制冷專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(家用空調(diào))(論文+DWG圖紙),制冷,專業(yè),畢業(yè)設(shè)計(jì),家用空調(diào),論文,dwg,圖紙 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-30GW×2） 學(xué)生 姓名 專業(yè) 班級(jí) 熱能與動(dòng)力工程 學(xué) 號(hào) 二 零 零 三 年 六 月 院 別 指導(dǎo)老師（職稱） 完成 時(shí)間 55 一拖二熱泵型空調(diào)器(KFR-20GW×2) 摘 要 本文簡(jiǎn)單介紹熱泵分體式一拖二空調(diào)的設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題：新型綠色制冷劑的使用，熱力循環(huán)的計(jì)算，蒸發(fā)器和冷凝器的計(jì)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(duì)空氣的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使環(huán)境更適合我們的要求。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)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(shù)在不斷的提高，以達(dá)到人們對(duì)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(lái)越多，性能也越來(lái)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(lái)，隨著住宅條件的改變，一些用戶出于節(jié)省空間的考慮，開(kāi)始購(gòu)買一拖二空調(diào)器，促進(jìn)拉一拖二空調(diào)器的發(fā)展和改進(jìn)。 關(guān)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(jì)算--------------------------------------------------------8 1.1設(shè)計(jì)工況的選擇------------------------------------------------8 1.2熱 力 計(jì) 算----------------------------------------------------8 1.2.1 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)計(jì)算---------------------------8 1.2.2 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)計(jì)算---------------------------11 1.2.3 R22在制冷工況下熱力循環(huán)計(jì)算-----------------------------13 1.2.4 R22在制熱工況下熱力循環(huán)計(jì)算 ----------------------------15 2 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算----------------------------------------------------17 2.1 冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算-------------------------------------------17 2.2 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算-------------------------------------------23 3 毛細(xì)管的設(shè)計(jì)計(jì)算-------------------------------------------------30 4 輔助元件的選型 --------------------------------------------------32 4.1壓縮機(jī)的選型--------------------------------------------------32 4.2軸流風(fēng)機(jī)的選型-----------------------------------------------34 4.3貫流風(fēng)機(jī)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(guò)濾器的選型--------------------------------------------38 5兩種熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的對(duì)比研究--------------------------------39 5.1 無(wú)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(jié)論---------------------------------------------------------44 總 結(jié)--------------------------------------------------------------45 致 謝 -----------------------------------------------------------46 參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------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(shè)計(jì)計(jì)算程序---------------------------49 緒 論 近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lái)越普及，新品種越來(lái)越多，性能也越來(lái)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(jī)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(guò)程要求的范圍內(nèi)。 