴化鋰機組、風(fēng)冷機組，機組的容量也從原有的大中型機組過渡為大中小型機組，在二十世紀九十年代以后，對于取暖方式也開始有新的嘗試和探討，特別是隨著可持續(xù)發(fā)展和公眾環(huán)保意識的提高，世界和中國能源利用的結(jié)構(gòu)都正在轉(zhuǎn)變，從原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題，可天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，從可持續(xù)發(fā)展的角度看，必須提高能源利用效率或者尋找可以再生的能源，而水源熱泵機組就是比較理想的一種設(shè)備。雖然我國對水源熱泵的研究和應(yīng)用較晚，但發(fā)展勢頭很好，水源熱泵發(fā)展已列入國家新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展十五規(guī)劃。1978年-1999年，中國制冷學(xué)會第二專業(yè)委員會舉辦了9屆“全國余熱制冷與熱泵技術(shù)學(xué)術(shù)會議”，從90年代開始，每屆全國暖通制冷學(xué)術(shù)年會上都有“熱泵應(yīng)用”的專題，2000年6月19至23日，中美水源熱泵技術(shù)交流會在北京召開，會議介紹了水源熱泵技術(shù)，國外的應(yīng)用狀況和在中國的推廣。在2001年寧波召開的全國熱泵和空調(diào)技術(shù)交流會和2002年在北京召開的國際熱泵會議上，國內(nèi)外有關(guān)人士開始關(guān)注中國這個很有發(fā)展?jié)摿Φ拇笫袌?。近幾年來國內(nèi)加強了地?zé)嵩礋岜玫膽?yīng)用研究力度，自行研究和生產(chǎn)水源熱泵機組的廠家已達幾十家，另外國外很多知名公司已經(jīng)在中國設(shè)立了銷售部。目前我國水源熱泵工程正逐年增加，并取得了初步效果。采用水源熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率,減少溫室效應(yīng)氣體和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放,是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。水源熱泵適用范圍廣,運行費用低,節(jié)能和環(huán)保效益顯著,并且在北美和歐洲的許多國家已得到廣泛的應(yīng)用,是一種成熟的技術(shù),在我國一些大中城市也得到了較多應(yīng)用。到目前為止，我國地?zé)嶂苯永昧课挥谑澜绲谝?1999年地?zé)釤崴目偭髁窟_64416kg/s,其提供的熱功率為16209 MW,熱能為162009TJ/年。在我國，水源熱泵作為一項較新的技術(shù),可以實現(xiàn)“一機三用”,即供暖、制冷和供應(yīng)熱水,在地?zé)崮茉蠢弥邪l(fā)展最為迅速,年增長速度為10%3。但從總體上看，中國水源熱泵的發(fā)展還不夠規(guī)范，基礎(chǔ)研究上還有待于進一步完善，行業(yè)之間缺少必要的合作交流，這些因素都或多或少影響著這項技術(shù)的推廣。需要說明的是,水源熱泵機組尤其是土壤源熱泵機組要求全年冷負荷和熱負荷基本均衡,這樣才不至于發(fā)生地下熱環(huán)境惡化,導(dǎo)致機組能效比降低。可見,水源熱泵機組適用于我國北方采暖、制冷期差別區(qū)域供熱期不大的地區(qū)。在我國南方,夏季供冷季很長,且冷負荷比較大,而冬季供熱需求很小,導(dǎo)致冷熱負荷很不均衡,形成地下熱積聚,所以在這些地區(qū),如果沒有什么額外的供熱需要,原則上夏季制冷不推薦使用水源熱泵機組尤其是土壤源熱泵機組中央空調(diào)系統(tǒng)。由此可知，我國水源熱泵的發(fā)展還不夠規(guī)范，基礎(chǔ)研究上還有待于進一步完善，行業(yè)之間缺少必要的合作交流，推廣水源熱泵技術(shù)需要政府政策引導(dǎo)、需要提高公眾對水源熱泵技術(shù)的了解程度。通過政府部門、科研機構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力,借鑒國外的成功經(jīng)驗, 我國的水源熱泵應(yīng)用將得到較快的推廣和發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，我國總的能源利用率約為30%，這僅相當(dāng)于發(fā)達國家50年代的水平。建筑能耗目前占到全社會總能耗27%左右，其中建筑物供熱制冷的能耗大概占到整個建筑能耗的60%左右4，因此，如何在改善建筑熱舒適性的條件下降低采暖制冷能耗是建筑節(jié)能工作中的重點。水源熱泵作為一種建筑物供熱制冷新技術(shù)可以通過消耗少量的電能或熱能來有效地利用地?zé)崮苓_到這樣的目的。傳統(tǒng)的供暖、空調(diào)方式分別解決冬季供暖和夏季制冷。其系統(tǒng)投資大、占地多，且對環(huán)境的影響很嚴重。大氣是人類賴以生存的最基本環(huán)境要素之一。然而，由于冬季采用煤炭、燃油和天然氣等作為燃料，燃燒產(chǎn)生的大量污染物，包括大量的SO2，NO2，CO2等氣體造成的大氣污染，嚴重破壞著大氣環(huán)境，降低了人們的生活質(zhì)量。夏季使用的空系統(tǒng)同樣存在著CO2排放，作為重要的溫室氣體，CO2是造成全球性氣候變化的主要因素之一，將大量廢熱排入大氣，產(chǎn)生了熱島效應(yīng)。而水源熱泵則利用大地的蓄熱能力，把夏季多余的熱能排入大地留作冬季取用，把冬季多余的冷能留作夏季取用，源頭上根除了空調(diào)系統(tǒng)對城市熱島效應(yīng)。