二氧化碳熱泵熱水器 設(shè)計說明書

鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目360升CO2熱泵熱水器學(xué)生姓名姬超專業(yè)班級熱能05-1班學(xué)號院（系）機(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師(職稱張文慧（助教）完成時間2009年6月5日目錄中文摘要..........................................................................................................................................Ⅰ英文摘要..........................................................................................................................................Ⅱ1概述..............................................................................................................錯誤！未定義書簽。1.1緒論....................................................................................................錯誤！未定義書簽。1.2二氧化碳跨臨界循環(huán)原理....................................................錯誤！未定義書簽。1.3方案論證.........................................................................................錯誤！未定義書簽。2.1水箱的設(shè)計......................................................................................................................352.2壓縮機(jī)的選擇及熱力計算...................................................................................362.3冷凝器設(shè)計計算........................................................................................................432.4蒸發(fā)器的設(shè)計計算..................................................................................................463.1管道的選擇計算.........................................................................................................294.1化霜系統(tǒng)設(shè)計...............................................................................................................694.2水箱保溫系統(tǒng)的設(shè)計...............................................................................................704.3輔助加熱系統(tǒng)的設(shè)計...............................................................錯誤！未定義書簽。5熱水器機(jī)組的安裝注意事項....................................................................................70結(jié)束語................................................................................................................錯誤！未定義書簽。致謝................................................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)..........................................................................................................錯誤！未定義書簽。附錄……………………2360L二氧化碳熱泵熱水器摘要自從瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)開始，人類的進(jìn)步速度有了一個質(zhì)的飛躍，但是，人類對環(huán)境的破壞也越來越嚴(yán)重。環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源不得不受到關(guān)注。目前制冷行業(yè)面臨的主要問題，要替換破壞環(huán)境嚴(yán)重氟利昂，然后是提高制冷效率。環(huán)保天然工質(zhì)二氧化碳，無毒、對臭氧層無影響、不產(chǎn)生溫室效應(yīng)和良好的熱力學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點，再度受到人們的重視。二氧化碳跨臨界循環(huán)具有較高的排氣溫度和氣體冷卻器中存在較大的溫度滑移，能夠制取溫度較高的熱水，使它在熱泵熱水系統(tǒng)中具有其他工質(zhì)無法比擬的優(yōu)勢。本文將綜述二氧化碳在熱泵中的應(yīng)用，并設(shè)計一款360L二氧化碳熱泵熱水器。系統(tǒng)各主要部件及控制設(shè)計如下：(1氣體冷卻器采用套管盤管式換熱器，為減小其結(jié)構(gòu)尺寸，內(nèi)管采用紫銅管軋制的低翅片管；(2蒸發(fā)器采用的是風(fēng)冷式翅片管式換熱器，管子為紫銅管，翅片為鋁翅片；(3系統(tǒng)壓縮機(jī)采用Dorin公司生產(chǎn)的CO2半封閉活塞式壓縮機(jī)；(4化霜系統(tǒng)采用積算式自動化霜設(shè)計，采用高溫?zé)嶂评鋭┱魵膺M(jìn)行化霜，提高了化霜效率并減少了化霜時間；(5設(shè)計了輔助加熱系統(tǒng)，彌補(bǔ)機(jī)組低溫環(huán)境下的能力衰減，并使用循環(huán)加熱的熱水保溫系統(tǒng)，用來使水箱中的水保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞熱泵熱水器/制冷劑/二氧化碳/跨臨界循環(huán)350LCO2heatpumpwaterheaterAbstractThetecnoligeofhumanbecomebetterandbetterfromthetimeoftreatmachinebeingtecked.Alongwiththesigningof"MontrealProtocol",carbondioxidehasbeenpaidmuchattentionagainduetoitsnotoxic,noinfluencetoozonosphere,GWP=1andattractivethermodynamiccharacteristics.Underitstrans-criticalcycle,thereappearshightemperatureatcompressorexitandalargetemperatureglideatthegascooler,whichmakesCO2haveawideapplicationinthewaterheater.Inthispaper,thetrans-criticalcyclecharacteristicsofheatpumpsystemisintroduced,thevirtueandshortcomingofCO2heatpumpwaterheaterisdiscussed,theoverviewofitsresearchanditsapplicationonheatpumpwaterheaterispresentationandthesuggestionofimprovingthecarbondioxideheatpumpwaterheaterefficiencywasputforward.Accordingtothecarbondioxidecyclecharacteristic,a350LtheCO2heatpumpwaterheaterisdesigned,majorcomponentsandthecontrolmodeasfollows:(1Serpentinedthimbleisdesignedasthegascooler.Andinordertoreduceitsstructuresize,theinnercoppertubeismadeupwithlowfins;(2Evaporatorusestheforced-aircoolingtypefin-and-tubeheatexchanger,thepipeiscoppertube,thefinisaluminumfin;(3CO2halfsealreciprocatingcompressormadeinDorinCorporationisusedinthissystem;(4Theintegrationtypeautomationdefrostmodeisusedinthisdesign,andthehightemperaturerefrigerantisusedforthedefrosting.Theseenhancethedefrostingefficiencyandreducethedefrostingtime;(5Forsakeofgettingenoughhotwaterwhenenvironmentaltemperatureislow,anauxiliaryheatingsystemisdesignedinthisCO2heatpumpwaterheater.Andtheattemperatorisacirculatorysystem,whichcanholdthewaterinthetankonconstanttemperature.KEYWORDSrefrigerant,heatpumpwaterheater,transcriticalcycle,compressor人類本來是自然界的一部分，人改造著自然，同時依賴著自然。