房間空氣調(diào)節(jié)器主要是一個(gè)制冷、除溫（有的還可兼作熱泵使用）的機(jī)組。根據(jù)需要，它還可包含空氣加熱、加溫、空氣循環(huán)通風(fēng)、空氣凈化、除臭、加香等設(shè)備。通常，空調(diào)器有整體式(即一個(gè)箱形整體)和分體式(分為室內(nèi)機(jī)組和室外機(jī)組)兩類。根據(jù)室內(nèi)機(jī)組結(jié)構(gòu)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(shì) （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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)客廳、餐廳、辦公室、商場(chǎng)等場(chǎng)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(diǎn)，已成為種類變化最快和家用空調(diào)器市場(chǎng)的主流機(jī)型。分體式空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的噪聲一般低于50dB，目前性能較好的空調(diào)器室內(nèi)機(jī)噪聲僅35dB左右，而整體式空調(diào)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(kāi)發(fā)出的一拖二分體式空調(diào)兩個(gè)室內(nèi)機(jī)可分裝在不同的位置，更方便了用戶的使用。 （2）品量列化、標(biāo)準(zhǔn)化 空調(diào)器品種繁多必然給生產(chǎn)管理和維修帶來(lái)麻顫．為此，生產(chǎn)廠家必須注意產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，以減少零件生產(chǎn)的種類和工裝模具的數(shù)量、擴(kuò)大零件的通用性。面板、機(jī)殼等零部件實(shí)現(xiàn)了通用，使空調(diào)器的外形尺寸達(dá)到了系列化 標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)中模具的組合也得以實(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(yùn)行費(fèi)用低的目的。這不僅為廣大顧客所歡迎，也為打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)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(diǎn)是提高制冷壓縮機(jī)和換熱器的教率．如用效率高的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)取代往復(fù)活塞式壓縮機(jī)；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(guó)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(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它關(guān)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(lǐng)市場(chǎng)，就能獲得人們的喜愛(ài)．為此．日本、美國(guó)，德國(guó)等國(guó)家都在研究高效率、低噪聲的空調(diào)器．在保證風(fēng)量的前提下，盡量降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速．以降低風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)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(shè)計(jì)藝術(shù)化 目前空調(diào)器產(chǎn)品有一個(gè)明顯的趨勢(shì)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(jié)構(gòu)和內(nèi)螺紋高效傳熱管．使產(chǎn)品體積縮小25％以上；其次是采用了體積小．重量輕的渦旋式壓縮機(jī)，使機(jī)體結(jié)構(gòu)緊湊；第三，采用了質(zhì)量輕的材料(如鋁、工程塑料等)制造空調(diào)器的零件；第四，在結(jié)構(gòu)上更多的采用多體式設(shè)計(jì) 使室內(nèi)外機(jī)組體積減少，重量減輕，更易于安裝和維護(hù)。 目前，市場(chǎng)上的空調(diào)器，特別是家用分體式空調(diào)器，其室內(nèi)機(jī)都采用了大寬度薄形設(shè)計(jì)，外觀也由過(guò)去千篇一律的平面型前面板變成了大圓弧形的前面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這兩種設(shè)計(jì)方案使得室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的迎風(fēng)面積增大，從而增大了換氣面積，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高，同時(shí)使室內(nèi)機(jī)體積減小，占用空間也縮小了許多，成為室內(nèi)的—件藝術(shù)裝飾品。 （5）采用變頻調(diào)速技術(shù) 采用變頻技術(shù)的空調(diào)器近幾年已開(kāi)始廣泛地進(jìn) 市場(chǎng)．變頻技術(shù)是在壓縮機(jī)運(yùn)行中通過(guò)改變電源頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，空調(diào)啟動(dòng)初始時(shí)空調(diào)器的壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，快速地達(dá)到設(shè)定的溫度；達(dá)到設(shè)定溫度后，再控制電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)以維持設(shè)定的溫度．