644522887地源熱泵本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、前 言中國(guó)的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展的階段，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，而生活環(huán)境最主要的就是居住環(huán)境，這種需求帶動(dòng)了中國(guó)的空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展，特別是在“非典”之后，人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)（iaq）有了更深刻的認(rèn)識(shí)，室內(nèi)空氣的好壞直接影響到人們的健康，原來(lái)使用的空調(diào)技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的要求，對(duì)環(huán)境的需求意識(shí)已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的冷熱意識(shí)，而是趨向于健康化、衛(wèi)生化的需求。因此采用更先進(jìn)的空氣調(diào)節(jié)方法提高空氣品質(zhì)滿足人們的要求成了當(dāng)前制冷行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。從2001年至今，電力緊缺的問(wèn)題一直困擾著我們，現(xiàn)在的情形更為嚴(yán)重，一方面是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)每年以兩位數(shù)的飛速發(fā)展，另一面是全球性的能源緊缺，再加上去年

2、的全國(guó)性的冰災(zāi)，據(jù)有關(guān)部門(mén)預(yù)計(jì)，今年我國(guó)南方尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的廣東地區(qū)缺電達(dá)30%，不少工廠被迫“開(kāi)四停三”，嚴(yán)重影響到了經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。電廠的發(fā)展又不能盲目的增加發(fā)電量，或者增建新的電廠，必須依靠宏觀的發(fā)展才能不至于發(fā)生電力過(guò)剩的尷尬局面，而且電廠發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染也會(huì)隨著電廠的增加而增加，在這種情況下，空調(diào)作為用電大戶，充分利用現(xiàn)有的自然能，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當(dāng)前電力的負(fù)擔(dān)，又增加了空調(diào)的環(huán)保能力，因此，利用自然資源，保護(hù)環(huán)境也成了當(dāng)前各國(guó)空調(diào)制冷行業(yè)的研究方向。還有一個(gè)問(wèn)題也是我們比較關(guān)心的問(wèn)題，那就是“可持續(xù)發(fā)展”的觀點(diǎn)，根據(jù)1987年9月16日在加拿大的

3、蒙特利爾會(huì)議上通過(guò)的聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署組織制定的關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)，對(duì)cfc及哈龍兩類中8種破壞臭氧層的物質(zhì)進(jìn)行限控，規(guī)定發(fā)達(dá)國(guó)家2000年完全停止使用這些物質(zhì)，發(fā)展中國(guó)家2010年完全停止使用這些物質(zhì)。我國(guó)已經(jīng)確定了2010年全面淘汰的方案和行動(dòng)計(jì)劃，并且開(kāi)展了替代品及替代技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。當(dāng)前空調(diào)行業(yè)的已經(jīng)在這些方面有了一定的進(jìn)步，許多節(jié)能性空調(diào)如變頻空調(diào)正越多的得到使用，而在中央空調(diào)方面，溴化鋰雙吸收式制冷等保護(hù)環(huán)境的制冷劑設(shè)備也發(fā)展的越來(lái)越快。熱泵技術(shù)的使用既有效利用了自然能源，節(jié)省了能量，同時(shí)又保護(hù)了環(huán)境。設(shè)計(jì)不足之處在所難免，望各位老師批評(píng)指正。學(xué)生 畢明品 2011

4、.12第一章 緒論11設(shè)計(jì)背景地?zé)崾且环N可再生的自然能源。盡管目前它的應(yīng)用還不能像傳統(tǒng)能源(煤、石油、天然氣、水力能和核能)那樣廣泛，但由于地殼里蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)崮?，特別是在傳統(tǒng)能源越來(lái)越缺乏的今天，地?zé)崮芾迷谠S多國(guó)家已得到了相當(dāng)?shù)闹匾?。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400米深)作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47的太陽(yáng)能，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲(chǔ)存

5、于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地源也成為清潔的可再生能源一種形式。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用水與地源(地下水、土壤或地表水)進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地源為“熱泵”；夏季把室內(nèi)熱量“取”出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地源為“冷源”。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)輸入少量的高品位能源(如電能)，實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。與鍋爐(電、燃料)供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90以上的電能或7090的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量供用戶使用，因此地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)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；由于地源熱泵

6、中央空調(diào)系統(tǒng)的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為916，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.56.3，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5060。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40以上，與常規(guī)電供暖相比，相當(dāng)于減少70以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施減排會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25的充灌量。該裝置的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。1.2 國(guó)內(nèi)地源熱泵發(fā)展簡(jiǎn)史地源熱泵并不是一種新的空調(diào)系統(tǒng)，早在20世紀(jì)30年代，歐洲就已經(jīng)出現(xiàn)了工程的應(yīng)用，當(dāng)時(shí)主

7、要用于冬季的供暖。20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)能源危機(jī)，地源熱泵系統(tǒng)的工程應(yīng)用形成高潮，技術(shù)日趨成熟。由于中國(guó)空調(diào)技術(shù)應(yīng)用較晚，地源熱泵作為傳統(tǒng)空調(diào)的一個(gè)分枝，對(duì)大多數(shù)人說(shuō)，確實(shí)較為陌生。我國(guó)在地源熱泵領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)80年代初的天津大學(xué)和天津商學(xué)院。自此，其他少數(shù)單位也先后在地?zé)峁┡矫孢M(jìn)行了一系列的理論和試驗(yàn)研究，但是，由于我國(guó)能源價(jià)格的特殊性，以及其他一些因素的影響，地源熱泵的應(yīng)用推廣非常緩慢。20世紀(jì)90年代以后，由于受國(guó)際大環(huán)境的影響以及地源熱泵自身所具備的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)日益受到人們的重視，越來(lái)越多的技術(shù)人員開(kāi)始投身于此項(xiàng)研究。1995年，中國(guó)國(guó)家科技部與美國(guó)能源部共同簽署

8、了中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和美利堅(jiān)合眾國(guó)能源部效率和可再生能源技術(shù)的發(fā)展與利用領(lǐng)域合作協(xié)議書(shū)，并于1997年又簽署了該合作協(xié)議書(shū)的附件六-中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)與美利堅(jiān)合眾國(guó)能源部地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用的合作協(xié)議書(shū)。其中，兩國(guó)政府將地源熱泵空調(diào)技術(shù)納人了兩國(guó)能源效率和可再生能源的合作項(xiàng)目，這一舉措極大地促進(jìn)了該技術(shù)的國(guó)際合作和推廣應(yīng)用。1998年是我國(guó)在·該領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，從這一年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)數(shù)家大學(xué)紛紛建立了地源熱泵的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。其中，1998年重慶建工學(xué)院建設(shè)了包括淺埋豎管換熱器和水平埋管換熱器在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)裝置；1998年青島建工學(xué)院建設(shè)了聚乙烯垂直地源熱泵裝置；1998年湖南