水源熱泵的污染物排放很低，系統(tǒng)所使用的制冷劑在工廠里注入并被完全密封，使用過程中絕無泄漏，用戶任何時候均不必添補制冷劑，因而減少了對臭氧層的破壞。熱泵系統(tǒng)沒有燃燒，沒有排煙；也沒有廢棄物，極大限度地改善其他空調(diào)方式的CO2及顆粒物等污染物的排放量。水源熱泵所使用的地下水可全部回灌，不會對水質(zhì)產(chǎn)生污染；水源熱泵系統(tǒng)不直接消耗煤或燃油、天然氣等礦物燃料，從而達到了綠色環(huán)保的要求。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)不論是水冷還是風(fēng)冷，換熱環(huán)境均為大氣，由于它的換熱器必須置于暴露的空氣中，故不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響，降低換熱效率和使用壽命，并且影響了建筑物的外觀；而水源熱泵以地下水作為熱源的主要優(yōu)點在于水溫度的相對穩(wěn)定，基本不受外界環(huán)境的影響；熱泵系統(tǒng)設(shè)計簡單，運動部件比常規(guī)系統(tǒng)少，且安裝在室內(nèi)，自動控制程度高，可無人值守；系統(tǒng)安全無燃燒設(shè)備，不存在爆炸、燃燒的隱患；由于系統(tǒng)不暴露在風(fēng)雨中，因而維護簡便，機組使用壽命均在20年以上；水源熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱平穩(wěn)，降低了停、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值；把水源熱泵換熱器埋于地下室，也不會破壞建筑物的外觀。1.1.2 熱泵的定義及其原理熱泵是從低溫?zé)嵩次鼰崴屯邷責(zé)嵩吹难h(huán)設(shè)備，以消耗部分低位能源(機械能、電能或高溫?zé)崮?為補償，使熱能從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f的裝置。熱泵(Heat Pump)是一種將低溫?zé)嵩吹臒崮苻D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹难b置。通常用于熱泵裝置的低溫?zé)嵩词俏覀冎車慕橘|(zhì)空氣、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，或者是從工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中排出助工質(zhì)，這些工質(zhì)常與周圍介質(zhì)具有相接近的溫度。熱泵裝置的工作原理與壓縮式制冷機是一致的；在小型空調(diào)器中，為了充分發(fā)揮它的效能，在夏季空調(diào)降溫或在冬季取暖，都是使用同一套設(shè)備來完成的。在冬季取暖時，將空溫器中的蒸發(fā)器與冷凝器通過一個換向閥來調(diào)換工作。由下圖1-1中可看出，在夏季空調(diào)降溫時，按制冷工況運行，由壓縮機排出的高壓蒸汽，經(jīng)換向閥(又稱四通閥)進入冷凝器，制冷劑蒸汽被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流裝置進入蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中吸熱，將室內(nèi)空氣冷卻，蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后被壓縮機吸入，這樣周而復(fù)始，實現(xiàn)制冷循環(huán)。在冬季取暖時，先將換向閥轉(zhuǎn)向熱泵工作位置，于是由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后流入室內(nèi)蒸發(fā)器(作冷凝器用)，制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，將室內(nèi)空氣加熱，達到室內(nèi)取暖目的，冷凝后的液態(tài)制冷劑，從反向流過節(jié)流裝置進入冷凝器(作蒸發(fā)器用)，吸收外界熱量圖1-1工作原理圖而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的蒸汽經(jīng)過換向閥后被壓縮機吸入，完成制熱循環(huán)。這樣，將外界空氣(或循環(huán)水)中的熱量“泵”入溫度較高的室內(nèi)，故稱為“熱泵”。1.1.3 熱泵的分類熱泵的種類很多，分類方法各不相同，通常分為以下幾種類型。1 按低位熱源種類分一、空氣源熱泵空氣作為低位熱源，取之不盡，用之不竭，處處都有，可以無償?shù)孬@取。其主要特點是：室外空氣的狀態(tài)參數(shù)隨地區(qū)季節(jié)的不同而有很大變化，這對熱泵的容量和制熱性能系數(shù)影響很大；一般來說，當(dāng)室外空氣相對濕度大于70%，溫度為35時，機組室外換熱器就會結(jié)霜，致使空氣源熱泵的制熱量、制熱性能系數(shù)和可靠性下降；空氣的熱容量小，為了獲取足夠的熱量，則需要較大的空氣量，因而風(fēng)機的容量較大，致使空氣源熱泵裝置的噪聲較大。二、水源熱泵水源熱泵的優(yōu)點：水的熱容大，傳熱性能好，所以換熱設(shè)備較緊湊；水溫較穩(wěn)定，因而使熱泵的運行工況較穩(wěn)定。缺點：熱泵裝置必須靠近水源，并且對水質(zhì)有一定的要求，應(yīng)進行水質(zhì)分析后采用合適的換熱器材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式，以防止出現(xiàn)腐蝕等問題。