但是，隨著人類個體的增多，科技水平的進(jìn)步，人類改變自然環(huán)境的能力越來越大了。人類為此自豪并樂此不疲，直到他們意識到自己改造的環(huán)境已經(jīng)越來越不能讓自己接受。目前，人類對環(huán)境的改造和對資源的攫取已經(jīng)臨近自然界所能承受的極限?？沙掷m(xù)發(fā)展的問題變的刻不容緩。目前的環(huán)境問題很多，比如濕地退化，物種滅絕，溫室效應(yīng)，臭氧層空洞等等[2]。其中溫室效應(yīng)主要來自大量二氧化碳的排放?，F(xiàn)在地球上主要的能源是化石能源，比如煤炭，石油，天然氣，這些也是二氧化碳的主要來源。因此，解決溫室效應(yīng)的辦法主要是節(jié)約能源。然后，我們說說臭氧層空洞。它的主要成因是氟利昂的排放，氟利昂在空氣中受到照射，會產(chǎn)生大量的游離氯離子，而這些游離氯離子會將臭氧分解為氧氣。而在高層大氣中，有一層很薄的臭氧層，它吸收紫外線，臭氧層的破壞將大大增加陽光中的紫外線，對生物將構(gòu)成嚴(yán)重威脅。所以，要盡量減少氟利昂的使用，使用新的對環(huán)境污染小的制冷劑成為全世界關(guān)注的話題[1]。1987年9月16日，聯(lián)合國為了避免工業(yè)產(chǎn)品中的氟氯碳化物對地球臭氧層繼續(xù)造成惡化及損害，承續(xù)1985年保護(hù)臭氧層維也納公約的大原則，邀請所屬26個會員國在加拿大蒙特利爾簽署環(huán)境保護(hù)公約——《蒙特利爾議定書》（蒙特利爾公約）。蒙特利爾公約中對CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五項氟氯碳化物及三項海龍的生產(chǎn)做了嚴(yán)格的管制規(guī)定，并規(guī)定各國有共同努力保護(hù)臭氧層的義務(wù)，凡是對臭氧層有不良影響的活動，各國均應(yīng)采取適當(dāng)防治措施?？梢?，在制冷及熱泵裝置中廣泛使用的CFCs、HCFCs工質(zhì)是引起臭氧層破壞的主要原因，而且，這些工質(zhì)為溫室氣體，已列入逐步被淘汰之列。二氧化碳是熱泵系統(tǒng)工質(zhì)替代中最有潛力的天然工質(zhì)之一。氧化碳跨臨界系統(tǒng)氣體冷卻器端的溫度滑移可以與變溫?zé)嵩摧^好的匹配，它在熱泵熱水器方面的應(yīng)用具有其它供熱方式無法比擬的優(yōu)勢。CO2作為最早的制冷劑之一，在19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代得到了普遍的應(yīng)用，但隨著CFCs的出現(xiàn)，CO2逐漸退出制冷劑領(lǐng)域[6]，其原因是當(dāng)時采用亞臨界循環(huán)，由于臨界溫度較低，當(dāng)環(huán)境溫度稍高時，CO2的制冷能力急劇下降，功耗增大，經(jīng)濟(jì)性受到嚴(yán)重影響。當(dāng)制冷劑環(huán)保問題日益突出，并隨著跨臨界制冷循環(huán)的提出，CO2作為理想的制冷劑開始重新獲得新生[4]。1993年，挪威SINTEF能源研究所的G.Lorentzen(1993與NeksaPetter(2002等人率先對CO2跨臨界循環(huán)在熱泵上的應(yīng)用作了理論和實驗上的研究：分析了其流動性和跨臨界循環(huán)水—水熱泵的特性。研究表明，CO2跨臨界循環(huán)不僅具有高的供熱系數(shù)，而且系統(tǒng)緊湊，產(chǎn)生的熱水溫度高，在工業(yè)和民用兩方面都具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?，與傳統(tǒng)的熱泵相比具有很強(qiáng)的競爭性[2]。早在1995年，日本CRIEPI、東京電力公司和DENSO公司的M.Ssikawa、K.Kusakari等人(2000就開始合作研究CO2熱泵系統(tǒng),開發(fā)家用以CO2為工質(zhì)的熱泵熱水器。通過對性能的計算、相關(guān)的理論分析，搭建原形試驗臺進(jìn)行試驗研究，得出CO2熱泵熱水器的年平均COP可以達(dá)到3。實現(xiàn)了CO2熱泵熱水器的商業(yè)化。CO2作為制冷劑，具有如下特點[7]：(1二氧化碳的消耗臭氧潛能值ODP=0(OzoneDepletionPotential,全球變暖潛能值GWP=1(GlobalWarmingPotential,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CFCS和HFCS,符合環(huán)保要求；(2單位容積制冷量大,設(shè)備緊湊；(3絕熱指數(shù)大,因此壓縮機(jī)排氣溫度較高,但符合制取較高溫度熱水的要求；(4臨界溫度低(31.1℃,因此循環(huán)一般在跨臨界狀態(tài)下運行,在放熱過程中較大的溫度滑移可以和變溫?zé)嵩摧^好的匹配。此外,二氧化碳無毒,不可燃,價格低廉,且粘度低,在較低流速狀態(tài)下呈現(xiàn)紊流狀態(tài),傳熱性能得到提高。表1-1示出了幾種制冷劑的熱物理性質(zhì)。表1-1幾種制冷劑的熱物理性質(zhì)[5]工質(zhì)名稱飽和狀態(tài)參數(shù)℃R744010HFC134a0CFC12010HCFC2201010壓力Mpa液體密度kg/m33.94928.14.5861.50.2931295.214.530.4151261.50.3091396.618.050.4231363.824.440.51281.521.20.681246.728.8蒸氣密度kg/m397.7135.121.30620.381液體比熱kJ/(kg.K蒸氣比熱kJ/(kg.K液體粘度μPa.S蒸氣粘度μPa.S液體導(dǎo)熱系數(shù)W/(m(μPa.S蒸氣導(dǎo)熱系數(shù)W/(m(μPa.S1.872.560.903350.5104.514.80.11130.020886.416.00.09930.0255310.950.09940.01210.9550.648247.9711.70.07830.08580.677231.1512.180.07460.09170.740.792.543.001.3440.9170.9301.171.2294.2111.420.0948217.811.40.100195.511.90.09470.01010.01310.095二氧化碳的臨界溫度很低，只有31.1℃，其熱泵循環(huán)的流程與普通的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)略有不同，采用的是跨臨界循環(huán)。此種循環(huán)不僅可避免受環(huán)境溫度冷卻截止溫度的影響，而且還可發(fā)揮出它作制冷工質(zhì)的其它有利因素。[12]其吸熱過程（蒸發(fā)、壓縮）在亞臨界條件下進(jìn)行，換熱主要依靠潛熱來完成；而冷凝過程則是在接近或超過臨界點的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，放熱依靠顯熱來完成是一個伴隨有較大溫度滑移的變溫過程。這正好可與水加熱時的溫升相匹配，自然可減少高壓側(cè)不可逆?zhèn)鳠嵋鸬哪芰繐p失。因此，這種特殊的洛倫茲循環(huán)，特別適合于家用熱水的加熱，可得到較高的熱泵效率。在CO2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)中，超臨界壓力區(qū)內(nèi)并無兩相區(qū)域存在，溫度和壓力間彼此獨立，為相互獨立的變數(shù)，則高壓側(cè)壓力對制冷劑焓值也有影響，高壓側(cè)壓力變化對制冷量、壓縮機(jī)功耗和COP值也會產(chǎn)生影響。因此能夠?qū)崿F(xiàn)滿足實際需要的多種控制策略。經(jīng)試驗研究分析可得，CO2跨臨界循環(huán)的高壓側(cè)存在著一個最優(yōu)的運行控制壓力，在該壓力下，循環(huán)的性能系數(shù)COP可達(dá)到最大。其主要特點有以下幾點：(1二氧化碳的ODP為零,GWP值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CFCS和HFCS,符合環(huán)保要求；(2單位容積制冷量大,設(shè)備緊湊；(3絕熱指數(shù)大,因此壓縮機(jī)排氣溫度較高,但符合制取較高溫度熱水的要求；(4臨界溫度低(31.1℃,因此循環(huán)一般在跨臨界狀態(tài)下運行。此外,二氧化碳無毒,不可燃,價格低廉,且粘度低,在較低流速狀態(tài)下呈現(xiàn)紊流狀態(tài),傳熱性能得到提高。在熱力學(xué)性能上，作為蒸汽壓縮制冷循環(huán)的工質(zhì)，二氧化碳具有一定的缺陷。但是，應(yīng)該注意的是，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，理論性能系數(shù)只與所實現(xiàn)的熱力過程有關(guān)，而與工作介質(zhì)的熱力性質(zhì)無關(guān)，只要兩個熱源的溫度確定以后，理想循環(huán)的COP就確定了，因此COP并不是工質(zhì)的內(nèi)在屬性。無論從環(huán)保的角度還是從節(jié)能角度來看，只要系統(tǒng)設(shè)計合理，CO2熱泵熱水器的COP絕對可以超越傳統(tǒng)工質(zhì)的熱泵熱水器系統(tǒng)。同時，將CO2熱泵與儲水箱組合也將是未來的發(fā)展趨勢之一。因為它可以利用夜間低谷電，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，并起到“削峰填谷”的作用。但由于CO2具有穿越臨界點的熱力特性，所以，目前CO2熱泵熱水器所面臨的問題主要在于繼續(xù)提高效率和不斷降低成本。因此在設(shè)計上還有許多有待突破、改進(jìn)的技術(shù)：（1）目前，熱泵熱水器使用的制冷劑主要有R22、R134a、R407c等，以55℃為冷凝溫度時，冷凝壓力分別為2.1753MPa、1.4917MPa、2.2153MPa。而CO2熱泵熱水器放熱過程的壓力達(dá)到9～10MPa，吸排氣壓差很大。由于其在高壓狀態(tài)下運行，因此必須考慮系統(tǒng)承受高壓性能、高壓保護(hù)、壓縮機(jī)的選擇、潤滑油的選擇等一系列問題。（2）在小管徑、高質(zhì)量流率的CO2工質(zhì)流動時，提高熱傳效率的研究。例如通過管排型式，對高效跨臨界循環(huán)熱交換器的設(shè)計開發(fā)等。