9、大學(xué)建設(shè)了水平埋管地源熱泵實(shí)驗(yàn)裝置；1999年同濟(jì)大學(xué)建設(shè)了垂直地源熱泵裝置等。同時(shí)，我國(guó)也成立了一些專門(mén)的生產(chǎn)廠家，開(kāi)始批量生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品。這些科研單位和企業(yè)互相合作，在開(kāi)發(fā)利用地源熱泵技術(shù)方面取得了很大的進(jìn)展，做了許多實(shí)驗(yàn)研究和工程示范，產(chǎn)生了很多有效數(shù)據(jù)，這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)勢(shì)必將大大加快我國(guó)發(fā)展地源熱泵的步伐。1.3 地源熱泵發(fā)展趨勢(shì)地源熱泵與中央空調(diào)相連接的供熱制冷系統(tǒng)是目前的發(fā)展趨勢(shì)。綜合利用低品位熱能、高效率利用熱能、簡(jiǎn)單化和一體化的地源熱泵系統(tǒng)等都是目前地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)的前沿課題。根據(jù)地源熱泵20年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，其系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展大致有如下三個(gè)方向：(1) 綜合利用熱能的趨勢(shì)。將來(lái)的

10、地源熱泵系統(tǒng)不僅用于一般住宅、辦公用戶的供熱和制冷，更趨向于將供熱的廢棄能量(冷能)和制冷的廢棄能量(熱能)綜合利用，比如用供熱的廢棄冷能運(yùn)轉(zhuǎn)冷藏庫(kù)、自動(dòng)售貨機(jī)等，用制冷的廢棄熱能供應(yīng)溫室養(yǎng)殖、種植和生活熱水等。(2) 一體化趨勢(shì)。隨著新材料和新工藝的開(kāi)發(fā)，將來(lái)的地源熱泵系統(tǒng)可能將熱泵的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與地上散熱系統(tǒng)一體化，使采熱和傳熱的效率更高。 (3) 實(shí)地建造的趨勢(shì)。隨著人們對(duì)居住和生活環(huán)境要求的不斷提高，越來(lái)越多的建筑物需要常年供暖、制冷、熱水和冷藏的功能。因此，充分利用建筑物的空間和周邊的自然環(huán)境和自然能源，因地制宜地設(shè)計(jì)、制造和配套安裝相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)也將是一個(gè)發(fā)展方向。1.4 國(guó)外地源

11、熱泵的發(fā)展地能熱泵系統(tǒng)在北美和歐洲都應(yīng)用的比較普及，根據(jù)國(guó)際地?zé)崧?lián)合會(huì)（ the geothermal heat pump consortium ）的統(tǒng)計(jì)，到 2003 年底，采用地能熱泵技術(shù)制冷供熱的建筑面積美國(guó)為 3720萬(wàn)平方米，瑞典為 2000萬(wàn)平米，德國(guó)為 560萬(wàn)平米，加拿大為 435萬(wàn)平米。但北美的應(yīng)用與歐洲的應(yīng)用存在明顯的差異。北美的應(yīng)用，地能熱泵更多地偏重于解決建筑的空調(diào)制冷問(wèn)題。在美國(guó)，政府投入很多的力量來(lái)支持地能熱泵系統(tǒng)的推廣，政府和學(xué)校經(jīng)過(guò)多年的努力，建立了全國(guó)各地地質(zhì)參數(shù)資料庫(kù)，并在各州確立了經(jīng)過(guò)認(rèn)可的地能熱泵推薦的工程商， ashere 也針對(duì)系統(tǒng)特殊要求在機(jī)組設(shè)計(jì)

12、上建立了標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)政府支持在大地?fù)Q熱器設(shè)計(jì)以及工程施工方面的研究，而在不同的州，又有各自的政策來(lái)鼓勵(lì)地能熱泵系統(tǒng)的推廣，如專門(mén)的補(bǔ)貼、政府推廣網(wǎng)站等。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看，雖然北美也有小型的水水熱泵機(jī)組，但北美地能熱泵系統(tǒng)更多地采用的是水環(huán)熱泵系統(tǒng)，尤其對(duì)于一些大型的工商建筑，采用水環(huán)熱泵正成為設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。美國(guó)著名的地能熱泵制造商有 cliamtmaster 、 water furnace 等 ，他們提供符合 ari 的專門(mén)用于地能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。而對(duì)于大地?fù)Q熱器，北美采用的多是單 u 型的垂直埋管方式和水平埋管的方式,鉆孔深度為 50 -160 米 。 在歐洲，由于環(huán)保和節(jié)能的要求，目

13、前，在歐洲，地能熱泵系統(tǒng)在供熱方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看，歐洲多采用水系統(tǒng)，歐洲的水水熱泵機(jī)組更多偏重于制熱，但沒(méi)有專門(mén)的地能熱泵機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)和專門(mén)的地能熱泵設(shè)備制造商。而對(duì)于大地?fù)Q熱器，歐洲采用的多是雙u 型的垂直埋管方式。1.5 地源熱泵技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)1) 初期投資費(fèi)用少。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，持續(xù)的高速經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)導(dǎo)致人們對(duì)舒適生活的追求，從而使地源熱泵這項(xiàng)嶄新的技術(shù)在中國(guó)具有巨大的市場(chǎng)潛力。同時(shí)我們也要注意到，我國(guó)城市的建設(shè)步伐正在加快，每年城鎮(zhèn)新建住宅2.4億平方米。而在建設(shè)新建筑之前并入集中地源熱泵系統(tǒng)，其成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于舊建筑的改造(甚至可以低

14、于一般空調(diào)系統(tǒng)!)，這對(duì)我們這個(gè)“嚴(yán)寒”與“寒冷”采暖區(qū)幾乎占了國(guó)土面積的70和全國(guó)總建筑面積的50的國(guó)家而言，節(jié)省的費(fèi)用是巨大的。在美國(guó)，由于能源相對(duì)的便宜(與中國(guó)相近)，而人工費(fèi)用很高，一般一個(gè)家庭的安裝費(fèi)用在3000美元左右，地源熱泵仍然具很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而我國(guó)由于人工費(fèi)用比較低，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的基建費(fèi)用低。基建費(fèi)用是地源熱泵最主要的成本增加部分。由此可見(jiàn)，我國(guó)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，初期投資相對(duì)要少一些。2) 能夠提高城市環(huán)境質(zhì)量。隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活質(zhì)量的要來(lái)越高，環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到高品質(zhì)的空氣是人類健康的保障。目前居民對(duì)空氣污染的關(guān)注程度越來(lái)越高，城市(

