论文总字数：26318字

摘 要

能源是国民经济发展和社会进步的重要物质基础，能源短缺将严重制约经济的快速发展，提高能源的有效利用是能源发展的新途径。我国节能减排政策的推行实施，高能耗的热水器产品正在不断地走下坡路，随着人们生活水平的提高，消费者对连续使用热水，缩短再次用热水等待时间等要求的日益显著。空气源热泵热水器因具有供热、供暖的功能，高效节能，环保安全的特点等独特优势，迎合了新时代人们及国家政策的需求，尤其受到了广大发廊、美容院、宾馆等消费场所的青睐，空气源热泵热水器企业乘势扩张“上位”。

空气源热泵热水器按照其加热方式可以分为:直热式、循环式、直热循环式、内盘管静态加热式、外盘管静态加热式等。直热式系统为大制热机组配大容量水箱，水泵从水箱底部抽水，采用一次加热(直热) 的形式将水加热到设定温度并通入水箱顶部供用户使用，容量水箱储存少量热水用来保证机组在开机、化霜等阶段的供热水能力。目前家用空气源热泵热水机多采用循环式和静态加热式，而直热式和直热循环式多用于商用场合。为加深对直热式空气源热泵热水器的了解，根据初始数据，本次设计一台20P空气源热泵热水器。

在整个直热式空气源热泵热水器的设计计算过程中，热力计算是至关重要的，它主要包括温差、传热系数和换热面积等的计算，这部分内容适合各种类的热泵系统。结构设计主要是热泵系统的蒸发器和冷凝器。本系统的蒸发器采用整体翅片管，冷凝器采用管壳式.根据相关标准，需要确定其相关尺寸的零部件有壳体、管板、支撑板、法兰、支座、端盖、分层隔板等。计算出换热管数并进行布管。

设计还包括设计说明书和图纸

关键词：直热式 热泵 空气源 整体翅片管

The design of 20HP direct heating air source heat pump water heater

Abstract

Energy is the important material base for national economic development and social progress, energy shortage will seriously restricted the rapid development of economy, improve the effective utilization of energy is a new way of energy development.The implementation of energy conservation and emissions reduction policy implementation in our country, the high energy consumption of water heater products are constantly decline, as people living standard rise, consumers of continuous use hot water, and shorten the waiting time in hot water again for increasing significantly.Air source heat pump water heater for heating, heating function, high efficiency and energy saving, environmental protection security features unique advantages, such as to meet the demand of the new age people and national policy, especially by the vast number of hair salons, beauty salons, hotels and other places of consumer's favor, air source heat pump water heater enterprise take expansion "superior".

Air source heat pump water heater according to the heating mode can be divided into: direct heat type, circulation, direct thermal circulation, inside dish static heating tube, outside dish static heating tube, etc. Direct thermal systems for heating unit with big capacity water tank, pump pumping from the bottom of the tank, in the form of a heating heat (straight) to heat the water to the set temperature and flux into the tank top for the use of user, capacity of water tank to store a small amount of hot water is used to ensure its stages, such as start-up, frost ability of heating water. At present, a lot of household air source heat pump hot water machine adopts the circulating and static heating, thermal type, straight and direct thermal circulation on commercial occasions. To deepen the understanding of the direct hot air source heat pump water heater, according to the initial data, the design of a 20 p air source heat pump water heater.

In the direct hot air source heat pump water heater in the process of design and calculation of thermodynamic calculation is crucial, it mainly includes the temperature difference and the calculation of heat transfer coefficient and heat transfer area, this part is suitable for various classes of heat pump system. Structure design is mainly of evaporator and condenser heat pump system. The evaporator using integral finned tube of this system, using tube and shell condenser. According to the related standard, need to determine the relative size of the parts have a shell and tube plate, support plate, flange, bearing and end cover, hierarchical partition, etc. Calculate the number of heat exchange tube and tube.