（3）由于冷凝出口端與蒸發(fā)端的壓差大，因此，降低膨脹部分的損失，是解決效率的有效途徑.利用膨脹機(jī)的輸出功率驅(qū)動壓縮機(jī)完成壓縮過程，設(shè)計高效率的膨脹過程，就成了另一個重要的關(guān)鍵，需要突破的部分。（4）對高科技的電子感測與控制技術(shù)的研究，針對各種環(huán)境需求，進(jìn)行壓力與冷暖房能力的最優(yōu)匹配控制。（5）合理利用低品味能源或可再生能源并探討熱水供應(yīng)與其它供熱方式的耦合問題。（6）其他如對高壓系統(tǒng)動能特性的掌控，高壓負(fù)荷運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的振動噪音的防止，也是研究CO2壓縮機(jī)所需面臨的重要技術(shù)課題?？傊?隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以預(yù)見在不久的將來，CO2熱泵熱水器會在該市場領(lǐng)域中占據(jù)一定的市場份額，并獨領(lǐng)一方。1.2熱水器制熱原理在運行中，蒸發(fā)器從空氣的環(huán)境熱源中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)二氧化碳，工質(zhì)二氧化碳蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力和溫度都上升，高溫蒸汽通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給了儲水罐中的水，冷凝后的傳熱工質(zhì)二氧化碳通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)。在超臨界壓力下，二氧化碳具有比熱大、導(dǎo)熱系數(shù)高、動力粘度小的特點，這對流動和傳熱都是十分有利的。在實際制冷（熱）系統(tǒng)中，蒸發(fā)器不可避免地存在著壓力損失，這個壓力損失將使系統(tǒng)的平均蒸發(fā)溫度降低，從而降低系統(tǒng)的COP。低溫低壓制冷劑經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)節(jié)流降壓后，進(jìn)入空氣交換機(jī)中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q1；蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此時制冷劑中所蘊藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量Q1，一部分是輸入壓縮機(jī)中的電能在壓縮制冷劑時轉(zhuǎn)化成的熱量Q2；被壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將其所含熱量（Q1+Q2）釋放給進(jìn)入熱換熱器的冷水，冷水被加熱到65℃直接進(jìn)入保溫水箱儲存起來供用戶生活使用；放熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入膨脹節(jié)流機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓，如此不間斷進(jìn)行循環(huán)。圖1-1熱泵熱水器的工作原理二氧化碳跨臨界循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、氣體冷卻器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成，系統(tǒng)循環(huán)圖如圖1-1所示。循環(huán)原理與一般的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)略有不同，其循環(huán)的T-S圖如圖1-2所示。如圖1-2所示，2-1為壓縮過程，此時壓縮機(jī)的吸氣壓力低于臨界壓力，二氧化碳在壓縮機(jī)中被壓縮，壓力升至超臨界壓力；1-3為冷卻過程，換熱過程依靠二氧化碳的顯熱來完成，制冷劑在冷卻過程中處于超臨界狀態(tài)，無飽和狀態(tài)，二氧化碳始終處于氣態(tài)，并沒有發(fā)生相變，整個過程二氧化碳的溫度不斷變化，有較大的溫度滑移。因此高壓端換熱器不再稱為冷凝器，而稱為氣體冷卻器。在氣體冷卻器內(nèi)，冷卻介質(zhì)與二氧化碳工質(zhì)逆流進(jìn)行換熱，這種方式接近洛倫茲循環(huán)，不可逆損失小，壓縮機(jī)耗功小。工質(zhì)在冷卻過程中與在亞臨界狀態(tài)下完全不同，超臨界二氧化碳在氣體冷卻器中被冷卻介質(zhì)所冷卻，降溫減焓，放出熱量；3-4為節(jié)流過程，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流減壓，二氧化碳從超臨界壓力降到臨界壓力以下的蒸發(fā)壓力；4-2為蒸發(fā)過程，該換熱過程與一般的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)相同，在亞臨界狀態(tài)下利用二氧化碳的蒸發(fā)潛熱在蒸發(fā)器內(nèi)氣化吸熱。圖1-2CO2循環(huán)系統(tǒng)圖和T-S圖1.3方案論證從科學(xué)利用能源角度來說，使用電力、燃?xì)?、燃油等高品位能源來制熱水是極不合算的，并且在能源轉(zhuǎn)換過程中，由于熱損失的存在，使得制熱系數(shù)僅在0.5-0.7之間。另外，燃油燃?xì)忮仩t存在污染問題和漏油、漏氣等安全隱患，并且運行費用高、效率低、易結(jié)垢，需專人維護(hù)。而熱泵遵循逆卡諾循環(huán)的工作原理，是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)，通過消耗一部分高品位能量，把熱量從低溫（低品位）熱源轉(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗?，從而達(dá)到節(jié)約部分高品位能源（如煤、燃?xì)?、油、電能等）的目的，其輸出熱量包括高品位熱量和從低溫?zé)嵩粗形盏臒崃績刹糠帧臒崃W(xué)及工作原理上說，熱泵就是制冷機(jī)。熱泵不是熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備，而是熱量的搬運設(shè)備。在上個世紀(jì)初，科學(xué)家就提出了熱泵的工作原理，為人類使用低溫?zé)嵩粗赋隽朔较?，目前熱泵技術(shù)在世界上也有了很多方面的應(yīng)用，為改變?nèi)祟惖纳姝h(huán)境，節(jié)約高品位能源起到了重要的作用。二氧化碳熱泵熱水器是一種特定用途的熱泵，它吸收環(huán)境中的熱量，通過制冷循環(huán)，將熱量釋放給熱水器中的熱水，作為洗浴和其他生活熱水使用。由于二氧化碳是一種環(huán)境友好工質(zhì)，且具有優(yōu)良的傳熱和節(jié)能特性，所以近年來二氧化碳熱泵熱水器在國外，特別是日本發(fā)展迅速。二氧化碳熱泵熱水器從無論從節(jié)能還是環(huán)保兩方面均具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的熱泵熱水器（工質(zhì)為R22和R134a）制出的熱水溫度一般只能達(dá)到55℃，對于亞臨界循環(huán)，若要求更高的熱水溫度，則冷凝溫度趨近該工質(zhì)的臨界溫度，因此制冷系數(shù)下降。由于二氧化碳熱泵熱水器中，氣體冷卻器中存在較大的溫度滑移，能夠?qū)崿F(xiàn)和熱媒之間的良好的溫度匹配，且具有較小的換熱溫差，換熱效率高，并能獲得常規(guī)工質(zhì)的熱泵熱水機(jī)組所不能達(dá)到的90℃的熱水，即使在冬季室外環(huán)境溫度較低的情況下機(jī)組也能正常運行。往復(fù)式制冷壓縮機(jī)迄今還是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型，廣泛應(yīng)用于中、小型制冷裝置中，但由于往復(fù)式機(jī)器跟其他形式的機(jī)器相比，在可靠性、容積效率、壓力穩(wěn)定等性能方面都有所不及。所以，可以預(yù)料，除了在小冷量應(yīng)用場合，往復(fù)式壓縮機(jī)的市場份額已被其他形式的壓縮機(jī)占去了一部分。并且失去率還有擴(kuò)大的趨勢由于采取了計算機(jī)輔助設(shè)計的手段使壓縮機(jī)的設(shè)計、氣閥的改進(jìn)等方面更加合理，對其整體的性能的預(yù)料更加精確。目前：其性能系數(shù)約為2—2.5w/w（制冷）和2.9—3.4w/w（空調(diào)）。這類壓縮機(jī)如今廣泛應(yīng)用于家用電冰箱和空調(diào)器中，它從結(jié)構(gòu)上看主要是因為不需用吸氣閥而顯得可靠性更高。同樣的原因亦使它用于變速運行，在家用空調(diào)中其變速比可達(dá)10/1（從10~15HZ到100~150JZ），機(jī)器的零部件少，尺寸緊湊重量輕也是它的明顯優(yōu)點單缸的轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在很低的轉(zhuǎn)速不均勻度會增大，因而開發(fā)了雙缸機(jī)來克服這個缺點。轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的研究集中在降低能耗，采用替代工質(zhì)（如HFC—134a）采用新的潤滑油，電動機(jī)變速控制和降低噪音等方面，其性能系數(shù)可達(dá)2.9w/w（制冷）和3.4w/w（制熱）。目前,廣泛使用的滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)主要是小型全封閉式，通常有臥式和立式兩種，前者多見于冰箱，后者在空調(diào)器中常見。渦旋式空氣壓縮機(jī)是近年來開發(fā)出來的最新型的空氣壓縮機(jī)，它與傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、重量輕、噪音低，壽命長，輸氣平穩(wěn)連續(xù)，操作簡便，維護(hù)費用少等一系列優(yōu)異的技術(shù)性能，被行業(yè)內(nèi)譽(yù)為“無需維修空氣壓縮機(jī)”和“新革命空氣壓縮機(jī)”，是50HP以下空氣壓縮機(jī)理想機(jī)型。渦旋空氣壓縮機(jī)是由兩個雙函數(shù)方程型線的動、靜渦盤相互嚙合而成。