15、包括室內(nèi))對(duì)人們生活以及身體的影響日益受到重視，在碰到身體不適的時(shí)候，很多居民開(kāi)始考慮空氣因素的影響。根據(jù)1997年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)，我國(guó)城市空氣質(zhì)量仍處于較重的污染水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界大氣污染最嚴(yán)重的10座城市中，中國(guó)就占了7席，這也從一個(gè)側(cè)面反映出我國(guó)城市空氣質(zhì)量不容樂(lè)觀，加強(qiáng)空氣治理，已經(jīng)到了刻不容緩的時(shí)候。目前我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中有一個(gè)最為不利的因素，即長(zhǎng)期以來(lái)在能源的生產(chǎn)和消費(fèi)中煤炭的比例占70左右。為了徹底整治環(huán)境，減少溫室氣體排放，我國(guó)政府正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。北京等城市正在考慮以電代煤的方法來(lái)解決城市污染的問(wèn)題。每千瓦電能帶來(lái)3至4千瓦熱量的地源熱泵將

16、是極具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。由于電力是地源熱泵的唯一動(dòng)力，因此沒(méi)有燃料分散燃燒所造成的大氣污染。與此同時(shí)由于廠家密封制劑。使用過(guò)程中不泄露，不補(bǔ)充，減少了對(duì)臭氧層的破壞。分析和調(diào)查表明，地源熱泵的應(yīng)用對(duì)降低溫室效應(yīng)起了積極作用。可見(jiàn)，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于中國(guó)將緩解城市空氣污染問(wèn)題。3) 能夠緩解能源緊張問(wèn)題。進(jìn)入新世紀(jì)，在生產(chǎn)力高速發(fā)展的條件下，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到地球上的資源和能源日益匣乏。我國(guó)能源短缺是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，與此同時(shí)，我國(guó)又存在能源利用率低的矛盾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)總的能源利用率約為30，這僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家90年代的水平。我國(guó)建筑耗能約占總耗能的25，其中供熱采暖能耗約占一半。能源短缺導(dǎo)致中國(guó)的能源價(jià)格

17、越來(lái)越接近發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。我國(guó)要在能源每年增長(zhǎng)率僅為35的條件下滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)每年增長(zhǎng)89，就必須重視節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用，這決定了我國(guó)必須在空調(diào)和取暖這一耗能大項(xiàng)上有所改進(jìn)。就地源熱泵技術(shù)而言，由于熱泵僅僅用來(lái)傳輸熱量，而不是產(chǎn)生熱量，所需要的熱量有70來(lái)自于地下，夏天制冷時(shí)，用來(lái)將建筑物中的熱量傳人地下所消耗的電力也非常少，因此地源熱泵這項(xiàng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)可以在一定程度上緩解我國(guó)的能源壓力。4) 受到國(guó)家相關(guān)政策的支持。為了減少我國(guó)由于冬季采暖所造成的大氣污染，減低國(guó)內(nèi)現(xiàn)有制冷空調(diào)的能源消耗，尋求新的低能耗、無(wú)污染的供暖制冷空調(diào)技術(shù)，國(guó)家科技部與美國(guó)能源部分別代表兩國(guó)政府簽署了

18、中美兩國(guó)政府地源熱泵合作協(xié)議，引進(jìn)和推廣美國(guó)先進(jìn)的地源熱泵技術(shù)。這對(duì)地源熱泵技術(shù)在中國(guó)的推廣起到巨大的推動(dòng)作用。八屆人大常委會(huì)第二十八次會(huì)議審議并通過(guò)了中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法，其中第三十九條將熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的通用技術(shù)，這也將促進(jìn)地源熱泵事業(yè)的發(fā)展。自從我國(guó)實(shí)施民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度降低了地源熱泵采暖方式的年運(yùn)行費(fèi)用，增加了地源熱泵與集中供熱采暖方式的競(jìng)爭(zhēng)能力。1.6 地源熱泵技術(shù)在中國(guó)推廣過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題任何一項(xiàng)新事物的出現(xiàn)總是要受到人們的質(zhì)疑，對(duì)于地源熱泵這項(xiàng)新技術(shù)同樣可能會(huì)遇到一些阻力。首先，中國(guó)有關(guān)地源熱泵的

19、現(xiàn)成技術(shù)資料不多，還缺少這方面的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)技術(shù)人員，同時(shí)，由于在中國(guó)生產(chǎn)地源熱泵相關(guān)設(shè)備的廠家少，人們對(duì)它還比較陌生，大多抱著觀望的態(tài)度，這樣的情形不利于這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的推廣。其次，我國(guó)現(xiàn)在還沒(méi)有出臺(tái)促進(jìn)地源熱泵技術(shù)發(fā)展的相關(guān)優(yōu)惠政策，這使部分想采用地源熱泵系統(tǒng)的用戶由于看不到眼前利益而采用其它的空調(diào)系統(tǒng)。為了鼓勵(lì)用戶采用地源熱泵系統(tǒng)，我國(guó)可以提供鼓勵(lì)性補(bǔ)貼和資助給購(gòu)買地源熱泵系統(tǒng)的用戶，或者采用調(diào)整能源價(jià)格的方法，使能源價(jià)格合理化，給予這些用戶一些實(shí)惠，鼓勵(lì)人們采用地源熱泵系統(tǒng)。還要說(shuō)明的一點(diǎn)是，世界上熱泵技術(shù)比較發(fā)達(dá)的北美、北歐和中歐國(guó)家由于氣候條件基本上只用于供熱，對(duì)地源熱泵夏季制

20、冷工況研究較少。而我國(guó)幅員遼闊，地處溫帶，冬季需供暖，夏季需供冷，而且南北地區(qū)氣象條件差異很大，同樣的建筑在不同的地區(qū)，其負(fù)荷情況可能迥然不同。因此，我們不能照搬外國(guó)的技術(shù)成果，必須投入大量的科研經(jīng)費(fèi)和研究人員進(jìn)行研究，使其適合中國(guó)的氣候特點(diǎn)，這也在一定程度上延緩了這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的推廣。但可以相信，地?zé)崮芫哂袕V泛的應(yīng)用前景，在不久的將來(lái)，地?zé)崮軐⒃谑澜缒茉蠢媒Y(jié)構(gòu)中占有更大的份額。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和對(duì)“綠色能源”的日益重視，地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)也將得到前所未有的發(fā)展。1.7 本文研究的主要內(nèi)容第二章 工作原理和制冷劑的選擇21 熱泵原理熱泵，就像水泵能把低位水提升到高位一樣可以把熱從低溫端傳

