摘 要

本文主要介绍了对10匹空气源热泵热水器的设计。阐述空气源热泵热水器的工作原理以及国内外研究现状，包括对空气源热泵热水器主要的设备以及工质的对比和筛选，以提升整体的设计水平，并预期未来空气源热泵热水器的发展道路。最后根据给定的工况对空气源热泵热水器进行设计计算。对空气源热泵热水器的冷凝器、蒸发器、压缩机以及风机进行计算和校核之后，选择适当的型号，最后对一些必要的辅助设备选型。

关键词： 空气源 热水器 热泵

Design of 10 HP air source heat pump water heater

Abstract

This paper mainly introduces the design of 10 HP air source heat pump water heater. In order to improve the overall design level, and expects the future development road of air source heat pump water heater.This paper expounds the working principle of air source heat pump water heater and the research status at home and abroad. It includs the comparison and screening of the main equipment and working quality of air source heat pump water heater. Finally, according to the given working conditions, the air source heat pump water heater is designed and calculated. After calculating and checking the condenser, evaporator, compressor and fan of the air source heat pump water heater, the appropriate model and some necessary auxiliary equipments were selected.

Keywords: Air source; Water heater; Heat pump

目录

摘要 I

abstract II

第一章 绪论 1

1.1 空气源热泵热水器的概况 1

1.2 空气源热泵热水系统 1

1.3 国内外发展及研究现状 2

1.3.1 国外发展研究现状 2

1.3.2 国内发展及研究现状 2

第二章 设计部件及工质选择 4

2.1 制冷剂介绍 4

2.2 冷凝器的介绍 4

2.3 蒸发器介绍 4

2.4 压缩机的介绍 5

第三章 设计计算与选型 6

3.1 系统热力计算 6

3.1.1 循环参数及压焓图 6

3.1.2 各点参数值 7

3.1.3 热力计算 7

3.2 套管式冷凝器的设计 8

3.2.1 几何参数计算 8

3.2.2 套管冷凝器传热计算 10

3.3 蒸发器的设计计算 12

3.3.1 蒸发器几何参数计算 12

3.3.2 蒸发器传热计算 14

3.3.3 蒸发器的结构尺寸确定 19

3.3.4 蒸发器风机的选型 20

3.4压缩机的选型计算 21

3.4.1 理论排气量的计算 21

3.4.2 压缩机的选型及校核 23

3.5 节流装置的选型计算 24

3.5.1 热力计算 24

3.5.2 选定热力膨胀阀 25

3.6 其他辅助设备的计算与选型 25

3.6.1 干燥过滤器的计算与选型 25

3.6.2 气液分离器 26

3.6.3 视液镜的选型 27

3.6.4 分流器作用 27

3.7 储水箱 28

第四章 总结 29

参考文献 30

致谢 32

1. 绪论

1.1 空气源热泵热水器的概况

本文简单总结了空气源热泵热水器的研究成果,对空气源热泵热水器的各种设计参数以及性能系数问题有了初步认识,了解到压缩机、冷凝器、膨胀阀与蒸发器的型式以及整个系统的运行过程以及运行原理。通过文章初步认清空气源热泵热水器的现状与地位,为设计空气源热泵热水器做好知识储备,也为接下来进一步的研究提供充分可靠的参考依据。

随着现代经济的飞速发展和人们生活水平大幅度的提高,能源日益成为人们工作生活中必不可少的一部分,生活的方方面面都需要能源。我国的能源总消耗量不断地增加,其中热水所消耗的能量是总能耗的一部分。生活热水的使用是衡量社会文明程度和人民生活水平的一个重要标志。目前,我国城镇人口的人均生活热水用量还远低于发达国家水平。这表明未来人们对生活热水的需求必将越来越大,因此,寻求更为合理的热水供应方式,节约能源,降低热水的能源成本,提高能源利用效率是势在必行的^[1-2]。空气源热泵热水器是指用电动压缩机驱动,采用蒸汽压缩制冷循环,以空气为热源来提供热。热泵热水器通过逆卡诺循环经蒸发器利用制冷工质将低温热源中的热量收集,经过压缩机压缩升压升温,进入冷凝器冷凝放出热量,再经过膨胀阀进行节流降温降压,最后进入蒸发器完成循环^[3]。空气源热泵旨在利用少量的高品位能源,去寻求更大的能源，大量的废热和余热得到了再利用,有效地提高了一次能源的利用效率。

1.2 空气源热泵热水系统

空气源热泵热水器主要设备包括蒸发器、压缩机、冷凝器以及能将高压液体节流降压的热力膨胀阀,通过制冷剂不断地蒸发吸热，冷凝放热来达到制取大量热量的目的。系统循环将空气中的热量转移到所需要加热的热水中,完成能量的转换(如图1所示)^[4-5]。

图1-1.空气源热泵热水器循环原理图

• 1. 国内外发展及研究现状

1.3.1 国外发展研究现状

第一次能源危机爆发后,日本第一个普及热泵热水器的使用,目前的年销量达到十万台以上。欧盟和美国开发利用的时间比较长,但其地理位置、气候和消费等因素限制了它的发展。国外对空气源热泵热水器的适应压力、温度等的研究有相当多的建模测试,研究和使用都比较成熟^[6-9]。2008年欧盟出台的新规定使热泵在欧盟市场的地位得到大幅度地提升。目前,欧盟的热泵机组主要是空气源热泵热水器,且主要用于采暖^[10-11]。FaroukFardoun等设计了一种空气源热泵热水器的准稳态模型,使用matleb软件进行模拟,预测系统的性能参数^[12]。日本和北欧的CO2热泵热水器已经实现大规模商业化。Neksa.P等研究出了热泵热水器在使用CO₂作为工质时，不论是在能耗方面还是能效值方面，对比R22等氟利昂工质，都有明显的优势^[13]。Rieberer.R对两种不同工质的热泵热水器进行了理论和模拟计算，发现在相同的工况下，CO2热泵热水器比R134a热泵热水器制热量要高许多^[14]。

1.3.2 国内发展及研究现状