在吸氣、壓縮、排氣工作過程中，靜盤固定在機(jī)架上，動盤由偏心軸驅(qū)動并由防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制約，圍繞靜盤基圓中心，作很小半徑的平面轉(zhuǎn)動。氣體通過空氣濾芯吸入靜盤的外圍，隨著偏心軸旋轉(zhuǎn)，氣體在動靜盤噬合所組合的若干個月牙形壓縮腔內(nèi)被逐步壓縮，然后由靜盤中心部件的軸向孔連續(xù)排出。渦旋空氣壓縮機(jī)的特點有：可靠性高渦旋式割據(jù)壓縮機(jī)的主機(jī)零件少，是活塞機(jī)數(shù)量的1/8，零件的大師減少是可靠性提高的關(guān)鍵要素；回轉(zhuǎn)半徑小，線速度僅為2m/s，因而磨損小,機(jī)械效率高，振動小；科學(xué)控制的整機(jī)系統(tǒng)更確保穩(wěn)定性的提高；噪音最低。因無吸、排氣閥和復(fù)雜的運動機(jī)構(gòu)而消除了閥片的敲擊聲和氣流的爆破聲，使噪音急劇降低。吸、排氣連續(xù)穩(wěn)定，每分鐘6000次以上，使氣流脈動極微小1臺20HP（15KW）的渦旋式空氣壓縮機(jī)只有62dBA的噪音，使其能在任何地方安裝使用，節(jié)省大量安裝費用，更符合環(huán)保要求能耗最低。因為吸氣增壓效應(yīng)和沒有余隙容積，故渦旋式空氣壓縮機(jī)的容積效率高達(dá)98%以上。因為若干個工作腔逐漸壓縮，故相鄰工作腔的壓差非常小，因此泄露自然極少。一個壓縮過程分幾次壓縮，熱效率高。無吸、排氣閥，故進(jìn)、排氣的阻力損失幾乎為零。無運動機(jī)構(gòu)的磨擦磨損，機(jī)械效率高，這是渦旋式壓縮機(jī)比其它空氣壓縮機(jī)大大節(jié)能的主要原因。例如：（1臺20HP15KW）的渦旋式空壓機(jī)一年工作6000小時，節(jié)省電費可達(dá)18000元；維護(hù)費用最低。主機(jī)零件少，易損件更少，大幅度減少了零件更換可能性。同時更換零配件周期長，使用方便，維護(hù)工作量少，維護(hù)費用低.特點的具體表現(xiàn)：極低的噪音，比任何空壓機(jī)噪音都低，可直接放置在生產(chǎn)車間內(nèi)，對工作者極小干擾，完全省略空壓機(jī)專用機(jī)房。歷為噪音低，所以可以隨意安放在您認(rèn)為方便的地方，無需為了隔離噪音而將空壓機(jī)放置在較遠(yuǎn)的建筑物內(nèi)，這樣省下的不僅僅是建筑費用及長距離的氣管安裝費用，更可以避免噪音困擾鄰居和自身，也可以隨企業(yè)的不斷發(fā)展而隨意方便地增加壓縮空氣的供應(yīng)。（當(dāng)然要注意避開熱源和灰塵等）。噪音范圍在48－62分貝；極低的保養(yǎng)費用－保養(yǎng)費用低于任何空壓機(jī)；由于渦旋空壓機(jī)本身無易損件、機(jī)組性能優(yōu)良，自動控制可靠，故用戶只需輕輕地清掃一下機(jī)體兩側(cè)的濾網(wǎng)，按規(guī)定定時更換機(jī)油和濾芯及空氣過濾器，油精分器。您就可以放心地使用渦旋空壓機(jī)了。不必像使用其它空壓機(jī)那樣，再為隨時可能發(fā)生的易損件更換而破費（這種花費累計下來是不少的），更避免了因故障停機(jī)造成的生產(chǎn)停滯而給您帶來的經(jīng)濟(jì)損失；極低的運行費用，是公認(rèn)的最高能效比的空壓機(jī)，每年可為您節(jié)省上萬元的電費。由于原理上的優(yōu)越性，使得渦旋空壓機(jī)比活塞、螺桿、滑片等傳統(tǒng)空壓機(jī)的效率都要高，電費是空壓機(jī)運行的最大費用，以一臺2立方/min機(jī)為例，一年運行4000到5000小時，渦旋空壓機(jī)可為您節(jié)約電費一萬余元；極低的含油量，空氣純度最高，機(jī)內(nèi)的潤滑油主要是為建立一層極薄的油膜和潤滑軸承，而不像螺桿機(jī)那樣主要是為了冷卻，而活塞機(jī)完全是在燒油。故需要注入的油很少，需要的油氣分離器，過濾芯負(fù)荷也很輕，輸出的壓縮空氣含油量自然極低。極高的可靠性－號稱是無需維修的空氣壓縮機(jī)主機(jī)零部件少，結(jié)構(gòu)新穎，吸送氣平穩(wěn)，故整機(jī)振動極小，動靜渦盤相互不接觸，整機(jī)無易損件，因此無需維修的概念具有充足的理由。螺桿式空氣壓縮機(jī)的概述：螺桿式空氣壓縮機(jī)是噴油單級雙螺桿壓縮機(jī)，采用高效帶輪(或軸器傳動，帶動主機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行空氣壓縮，噴油對主機(jī)壓縮腔進(jìn)行冷卻和潤滑，壓縮腔排出的空氣和油混合氣體經(jīng)過粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來，最后得到潔凈的壓縮空氣。雙螺桿空氣壓縮機(jī)具有優(yōu)良的可靠性能，機(jī)組重量輕、震動小、噪聲低、操作方便、易損件少、運行效率高是其最大的優(yōu)點。壓縮機(jī)主機(jī)工作原理：螺桿式空氣壓縮機(jī)的核心部件是壓縮機(jī)主機(jī)，是容積式壓縮機(jī)中的一種，空氣的壓縮是靠裝置于機(jī)殼內(nèi)互相平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子的齒槽之容積變化而達(dá)到。轉(zhuǎn)子副在與它精密配合的機(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)動使轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著轉(zhuǎn)子軸線，由吸入側(cè)推向排出側(cè),完成吸入、壓縮、排氣三個工作過程。因此，雙螺桿轉(zhuǎn)子的型線技術(shù)決定著螺桿式空氣壓縮機(jī)產(chǎn)品定位的檔次。雙螺桿空壓機(jī)的工作流程：空氣通過進(jìn)氣過濾器將大氣中的灰塵或雜質(zhì)濾除后，由進(jìn)氣控制閥進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，經(jīng)壓縮后的混合氣體從壓縮腔排入油氣分離罐，此時壓縮排出的含油氣體通過碰撞、攔截、重力作用，絕大部份的油介質(zhì)被分離下來，然后進(jìn)入油氣精分離器進(jìn)行二次分離，得到含油量很少的壓縮空氣，當(dāng)空氣被壓縮到規(guī)定的壓力值時，最小壓力閥開啟，排出壓縮空氣到冷卻器進(jìn)行冷卻，最后送入使用系統(tǒng)。在蒸汽壓縮式制冷和熱泵系統(tǒng)中，各種類型的制冷壓縮機(jī)是決定系統(tǒng)能力大小的關(guān)鍵部件，對系統(tǒng)的運行性能、噪聲、振動、維護(hù)和使用壽命等有著直接的影響．離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造與工作原理：離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造和工作原理與離心式鼓風(fēng)機(jī)極為相似。但它的工作原理與活塞式壓縮機(jī)有根本的區(qū)別，它不是利用汽缸容積減小的方式來提高汽體的壓力，而是依靠動能的變化來提高汽體壓力。離心式壓縮機(jī)具有帶葉片的工作輪，當(dāng)工作輪轉(zhuǎn)動時，葉片就帶動汽體運動或者使汽體得到動能，然后使部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能從而提高汽體的壓力。這種壓縮機(jī)由于它工作時不斷地將制冷劑蒸汽吸入，又不斷地沿半徑方向被甩出去，所以稱這種型式的壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)。其中根據(jù)壓縮機(jī)中安裝的工作輪數(shù)量的多少，分為單級式和多級式。如果只有一個工作輪，就稱為單級離心式壓縮機(jī)，如果由幾個工作輪串聯(lián)而組成，就稱為多級離心式壓縮機(jī)。在空調(diào)中，由于壓力增高較少，所以一般都是采用單級，其它方面所用的離心式制冷壓縮機(jī)大都是多級的。單級離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造主要由工作輪、擴(kuò)壓器和蝸殼等所組成，壓縮機(jī)工作時制冷劑蒸汽由吸汽口軸向進(jìn)入吸汽室，并在吸汽室的導(dǎo)流作用引導(dǎo)由蒸發(fā)器(或中間冷卻器來的制冷劑蒸汽均勻地進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的工作輪3(工作輪也稱葉輪，它是離心式制冷壓縮機(jī)的重要部件，因為只有通過工作輪才能將能量傳給汽體。汽體在葉片作用下，一邊跟著工作輪作高速旋轉(zhuǎn)，一邊由于受離心力的作用，在葉片槽道中作擴(kuò)壓流動，從而使汽體的壓力和速度都得到提高。由工作輪出來的汽體再進(jìn)入截面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器4(因為汽體從工作輪流出時具有較高的流速，擴(kuò)壓器便把動能部分地轉(zhuǎn)化為壓力能，從而提高汽體的壓力。汽體流過擴(kuò)壓器時速度減小，而壓力則進(jìn)一步提高。經(jīng)擴(kuò)壓器后汽體匯集到蝸殼中，再經(jīng)排氣口引導(dǎo)至中間冷卻器或冷凝器中。離心式制冷壓縮機(jī)的特點與特性：離心式制冷壓縮機(jī)與活塞式制冷壓縮機(jī)相比較，具有下列優(yōu)點：單機(jī)制冷量大，在制冷量相同時它的體積小，占地面積少，重量較活塞式輕5～8倍；由于它沒有汽閥活塞環(huán)等易損部件，又沒有曲柄連桿機(jī)構(gòu)，因而工作可靠、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、操作簡單、維護(hù)費用低；工作輪和機(jī)殼之間沒有摩擦，無需潤滑。故制冷劑蒸汽與潤滑油不接觸，從而提高了蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能；能經(jīng)濟(jì)方便的調(diào)節(jié)制冷量且調(diào)節(jié)的范圍較大；對制冷劑的適應(yīng)性差，一臺結(jié)構(gòu)一定的離心式制冷壓縮機(jī)只能適應(yīng)一種制冷劑；離心式壓縮機(jī)在大冷量范圍內(nèi)（大于1500kw）仍保持優(yōu)勢，這主要是受益于在這個冷量范圍內(nèi)，它具有無可比擬的系統(tǒng)總效率。離心式壓縮機(jī)的運動零件少而簡單，且其制造精度要比螺桿式壓縮機(jī)低的多，這些都帶來制造費用相對低且可靠的特點。此外，大型離心式壓縮機(jī)如應(yīng)用在工作壓力變化范圍狹小的場合中，可以避開由喘振所帶來的問題，在不久的將來，總體和部分負(fù)荷（Integratedpartlodevalue）將愈來愈被重視，從而要求離心式壓縮機(jī)要在較寬廣的應(yīng)用工況中工作效率高。