21、送到高溫端。它是一種可以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器之間功能轉(zhuǎn)換的機(jī)械，實(shí)質(zhì)上是另一種形式的制冷機(jī)。地源熱泵（ground-source heat pump）是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。地源熱泵系統(tǒng)就是把傳統(tǒng)空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器直接埋入地下，使其與大地進(jìn)行熱交換，或通過(guò)中間介質(zhì)作為熱載體，并使中間介質(zhì)在封閉環(huán)路中通過(guò)大地循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與大地進(jìn)行熱交換的目的；地上部分的空調(diào)器傳熱過(guò)程與 傳統(tǒng)的hvac一樣。地源熱泵系統(tǒng)作為一種“綠色空調(diào)”，是以大地為熱源對(duì)建筑進(jìn)

22、行空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。冬天，通過(guò)熱泵將大地中的低位熱能提高品味對(duì)建筑供暖，同時(shí)存儲(chǔ)冷量，以備夏用；夏季，通過(guò)熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對(duì)建筑進(jìn)行供冷，同時(shí)存儲(chǔ)熱量，以備冬用。這樣可保持地溫恒定，冷暖負(fù)荷平衡，從而達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的要求因此地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可解決空氣源熱泵系統(tǒng)必需室外機(jī)及室外機(jī)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生熱污染等問(wèn)題,并且冬季運(yùn)行不存在結(jié)霜問(wèn)題,節(jié)省了空氣源熱泵系統(tǒng)除霜所耗的電能,空調(diào)效果不受室外氣溫的影響,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,是一種國(guó)家鼓勵(lì)使用的適用于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)。22 制冷劑的選擇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(lái)傳遞熱量，既制冷劑在蒸發(fā)器中汽化

23、時(shí)吸熱，在冷凝器中凝結(jié)時(shí)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?xì)浠衔锏取?#160;    1987年9月在加拿大的蒙特利爾室召開(kāi)了專門(mén)性的國(guó)際會(huì)議，并簽署了關(guān)于消耗臭氧層的蒙特利爾協(xié)議書(shū)，于1989年1月1日起生效，對(duì)氟里昂在的r11、r12、r113、r114、r115、r502及r22等cfc類的生產(chǎn)進(jìn)行限制。1990年6月在倫敦召開(kāi)了該議定書(shū)締約國(guó)的第二次會(huì)議，增加了對(duì)全部cfc、四氯化碳（ccl4）和甲基氯仿（c2h3cl3）生產(chǎn)的限制，要求締約國(guó)中的發(fā)達(dá)國(guó)家在2000年完全停止生產(chǎn)以上物質(zhì)，發(fā)展中國(guó)家可推

24、遲到2010年。另外對(duì)過(guò)渡性物質(zhì)hcfc提出了2020年后的控制日程表。 hcfc中的r123和r134a是r12和r22的替代品。  1、熱力學(xué)的要求  1 在大氣壓力下，制冷劑的蒸發(fā)溫度(沸點(diǎn))ts要低。這是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。ts愈低，則不僅可以制取較低的溫度，而且還可以在一定的蒸發(fā)溫度to下，使其蒸發(fā)壓力po高于大氣壓力。以避免空氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)，發(fā)生泄漏時(shí)較容易發(fā)現(xiàn)。 2 要求制冷劑在常溫下的冷凝壓力pc應(yīng)盡量低些，以免處于高壓下工作的壓縮機(jī)、冷凝器及排氣管道等設(shè)備的強(qiáng)度要求過(guò)高。并且，冷凝壓力過(guò)高也有導(dǎo)致制冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大

25、。 3 對(duì)于大型活塞式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，制冷劑的單位容積制冷量qv要求盡可能大，這樣可以縮小壓縮機(jī)尺寸和減少制冷工質(zhì)的循環(huán)量；而對(duì)于小型或微型壓縮機(jī)，單位容積制冷量可小一些；對(duì)于小型離心式壓縮機(jī)亦要求制冷劑qv要小，以擴(kuò)大離心式壓縮機(jī)的使用范圍，并避免小尺寸葉輪制造之困難。 4 制冷劑的臨界溫度要高些、冷凝溫度要低些。臨界溫度的高低確定了制冷劑在常溫或普通低溫范圍內(nèi)能否液化。5 凝固溫度是制冷劑使用范圍的下限，冷凝溫度越低制冷劑的適用范圍愈大。  制冷劑 分子式 分子量u 正常蒸發(fā)溫度ts() 凝固點(diǎn)tf()&

26、#160;臨界溫度 tkp() 臨界壓力pkp絕對(duì)壓力 絕熱指數(shù)k  水（r718） h2o 18.02 +100 0 +374.1 225.6 1.33      氨（r717） nh3 17.03 -33.4 -77.7 +132.4 115.2 1.31      r11 cfcl3 

27、;137.39 +23.7 -111 +198 44.6 1.17      r12 cf2cl2 120.92 -29.8 -155 +111.5 40.86 1.15      r13 cf3cl 104.47 -81.5 -180 +28.8 39.4 -    

28、  r22 chf2cl 88.48 -40.8 -180 +96 50.3 1.19      r115 c2f5cl 154.48 -38 -106 +80 33 1   物理化學(xué)的要求： 1 制冷劑的粘度應(yīng)盡可能小，以減少管道流動(dòng)阻力、提換熱設(shè)備的傳熱強(qiáng)度。 2 制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)高，以提高換熱設(shè)備的效率，減少傳熱面積。 

29、;3 制冷劑與油的互溶性質(zhì)：制冷劑溶解于潤(rùn)滑油的性質(zhì)應(yīng)從兩個(gè)方面來(lái)分析。如果制冷劑與潤(rùn)滑油能任意互溶，其優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機(jī)的各個(gè)部件，為機(jī)體潤(rùn)滑創(chuàng)造良好條件；且在蒸發(fā)器和冷凝器的熱換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。其缺點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量過(guò)多，并且能使蒸發(fā)器中的蒸發(fā)溫度升高。部分或微溶于油的制冷劑，其優(yōu)點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量少，故蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度較穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是在蒸發(fā)器和冷凝器換熱面上形成很難清除的油膜，影響了傳熱。 類別溶解性 制冷劑 產(chǎn)生的影響   1 難溶 nh3、co2、r13、r14、r1

30、5、so2 無(wú)   2 微溶（在壓縮機(jī)曲軸箱和冷凝器內(nèi)相互溶解，在蒸發(fā)器內(nèi)分解）      r22、r114、r152、r502 溶解時(shí)降低潤(rùn)滑油的沾度   3 完全溶解 r11、r12、r21、r113、烴類、ch3ci、r500  降低潤(rùn)滑油的沾度和凝固點(diǎn)，并使油中石蠟下沉，蒸發(fā)溫度升高  4 應(yīng)具有一定的吸水性，這樣就不致在制冷系統(tǒng)中形成“冰塞”，影響正常運(yùn)行。 5 應(yīng)具