Design includes design specifications and drawings

key Words: directly-heated type; heat pump; integrally finned tubes

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 IV

第一章 概述 1

1.1 空气源热泵热水器简介 1

1.2 空气源热泵热水器系统 1

1.3 空气源热泵热水器的特性 2

1.3.1 空气源热泵热水器的优点 2

1.3.2 空气源热泵热水器的缺点 3

1.4 国内外空气源热泵热水器的应用 4

1.5 空气源热泵技术创新与提高热泵性能的方法 4

1.5.1 提高风侧换热器空气流量 4

1.5.2 辅助加热装置 4

1.5.3 采用新型工质 4

1.5.4 双级压缩系统 5

1.5.5 复叠式循环系统 5

第二章 20匹直热式空气源热泵热水器设计说明书 6

2.1 原始参数 6

2.2 热力循环计算 6

2.2.1 热泵制热量 6

2.2.2 压缩机选型 6

2.2.3 单级压缩制冷循环的计算 7

2.3 蒸发器的设计 9

2.3.1 蒸发器进、出口空气状态参数 9

2.3.2 蒸发器的结构参数 10

2.3.3 蒸发器设计计算 11

2.4 冷凝器的设计 19

2.4.1 制热循环系统计算 19

2.4.2 冷凝器设计选型 20

2.4.3 冷凝器的设计计算 27

2.5 节流阀的选取 30

2.6 风机的选择 31

2.6.1 风机参数 31

2.6.2 轴流风机安装的安装注意事项 31

第三章 20P空气源热泵热水器系统图 33

3.1 20匹空气源热泵热水器系统 33

3.1.1 20匹空气源热泵热水器系统图 33

第四章 附录 34

4.1 图纸目录 34

4.2 图纸（见附录） 34

小 结 35

参考文献 36

致 谢 38

第一章 概述

随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源的需求量持续增大，能源资源的争夺日趋激烈，如何节能已经成为当今世界的一大主题。空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低品位能源, 利用热泵循环提高其能源品位, 因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术, 具有实用价值。空气源热泵(GSHP)是一种高效节能环保产品，集供热水、取暖、除湿、降温、空气滤净等各项功能为一体；空气能热泵热水器加热时间短, 水电完全分离, 无触电危险；无废烟、废气排出, 因而无中毒危险；同时也克服了太阳能热水器阴雨天不能工作的缺点空气能热泵热水器( 空气源热泵热水器) 应用广泛。

1.1 空气源热泵热水器简介

空气源热泵热水器是利用逆卡诺循环原理,将空气中的热量,通过压缩机做功搬运到水中,使水温升高,进而满足用户的热水需求。具体来讲,其蒸发侧为翅片式换热器,内部的冷媒同空气进行热交换,从空气中吸取热量,其冷凝侧为冷媒水换热器,将冷媒的热量释放到水中。直热式空气源热泵热水器,是能够直接将水加热到所需要的温度的机组,具有温差大、流量小的特点,机组出来的热水可以直接被使用。直热式机组运行过程中高压稳定,出水迅速,因而在热水机器家族中占有很大的比例和优势^[4]。

空气源热泵热水器按照其加热方式可以分为:直热式、循环式、直热循环式、内盘管静态加热式、外盘管静态加热式等。目前家用空气源热泵热水器多采用循环式和静态加热式，而直热式和直热循环式多用于商用场合^[3]。

1.2 空气源热泵热水器系统

所谓热泵(制冷机)就是通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。空气源热泵热水器是最常见的热泵热水系统的一种应用形式，由压缩机、蒸发器、膨胀阀或其它节流元件、冷凝器、储热水箱以及控制器等部件组成。(如图1)。空气源热泵热水器运用逆卡诺循环原理，通过压缩机做功，使气态工质温度及压力升高，气态工质与冷水在热交换器中进行热量交换。在这一过程中，工质放热发生由气态到液态的相变，冷水吸收工质的热量逐步升温变成热水；液态工质经膨胀阀节流后吸收空气或水的热量，空气或水因放热温度降低，在这一过程中工质吸热发生由液态到气态的相变。这一往复循环相变过程不断吸热和放热，由吸热装置吸取空气或水中的热量，经过热交换器使冷水逐步升温，制取的热水通过水循环系统送至用户。

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