三、土壤源熱泵用土壤熱能作為低位熱能的熱泵裝置，稱為土壤源熱泵。四、太陽源熱泵太陽能熱泵是一種把溫度較低的太陽能提升到3050，再進行供熱的裝置。優(yōu)點：可以采用結(jié)構(gòu)簡單，與建筑物做成一體的低溫平板集熱器。其效率較高；熱泵用的集熱器成本較低是它的最大優(yōu)點；熱泵可不設(shè)除霜裝置。其缺點是：要解決太陽能利用的間歇性和不可靠性的問題；投資高。2 按熱泵的驅(qū)動方式分一、機械壓縮式熱泵機械壓縮式熱泵是一種以機械能驅(qū)動的熱泵。按驅(qū)動裝置的形式，壓縮式熱泵又分為電動機驅(qū)動的熱泵、柴油機驅(qū)動的熱泵、汽油機驅(qū)動的熱泵、燃氣機驅(qū)動的熱泵、蒸氣透平驅(qū)動的熱泵等。二、吸收式熱泵吸收式熱泵是一種以熱能直接驅(qū)動的熱泵，它又分為第1類吸收式熱泵和第2類吸收式熱泵。1.2 水源熱泵1.2.1 水源熱泵的發(fā)展熱泵系統(tǒng)技術(shù)在上世紀初已經(jīng)得到應(yīng)用并逐步發(fā)展成熟。水源熱泵機組在上世紀60年代的美國加利福利亞州開始應(yīng)用。1955年該技術(shù)申請專利，由于其優(yōu)越性能，投資及運行費用較其他類型機組都低，廣泛運用于工業(yè)廠房、艦船、賓館、醫(yī)院等。近幾十年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得較快的發(fā)展。20世紀80年代初，我國在一些外商投資的建筑中采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，由于環(huán)保節(jié)能、經(jīng)濟適應(yīng)等優(yōu)勢，90年代水源熱泵技術(shù)在我國得到較廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)多家大學(xué)和研究機構(gòu)都在對水源熱泵技術(shù)進行研究。成績比較顯著的是清華大學(xué)研究的多工況水源熱泵，其已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化，并已經(jīng)建成多個工程投入使用。特別是在20世紀90年代后，隨著公眾環(huán)保意識和對世界資源擁有量的重新認識，在能源利用方式上有了很大的轉(zhuǎn)變，使用的能源由一次能源逐漸向清潔及可再生能源方向發(fā)展，水源熱泵就是比較理想的一種設(shè)備，雖然我國的水源熱泵的研究和應(yīng)用起步較晚，在熱泵機組的優(yōu)化和工程應(yīng)用方面與國外相比存在較大的差距，但是中國市場被普遍看好。水源熱泵，以水為熱源。作“制冷機”應(yīng)用時，水為高溫?zé)釁R，作“熱泵”應(yīng)用時，水為低溫?zé)嵩?。水源熱泵與水源熱泵，其共性是以水(或者其他液態(tài)媒質(zhì))作傳媒。水源熱泵是目前應(yīng)用比較廣泛的形式；水源熱泵是目前正處于積極開發(fā)的機型。水源熱泵，夏季作“制冷機”應(yīng)用時，通過冷卻塔與空氣進行熱(濕)交換，最終的高溫?zé)釁R，與空氣熱源熱泵一樣，仍為大氣。但其效率因利用空氣的特征濕球溫度低于干球溫度，而高于空氣空氣或空氣水熱泵；可是，冬季作“熱泵”應(yīng)用時，如該場合中，無廢熱可利用，又不利用太陽能，則需另設(shè)輔助熱源，其效率又低于空氣空氣或空氣水熱泵。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)。由于地?zé)釡囟热贻^為穩(wěn)定，一般為1025，其制冷或制熱工作性能系數(shù)均可達到3.54.4，與空氣源熱泵(空氣空氣或空氣水熱泵)相比，要高40%左右5。因此，近五年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美，如美國、加拿大及中北歐，如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，我國水源熱泵市場也正在日趨活躍。水源熱泵，通常指整體式水源熱泵，即以一臺機組的形式，向環(huán)境(水熱源)放熱或吸熱，而以水(或者其他液態(tài)媒質(zhì))或空氣，間接或直接地冷卻(或加熱)被控對象；水源熱泵，又發(fā)展為分離式水源熱泵，即以多臺機組組合，通過水環(huán)路向環(huán)境(水熱源)放熱或吸熱，同樣以水(或者其他液態(tài)物質(zhì))或空氣，間接或直接地冷卻(或加熱)被控對象。該類水源熱泵又謂：水環(huán)路熱泵。水源熱泵在制冷工況時，其最終的高溫?zé)釁R仍可為大氣；在制熱工況時，其最終的低溫?zé)嵩从挚梢允谴髿?、太陽、廢熱、或輔助熱源等。因而，水源熱泵的應(yīng)用是有一定地域與場合的限制。水源熱泵，其最終的高溫?zé)釁R或低溫?zé)嵩淳堑責(zé)?。只是在制冷工況時，以地?zé)釣楦邷責(zé)釁R，向地?zé)岱艧?；在制熱工況時，以地?zé)釣榈蜏責(zé)嵩矗虻責(zé)嵛鼰?。水源熱源的不同形式，又使該類熱泵之?gòu)成有所差異：如以地表水為熱源，可以直接(或間接通過熱交換器)排放(或吸取)熱量；如以地下水為熱源，需設(shè)置取水井與回灌井排放(或吸收)熱量；如以土壤為熱源，需設(shè)置地下水平(或垂直)埋管排放(或吸取)熱量。因而，前二種形式比后一種形式，在初投資和施工，以及應(yīng)用過程中熱量交換之速率上，都有一定優(yōu)勝，也是目前國內(nèi)在很多地區(qū)正在實驗的形式。但是如果地下水應(yīng)用不當(dāng)，會造成地面下沉和地下水污染。