31、有化學(xué)穩(wěn)定性：不燃燒、不爆炸，使用中不分解，不變質(zhì)。同時(shí)制冷劑本身或與油、水等相混時(shí)，對(duì)金屬不應(yīng)有顯著的腐蝕作用，對(duì)密封材料的溶脹作用應(yīng)小。 安全性的要求 由于制冷劑在運(yùn)行中可能泄漏，故要求工質(zhì)對(duì)人身健康無(wú)損害、無(wú)毒性、無(wú)刺激作用。 制冷劑的分類 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(wú)機(jī)化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳?xì)浠衔镏评鋭⒉伙柡吞細(xì)浠衔镏评鋭┖凸卜谢旌衔镏评鋭?。根?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(wú)機(jī)化

32、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(duì)于無(wú)機(jī)化合物制冷劑，國(guó)際上規(guī)定的代號(hào)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?xì)浠衔镏腥炕虿糠謿湓兀╟l）、氟（f）和溴（br）代替后衍生物的總稱。國(guó)際規(guī)定用“r”作為這類制冷劑的代號(hào)，如r22.等。 4 飽和碳?xì)浠衔铮哼@類制冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環(huán)狀有機(jī)化合物等。代號(hào)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、r

33、170、r290.等。 5 不飽和碳?xì)浠衔镏评鋭哼@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。 7 高溫、中溫及低溫制冷劑：是按制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度和常溫下冷凝壓力來(lái)分的。 

34、 制冷劑 使用溫度范圍 壓縮機(jī)類型 用途 備注      r717（氨） 中、低溫 活塞式、離心式 冷藏、制冰 在普通制冷領(lǐng)域      r11 高溫 離心式 空調(diào)       r12 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 冷藏、空調(diào) 高溫為：10-0   &

35、#160;  r13 超低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式 超低溫       r22 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 空調(diào)、冷藏、低溫 中溫為：0-20      r114 高溫 活塞式 特殊空調(diào) 低溫為：-20-60      r500 高、中溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 空調(diào)、冷藏 

36、超低溫為：-60-120      r502 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式 空調(diào)、冷藏、低溫  在本系統(tǒng)中，綜合考慮各種制冷劑的特性和優(yōu)缺點(diǎn)，選擇r22作為本系統(tǒng)的制冷劑。第三章 熱力計(jì)算31 設(shè)計(jì)要求論文旨在研究土壤源熱泵系統(tǒng)在供熱空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)出一套可行的土壤源熱泵系統(tǒng)。在合理設(shè)計(jì)核心部分土壤耦合地?zé)峤粨Q器的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮土壤源熱泵系統(tǒng)供熱高效節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，探討該系統(tǒng)成本高、性能不穩(wěn)定等缺陷的解決方案。 根據(jù)設(shè)計(jì)的初步要求，本系統(tǒng)的功率為100kw，且只用于制熱的單熱型空調(diào)系

37、統(tǒng)?？紤]到要結(jié)合地源熱泵并有效利用地表淺熱，在比較活塞式、螺桿式、離心式、溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇螺桿式空調(diào)機(jī)組作為本地源熱泵系統(tǒng)的地上部分。而地下部分主要是地下熱交換器。32熱力計(jì)算 空調(diào)機(jī)組的功率設(shè)定為100kw，=100kw=夏季制冷時(shí)，設(shè)定蒸發(fā)溫度為2，冷凝溫度為48.9，過(guò)冷溫度為40.6，冷卻水進(jìn)水溫度為20，冷卻水出水溫度為25；冷凍水進(jìn)水溫度為12，冷凍水出水溫度為7。吸氣溫度r22為18.3。風(fēng)冷式螺桿冷熱水機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況：供冷冷水出水溫度：7；環(huán)境進(jìn)風(fēng)溫度：35。供熱熱水出水溫度：45；環(huán)境溫度：7。機(jī)組使用工況：供冷冷水出水溫度：512；室外環(huán)境溫度：40

38、；供熱熱水出水溫度：45，室外環(huán)境溫度：-10153214壓焓圖根據(jù)r22的熱力性質(zhì)表，查出處于飽和線上的各點(diǎn)有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值： kj/kg /kg kj/kg 在r22的p-h圖上找到的等壓線與飽和蒸氣線的交點(diǎn)1，由1點(diǎn)作等熵線，此線和 等壓線相交于點(diǎn)2，該點(diǎn)即為壓縮機(jī)的出口狀態(tài)。由圖可知 kj/kg 1) 單位質(zhì)量制冷量 kj/kg (2-1)2) 單位容積制冷量 kj/3) 制冷劑質(zhì)量流量 kg/s4) 理論比功 kj/kg5) 壓縮機(jī)消耗的理論功率 kw6) 壓縮機(jī)吸入的容積流量 v= /s7) 制冷系數(shù) 8) 冷凝器單位熱負(fù)荷 9) 冷凝器熱負(fù)荷 117.386 kw 10）壓縮機(jī)性能

39、系數(shù) cop=q/p 制冷工況時(shí)的性能系數(shù) cop=100/25.65=3.9 cop=117.386/25.65=4.58 以上計(jì)算是在理想狀態(tài)下進(jìn)想的，所以得到的計(jì)算數(shù)據(jù)都為理想數(shù)據(jù)，故在進(jìn)行系統(tǒng)各設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮到實(shí)際的運(yùn)行效率，并進(jìn)行要的修正。地源熱泵系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組各部分型式選擇33壓縮機(jī)熱力計(jì)算及選型壓縮機(jī)為制冷系統(tǒng)中的核心設(shè)備，只有通過(guò)它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，把低溫低壓氣態(tài)制冷劑壓縮為高溫高壓氣體，才能保證制冷的循環(huán)進(jìn)行。在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中，把制冷劑從低壓提升為高壓，并使制冷劑不斷循環(huán)流動(dòng)，從而使系統(tǒng)不斷將內(nèi)部熱量排放到高于系統(tǒng)溫度的環(huán)境中。 制冷壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，制冷系統(tǒng)

40、通過(guò)壓縮機(jī)輸入電能，從而將熱量從低溫環(huán)境排放到高溫環(huán)境。制冷壓縮機(jī)的能效比決定整個(gè)制冷系統(tǒng)的能效比。 由于環(huán)境溫度是經(jīng)常變化的，故制冷壓縮機(jī)大部分時(shí)間是處于部分負(fù)荷狀態(tài)，因此制冷壓縮機(jī)要具有能量調(diào)節(jié)。制冷壓縮機(jī)分類具體情況：一.  容積式制冷壓縮機(jī)分類：靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。 1. 往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)：靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變汽缸的工作容積。 依外部構(gòu)造分為：  全封閉制冷壓縮機(jī)：制冷量小于60kw，多用于空調(diào)機(jī)和小型制冷設(shè)備中。     驅(qū)動(dòng)電機(jī)和運(yùn)動(dòng)部件封閉在同一空間里，結(jié)構(gòu)緊湊，密封