這種運(yùn)行狀態(tài)可以降低耗電量，同時(shí)避免了壓縮機(jī)反復(fù)啟開(kāi)停，從而減少多次啟停造成的能量損耗及對(duì)電壓的沖擊，使空調(diào)器運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)，使用壽命延長(zhǎng)． （6）采用智能控制技術(shù) 微電子技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)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(shù)?？照{(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(yùn)行技術(shù)，適時(shí)地調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、風(fēng)量等參量．使環(huán)境保持已設(shè)定的溫度和濕度條件．完全不需手工改變運(yùn)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(guò)電話等手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控，使您一進(jìn)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(duì)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(guó)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(kāi)發(fā)對(duì)臭氧層無(wú)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(shù) 熱泵技術(shù)就是能有效地降低礦物質(zhì)能源提高能源利用率的建筑節(jié)能新技術(shù)。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(yáng)能，工業(yè)廢熱等)轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能(如煤、燃?xì)?、油、電?的目的。 1 熱泵的發(fā)展歷史 1852年湯姆遜(Thomoson)第一個(gè)提出了一個(gè)正式的熱泵系統(tǒng)，那時(shí)稱為“熱量倍增器”。l927年霍爾丹(Haldatie)在蘇格蘭安裝與實(shí)驗(yàn)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(guó)已安裝了l 5臺(tái)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(guó)卡雷公司研制成了溴化鋰 圖1熱泵系統(tǒng)的基本能量轉(zhuǎn)換關(guān)系 水吸收式制冷機(jī)，70年代的石油危機(jī)促使吸收式熱泵的研究與開(kāi)發(fā)得到了很大的發(fā)展。熱泵研究在我國(guó)也有數(shù)十年歷史，50年代，天津大學(xué)的一些學(xué)者已開(kāi)始從事熱泵的研究工作。60年代開(kāi)始在我國(guó)暖通空調(diào)中應(yīng)用熱泵。但是，由于我國(guó)能源價(jià)格的特殊性，以及一些其他因素的影響，熱泵空調(diào)在我國(guó)的應(yīng)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(yīng)用提供了機(jī)遇。80年代初至90年代末在我國(guó)暖通空調(diào)領(lǐng)域掀起一股熱泵熱。熱泵空調(diào)在我國(guó)的應(yīng)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(yáng)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(jī)(壓縮機(jī))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(fēng)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(jī)組和I熱泵冷熱水機(jī)組。家用熱泵空調(diào)器在夏季，制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)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(guò)電磁換向閥改變制冷劑循環(huán)流動(dòng)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(dá)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(wàn)臺(tái)。熱泵冷熱水機(jī)組自90年代初開(kāi)始， 在夏熱冬冷地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，部分城市中央宅調(diào)冷熱源采用熱泵冷熱水機(jī)組的已 到20～3O％ ，而且應(yīng)用范圍逐漸繼續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì)?？諝庠礋岜枚竟徇\(yùn)行時(shí)，最大的一個(gè)問(wèn)題就是當(dāng)事外氣溫較低時(shí)，室外側(cè)換熱器翅片表面會(huì)結(jié)霜。而除霜會(huì)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(gè)由于氣源熱泵以空氣為熱源，空氣熱容最小，冬季時(shí)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(duì)除霜的問(wèn)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(wèn)題。針對(duì)空氣源熱泵在冬季空氣溫度低的問(wèn)題，又提出空氣---水雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)。這都是我們熱泵工作者所作的貢獻(xiàn)。再一個(gè)空氣源熱泵在夏季時(shí)將建筑的余熱散熱至建筑物附近使其周圍的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步降低以及建筑物上熱泵的噪聲也是應(yīng)該考慮的問(wèn)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(guò)水泵是將水從低處送到高處，而熱泵則是將熱量從低溫?zé)嵩此偷礁邷責(zé)嵩吹囊环N裝置。 