土壤水源熱源除初投資和施工問題外，城市土地緊缺，地下埋管不足，土壤傳熱性能又差，容易造成夏季土壤熱量難以散失，損及持久運行；冬季土壤熱量不易吸取與補充，土壤會形成凍結(jié)，破壞地下結(jié)構(gòu)，損及建筑基礎(chǔ)。因而，水源熱泵的應(yīng)用也是有一定地域與場合的限制。從制冷行業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展史看，以水為高溫?zé)釁R的制冷機，先于以空氣為高溫?zé)釁R的制冷機；以空氣為低溫?zé)嵩吹臒岜茫窒扔谝运疄榈蜏責(zé)嵩吹臒岜?；其后，才出現(xiàn)以地?zé)釤嵩礊榈蜏責(zé)嵩吹臒岜?。我國制冷空調(diào)制造行業(yè)基本也遵循上述過程發(fā)展的。中國最早在上世紀50年代，就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究，1965年研制成功國內(nèi)第一臺水冷式熱泵空調(diào)機。目前，國內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機構(gòu)都在對水源熱泵進行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，已建成數(shù)個示范工程6。以水源熱泵產(chǎn)品切人家用與大中型中央空調(diào)市場，不僅為前幾年的實踐所證明是十分有效的措施，也是許多生產(chǎn)廠之未來打算。國內(nèi)的水源熱泵制造廠商中清華同方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽富爾達是比較早的水源熱泵制造廠家，但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機組改造為水源熱泵。通過利用地下水這一大地耦合方式，采用抽水回灌方式節(jié)約能源。山東際高以蒸發(fā)冷凝方式，引進瑞典專利技術(shù)，生產(chǎn)小型水冷冷水機組，在北方市場銷路良好。廣州中宇開發(fā)水環(huán)路分離式水源(水源)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，在兩廣與浙江地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。美國能源部和中國科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中主要內(nèi)容之一是“水源熱泵”，該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個城市各建一座采用水源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國對煤炭和石油的依賴程度，從而達到能源資源多元化的目的。據(jù)稱“華亭嘉園”即是此項目的應(yīng)用。2000年6月19至23日在北京由國家科學(xué)技術(shù)部高新技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化司召開了中美地?zé)岜眉夹g(shù)交流會，會議的主題就是“提供運用地?zé)岜眉夹g(shù)為住宅小區(qū)或公用樓宇采暖制冷，大幅降低運行費用的節(jié)能解決方案”的主題7。在未來的幾年中，中國面臨著巨大的能源壓力。一方面，中國的經(jīng)濟要保持較高速度的增長，另一方面，又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以要求提高能源利用效率，要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。能源利用效率提高，會鼓勵各種節(jié)能設(shè)備和技術(shù)的推廣，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向就是從以煤為主轉(zhuǎn)為以燃氣，直至以電為主。在中國的能源消耗中，建筑耗能的比例相當(dāng)高。為了適應(yīng)市場要求和參加國際競爭，我們必須加快中國品牌的水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)。目前中國水源熱泵推廣應(yīng)用中存在的問題是：水源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，從技術(shù)的角度，尤其是熱泵機組的角度上看應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)成熟、沒有問題的。但考慮到中國的國情，以及將水源熱泵制冷供暖作為一個整體的系統(tǒng)來推廣應(yīng)用時，還是存在一些問題：1) 水源的使用政策我國目前為了保護有限的水資源，制訂了中華人民共和國水法，各個城市也紛紛制訂了自己的城市用水管理條理。這些政策均強調(diào)用水審批，用水收費。而審批的標準中對類似水源熱泵技術(shù)的要求沒有規(guī)定，所以水源熱泵很容易被用水指標所限制。即使通過了用水審批，由于有些地方將水源的抽取和排放兩次受費，受費的標準全國又不統(tǒng)一，所以結(jié)果可能導(dǎo)致水費偏高，使得水源熱泵的運行節(jié)能費用不足增加的水費，水源熱泵的經(jīng)濟性變查。所以水源熱泵的推廣需要政府從可持續(xù)發(fā)展的角度，綜合能源環(huán)保和資源各個方面的考慮，調(diào)整水源熱泵水源使用的政策，需重新確定水源如何管理和收費，才能促使其大規(guī)模的發(fā)展。