41、性好，噪聲低。但功率較小，不易維修。  半封閉制冷壓縮機(jī)分類：制冷量60600kw，可用于各種空調(diào)制冷設(shè)備中。     由曲軸箱機(jī)體與電機(jī)外殼共同構(gòu)成密閉的空間，工作穩(wěn)定壽命長(zhǎng)，制冷能力較大，可用于多種工況，可維修，但噪聲稍高。分為單級(jí)壓縮型（常規(guī)型，碟閥型，卸載型，連通型）和雙級(jí)壓縮型。  開(kāi)啟式 制冷壓縮機(jī)分類：    壓縮機(jī)和電機(jī)分別為兩個(gè)設(shè)備于外部連接，結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，工作不穩(wěn)定，已近于淘汰。 2. 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)：靠回轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變汽缸的工作容積。 依內(nèi)部構(gòu)造制冷壓縮機(jī)

42、分類：  滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)：制冷量812kw，多用于小型空調(diào)機(jī)和制冷設(shè)備中。     為全封閉式，結(jié)構(gòu)緊湊，密封性好，噪聲低。但功率較小，不易維修。  渦旋式制冷壓縮機(jī)：制冷量8150kw，可用于各種空調(diào)制冷設(shè)備中。     為全封閉式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工作性能高，密封性好，噪聲低，為今后主導(dǎo)機(jī)型。  螺桿式制冷壓縮機(jī)：制冷量1001200kw，可用于大中型空調(diào)制冷設(shè)備中。     為半封閉式，結(jié)構(gòu)緊湊，工作性能高，制冷能力大并可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，

43、但潤(rùn)滑油系統(tǒng)較復(fù)雜，噪聲較高。分為單，雙螺桿型。 二.  離心式制冷壓縮機(jī)：靠離心力的作用，連續(xù)將吸入的氣體壓縮。     制冷量最大可達(dá)30000kw，用于大型空調(diào)制冷設(shè)備中。     工作穩(wěn)定，性能高壽命長(zhǎng)，制冷能力大，可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 在本系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)比較考慮，選擇螺桿式壓縮機(jī)。因?yàn)槁輻U式壓縮機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）可靠性高，易損件少，排氣溫度低，對(duì)濕行程不敏感，沒(méi)有液擊危險(xiǎn)，可在較高壓比工況下運(yùn)行，運(yùn)行安全可靠。 2）結(jié)構(gòu)合理：主機(jī)體積小，重量輕，兩極電機(jī)直聯(lián)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)、電機(jī)、

44、油分離器、油冷卻器、油泵等置于一公共機(jī)座上，結(jié)構(gòu)緊湊合理。 3）安裝維護(hù)費(fèi)用低：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安全，震動(dòng)小，不需要復(fù)雜基礎(chǔ)，安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長(zhǎng)，維修方便。 4）制冷量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)：采用滑閥機(jī)構(gòu)使制冷量可從15-100%進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，自動(dòng)保護(hù)齊全，可實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 螺桿式壓縮機(jī)的軸功率： kw式中 制冷劑的質(zhì)量流量，kw/h； 等熵壓縮終了進(jìn)氣的焓值，j/kg； 吸氣狀態(tài)的焓值，j/kg;壓縮機(jī)的絕熱效率，一般為0。720。85螺桿式壓縮機(jī)的理論輸氧量： =130.33 /h式中 為轉(zhuǎn)子第小時(shí)所掃過(guò)的齒間容間總和；

45、扭角系數(shù)；由熱力計(jì)算的結(jié)果可知本系統(tǒng)所需壓縮機(jī)消耗的理論功率為17.39kw。理論功率又稱為指示功率，是壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際循環(huán)所消耗的功率。由原動(dòng)機(jī)傳到壓縮機(jī)上的功率稱為軸功率，單位為kw，它的一部分，即指示功率直接用于完成壓縮機(jī)的工作循環(huán)，另一部分，即摩擦功率，單位為kw，用于克服壓縮機(jī)中各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力和驅(qū)動(dòng)附屬的設(shè)備，如潤(rùn)滑用液壓泵等。取為0.80，則由上式可得所需壓縮機(jī)的軸功率為： =+=26.65 kw由簡(jiǎn)明空調(diào)用制冷設(shè)計(jì)手冊(cè)文獻(xiàn)1表4-7可知螺桿式制冷壓縮機(jī)按吸入壓力飽和溫度分為高溫、中溫和低溫三類。中溫為7左右。由于本設(shè)計(jì)假設(shè)蒸發(fā)溫度為7.2，故本系統(tǒng)屬于高溫類型。參看文

46、獻(xiàn)1中表4-4，可選名義工況制冷量為124.09kw,陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為4400r/min,陽(yáng)轉(zhuǎn)子名義直徑為100mm,長(zhǎng)徑比為1.5的高溫型水冷半封閉式r22螺桿式壓縮機(jī)。螺桿式制冷壓縮機(jī)的制冷量按國(guó)標(biāo)gb5773的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)測(cè)制冷量和設(shè)計(jì)制冷量的偏差分別為： 120kw/h,-7%;120kw/h,-5%.則該選定的壓縮機(jī)實(shí)際工率為:=(10.05)=117.57kw 所選擇的壓縮機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。故本系統(tǒng)選取型號(hào)為lg10f30z。34機(jī)組換熱器的選型及熱力計(jì)算熱交換設(shè)備是制冷機(jī)的重要設(shè)備，其特性對(duì)制冷機(jī)的性能有重大影響。熱交換器中包括多種傳熱方式（冷凝、沸騰、強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流、導(dǎo)熱等等

47、）。制冷系統(tǒng)中需要交換熱量的流體常常分別處在固體壁面的兩側(cè)。例如在氟利昂臥式冷凝器中，冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，氟量昂蒸氣在管外凝結(jié)。蒸氣凝結(jié)時(shí)放出的熱量通過(guò)管壁傳遞給冷卻水。這種熱量由壁面一側(cè)的流體穿過(guò)壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)流體的過(guò)程，稱為傳熱過(guò)程。制冷機(jī)熱交換設(shè)備涉及的傳熱過(guò)程包括通過(guò)平壁的傳熱過(guò)程、通過(guò)圓管的傳熱過(guò)程以及通過(guò)肋壁的傳熱過(guò)程。傳熱公式： q=kfÑt w 式中 q單位時(shí)間通過(guò)傳熱面積的傳熱量，w； f傳熱面積，； Ñt冷、熱流體間的溫差，；k傳熱系數(shù)，w/（·）傳熱計(jì)算進(jìn)行傳熱計(jì)算之前，熱交換器的型式和熱負(fù)荷已在選型和循環(huán)計(jì)算中確定。但是熱交換器中的傳熱溫差、