但是，相對來講，離心式壓縮機(jī)的發(fā)展近來有所緩慢，因為受到螺桿式壓縮機(jī)和吸收式制冷機(jī)的挑戰(zhàn)，離心式壓縮機(jī)自1993年就開始根據(jù)CFCS替代的需要進(jìn)行著重新的設(shè)計，以使其熱力和氣動力性能得到更好的改善。因而已有很多離心式壓縮機(jī)的工質(zhì)替代轉(zhuǎn)向從HCFC—22置換為HFC—134方面，其制冷量范圍為90~1250kw。從以上分析可知：就性能來講，渦旋式最好，滾動轉(zhuǎn)子式次之，往復(fù)式最差；就成本價格而言，相同制冷能力的壓縮機(jī)，渦旋式＞滾動轉(zhuǎn)子式＞往復(fù)式；據(jù)目前的條件，設(shè)計中采用滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)；隨著壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展，渦旋式壓縮機(jī)有成為首選的趨勢。因此，本系統(tǒng)選擇渦旋式壓縮機(jī)。冷凝器是制冷裝置的主要換熱設(shè)備之一。它的任務(wù)是將壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，通過其向環(huán)境放出熱量而冷卻、冷凝成為飽和液體甚至過冷液體。冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式和淋水式四類（1）水冷式冷凝器：水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。冷卻水一般循環(huán)使用，但系統(tǒng)中需設(shè)有冷卻塔或涼水池。水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼管式冷凝器和套管式冷凝器兩種，常見的是殼管式冷凝器：立式殼管式冷凝器，立式冷凝器的主要特點是：由于冷卻流量大流速高，故傳熱系數(shù)較高，一般K=600～700(kcal/m2·h·℃。垂直安裝占地面積小，且可以安裝在室外。冷卻水直通流動且流速大，故對水質(zhì)要求不高，一般水源都可以作為冷卻水。管內(nèi)水垢易清除，且不必停止制冷系統(tǒng)工作。但因立式冷凝器中的冷卻水溫升一般只有2～4℃，對數(shù)平均溫差一般在5～6℃左右，故耗水量較大。且由于設(shè)備置于空氣中，管子易被腐蝕，泄漏時比易被發(fā)現(xiàn)。（2）臥式殼管式冷凝器：它與立式冷凝器有相類似的殼體結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于殼體的水平安放和水的多路流動。臥式冷凝器不僅廣泛地用于氨制冷系統(tǒng)，也可以用于氟利昂制冷系統(tǒng)，但其結(jié)構(gòu)略有不同。氨臥式冷凝器的冷卻管采用光滑無縫鋼管，而氟利昂臥式冷凝器的冷卻管一般采用低肋銅管。這是由于氟利昂放熱系數(shù)較低的緣故。值得注意的是，有的氟利昂制冷機(jī)組一般不設(shè)貯液筒，只采用冷凝器底部少設(shè)幾排管子，兼作貯液筒用。（3）套管式冷凝器：制冷劑的蒸氣從上方進(jìn)入內(nèi)外管之間的空腔，在內(nèi)管外表面上冷凝，液體在外管底部依次下流，從下端流入貯液器中。冷卻水從冷凝器的下方進(jìn)入，依次經(jīng)過各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式。這種冷凝器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，且因系單管冷凝，介質(zhì)流動方向相反，故傳熱效果好，當(dāng)水流速為1～2m/s時傳熱系數(shù)可達(dá)800kcal/(m2·h·℃。其缺點是金屬消耗量大，而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外緊湊性差，清洗困難，并需大量連接彎頭。因此，這種冷凝器在氨制冷裝置中已很少應(yīng)用。對于小型氟利昂空調(diào)機(jī)組仍廣泛使用套管式冷凝器。（4）空氣冷卻式冷凝器：空氣冷卻式冷凝器是以空氣作為冷卻介質(zhì)，靠空氣的溫升帶走冷凝熱量的。這種冷凝器適用于極度缺水或無法供水的場合，常見于小型氟利昂制冷機(jī)組。根據(jù)空氣流動方式不同，可分為自然對流式和強(qiáng)迫對流式兩種?？諝庾杂蛇\動的空冷冷凝器：該冷凝器利用空氣在管外的自由運動是吸收制冷劑放出的熱量后，密度發(fā)生變化引起空氣的自由流動而不斷帶走制冷劑放出的熱量。它不需要風(fēng)機(jī)，沒有噪聲，多用于小型制冷裝置。目前應(yīng)用非常普遍的是絲管式結(jié)構(gòu)的空氣自由流動式冷凝器。空氣強(qiáng)迫流動的空氣冷卻式冷凝器：它有一組帶有肋片的蛇管組成。制冷劑蒸氣從上部集管進(jìn)入蛇管，其管外肋片用于強(qiáng)化空氣側(cè)換熱，補(bǔ)償空氣側(cè)換熱系數(shù)過底的缺陷。由低噪聲軸式通風(fēng)機(jī)迫使空氣流過肋片間隙，通過肋片及管外壁和管內(nèi)制冷劑交換熱量，將其變成液體。此裝置適用于中、小型氟利昂制冷裝置。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效果好、制造簡單等優(yōu)點。（5）蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器的換熱主要是靠冷卻水在空氣中蒸發(fā)吸收氣化潛熱而進(jìn)行的。按空氣流動方式可分為吸入式和壓送式。蒸發(fā)式冷凝器由冷卻管組、給水設(shè)備、通風(fēng)機(jī)、擋水板和箱體等部分組成。冷卻管組為無縫鋼管彎制成的蛇形盤管組，裝在薄鋼板制成的長方形箱體內(nèi)。箱體的兩側(cè)或頂部設(shè)有通風(fēng)機(jī)，箱體底部兼作冷卻水循環(huán)水池。蒸發(fā)式與殼管式冷凝器的并聯(lián)。（6）淋水式冷凝器淋水式冷凝器的主要優(yōu)點為：1、結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；2、漏氨時容易發(fā)現(xiàn)，維修方便；3、清洗方便；4、對水質(zhì)要求低。其主要缺點是：1、傳熱系數(shù)低；2、金屬消耗量高；3、占地面積大。淋水式冷凝器是靠水的溫升和水在空氣中蒸發(fā)帶走冷凝熱量。這種冷凝器主要用于大、中型氨制冷系統(tǒng)中。它可以露天安裝，也可安裝在冷卻塔的下方，但應(yīng)避免陽光直射。綜上所述，由于和上邊一樣的原因，套管式冷凝器具有該冷凝器結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，傳熱特性好等優(yōu)點。又本系統(tǒng)的換熱面積較小，綜上所述，根據(jù)本裝置所特有的低溫、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、傳熱系數(shù)較小等特點，可選定采用套管式蒸發(fā)器，由于長度較長，可將其盤成盤管式，以減少體積。根據(jù)被冷卻介質(zhì)的種類不同，蒸發(fā)器可分為兩大類：冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器。用于冷卻液體載冷劑——水、鹽水或乙二醇水溶液等。這類蒸發(fā)器常用的有臥式蒸發(fā)器、立管式蒸發(fā)器和螺旋管式蒸發(fā)器等；冷卻空氣的蒸發(fā)器。這類蒸發(fā)器有冷卻排管和冷風(fēng)機(jī)。其與臥式殼管式冷凝器的結(jié)構(gòu)基本相似。按供液方式可分為殼管式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。臥式殼管式蒸發(fā)器廣泛使用于閉式鹽水循環(huán)系統(tǒng),其主要特點是：結(jié)構(gòu)緊湊，液體與傳熱表面接觸好，傳熱系數(shù)高。但是它需要充入大量制冷劑，液柱對蒸發(fā)溫度將會有一定的影響。且當(dāng)鹽水濃度降低或鹽水泵因故停機(jī)時，鹽水在管內(nèi)有被凍結(jié)的可能。若制冷劑為氟利昂，則氟利昂內(nèi)溶解的潤滑油很難返回壓縮機(jī)。此外清洗時需停止工作。主要區(qū)別在于：制冷劑在管內(nèi)流動,而載冷劑在管外流動。節(jié)流后的氟利昂液體從一側(cè)端蓋的下部進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)過幾個流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內(nèi)隨著流動而不斷蒸發(fā)，所以壁面有一部分為蒸氣所占有，因此，它的傳熱效果不如滿液式。但是它無液柱對蒸發(fā)溫度的影響，且由于氟利昂流速較高(≥4m/s，則回油較好。此外，由于管外充入的是大量的載冷劑，從而減緩了凍結(jié)的危險。這種蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的充注量只需滿液式的1/2～l/3或更少，故稱之為“干式蒸發(fā)器”。干式蒸發(fā)器式一種制冷劑液體在傳熱管內(nèi)能夠完全汽化的蒸發(fā)器.器傳熱管外側(cè)的被冷卻介質(zhì)式載冷劑或空氣,制冷劑則在管內(nèi)吸熱蒸發(fā),器流量約為傳熱管內(nèi)容積的百分之二十到三十.增加制冷劑的質(zhì)量流量,可增加制冷劑液體在管內(nèi)的濕潤面積.同時其進(jìn)出口處的壓差歲流動阻力增大而增加,以致使制冷系數(shù)降低.干式蒸發(fā)器按其被冷卻介質(zhì)的不同分為冷卻液體介質(zhì)型和冷卻空氣介質(zhì)型兩類.而冷卻空氣的干式蒸發(fā)器又可分為冷卻自由運動空氣的蒸發(fā)器和冷卻強(qiáng)制流動空氣的蒸發(fā)器.自由運動型一般被制成光管蛇形管管組，通常稱作冷卻排管，一般用于冷藏庫和低溫的實驗裝置中。強(qiáng)制對流型則是在自由型的管外設(shè)置肋片以提高傳熱系數(shù)。其多用于空氣調(diào)節(jié)裝置和大型冷藏庫以及大型低溫實驗環(huán)境場合。立管式和螺旋管式蒸發(fā)器的共同點是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，整個蒸發(fā)器管組沉浸在盛滿載冷劑的箱體內(nèi)(或池、槽內(nèi)，為了保證載冷劑在箱內(nèi)以一定速度循環(huán)，箱內(nèi)焊有縱向隔板和裝有螺旋攪拌器。載冷劑流速一般為0.3～0.7m/s，以增強(qiáng)傳熱。