2) 水源的探測開采技術(shù)和費用在中國，目前對水源，尤其是城市水源的的探測開采技術(shù)應(yīng)當(dāng)提高，水源熱泵的應(yīng)用的前提之一就是必須了解當(dāng)?shù)氐乃吹那闆r，在水源熱泵使用的前期，必須實地對水源的狀況進行調(diào)查，地下水量是否有水、水量是否會足夠，場地是否適合打井和回灌。而探測開采的技術(shù)的提高和費用的降低，會推動水源熱泵機組的更好應(yīng)用。3) 地下水的回灌技術(shù)水源熱泵若利用地下水，必須考慮水源的回灌，對于回灌技術(shù)，必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況來考慮，來考慮回灌技術(shù)方式。我們對不同地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)了解的還不多，這也制約了水源熱泵機組的推廣使用。4) 整體系統(tǒng)的設(shè)計水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能作為一個系統(tǒng)，必須從各個方面考慮，如果水源熱泵機組可以做到利用較小的水流量提供更多的能量，但系統(tǒng)設(shè)計對水泵等耗能設(shè)備選型不當(dāng)或控制不當(dāng)，也會降低系統(tǒng)的節(jié)能效果。同樣，若機組提供了高的水溫，但設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)的末端未加以相應(yīng)的考慮，也可能會使整個系統(tǒng)的效果變差，或者使得整個系統(tǒng)的初投資增加。所以，水源熱泵的推廣應(yīng)用，需要更多的各個專業(yè)各個領(lǐng)域的人來共同努力共同配合，從政府政策、主機設(shè)計制造、系統(tǒng)的設(shè)計和運行管理等各個方面都來共同參與。1.2.2 水源熱泵機組組成及原理水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是替代傳統(tǒng)采暖與制冷方式的熱泵型專用機組。水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用一定溫度的水源作為低位熱源，消耗電能，將低位熱源“水”中的熱量轉(zhuǎn)移到需要加熱或升溫的地方(如室內(nèi)采暖系統(tǒng))；同時還可以將室內(nèi)或降溫過程的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源“水”中，達到降溫或制冷的目的。一臺機組，既能制冷，又能制熱。機組工作的具體過程：在制冷狀態(tài)，系統(tǒng)水通過蒸發(fā)器被制冷，能量被轉(zhuǎn)移到冷凝器，通過熱交換將被利用的熱源帶到地下、江河、湖泊之中；在制熱狀態(tài)，蒸發(fā)器吸收所有熱源中的熱量，將熱量轉(zhuǎn)移到冷凝器，以加熱系統(tǒng)循環(huán)水，達到制熱的目的。換句話說：水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是同一臺機組，利用不同工況下的兩個過程：即制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)來滿足冷熱的需求。圖1-2示出水源熱泵空調(diào)機組在制冷和制熱不同工況下的原理。在制熱狀態(tài)下，其工作過程如下：1) 制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與水發(fā)生熱交換，吸收水的熱量并氣化。2) 產(chǎn)生的制冷劑低壓蒸汽被壓縮機吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。3) 壓縮機排出的高壓氣態(tài)制冷劑進入冷凝器，放出熱量傳給冷卻介質(zhì)，凝結(jié)成高壓液體，其放出的熱量包括從水中吸收的熱量和壓縮機做功產(chǎn)生的熱量。4) 高壓液體流經(jīng)膨脹閥節(jié)流，變成低壓低溫的氣、液兩相混合物，進入蒸發(fā)器，其中的液體制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收水中的熱量，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機吸入，如此周而復(fù)始，形成循環(huán)，熱量能源源源不斷的從水中傳遞給溫度較高的室內(nèi)。在制冷狀態(tài)下，其工作過程如下：1) 制冷劑在蒸發(fā)器中與載冷劑發(fā)生熱交換，吸收載冷劑的熱量并氣化。2) 產(chǎn)生的制冷劑低壓蒸汽被壓縮機吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。3) 壓縮機排出的高壓氣態(tài)制冷劑進入冷凝器，放出熱量傳水，凝結(jié)成高壓液體。4) 高壓液體流經(jīng)膨脹閥節(jié)流，變成低壓低溫的氣、液兩相混合物，進入蒸發(fā)器，其中的液體制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收水中的熱量，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機吸入，如此周而復(fù)始，形成循環(huán)，熱量由室內(nèi)低溫?zé)嵩床粩嗟叵虻叵滤@個高溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移，從而向房間內(nèi)提供了冷氣。 圖1-2 原理圖水源熱泵機組的主要由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥4個部件組成，通過管道將它們連接一個密封系統(tǒng)。