48、傳熱面積、冷卻介質(zhì)流速或被冷卻介質(zhì)流速需在傳熱計(jì)算過(guò)程中確定。傳熱溫差和介質(zhì)流速與熱交換器的型式有關(guān)，可應(yīng)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的方法確定其最佳值，也可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選用。1） 對(duì)數(shù)平均溫差 計(jì)算傳熱量時(shí)，傳熱溫差為冷、熱液體間的溫度差。對(duì)于熱交換器，由于冷熱流體沿傳熱面進(jìn)行交換，其溫度沿流動(dòng)的方向不斷變化，所以冷、熱流體間的溫差也在不斷地變化。為此，在進(jìn)行傳熱計(jì)算時(shí)需取溫差的平均值，以符號(hào)表示，稱為平均溫差。相應(yīng)的傳熱計(jì)算公式為 q=kf平均溫差與介質(zhì)的流動(dòng)有關(guān)。就冷、熱流體方向來(lái)分，兩者平行且同向流動(dòng)時(shí)稱為順流；兩者平行而反向流動(dòng)時(shí)稱為逆流；彼此垂直的交叉流動(dòng)稱為叉流。在順流和逆流情況下，冷熱流體的溫

49、度變化如圖。在下列條件下，可推導(dǎo)出對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算式。1. 冷、熱流體的熱容量在整個(gè)換熱面上均為常量；2. 傳熱系數(shù)k在整個(gè)換熱面上不變；3. 換熱器無(wú)散熱損失；4. 沿?fù)Q熱面軸向的導(dǎo)熱量可以忽略不計(jì)；5. 在換熱器中，任何一種流體都不能既有相變又有單相介質(zhì)換熱。對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算公式為 =式中為換熱器兩端冷、熱流體間溫差的最大值；是最小值。2）制冷劑沸騰時(shí)的換熱系數(shù) 制冷劑沸騰時(shí)，其換熱系數(shù)隨熱流密度的增加而增加。制冷劑在管內(nèi)沸騰時(shí)，其換熱系數(shù)與物性，熱流密度，管內(nèi)液體珠質(zhì)量流速及流向有關(guān)。1.立管內(nèi)沸騰時(shí)，換熱系數(shù)的計(jì)算式為 w/（·）式中是按內(nèi)表面積計(jì)算的熱流密度，w/

50、60;。341蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)蒸發(fā)器是空調(diào)設(shè)備中使制冷劑吸熱氣化的熱交換器，蒸發(fā)器的類型很多，按制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的充滿程度及蒸發(fā)情況進(jìn)行分類，主要有三種：干式蒸發(fā)器、再循環(huán)式蒸發(fā)器和滿液式蒸發(fā)器。比較這三種蒸發(fā)器的優(yōu)缺點(diǎn)如下：1）干式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：1、制冷劑用量少，為相同制冷量滿液式蒸發(fā)器的三分之一；2、當(dāng)載冷劑為水時(shí)，即使蒸發(fā)溫度低到0度附近，也不會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象；3、便于把蒸發(fā)器中的潤(rùn)滑油排回壓縮機(jī)；其主要缺點(diǎn)有：1、當(dāng)采用多流程時(shí)，氣、液兩相制冷劑在端蓋內(nèi)轉(zhuǎn)向會(huì)出現(xiàn)分離，從而造成了下一流程中各管子中制冷劑流量分配不均勻的不利現(xiàn)象，使這些管子失去蒸發(fā)冷卻的作用；2、載冷劑可能會(huì)通過(guò)折流板與殼之間的

51、間隙泄漏（即載冷劑短路），降低水側(cè)的換熱效果。 2）滿液式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：1、相較于傳統(tǒng)的干式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器內(nèi)充滿了液態(tài)制冷劑，這樣可使傳熱面盡量和液態(tài)制冷劑接觸并傳熱，可提高傳熱效率約20%左右；2、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小.換熱過(guò)程中始終是液態(tài)制冷劑與液態(tài)水之間的換熱，產(chǎn)生的制冷劑氣體直接從壓縮機(jī)吸氣進(jìn)入壓縮機(jī)，換熱面積被有效利用，提高了機(jī)組的換熱效率。3、完全潤(rùn)濕的熱傳遞表面，可增加蒸發(fā)器的使用效率，提高系數(shù)低壓側(cè)壓力，進(jìn)而提升系統(tǒng)的工作效率；4、滿液式蒸發(fā)器的使用還可增加壓縮機(jī)的壓縮效率，使主機(jī)功耗降低；5、由于多壓縮機(jī)組其享一臺(tái)蒸發(fā)器及冷凝器，于部分負(fù)載時(shí)仍能有效地利用傳熱面積，故可擁有

52、較高的部分負(fù)載效率。其缺點(diǎn)有：1、當(dāng)載冷劑為水時(shí)，殼體內(nèi)蒸發(fā)溫度不可低于0度，否則管束內(nèi)可能結(jié)冰，導(dǎo)致傳熱管漲裂；2、制冷劑充注量大；3、由于搖晃，可能會(huì)使液體進(jìn)入回氣管，造成液擊事故，故不能用于產(chǎn)生晃動(dòng)的場(chǎng)所，如：艦船等。3）再循環(huán)式蒸發(fā)器是指制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中蒸發(fā)的蒸發(fā)器。進(jìn)入蒸發(fā)管的制冷劑液體吸熱后部分氣化，并以氣液兩相混合物的形式排出蒸發(fā)管。氣液兩相混合物經(jīng)氣液分離器分離后干蒸氣被吸入壓縮機(jī)、液體再次進(jìn)入蒸發(fā)管蒸發(fā)。其優(yōu)點(diǎn)有：蒸發(fā)管子的內(nèi)壁完全濕潤(rùn)，因而有較高的換熱系數(shù)。主要缺點(diǎn)是體積大，需要的制冷劑多。經(jīng)過(guò)綜合考慮蒸發(fā)器的經(jīng)濟(jì)性與本設(shè)計(jì)要求的適用性，選擇冷卻液體型干式