這兩種蒸發(fā)器只能用于開式循環(huán)系統(tǒng)，故載冷劑必須是非揮發(fā)性物質(zhì)，常用的是鹽水和水等。如用鹽水，蒸發(fā)器管子易被氧化，且鹽水易吸潮而使?jié)舛冉档?。這兩種蒸發(fā)器可以直接觀察載冷劑的流動情況，廣泛用于以氨為制冷劑的鹽水制冷系統(tǒng)。這種蒸發(fā)器中,制冷劑在其管內(nèi)反復(fù)循環(huán)吸熱蒸發(fā)直至完全汽化,故稱做循環(huán)式蒸發(fā)器.循環(huán)式蒸發(fā)器多應(yīng)用于大型的液泵供液和重力供液冷庫系統(tǒng)或低溫環(huán)境試驗裝置.冷卻排管是用來冷卻空氣的一種蒸發(fā)器。廣泛應(yīng)用于低溫冷藏庫中，制冷劑在冷卻排管內(nèi)流動并蒸發(fā)，管外作為傳熱介質(zhì)的被冷卻空氣作自然對流。冷卻排管最大的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，對庫房內(nèi)貯存的非包裝食品造成的干耗較少。但排管的傳熱系數(shù)較低，且融霜時操作困難，不利于實現(xiàn)自動化。對于氨直接冷卻系統(tǒng)用無縫鋼管焊制，采用光管或繞制翅片管；對于氟利昂系統(tǒng)，大都采用繞片或套片式銅管翅片管組。蛇管式排管：蛇管式頂管重力供液或氨泵供液均可；單排和雙排蛇管式墻排管可用于下進(jìn)上出式的氨泵供液系統(tǒng)及重力供液系統(tǒng)，對單根蛇管式排管還可用于氨泵上進(jìn)下出供液系統(tǒng)和熱力膨脹閥供液系統(tǒng)。蛇管式排管的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，存液量較小，適用性強(qiáng)。其主要缺點為排管下段產(chǎn)生的蒸氣不能及時引出，必須經(jīng)過排管的全長后才能排出，故傳熱系數(shù)小，汽液二相流動阻力大；U形排管，常用的U形排管由兩層或四層光滑無縫鋼管構(gòu)成，U形頂排管優(yōu)點是結(jié)霜比較均勻，制作和安裝較方便，充液量小，約占其容積的50％，適用重力供液系統(tǒng)和氨泵下進(jìn)上出氨制冷系統(tǒng)，在冷庫中獲得較廣泛的應(yīng)用。但其占據(jù)庫房的有效空間較多，且上層排管不易除霜。冷風(fēng)機(jī)多是由軸流式風(fēng)機(jī)與冷卻排管等組成的一臺成套設(shè)備。它依靠風(fēng)機(jī)強(qiáng)制庫房內(nèi)的空氣流經(jīng)箱體內(nèi)的冷卻排管進(jìn)行熱交換，使空氣冷卻，從而達(dá)到降低庫溫的目的。冷風(fēng)機(jī)按冷卻空氣所采用的方式可分為干式、濕式和干濕混合式三種。其中，制冷劑或載冷劑在排管內(nèi)流動，通過管壁冷卻管外空氣的稱為干式冷風(fēng)機(jī)；以噴淋的載冷劑液體直接和空氣進(jìn)行熱交換的，稱為濕式冷風(fēng)機(jī)；混合式冷風(fēng)機(jī)除冷卻排管外，還有載冷劑的噴淋裝置。下面介紹目前冷庫廣泛使用的干式冷風(fēng)機(jī)。冷庫常用的干式冷風(fēng)機(jī)按其安裝的位置又可分為吊頂式和落地式兩種類型。它們都由空氣冷卻排管，通風(fēng)機(jī)及除霜裝置組成，且冷風(fēng)機(jī)內(nèi)的冷卻排管都是套片式的。大型干式冷風(fēng)機(jī)常為落地式。綜上所述,選擇翅片管式換熱器作為熱水器的蒸發(fā)器.制冷劑是制冷機(jī)中的工作介質(zhì)，稱為制冷劑或制冷工質(zhì)，它在制冷系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)流動，制冷劑在循環(huán)流動中，通過自己的熱力狀態(tài)的變化與外界發(fā)生能量交換，從而實現(xiàn)制取冷量的目的。制冷劑的選擇應(yīng)該具備安全、可靠、易得、價廉。具體如下：（1）臨界溫度較高，在常溫或制冷溫度下能夠液化。（2）在蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)制冷劑的壓力要適中。即要求在蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的壓力最好和大氣壓力相近并稍高于大氣壓力。而在冷凝器中制冷劑的壓力不應(yīng)過高，這樣能減少制冷設(shè)備承受的壓力，同時可降低對冷凝器密封性的要求，從而減少金屬消耗量和降低制冷劑滲透的可能性。（3）單位容積制冷量要大。對于一臺壓縮機(jī)在一定的工況下，如果所用的制冷劑的單位容積制冷量大，則其制冷量也就大；而要求產(chǎn)生同樣的制冷量時，若制冷劑的單位容積制冷量大，其制冷劑的循環(huán)量就小，所以其壓縮機(jī)和系統(tǒng)的尺寸就可以大大減小。（4）凝固溫度要低。以避免制冷劑在蒸發(fā)溫度下凝固。（5）粘度和密度要小，以保證制冷劑在系統(tǒng)中的流動阻力損失小。（6）導(dǎo)熱系數(shù)要高，可以提高各個換熱器制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)。（7）與潤滑油的溶解性要與所要求的相適應(yīng)。（8）等熵指數(shù)要小，可使壓縮過程耗功減小，壓縮終了時氣體的溫度不致過高。（9）液體比熱容小，可使節(jié)流過程損失減小。（10）不燃燒，不爆炸，無毒，對金屬不起腐蝕作用，與潤滑油不起化學(xué)作用，高溫下不分解，對人體無毒害。（11）價格便宜，便于獲得。此外，還要根據(jù)系統(tǒng)中各個部分的要求來選擇制冷劑。又由于CFCs類會破壞臭氧層，引起溫室效應(yīng)。所以用HCFC類。具體用R22作為制冷劑。制冷劑液體膨脹具有以下特點:（1）液體通過膨脹后,溫度必然降低.其膨脹過程的壓差越大,則溫度降低液越大.而且溫差同過程無關(guān).其原因在于兩相區(qū)內(nèi)飽和溫度與飽和壓力呈對應(yīng)關(guān)系。（2）膨脹過程具有盡可能大的比體積比,且隨壓比的增大而增大.從而使比體積有限的膨脹機(jī)難以實現(xiàn)。（3）膨脹過程的等熵焓降很小(可利用的膨脹功很小,不加以利用損失也不會很大.因此在制冷裝置中均采用小孔或管道節(jié)流機(jī)構(gòu),來實現(xiàn)液體制冷劑的膨脹制冷。節(jié)流是壓縮式制冷循環(huán)不可缺少的四個主要過程之一。制冷裝置的節(jié)流機(jī)構(gòu)在實現(xiàn)制冷劑液體膨脹過程的同時,還具有以下兩方面的作用:一是將制冷機(jī)的高壓部分和低壓部分隔開,防止高壓蒸氣串流到蒸發(fā)器中:二是對蒸發(fā)器的供液量進(jìn)行控制,使其中保持適量的液體,使蒸發(fā)器的換熱面積全面發(fā)揮作用.因其激流機(jī)構(gòu)無外功輸出,即無效率的概念可言.一般僅根據(jù)上述兩方面的功能來判斷其特性.常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有手動膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥以及阻流式膨脹閥(毛細(xì)管等。它們的基本原理都是使高壓液態(tài)制冷劑受迫流過一個小過流截面，產(chǎn)生合適的局部阻力損失(或沿程損失，使制冷劑壓力驟降，與此同時一部分液態(tài)制冷劑汽化，吸收潛熱，使節(jié)流后的制冷劑成為低壓低溫狀態(tài)。（1）手動節(jié)流閥手動膨脹閥和普通的截止閥在結(jié)構(gòu)上的不同之處主要是閥芯的結(jié)構(gòu)與閥桿的螺紋形式。通常截止閥的閥芯為一平頭，閥桿為普通螺紋，所以它只能控制管路的通斷和粗略地調(diào)節(jié)流量，難以調(diào)整在一個適當(dāng)?shù)倪^流截面積上以產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)墓?jié)流作用。而節(jié)流閥的閥芯為針型錐體或帶缺口的錐體，閥桿為細(xì)牙螺紋，所以當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪時，閥芯移動的距離不大，過流截面積可以較準(zhǔn)確、方便地調(diào)整。節(jié)流閥的開啟度的大小是根據(jù)蒸發(fā)器負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，通常開啟度為手輪的1/8至1/4周，不能超過一周。否則，開啟度過大，會失去膨脹作用。因此它不能隨蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變動而靈敏地自動適應(yīng)調(diào)節(jié)，幾乎全憑經(jīng)驗結(jié)合系統(tǒng)中的反應(yīng)進(jìn)行手工操作。目前它只裝設(shè)于氨制冷裝置中，在氟利昂制冷裝置中，廣泛使用熱力膨脹閥進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。（2）浮球節(jié)流閥①浮球節(jié)流閥的工作原理浮球節(jié)流閥是一種自動調(diào)節(jié)的節(jié)流閥。其工作原理是利用一鋼制浮球為啟閉閥門的動力，靠浮球隨液面高低在浮球室中升降，控制一小閥門開啟度的大小變化而自動調(diào)節(jié)供液量，同時起節(jié)流作用的。當(dāng)容器內(nèi)液面降低時，浮球下降，節(jié)流孔自行開大，供液量增加；反之，當(dāng)容器內(nèi)液面上升時，浮球上升，節(jié)流孔自行關(guān)小，供液量減少。待液面升至規(guī)定高度時，節(jié)流孔被關(guān)閉，保證容器不會發(fā)生超液或缺液的現(xiàn)象。②浮球節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)型式與安裝要求浮球節(jié)流閥是用于具有自由液面的蒸發(fā)器，液體分離器和中間冷卻器供液量的自動調(diào)節(jié)。在氨制冷系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是一種低壓浮球閥。低壓浮球閥按液體在其中流通的方式，有直通式和非直通式兩種，如圖6—14所示。直通浮球節(jié)流閥的特點是，進(jìn)入容器的全部液體制冷劑首先通過閥孔進(jìn)入浮球室，然后再進(jìn)入容器。因此，結(jié)構(gòu)和安裝比較簡單，但浮球室的液面波動大。非直通式浮球節(jié)流閥的特點是，閥座裝在浮球室外，經(jīng)節(jié)流后的制冷劑不需要通過浮球室而沿管道直接進(jìn)入容器。因此，浮球室的液面較平穩(wěn)，但其結(jié)構(gòu)與安裝均較復(fù)雜。目前我國冷凍機(jī)廠生產(chǎn)的浮球節(jié)流閥都是這種非直通式的。