1.2.3 水源熱泵的特點由于水源熱泵技術(shù)利用地表水和地下水作為機組的冷熱源，所以其具有以下優(yōu)點：一、屬可再生能源利用技術(shù)：水源熱泵是利用了地球水體儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流和湖泊以及海洋等。二、節(jié)能效果突出：水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為1222，水體溫度比環(huán)境溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度高，而夏季水體為1835，水體溫度比環(huán)境溫度低，所以制冷劑的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機組效率提高。三、運行穩(wěn)定可靠：水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的運動，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性，不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。而且其制動控制程度高，使用壽命可達到15年以上。四、環(huán)保效果顯著：系統(tǒng)運行過程中，無燃燒，無滲漏，無任何固態(tài)、液體和氣態(tài)污染物排放，也不排放造成溫室效應(yīng)的二氧化碳(CO2)等，是“綠色”供暖的環(huán)境系統(tǒng)工程。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70%以上。如果結(jié)合其他的節(jié)流措施，節(jié)能減排會更加明顯。五、“三聯(lián)供”提高生活品質(zhì)：水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可以供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)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，不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時滿足供冷和供熱的要求，減少設(shè)備的初投資。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的供暖、空調(diào)。其優(yōu)點：能效比高，工程投資周期短，投資靈活、成本低，機組體積小，安裝簡易、靈活。而在分體水源熱泵機組中分為內(nèi)機、外機兩個部分，內(nèi)機結(jié)構(gòu)近似于暗裝直冷式風(fēng)機盤管。外機主要結(jié)構(gòu)包括壓縮機、冷凝器、四通筏等制冷、制熱部件，名為“外機”，實際上一般安裝于室內(nèi)。將壓縮機、冷凝器等與送風(fēng)盤管分開來，一方面減小了機組尺寸，使內(nèi)機高度低于250mm，外機高度低于500mm，便于隱藏安裝，節(jié)省空間，提高安裝的靈活程度；可根據(jù)裝飾需要，全力配合裝潢設(shè)計進行安裝。另一方面降低了室內(nèi)的噪音，外機可安裝于走廊、洗手間、廚房吊頂、陽臺等位置，避免噪聲影響室內(nèi)。其缺點是：(1)制冷量較大(10kW以上)的水源熱泵空調(diào)機組，由于機組內(nèi)壓縮機的功率大，因而噪聲較大，在設(shè)計安裝時要考慮一些降低噪聲的措施。(2)利用新風(fēng)比較麻煩，新風(fēng)管道必須敷設(shè)到安裝水源熱泵空調(diào)機的房間，對于要求較高的房間，如空氣凈化、加濕等有要求的房間，附加措施就更為復(fù)雜。(3)水源熱泵空調(diào)機多數(shù)為暗裝，必須同建筑和室內(nèi)裝潢緊密配合，如空調(diào)機質(zhì)量不好，會給維護帶來麻煩。(4)因為水源熱泵空調(diào)機系統(tǒng)是分散性的中央空調(diào)，由于機組分散，每一空調(diào)區(qū)內(nèi)的熱泵空調(diào)機均要有稍許余量，所以當(dāng)水源熱泵空調(diào)機數(shù)量較多時總用電容量可能偏高，而實際上由于安裝的水源熱泵空調(diào)機不可能同時達到最大用電量，所以實際用電量并不高。1.3 總結(jié)綜上可以看出水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)點突出，近年來在我國應(yīng)用日益廣泛，但是我國的發(fā)展和應(yīng)用情況與國外相比，仍存在一定差距，除了設(shè)計經(jīng)驗不足之外，更重要的是缺乏對該系統(tǒng)的深入了解。在未來的幾年中，中國面臨巨大的能源壓力。一方面，中國的經(jīng)濟要保持高速的增長；另一方面，又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的問題，所以要求提高能源利用效率，鼓勵各種技能設(shè)備和技術(shù)的推廣。在中國的能源消耗中，建筑耗能的比例想當(dāng)高。為了適應(yīng)市場需求和參加國際競爭，我們必須加快中國水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)。水源熱泵的一些研究進展：(1)地?zé)崴礋岜?，地?zé)崴礋岜孟到y(tǒng)不僅可以單獨作供暖用,也可以同時供暖、供生活熱水,還可兼顧夏季空調(diào),運行成本較低。針對地?zé)崴疁囟雀?