熱力學(xué)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(shè)備(如熱泵)，在外界對(duì)其做功的情況下把熱量從低溫處傳遞到高溫處。當(dāng)然熱量的這種傳遞轉(zhuǎn)移必須依靠一個(gè)載體，這個(gè)載體稱為工質(zhì)(制冷劑)。 熱泵中的工質(zhì)通過(guò)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)，在閉合的管道回路中不斷循環(huán)(見(jiàn)圖2)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)在蒸發(fā)器(與低溫?zé)嵩唇佑|)膨脹蒸發(fā)吸收熱量，變成高溫低壓氣體，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后變成高溫高壓氣體，然后進(jìn)入冷凝器(與高溫?zé)嵩唇佑|)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?zé)嵩刺庍M(jìn)入下一次工作循環(huán)。經(jīng)過(guò)制冷劑的循環(huán)，高溫?zé)嵩刺幉粩嗟玫綗崃繌亩_(dá)到制熱的目的。在整個(gè)過(guò)程中，工質(zhì)只是把從低溫?zé)嵩刺幬盏降臒崃窟B同壓縮機(jī)對(duì)其所做的功傳遞給高溫?zé)嵩?，所以并未違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。 圖2 熱泵循環(huán)回路示意圖 一拖二分體式空調(diào)器 一拖二分體空調(diào)器在國(guó)內(nèi)是剛剛興起的新產(chǎn)品。它是用一臺(tái)室外機(jī)組帶動(dòng)兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)組工作，從而使一臺(tái)空調(diào)器“相當(dāng) 兩臺(tái)空調(diào)器使用。這種空調(diào)器室內(nèi)機(jī)組和室外機(jī)組的結(jié)構(gòu)，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(gè)室內(nèi)機(jī)組。 類型： 一拖二分體空調(diào)器又稱為復(fù)合式空調(diào)器，從制冷工作過(guò)程來(lái)看，主要有三大類型(見(jiàn)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(jī)式。圖3a為單容量壓縮機(jī)控制方式。室外機(jī)組內(nèi)含一臺(tái)不可調(diào)的單容量壓縮機(jī)．并拖動(dòng)兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)組。 2．單容量雙壓縮機(jī)式。圖3b為單容量雙壓縮機(jī)制冷控制方式 室外機(jī)組訪有互相獨(dú)立的兩臺(tái)單容量壓縮機(jī)．每臺(tái)壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)拖動(dòng)一臺(tái)室內(nèi)機(jī)組，而兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)組 也是互相獨(dú)立運(yùn)行。這種類型空調(diào)器相當(dāng)于兩臺(tái)一拖二空調(diào)器，只是把商用室外機(jī)組合二為一。 3．可調(diào)節(jié)容量壓縮機(jī)式。圖3c為可調(diào)節(jié)容量壓縮機(jī)控制方式。室外機(jī)組只有一臺(tái)壓縮機(jī)，但其容量可以調(diào)節(jié)，并拖動(dòng)兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)組。這種方式可根據(jù)房間空調(diào) 負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的容量，實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)容量[4]。 本設(shè)計(jì)是熱泵式單壓縮機(jī)一拖二空調(diào)器，采用兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)采用一臺(tái)壓縮機(jī)、一只冷凝器、一臺(tái)室外風(fēng)機(jī)、一只四通換向閥和毛細(xì)管，通過(guò)四通換向閥控制室內(nèi)機(jī)的制冷與制熱轉(zhuǎn)換。 1熱力循環(huán)計(jì)算 1.1設(shè) 計(jì) 工 況 的 選 擇 所謂工況，是指制冷系統(tǒng)的工作條件。用來(lái)作為比較制冷機(jī)型能參考狀態(tài)的工況一般應(yīng)包括制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過(guò)冷溫度、過(guò)熱溫度、吸氣過(guò)熱溫度等。與名義參數(shù)相應(yīng)的溫度條件稱為名義工況。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)“JB/T7666—95 制冷和空調(diào)設(shè)備名義工況一般規(guī)定”規(guī)定了容積式制冷壓縮機(jī)及機(jī)組和壓縮冷凝機(jī)組、容積式和離心式冷水機(jī)組、單元式空調(diào)機(jī)、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(jī)或制冷壓縮機(jī)的性能參數(shù)。 所以根據(jù)國(guó)家提供的名義工況初步擬定本設(shè)計(jì)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(guò)冷度為3.5℃；過(guò)熱度11℃；吸氣溫度為18℃[5] [6]。 1. 