這種浮球節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)是由殼體、浮球、杠桿、閥座、平衡管、閥芯和蓋等組成。浮球節(jié)流閥在安裝時的要求是浮球室的氣體平衡管應(yīng)接在筒身上，而不應(yīng)接在液體分離器的吸氣管上。液體平衡管不應(yīng)接在液體分離器與蒸發(fā)器之間的供液管上，也不應(yīng)接在低壓循環(huán)貯液筒的氨泵吸液管上，以免浮球室內(nèi)液面波動過大。蒸發(fā)器中的液體往往呈氣泡沸騰狀態(tài)，致使氣液混合物的密度顯著降低，造成蒸發(fā)器中的實際液面要高于浮球室的液面，因此將浮球節(jié)流閥安裝到蒸發(fā)器上時，最好把浮球節(jié)流閥適當(dāng)降低一些。浮球節(jié)流閥的管路系統(tǒng)中一般應(yīng)裝置液體過濾器(采用250孔／cm2的鋼絲網(wǎng)，以保證進(jìn)入浮球閥內(nèi)的液體無雜質(zhì)，避免閥門堵塞。此外還要裝設(shè)旁路手動節(jié)流閥，以便在浮球節(jié)流閥發(fā)生故障或清洗過濾器時仍可繼續(xù)供液。（3）熱力膨脹閥熱力膨脹閥是氟利昂制冷裝置中根據(jù)吸入蒸氣的過熱程度來調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑量，同時將液體由冷凝壓力節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力的。熱力膨脹閥的型式很多，但在結(jié)構(gòu)上大致相同。按膨脹閥中感應(yīng)機(jī)構(gòu)動力室中傳力零件的結(jié)構(gòu)不同，可分為薄膜式和波紋管式兩種；按使用條件不同，又可分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。目前常用的小型氟利昂熱力膨脹閥多為薄膜式內(nèi)平衡熱力膨脹閥。內(nèi)平衡式熱力膨脹閥：內(nèi)平衡式熱力膨脹閥一般都由閥體、閥座、閥針、調(diào)節(jié)桿座、調(diào)節(jié)桿、彈簧、過濾器、傳動桿、感溫包、毛細(xì)管、氣箱蓋和感應(yīng)薄膜等組成。感溫包里灌注氟利昂或其它易揮發(fā)的液體，把它緊固在蒸發(fā)器出口的回氣管上，用以感受回氣的溫度變化；毛細(xì)管是用直徑很細(xì)的銅管制成，其作用是將感溫包內(nèi)由于溫度的變化而造成的壓力變化傳遞到動力室的波紋薄膜上去。波紋薄膜是由很薄的(0.1～0.2mm合金片沖壓而成，斷面呈波浪形，能有2～3mm的位移變形。波紋薄膜由于動力室中壓力的變化而產(chǎn)生的位移通過其下方的傳動桿傳遞到閥針上，使閥針隨著傳動桿的上下移動而一起移動，以控制閥孔的開啟度。調(diào)節(jié)桿的作用是在系統(tǒng)調(diào)試運轉(zhuǎn)中，用以調(diào)整彈簧的壓緊程度來調(diào)整膨脹閥的開啟過熱度的，系統(tǒng)正常工作后不可隨意調(diào)節(jié)且應(yīng)擰上調(diào)節(jié)桿座上的帽罩，以防止制冷劑從填料處泄漏。過濾網(wǎng)安裝在膨脹閥的進(jìn)液端，用以過濾制冷劑中的異物，防止閥孔堵塞。至于其工作原理，我們首先分析一下熱力膨脹閥工作時波紋薄膜的受力情況。由圖6—15b可知，金屬波紋薄膜受有三種力的作用，在膜片的上方，為感溫包中液體(與其感受到的溫度相對應(yīng)的的飽和壓力P對膜片產(chǎn)生的向下推力P，在膜片的下方，受閥座后面與蒸發(fā)器相通的低壓液體對膜片產(chǎn)生一個向上的推力P0(制冷劑的蒸發(fā)壓力和彈簧的張力W的作用。此外還有活動零件之間的摩擦力等因素構(gòu)成的作用力，因為其值甚小，在分析時可以忽略不計。由以上分析可知，當(dāng)三力處于平衡狀態(tài)，即滿足P=P0+W時，膜片不動，則閥口處于一定的開啟度。而當(dāng)其中任何一個力發(fā)生變化時，就會破壞原有的平衡，則閥口的開啟度也就隨之發(fā)生變化，直到建立新的平衡為止。當(dāng)外界情況改變，如由于供液不足或熱負(fù)荷增大，引起蒸發(fā)器的回氣過熱度增大時，則感溫包感受到的溫度也升高，飽和壓力P也就增大，因此形成：P＞P0+W，這樣就會導(dǎo)至膜片下移，使閥口開啟度增大，制冷劑的流量也就增大，直至供液量與蒸發(fā)量相等時達(dá)到另一平衡。反之，若由于供液過多或熱負(fù)荷減少，引起蒸發(fā)器的回氣過熱度減小，使感溫包感受到的溫度也降低時，則飽和壓力P也就減小，因此形成：P＜P0+W，這樣就會導(dǎo)至膜片上移，使閥口開啟度減小，制冷劑的供液量也就減少，直至與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷相匹配為此。熱力膨脹閥的工作原理就是利用與回氣過熱度相關(guān)的P力的變化來調(diào)節(jié)閥口的開啟度的，從而控制制冷劑的流量，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。另外，從上述關(guān)系也可看出，調(diào)節(jié)不同的彈簧張力W，便能獲得使閥口開啟的不同過熱度。與調(diào)定的彈簧張力W相對應(yīng)的制冷劑的過熱度稱為靜裝配過熱度(又稱關(guān)閉過熱度。一般希望蒸發(fā)器的過熱度維持在3～5℃的范圍內(nèi)。外平衡式熱力膨脹閥：外平衡熱力膨脹閥與內(nèi)平衡熱力膨脹閥在結(jié)構(gòu)上略有不同，其不同處是感應(yīng)薄膜下部空間與膨脹閥出口互不相通，而且通過一根小口徑的平衡管與蒸發(fā)器出口相連。換句話說，外平衡熱力膨脹閥膜片下部的制冷劑壓力不是閥門節(jié)流后的蒸發(fā)壓力，而是蒸發(fā)器出口處的制冷劑壓力。這樣可以避免蒸發(fā)器阻力損失較大時的影響，把過熱度控制在一定的范圍內(nèi)，使蒸發(fā)器傳熱面積充分利用。內(nèi)、外平衡式熱力膨脹閥工作原理完全相同，只是適用的條件不同，如果蒸發(fā)器中制冷劑的壓力損失較大，使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥時，就會造成蒸發(fā)器供液量不足，出口處氣態(tài)制冷劑的過熱度增大。也就使蒸發(fā)器的傳熱面積的利用率降低，制冷量相應(yīng)減小，所以在實際應(yīng)用中，蒸發(fā)器壓力損失較小時，一般使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，而壓力損失較大時(當(dāng)膨脹閥出口至蒸發(fā)器出口制冷劑的壓力降相應(yīng)的蒸發(fā)溫度降低超過2～3℃時，應(yīng)采用外平衡式熱力膨脹閥。安裝熱力膨脹閥時應(yīng)注意的問題：首先應(yīng)檢查膨脹閥是否完好，特別注意檢查感溫動力機(jī)構(gòu)是否泄漏；膨脹閥應(yīng)正立式安裝，不允許倒置；感溫包安裝在蒸發(fā)器的出氣管上，緊貼包纏在水平無積液的管段上，外加隔熱材料纏包，或插入吸氣管上的感溫套內(nèi)；當(dāng)水平回氣管直徑小于25mm時，感溫包可扎在回氣管項部；當(dāng)水平回氣管直徑大于25mm時，感溫包可扎在回氣管下側(cè)45°處，以防管子底部積油等因素影響感溫包正確感溫；外平衡膨脹閥的平衡管一般都安裝在感溫包后面100mm處的回氣管上，并應(yīng)從管頂部引出，以防潤滑油進(jìn)入閥內(nèi)；一個系統(tǒng)中有多個膨脹閥時，外平衡管應(yīng)接到各自蒸發(fā)器的出口。毛細(xì)管：在電冰箱、空調(diào)器等小型制冷設(shè)備中，常用毛細(xì)管做節(jié)流裝置，它主要是靠其管徑和長度的大小來控制液體制冷劑的流量以使蒸發(fā)器能在適當(dāng)?shù)臓顩r下工作。制冷工程中一般稱內(nèi)徑0.5～2mm左右，長度在1～4m左右的紫鋼管為毛細(xì)管。與節(jié)流閥相比毛細(xì)管做為節(jié)流裝置的優(yōu)點是無運動件不會磨損不易泄漏、制造容易價格便宜、安裝省事，缺點是流量小并不能隨時隨意進(jìn)行人為調(diào)整。在內(nèi)徑及長度已確定后，毛細(xì)管的流量主要受進(jìn)、出口兩側(cè)即高、低壓兩端壓力差大小的影響，與來液過冷度大小、含閃發(fā)氣體多少以及管彎曲程度、盤繞圈數(shù)等也有關(guān)。因此機(jī)組系統(tǒng)一定時，不能任意改變工況或更換任意規(guī)格的毛細(xì)管。據(jù)有關(guān)實驗表明，在同樣工況和同樣流量條件下，毛細(xì)管的長度與其內(nèi)徑的4.6次方近似成正比，即l1/l2=(d1/d24.6當(dāng)環(huán)境溫度升高或制冷劑充加量過多時，冷凝器壓力變高，毛細(xì)管流量增大會使蒸發(fā)器壓力及蒸發(fā)溫度隨之升高。反之，當(dāng)環(huán)境溫度降低或制冷劑充加量不足時，冷凝器壓力變低，毛細(xì)管流量減小會使蒸發(fā)器壓力及蒸發(fā)溫度隨之降低，導(dǎo)致制冷量下降，甚至降不到所需的溫度。因此，采用毛細(xì)管的制冷設(shè)備，必須根據(jù)設(shè)計要求嚴(yán)格控制制冷劑的充加量。根據(jù)毛細(xì)管進(jìn)口處制冷劑的狀態(tài)分為過冷液體,飽和液體和稍有氣化等情況.從毛細(xì)管的安裝方式考慮,制冷劑在其進(jìn)口的狀態(tài)按毛細(xì)管是否與吸氣管存在熱交換而分為回?zé)嵝秃蜔o回?zé)嵝蛢煞N.回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑在膨脹過程對外放熱;無回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑為絕熱膨脹.綜上所述,由于家用熱泵熱水機(jī)屬于小型制熱裝置,故選用毛細(xì)管作為節(jié)流機(jī)構(gòu).設(shè)計用毛細(xì)管節(jié)流的制冷系統(tǒng)時應(yīng)注意：系統(tǒng)的高壓側(cè)不要設(shè)置貯液器,以減少停機(jī)時制冷劑遷移量,防止啟動時發(fā)生液擊；制冷劑的充注量應(yīng)盡量與蒸發(fā)容量相匹配.必要時可以在壓縮機(jī)吸氣管路上加裝氣液分離器；對初選毛細(xì)管進(jìn)行試驗修正時,應(yīng)保證毛細(xì)管的管徑和長度與裝置的制冷能力相吻合,以保證裝置能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)性能要求；毛細(xì)管內(nèi)徑必須均勻.其進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置干燥過濾器,防止水分和污物堵塞毛細(xì)管。1.4經(jīng)濟(jì)性分析為了分析二氧化碳熱泵熱水器的經(jīng)濟(jì)性，以200L生活熱水為例，對燃?xì)狻⑷加?