、腐蝕性強、礦化度高等特點,可以考慮使用井下?lián)Q熱器技術(shù)來利用地?zé)崴疅崮?其優(yōu)點是:只取熱,不取水,對環(huán)境的影響小,不會引起地面沉。(2)深井蓄熱型地下水熱泵系統(tǒng)是對地下水水源熱泵系統(tǒng)的一種改進。該系統(tǒng)采用“冬灌夏用”、“夏灌冬用”的地下水使用技術(shù),在供冷時,冷水井為抽水井,熱水井為回灌井;而在供熱時,則以熱水井為抽水井,冷水井為回灌井。這樣,利用深井地下水的蓄熱特性,就可以充分利用熱泵產(chǎn)生的冷量和熱量。(3)地表水水源熱泵，地表水換熱系統(tǒng)分為兩種:開式地表水換熱系統(tǒng)和閉式地表水換熱系統(tǒng)。開式地表水換熱系統(tǒng)是將地表水在循環(huán)泵的驅(qū)動下,處理后直接流經(jīng)水源熱泵機組或通過中間換熱器進行熱交換的系統(tǒng)。閉式地表水換熱閉式地表水換熱系統(tǒng)是將封閉的換熱盤管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水體中,傳熱介質(zhì)通過換熱管管壁與地表水進行熱交換的系統(tǒng),與土壤源熱泵一樣,冬季北方地區(qū)應(yīng)進行防凍處理。(4)此外還有水源熱泵中央空調(diào)在各工程中的應(yīng)用研究，水源熱泵技術(shù)在油田采暖系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，水源熱泵適宜性分區(qū)研究，水源熱泵系統(tǒng)水問題的研究，分體式水源熱泵在制冷方面的研究等等。2 水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計步驟水源熱泵的設(shè)計主要包括五大部分：總的熱力計算、壓縮機的選擇、冷凝器的熱力計算和結(jié)構(gòu)計算、蒸發(fā)器的熱力計算和結(jié)構(gòu)計算、其他零部件的選擇與計算。2.1 總的熱力計算具體步驟如下：(1) 確定制冷循環(huán)熱力狀態(tài)參數(shù)(2) 單位質(zhì)量制冷量(3) 單位容積制冷量(4) 單位指示功(5) 單位冷凝熱(6) 制冷劑質(zhì)量流量(7) 壓縮機理論排量(8) 制冷系數(shù)(9) 卡諾循環(huán)制冷系數(shù)(10) 熱力完善度(11) 壓縮機輸入電功率(12) 冷凝負荷(13) 能效比2.2 壓縮機的選擇根據(jù)熱力計算所確定的理論輸氣量選配合適的壓縮機2.3 冷凝器熱力計算和結(jié)構(gòu)計算(1) 冷凝器傳熱管的選擇及參數(shù)計算(2) 冷凝器熱負荷及冷卻水流量(3) 冷凝器機構(gòu)的初步規(guī)劃(4) 管內(nèi)水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(5) 計算管外R22蒸氣冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(6) 計算傳熱系數(shù)和面積熱流量(7) 計算所需要的傳熱面積(8) 計算冷卻水側(cè)流動阻力2.4 蒸發(fā)器的熱力計算和結(jié)構(gòu)計算(1) 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(2) 管內(nèi)R22的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3) 水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算(4) 傳熱系數(shù)的計算(5) 管內(nèi)流動阻力和平均傳熱溫差的計算(6) 面積熱流量及傳熱面積的計算(7) 冷水側(cè)流動阻力計算3 水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計3.1 制冷劑論證3.1.1 制冷劑的選用原則在蒸氣壓縮式制冷機中，對制冷劑共性要求主要有以下幾點：(1)應(yīng)是環(huán)境可接受物質(zhì)。即應(yīng)對環(huán)境無破壞作用或破壞作用輕微。(2)臨界溫度要高。由于臨界溫度是制冷劑可以加壓液化的最高溫度，臨界溫度低的制冷劑在常溫或普通低溫下有可能不會液化，此時將需要溫度很低的冷卻介質(zhì)；且由于當(dāng)制冷劑在節(jié)流前的溫度接近臨界溫度時，制冷劑的氣化潛熱很小，節(jié)流損失就會很大，循環(huán)的經(jīng)濟性將很差；因此希望制冷劑的臨界溫度比環(huán)境溫度高的多。(3)有合適的飽和蒸氣壓。希望在使用條件下蒸發(fā)壓力最好不低于大氣壓，以避免空氣漏入制冷系統(tǒng)內(nèi)部；還希望冷凝壓力不太高，通常應(yīng)低于2.5MPa，以免壓縮機和冷凝器等設(shè)備過于龐大；同時冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比不過大，以免壓縮終溫過高，壓縮機的輸氣系數(shù)過低；冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之差也希望盡可能的小，以降低對壓縮機強度的要求。(4)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。不燃燒、不爆炸、無毒；不腐蝕常用工程材料、與潤滑油不起化學(xué)反應(yīng)；在使用溫度下不分解、不變性。(5)凝固溫度要低。以免制冷劑在蒸發(fā)溫度下凝固。(6)粘度和密度要小。目的是減小制冷劑的流動阻力。(7)導(dǎo)熱系數(shù)要高。這樣可提高換熱器的傳熱系數(shù)，減小傳熱面積，降低材料消耗。