2 熱 力 計(jì) 算 循環(huán)過(guò)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(jì)算 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點(diǎn)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(jì)算[8] [9]: 單位質(zhì)量制冷量： （1-1） 單位容積制冷量： （1-2） 單位理論功： （1-3） 點(diǎn)2狀態(tài)的焓值： （1-4） 式中指示效率取 單位冷凝熱: （1-5） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-6） 壓縮機(jī)理論功率： （1-7） 壓縮機(jī)的指示功率： （1-8） 理論制冷系數(shù)： （1-9） 實(shí)際制冷系數(shù)： （1-10） 冷凝器熱負(fù)荷： （1-11） 壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量： （1-12） 壓縮機(jī)理論輸氣量： （1-13） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機(jī)軸功率： （1-14） 式中機(jī)械效率取 電動(dòng)機(jī)的功率： （1-15） 電動(dòng)機(jī)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(jì)算 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點(diǎn)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(jì)算: 單位質(zhì)量制冷量： （1-18） 單位容積制冷量： （1-19） 單位理論功： （1-20） 點(diǎn)2狀態(tài)的焓值： （1-21） 式中指示效率取 單位冷凝熱: （1-22） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-23） 冷凝器熱負(fù)荷： （1-24） 壓縮機(jī)理論功率： （1-25） 壓縮機(jī)的指示功率： （1-26） 理論制冷系數(shù)： （1-27） 實(shí)際制冷系數(shù)： （1-28） 壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量： （1-29） 壓縮機(jī)理論輸氣量： （1-30） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機(jī)軸功率： （1-31） 式中機(jī)械效率取 電動(dòng)機(jī)的功率： （1-32） 電動(dòng)機(jī)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(jì)算 R22在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點(diǎn)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(jì)算: 單位質(zhì)量制冷量： （1-34） 單位容積制冷量： （1-35） 單位理論功： （1-36） 點(diǎn)2狀態(tài)的焓值： （1-37） 式中指示效率取 單位指示功： （1-38） 單位冷凝熱: （1-39） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-40） 冷凝器熱負(fù)荷： （1-41） 理論制冷系數(shù)： （1-42） 實(shí)際制冷系數(shù)： （1-43） 壓縮機(jī)理論功率： （1-44） 壓縮機(jī)的指示功率： （1-45） 壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量： （1-46） 壓縮機(jī)理論輸氣量： （1-47） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機(jī)軸功率： （1-48） 式中機(jī)械效率取 電動(dòng)機(jī)的功率： （1-49） 電動(dòng)機(jī)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(jì)算 R22在制熱工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點(diǎn)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(jì)算: 單位質(zhì)量制冷量： （1-52） 單位容積制冷量： （1-53） 單位理論功： （1-54） 點(diǎn)2狀態(tài)的焓值： （1-55） 式中指示效率取 單位指示功： （1-56） 單位冷凝熱: （1-57） 制冷劑的質(zhì)量流量： （1-58） 冷凝器熱負(fù)荷： （1-59） 理論制冷系數(shù)： （1-60） 實(shí)際制冷系數(shù)： （1-61） 壓縮機(jī)理論功率： （1-62） 壓縮機(jī)的指示功率： （1-63） 壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量： （1-64） 壓縮機(jī)理論輸氣量： （1-65） 式中輸氣系數(shù)取 壓縮機(jī)軸功率： （1-66） 式中機(jī)械效率取 電動(dòng)機(jī)的功率： （1-67） 電動(dòng)機(jī)效率取 性能系數(shù)： （1-68） 熱力完善度： （1-69） 2 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算[8] [10] [11] [12] 2.1 冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)一臺(tái)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(jìn)風(fēng)溫度為35℃，出口溫度為43℃。 根據(jù)材料，工藝設(shè)備狀況和推薦標(biāo)準(zhǔn)，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(zhǎng)=44mm。 （1）冷凝器熱負(fù)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(fù)荷： Qk =C0Q0=4000*1.252=5008 W （2-1） （2）冷凝器的結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及有關(guān)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(zhǎng)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(jìn)出冷暖器的溫差及風(fēng)量： 溫差： （2-7） 風(fēng)量： （2-8） 式中，取當(dāng)?shù)卮髿鈮篜B=98.07 KPa,由空氣（干空氣）熱物理性質(zhì)表，在空氣平均溫度 條件下，比熱容，熱導(dǎo)率， 運(yùn)動(dòng)黏度，在進(jìn)風(fēng)溫度為35℃條件下，空氣平均密度。 （4）肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)：根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的最小流通面積與迎風(fēng)面積之比： （2-9） 考慮降噪，節(jié)能等因素，取迎風(fēng)面的風(fēng)速。則最小流通面風(fēng)速： （2-10） 當(dāng)量直徑： （2-11） 空氣雷諾數(shù)： （2-12） 單元空氣流道長(zhǎng)徑比： （2-13） 根據(jù)附表（《制冷原理與裝置》）E-1之二空氣通過(guò)整張平直套片的換熱計(jì)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(duì)于叉排管有： ，其中， （2-19） 所以得 肋片當(dāng)量高度： （2-20） 肋片特性參數(shù) : （2-21） 其中為鋁片的熱導(dǎo)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(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 首先設(shè)壁溫℃，則平均溫度℃，根據(jù)R407C蒸汽在管內(nèi)冷凝換熱有關(guān)計(jì)算式的相關(guān)參數(shù)要求，查表得： ，，代入式中得： （2-24） （6）由熱平衡關(guān)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(guān)系為： （2-25） 即 整理得 由試湊法得=49.65℃時(shí)，上述等式成立。此值與所設(shè)定的℃近似相等。 （7）計(jì)算所需的傳熱面積：以管外面積為基準(zhǔn)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(jié)構(gòu)參數(shù)： 管外面積： （2-30） 取 11m2 所需的肋片管總長(zhǎng)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(zhǎng)度為0.7m計(jì)算,其總有效長(zhǎng)度為36×0.7=25.2m。冷凝器的高度為16×25=400mm。冷凝器的迎風(fēng)面積為,實(shí)際的迎風(fēng)風(fēng)速為，與所設(shè)風(fēng)速相符。 （10）空氣的流動(dòng)阻力及風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量 風(fēng)機(jī)全壓： （2-33） 風(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，則傳動(dòng)效率；取風(fēng)機(jī)全壓效率，則電動(dòng)機(jī)輸入功率： （2-34） 2.2 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 制冷量為,空氣進(jìn)口參數(shù)：干球溫度為℃，濕球溫度℃，以R407C為制冷劑，℃，流量。 1、結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃： 傳熱管選用紫銅管，肋片選用縫隙式鋁片，肋片節(jié)距。管簇為正三角形排列，管間距；沿氣流方向的管排數(shù)N=2排，側(cè)肋片寬度L=44mm。 2、肋片管各部分傳熱面積計(jì)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(dāng)量直徑： （2-40） （7）最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比： （2-41） 3、確定空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程： 又給定的進(jìn)風(fēng)參數(shù)查i-d圖，得，。根據(jù)風(fēng)量選擇原則 取設(shè)計(jì)風(fēng)量為： 圖-4 濕空氣處理的i-d圖 （1）進(jìn)口濕空氣的比體積： （2-42） （2）空氣的質(zhì)量流量 （2-43） （3）進(jìn)出口空氣的比焓差： （2-44） （4）出口空氣的比焓： （2-45） 設(shè)取傳熱管壁面溫度=12.5℃，=10g/kg，查得=35kJ/kg。（取）得空氣處理過(guò)程的飽和狀態(tài)點(diǎn)w，連接1-w與相交于2點(diǎn)，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(diǎn)，同時(shí)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(jì)算空氣側(cè)換熱系數(shù) 取蒸發(fā)器管列為10，單管有效長(zhǎng)度為B=0.65m，蒸發(fā)器的高度H=10×25=250mm=0.250m （1） 迎面風(fēng)速： （2-47） 低于表6-9中迎面風(fēng)速推薦值，有利于降低室內(nèi)氣流噪聲。 （2）最窄通風(fēng)面風(fēng)速 （2-48） （3）雷諾數(shù) （2-49） （4）管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算。