53、蒸發(fā)器。這類蒸發(fā)器按其管組的排列方式又可分為直管式和u型管式兩種。考慮到u型管式的傳熱效果較好，故選用u型管式干式蒸發(fā)器。由傳熱公式 q=kfÑt=kpdlÑt w 式中k=（在工程計(jì)算中，當(dāng)圓筒的內(nèi)、外徑之比<2時(shí)，可用此簡(jiǎn)化公式。）管材采用銅管，其傳熱系數(shù)為389w/(m×k)，管徑為f16mm，管內(nèi)側(cè)制冷劑換熱系數(shù)為1800w/(×k)，管外側(cè)冷卻水換熱系數(shù)為6600 w/(×k)，管壁厚1.5mm。 k=1262.16 w/(×k)。 由前面的熱力計(jì)算可知Ñt為13，入傳熱公式可得：pdl=6.09m. 考慮到

54、干式蒸發(fā)器的管子有效傳熱效率為管子表面積的30%60%，而冷卻液體式干式蒸發(fā)器的u型式的傳熱效果較好，故選擇型號(hào)為g10的干式蒸發(fā)器能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。其蒸發(fā)面積為10 m，冷水量為17/h， 進(jìn)出水管徑為dn80mm，水程阻力為0.02mpa。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給定額定工況下的制冷量，然后根據(jù)以下原則選擇主要參數(shù)。1） 制冷劑質(zhì)量流速的選擇 在額定工況下，制冷劑質(zhì)量流速的選擇對(duì)于干式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)具有重要的意義。質(zhì)量流速愈大，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)時(shí)的換熱系數(shù)愈高，因而傳熱性能提高，但制冷劑量測(cè)定在管內(nèi)的阻力也增加，這將使制冷劑的進(jìn)出口的溫差增大。在制冷劑出口溫度不變的前提下，制冷劑入口溫度的提高將使制冷劑

55、與載冷劑之間的對(duì)數(shù)平均溫差減小。因此，存在一個(gè)最佳質(zhì)量流速，此時(shí)單位面積的熱流量為最大值，這就是干式蒸發(fā)器存在最佳設(shè)計(jì)的概念。因?yàn)樽罴奄|(zhì)量流量與管子的規(guī)格及流程數(shù)等因素有關(guān)，故最佳設(shè)計(jì)方案要通過(guò)多次計(jì)算和比較才能確定。由于在干式蒸發(fā)器中制冷劑和載冷劑的溫度都是降低的，如圖31所示，順流傳熱的平均溫差為 （2）圖31 干式蒸發(fā)器的傳熱溫差順流傳熱的平均溫差磊于逆流傳熱的平均溫差，因此在安排干式蒸發(fā)器進(jìn)、出口接管時(shí)應(yīng)盡可能使之符合順流傳熱。2） 流程數(shù)的選擇 流程數(shù)的選擇與管子的型式有關(guān)。采用內(nèi)肋管時(shí)，一般都選二流程的u型管結(jié)構(gòu)，可以防止制冷劑轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的氣液分離現(xiàn)象。用光管時(shí)，可選擇四流程或六流

56、程。3） 載冷劑降溫的選擇 一般水側(cè)的溫降為46。4） 載冷劑側(cè)折流板數(shù)的選擇 在干式殼式蒸發(fā)器中，載冷劑在管外流動(dòng)。為了保證載冷劑橫向流過(guò)管束時(shí)有一定的流速（0.51.0m/s），必須沿筒體軸向布置一定數(shù)量的折流板。沿筒體軸向布置的折流板數(shù)應(yīng)根據(jù)載冷劑橫向流過(guò)管束時(shí)的平均流速?zèng)Q定。圓缺形折流板的缺口尺寸對(duì)管外側(cè)載冷劑的換熱效果影響很大。缺口愈小傳熱效果愈好，但相應(yīng)的阻力愈大。因此選擇缺口尺寸時(shí)應(yīng)作全面的考慮。1、 冷凍水流量 2、 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)則l79563929圖32 結(jié)構(gòu)規(guī)劃殼體內(nèi)徑=300mm，流程數(shù)n=4，每一流程的平均管子數(shù)=49，總管數(shù)=196根，管板厚度=30mm，折流板

57、厚度=5mm，折流板數(shù)=20，折流板間距=150mm，間距=85mm，上缺口高=60mm，上缺口內(nèi)管子數(shù)=25根，下缺口高=64mm，下缺口內(nèi)管數(shù)=28。管子為f121的銅管，按正三角形排列，管距為16mm，殼體直徑附近的管數(shù)為20根，管長(zhǎng)定為2200mm。r22從下端進(jìn)入管子，在管中蒸發(fā)，從上端出蒸發(fā)器。從上往下，各流程管數(shù)依次為79，56，39，29。1） 蒸發(fā)器的外表面積 2） 有效傳熱面積 3、 管外換熱系數(shù)的計(jì)算 折流板的平均間距s 橫向流通截面積 按公式（978）， 橫向流速 折流板上、下缺口面積 按公式（977）計(jì)算這兩個(gè)面積。計(jì)算時(shí)。 上下缺口面積的平均值 縱向流速 管外換熱系

58、數(shù)冷卻水平均溫度。據(jù)此溫度查得水的物性數(shù)據(jù)為：，運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，導(dǎo)熱率，則 管外換熱系數(shù) 按公式（957）計(jì)算， 4、 管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算假定蒸發(fā)器按內(nèi)表面計(jì)算的熱流密度（此假定將在后面檢驗(yàn)），則按公式（948），管內(nèi)換熱系數(shù)為 式中， c=0.02332。因每根管內(nèi)r22的質(zhì)量流量為 且質(zhì)量流速為 故 5、 制冷劑流動(dòng)阻力及傳熱溫差原計(jì)算 制冷劑的流動(dòng)阻力計(jì)算1） r22飽和蒸氣的流速為 2） 蒸發(fā)器出口處的蒸發(fā)溫度，據(jù)此從物性表中查得r22的參數(shù)為：密度，普朗特?cái)?shù)；運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。將上述數(shù)據(jù)代入數(shù)的計(jì)算式中，得到 3) 沿程阻力系數(shù) 4） 飽和蒸氣的沿程阻力 按公式（983）計(jì)算， 5） 兩相對(duì)流時(shí)r22的沿程阻力為 6) 總阻力為 =0.036 由公式（2）可得冷熱流體的對(duì)數(shù)平均溫差 在2附近，壓力每變化0.1m，飽和溫度約變化5.5，又因?yàn)檎舭l(fā)器進(jìn)口處r22的溫度為 式中為制冷劑總阻力， =2+5.5=3.98對(duì)數(shù)平均溫差 傳熱系數(shù)及按內(nèi)表面計(jì)算的熱流密度傳熱系數(shù)管內(nèi)側(cè)與管外側(cè)的污垢系數(shù)均取為2，則傳熱系數(shù)為