(8)絕熱指數(shù)要小?？墒箟嚎s過程耗功減少，降低壓縮終溫。(9)液體比熱要小。這樣在節(jié)流時液體降溫放出的熱量少，節(jié)流產(chǎn)生的閃發(fā)蒸氣量小，節(jié)流損失較小。(10)汽化潛熱要大?？色@得較大的單位制冷量，同時節(jié)流后的干度較小。(11)價廉易得。完全滿足上述各種要求的制冷劑并不存在，各種制冷劑都是某些方面較優(yōu)，而另一些方面不足。應(yīng)根據(jù)工程實際要求，在滿足特定要求的前提下，權(quán)衡取舍，找出最佳方案。3.1.2 制冷劑的分類制冷劑又稱制冷工質(zhì)，是制冷循環(huán)的工作介質(zhì)，利用制冷劑的相變來傳遞熱量，既制冷劑在蒸發(fā)器中汽化時吸熱，在冷凝器中凝結(jié)時放熱。當(dāng)前能用作制冷劑的物質(zhì)有80多種，最常用的是氨、氟里昂類、水和少數(shù)碳氫化合物等。制冷劑主要有以下分類8：常用制冷劑的特點比較如下表3-1所示。表3-1 主要制冷劑特點比較制冷劑特點R12R12是氟利昂簇制冷劑中最早得到廣泛應(yīng)用的一種傳統(tǒng)制冷劑。特別是它的冷凝壓力較低，等熵指數(shù)較小，因此在相同的高低溫介質(zhì)溫度條件下，它的排氣溫度和壓力較氨和R22低，在空調(diào)、小型冷庫、冷柜、電冰箱制冷系統(tǒng)中，一直長期使用。但R12的單位容積制冷量較小，遠低于氨和R22，因此在空調(diào)制冷系統(tǒng)中，逐漸被R22所替代。目前主要應(yīng)用在中、小型低溫制冷系統(tǒng)及車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)中。R22R22的綜合性能極佳，具有良好的熱力性能。如：運行壓力適中；單位容積制冷量大僅次于氨；等熵指數(shù)較?。欢覠o毒、無燃燒及無爆炸等優(yōu)點。R22的出現(xiàn)并隨其價格的逐漸降低，它在空調(diào)制冷系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。R134a一種較新型的制冷劑，其蒸發(fā)溫度為-26.5。它的主要熱力學(xué)性質(zhì)與R12相似，不會破壞空氣中的臭氧層，是近年來推薦使用的環(huán)保冷媒，會造成輕度溫室效應(yīng)，是比較理想的R12替代制冷劑。R717R717除了毒性大以外，是一種很好的制冷劑。它的最大優(yōu)點是單位容積制冷量大，蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中，制冷效率高；而且，破壞臭氧層潛能值ODP和溫室效應(yīng)潛能值WGP均為0。氨的最大缺點是有強烈的刺激性，對人體有害。氨中含有水分對銅和銅合金有腐蝕作用。（1）在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類。按照化學(xué)成分，制冷劑可分為五類：無機化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳氫化合物制冷劑、不飽和碳氫化合物制冷劑和共沸混合物制冷劑。根據(jù)冷凝壓力，制冷劑可分為三類：高溫(低壓)制冷劑、中溫(中壓)制冷劑和低溫(高壓)制冷劑。（2）無機化合物制冷劑：這類制冷劑使用得比較早，如氨(NH3)、水(H2O)、空氣、二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)等。對于無機化合物制冷劑，國際上規(guī)定的代號為R及后面的三位數(shù)字，其中第一位為“7”后兩位數(shù)字為分子量。如水R718等。(3) 氟里昂(鹵碳化合物制冷劑)：氟里昂是飽和碳氫化合物中全部或部分氫元素(CL)、氟(F)和溴(Br)代替后衍生物的總稱。國際規(guī)定用“R”作為這類制冷劑的代號，如R22.等。(4) 飽和碳氫化合物：這類制冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環(huán)狀有機化合物等。代號與氟里昂一樣采用“R”，這類制冷劑易燃易爆，安全性很差。如R50、R170、R290.等。(5)不飽和碳氫化合物制冷劑：這類制冷劑中主要是乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)和它們的鹵族元素衍生物，它們的R后的數(shù)字多為“1”，如R113、R1150.等。(6)共沸混合物制冷劑：這類制冷劑是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物，這類制冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發(fā)溫度，其氣相或液相始終保持組成比例不變，但它們的熱力性質(zhì)卻不同于混合前的物質(zhì)，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。如R500、R502等。3.1.3 制冷劑的選用CFCs由于對臭氧層的嚴重破壞將被替代，HFCs被認為可作為CFCs的長期替代工質(zhì)。然而，由于HFCs本身有一定的溫室效應(yīng)，且在使用過程中表現(xiàn)出較低的能效比又間接加劇了溫室效應(yīng)，故列為限制排放的六種溫室氣體之一。但HFCs的溫室效應(yīng)完全可以通過設(shè)法提高這類工質(zhì)的能效比來減弱。目前正在研制非共沸制冷劑替代HCFCs?，F(xiàn)階段渦旋式、活塞式或螺桿式的大多數(shù)壓縮機仍采用R22，R134a的制冷劑，空調(diào)用冷水機組的冷凝器常采用低肋外螺紋紫銅管殼管式冷凝器，蒸發(fā)器常采用低肋內(nèi)螺紋紫