按《制冷原理與裝置》附錄E-1之二強(qiáng)制 通風(fēng)肋片管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)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(shí)翅片可視為六角形，且此時(shí)翅片的長(zhǎng)對(duì)邊距離和短對(duì)邊距離之比，且，故 （2-53） 所以 （2-54） （7）空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： （2-55） 5、計(jì)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(jì)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(jì)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(zhǔn)的傳熱系數(shù)為： （2-57） （1）平均傳熱溫差： （2-58） （2） 計(jì)算：由熱平衡關(guān)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(zhǎng)度： （2-61） 8、計(jì)算有效管長(zhǎng)： （2-62） 9、所需的管外傳熱面積Ao： （2-63） 實(shí)際規(guī)劃的傳熱面積 （2-64） 10、校核壁溫 由 （2-65） ℃，比設(shè)計(jì)壁溫12.5℃略有升高，設(shè)計(jì)合理。 11、風(fēng)側(cè)阻力計(jì)算： 干工況與析濕工況阻力的關(guān)系為： 順排時(shí)：，為阻力增強(qiáng)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(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，則傳動(dòng)效率；取風(fēng)機(jī)全壓效率，則電動(dòng)機(jī)輸入功率： （2-66） 3 毛細(xì)管的設(shè)計(jì)計(jì)算 毛細(xì)管廣泛應(yīng)用于空調(diào)，冰箱中，主要起節(jié)流作用。毛細(xì)管是一種小管徑，直徑大約在0.5mm~2.5mm之間，長(zhǎng)度不超過(guò)3m。相對(duì)于其他的節(jié)流裝置，毛細(xì)管是一種非常實(shí)用的節(jié)流裝置。它不僅價(jià)格便宜，而且節(jié)流效果也很好。 毛細(xì)管的節(jié)流原理 當(dāng)制冷劑液體通過(guò)一個(gè)狹長(zhǎng)的小孔時(shí)，制冷劑在小孔前的靜壓力將轉(zhuǎn)換為小孔后的動(dòng)壓力，使其壓力下降，流速增加。當(dāng)壓力降至相應(yīng)溫度下的飽和壓力時(shí)，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(yīng)降低。這是毛細(xì)管節(jié)流減壓降溫的摹本原理。 毛細(xì)管中制冷劑壓力及狀態(tài)變化 毛細(xì)管中制冷劑壓力及狀態(tài)變化如圖5，毛細(xì)管是依靠其流動(dòng)阻力沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生壓力降、來(lái)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(dāng)有一定過(guò)冷度的制冷劑液體進(jìn)入毛細(xì)管后，會(huì)沿著流動(dòng)方向產(chǎn)生壓力和狀態(tài)變化，先是過(guò)冷液體隨壓力的逐步降低，變?yōu)橄鄳?yīng)壓力下的飽和液體，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(gè)氣泡開(kāi)始至毛細(xì)管末端，均為氣液共存段，也稱兩相流動(dòng)段，該段內(nèi)飽和蒸汽含量沿流動(dòng)方向逐步增加， 此，壓力降呈非線性變化。越接近毛細(xì)管的末端，其單位長(zhǎng)度上的壓力降就越大。當(dāng)壓力降低至相應(yīng)溫度下的飽和壓力時(shí)，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(yīng)降低，即降低至相應(yīng)壓力下的飽和溫度。毛細(xì)管的流量是重要參數(shù)之一[15]。 圖5 毛細(xì)管的節(jié)流原理及狀態(tài)變化 毛細(xì)管的計(jì)算 制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程中，進(jìn)入毛細(xì)管時(shí)的狀態(tài)與在毛細(xì)管中的流動(dòng)時(shí)的狀態(tài)不同。所以。毛細(xì)管的計(jì)算方法也相對(duì)復(fù)雜。目前多采用計(jì)算法，圖解法和同類產(chǎn)品比較法。 下面用計(jì)算法計(jì)算毛細(xì)管的長(zhǎng)度[16]： 毛細(xì)管計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)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(xì)管長(zhǎng)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(xì)管內(nèi)徑，單位m。 制冷循環(huán)的毛細(xì)管長(zhǎng)度： 已知：，查制冷劑R407C飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)表，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)液體比體積的影響不大，本設(shè)計(jì)所取溫度為冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的平均值，即t=30.8℃，查得液體比體積，其密度為，30.8℃下黏度為。已知制冷工質(zhì)循環(huán)量，選用內(nèi)徑為1.5mm的毛細(xì)管，則制冷劑流速按下式計(jì)算： 雷諾數(shù)為： 則毛細(xì)管長(zhǎng)度： 4 輔助元件的選型 4.1 壓縮機(jī)的選型 隨著能源的緊缺和保護(hù)環(huán)境的呼聲越來(lái)越高，人們對(duì)家用電器中占重要地位的空調(diào)器提出了節(jié)能、降低對(duì)環(huán)境直接污染和間接污染等要求。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)作為房間空調(diào)器一種常用的、效率較高的壓縮機(jī)形式，它與往復(fù)式壓縮機(jī)相比，具有容積效率高，往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件少，振動(dòng)小，不需要內(nèi)部懸掛支撐彈簧，零部件少等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)體積減少40－50％，重量輕40－50