、電加熱、二氧化碳熱泵熱水器等幾種熱水器的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。由于二氧化碳熱泵熱水器沒有在市場上批量供應(yīng)，所以參考了其他熱泵熱水機(jī)組的市場價格，考慮到二氧化碳熱泵熱水器比較緊湊，工質(zhì)價格低廉，所以在其他熱泵熱水器的市場價格基礎(chǔ)上附加10%來計算。計算條件：以某賓館為例，共有108個客房，216個床位，24小時供應(yīng)熱水，每天消耗25.92噸熱水，每床每日120L熱水。冷水溫度設(shè)定為15℃，熱水溫度為65℃運行費用如表1-2中數(shù)據(jù)。表1-2單位能源價格能源類型管道煤氣市場價格2.8元/m單位標(biāo)準(zhǔn)熱值單位熱值價格3石油液化氣商業(yè)用電15.8元/m30.92元/kWh17MJ/m3113MJ/m0.1433.6MJ/kWh0.2550.16統(tǒng)計數(shù)據(jù)報告數(shù)據(jù)來源：能源價格來自2008年1月2日，國家發(fā)改委價格檢測中心，單位標(biāo)準(zhǔn)熱值來自2007中國能源從表1-3中可以看出，二氧化碳熱泵熱水器的運行費用大大低于電熱水器、燃油和燃?xì)鉄崴鳎O(shè)備的初投資要高于這三種方式。雖然二氧化碳熱泵熱水器的出投資比較高，但其運行費用卻大大降低，約是燃?xì)獾?9.5%，燃油的50.4%，電加熱器的55.7%。10年后，將比燃?xì)饧訜峁?jié)約1488.6萬元，比燃油節(jié)約949.6萬元，比電加熱節(jié)約765.6萬元，經(jīng)濟(jì)性非?？捎^。而且，如果二氧化碳熱泵熱水器產(chǎn)品批量生產(chǎn)，有較大的市場后，成本有望降低。表1-3幾種不同類型加熱方式經(jīng)濟(jì)性比較加熱形式燃?xì)忮仩t給水溫度℃出水溫度℃年運行天數(shù)天熱效率年實際耗能MJ年燃燒費用萬元人工費萬元/年年運行費用萬元設(shè)備價格萬元1年總投資萬元10年總投資萬元2495195617721006.4263206.4188124.415121226.4248194.4176982475%1.54х107燃油鍋爐1565365電加熱CO2熱泵熱水器15653651565365156536585%1.36х10190.4795%1.22х10176730.39х10724698總之，二氧化碳熱泵熱水器不僅具有較好的環(huán)保、節(jié)能效果，而且具有極好的經(jīng)濟(jì)性，將可能使其在競爭激烈的國內(nèi)熱水器市場中奪得一席之地，稱為廣大消費者的另一個選擇，有效地改變國內(nèi)熱水器市場的格局。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，一定會被廣泛應(yīng)用于供熱水工程，逐步取代鍋爐成為供熱水的主導(dǎo)方式。CO2熱泵熱水器有直熱式和循環(huán)式兩種，直熱式熱泵熱水器的系統(tǒng)簡圖如圖1-4所示，循環(huán)式熱泵熱水器的系統(tǒng)循環(huán)簡圖如圖1-5所示。直熱式熱泵熱水器具有很多優(yōu)點，比如主機(jī)工況穩(wěn)定、總體效率高、水箱利用率高、及時補(bǔ)水能力好，并且化霜時不會造成水溫變化。而循環(huán)式熱泵熱水器熱水流速大，進(jìn)出水溫差不大，水在熱泵系統(tǒng)中循環(huán)流動進(jìn)行升溫。所以此種方式主機(jī)工況不穩(wěn)定，水溫隨補(bǔ)水量的變化而有較大的變化，雖然在低溫條件下加裝輔助電加熱方便，但是化霜時會造成水溫下降。并且循環(huán)式熱泵熱水器40%的運轉(zhuǎn)時間在高溫水區(qū)，使系統(tǒng)處于高冷凝溫度工況下，壓縮機(jī)耗功多，機(jī)組效率大幅下降，且高壓段系統(tǒng)運轉(zhuǎn)條件非常惡劣，降低了機(jī)組的安全性和使用壽命。圖1-4直熱式熱水器示意圖圖1-5循環(huán)式熱水器示意圖圖1-6直熱式、循環(huán)式換熱器溫度分布圖1-6為直熱式、循環(huán)式換熱器溫度分布示意圖，從圖中可以看出，直熱式熱泵熱水器進(jìn)水溫度低，出水溫度恒定且運行平穩(wěn)高效，而循環(huán)式熱泵熱水器中進(jìn)水溫度不斷升會高導(dǎo)致機(jī)組壓力高、功耗大、效率下降。所以此設(shè)計中選擇直熱式熱水器方案，使設(shè)計的產(chǎn)品具有較高的可行性和市場競爭力。直熱式熱泵熱水器系統(tǒng)流程圖如圖1-7所示。圖1-7直熱式熱水器系統(tǒng)流程圖二氧化碳跨臨界基本循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、氣體冷卻器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等組成，圖1-8是循環(huán)的p－h(huán)圖及T－s示意圖。2'23'3'22'4'414'41a圖b圖圖1-8二氧化碳跨臨界基本循環(huán)T-S、P-h圖在空調(diào)制冷工況下，對二氧化碳跨臨界循環(huán)進(jìn)行了七點循環(huán)模型模擬。模擬工況采用ARI520－90，蒸發(fā)溫度te=7.2℃，冷卻器出口溫度T4＝54.4℃，過熱度Tsup=11.1℃，壓縮機(jī)定熵效率ns取0.75。為了應(yīng)對環(huán)保要求的挑戰(zhàn)，在尋找、開發(fā)替代制冷工質(zhì)的過程中，逐漸形成了兩種替代路線：即以美國、日本為首的國家仍主張使用HFCs，包括開發(fā)純組分的新一代制冷工質(zhì)或二元、三元共沸和非共沸混合物；德國、瑞士等歐洲國家主張使用自然工質(zhì)，包括HCs、CO2、NH3等。雖然兩種替代路線都各有優(yōu)缺點，但從長遠(yuǎn)考慮，任何人工合成的化合物對自然環(huán)境都有一定的副作用，用自然工質(zhì)替代CFCs和HCFCs才是解決環(huán)境問題唯一正確的方式。近年以二氧化碳為制冷工質(zhì)的二氧化碳跨臨界循環(huán)在汽車空調(diào)、熱泵領(lǐng)域的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。理論上，工質(zhì)的摩爾質(zhì)量越小、蒸氣定壓比熱容越大及壓縮比越小對提高壓縮機(jī)效率越有利。二氧化碳的分子量比常規(guī)制冷劑小得多，飽和蒸氣比熱容卻比較大，且壓縮比小。而且，因為二氧化碳的絕熱指數(shù)Κ值高，壓比小，可減小壓縮機(jī)余隙容積的再膨脹損失，使壓縮機(jī)的容積效率較高。因此二氧化碳壓縮機(jī)效率理論上比其它制冷工質(zhì)的壓縮機(jī)效率要高。此外，二氧化碳工質(zhì)還具有來源廣泛，價格低廉，與常用的部件材料和相容性良好，并且能和普通的潤滑油溶解等特點。二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)的冷卻過程始終在二氧化碳的超臨界區(qū)內(nèi)，而在超臨界區(qū)內(nèi)，溫度與壓力是獨立的兩個狀態(tài)參數(shù)，它們同時決定著工質(zhì)的焓值。這從圖1-8b中S型等溫線的分布可以明顯看出來。二氧化碳跨臨界氣體冷卻器出口溫度和氣體冷卻器的壓力對循環(huán)的性能都有影響，但二氧化碳的傳熱性能優(yōu)良，因此當(dāng)冷卻介質(zhì)一定時，氣體冷卻器出口溫度基本恒定，略高于冷卻介質(zhì)入口溫度，那么氣體冷卻器壓力對系統(tǒng)性能的影響成為一個主要因素。圖1-9示出了二氧化碳跨臨界基本循環(huán)的COP隨壓力變化圖。圖1-9COP隨氣體冷卻器壓力變化由圖1-9可以看出，當(dāng)冷卻器出口溫度低于二氧化碳的臨界溫度（31.1℃）時，COP隨氣體冷卻器出口溫度變化基本呈線性，無拐點。而當(dāng)其高于臨界溫度時，則出現(xiàn)了拐點，說明COP在某一特定的壓力之下有最大值，即當(dāng)氣體冷卻器出口溫度一定時，存在一個最優(yōu)壓力，使得系統(tǒng)的循環(huán)性能達(dá)到最優(yōu)，稱該壓力為最優(yōu)高壓側(cè)壓力Popt。從圖（1-8b）可以看出，隨著高壓壓力的升高，等溫線變得陡峭起來，這表明制冷量隨壓力增加而上升的幅度有所減小。同時，因為壓縮過程等熵線幾乎是一條直線，所以壓縮功隨高壓壓力的增加幾乎按直線上升。因此，當(dāng)蒸發(fā)溫度te和氣體冷卻器出口溫度T4保持不變時，隨著高壓壓力的變化，COP必然存在最大值。圖1-10最優(yōu)高壓側(cè)壓力隨冷卻器出口溫度變化圖圖1-10示出了在不同蒸發(fā)溫度下，Popt隨冷卻器出口溫度T4的變化。由圖1-3可以看到，當(dāng)冷卻器出口溫度升高時，Popt也趨于增大。當(dāng)蒸發(fā)溫度升高時，Popt趨于減小。Popt隨蒸發(fā)溫度變化不顯著，而隨冷卻器出口溫度的變化十分顯著，基本呈線性關(guān)系。1.5小結(jié)從節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的角度考慮，二氧化碳熱泵熱水器有著不可替代的作用。但是，它也存在不少缺陷。主要是跨臨界循環(huán)使得管道壓力較高，對管道的耐壓有較高要求。2系統(tǒng)的設(shè)計計算(1把水箱的形狀設(shè)計成長方體形，尺寸為500x500x1500（mm）(2水箱最大儲水量V=0.5m×0.5m×1.5m=0.375m3=375Lm=Vρ水=0.375m3×1.0×103kg/m3=375kg額定儲水量為360L，即360kg(3水的比熱容為c=4.2×103J/kg·℃(4）把整個水箱的水從15℃加熱到65℃所需熱量為Q=mc?t=360kg×4.2×103J/kg?°C×50°C=75600kJ(5設(shè)定加熱整箱的水需要1.5小時(6）水的產(chǎn)量為m=360kg/1.5h=0.067kg/s（1）為了滿足安全要求和減少水箱與環(huán)境的換熱量要求，水箱要求有隔熱保護(hù)。（2）選擇隔熱材料[7]表2-2隔熱材料參數(shù)表材料密度(kg/m3硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料30-60導(dǎo)熱系數(shù)防火耐熱性能吸水率(重量℅）3抗壓強(qiáng)度（Mpa）0.2[W/(m·k]0.023-0.029自熄≤7s耐熱140℃(3）計算隔熱層厚度：1由于箱內(nèi)裝的是熱水，○所以箱體的表面溫度不可能低于環(huán)境溫度，即不低于環(huán)境露點溫度，表面不可能凝露。因此隔熱層的厚度不需要滿足表面不凝露的條件。2第二限制條件是隔熱結(jié)構(gòu)的單位面積傳熱量，求隔熱層最小厚度?！鹣薅崴诩訜嵬瓿珊?，24小時后溫