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摘 要

为减少碳足迹和全球变暖对人类的影响，可再生能源和低碳解决方案将成为主流，因此各种热泵系统被用于供热系统中。水源热泵作为热泵中的一种，是一种新的能源高效利用技术，它通过附加其他形式的能量，将自然界中的低值热资源转化为高值热资源。相较于其他一些热泵，水源热泵具有诸多优点。其一有较高的制冷和制热能效比。其二水的温度一年四季变化不大，因此采用水源为能源的热泵，其稳定性能很好。但是水源热泵也受到水资源本身水质和水体所在环境的约束。水源热泵对于水源几乎没有什么要求，但在正常生产过程中不同水源侧使用的结果，其代价也大为不同，是使用的主要问题。因此水源热泵机组应用的关键是考虑成因素。本毕设的课题设计的就是小型的水源热泵机组，只有7.5kW的制冷要求。结合成本考虑，选择使用本校镜湖的水作为水源。制冷剂则选择更为环保高效的R410a。整个设计过程包括对热泵机组的热力计算，对机组重要组成部分的蒸发器，冷凝器进行结构计算，最后画出整个机组的的图纸并进行标注以及相关要求的填写。

关键词：热泵 水源热泵机组 板式蒸发器 套管式冷凝器

Design of 7.5kW Water Source Heat Pump Unit

Abstract

In order to reduce the carbon footprint and the impact of global warming on human beings, renewable energy and low-carbon solutions will become the mainstream, so various heat pump systems are used in heating systems.As a kind of heat pump, water source heat pump (WSHP) is a new energy efficient utilization technology. It converts low-value heat resources into high-value heat resources in nature by adding other forms of energy.Compared with some other heat pumps, water source heat pumps have many advantages.One has higher refrigeration and heating energy efficiency ratio.Second, the temperature of water does not change much throughout the year, so the use of water for energy heat pumps, its stability is very good.But water source heat pump is restricted by water quality and water environment.Water source heat pump has almost no requirement on water source, but in the normal production process, the results of different water source side use, its cost is also very different, is the main problem of use.Therefore the water source heat pump unit application key is to consider the factor.The design of this project is a small water source heat pump unit, only 7.5kW cooling requirements.Considering the cost, we choose the water from jinghu lake as the water source.The refrigerant is R410a, which is more environmentally friendly and efficient.The whole design process includes the thermal calculation of the heat pump unit, the structural calculation of the evaporator and condenser, which are important components of the unit, and the drawing of the whole unit, as well as the marking and filling in the relevant requirements.

Keywords: heat pump; water source heat pump unit; plate evaporator; Bushing condense.

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题设计的研究背景 1

1.2水源热泵机组的原理介绍 1

1.3水源热泵研究发展过程 2

1.3.1国外水源热泵发展过程 2

1.3.2国内水源热泵发展过程 2

1.4水源热泵技术的应用现状 3

1.5水源热泵技术的问题 4

1.5.1热泵机组的经济效益 4

1.5.2水源侧的问题 4

1.5.3运行管理的问题 4

1.5.4系统的整体设计 4

1.6水源热泵的优点 5

1.6.1环保效果出色 5

1.6.2节能效果好 5

1.6.3运行稳定 5

第二章 3HP水源热泵机组的设计 6

2.1课题设计要求 6

2.2水源热泵机组的设计中要考虑的问题 6

2.3图纸设计所遇到的问题 7

第三章 热力计算及结构设计书 8

3.1原始参数设定 8

3.2 制冷循环lgp-h图及热力状态参数 8

3.3热力性能指标计算 9

3.4板式蒸发器的结构计算 10

3.4.1 蒸发器的结构计算 10

3.4.2蒸发段的热力计算 11

3.4.3过热段的热力计算 12

3.5冷凝器的设计计算 13

3.6冷凝器接管的选择 16

第四章 总结 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1课题设计的研究背景

在经济和社会大踏步发展的同时，无可避免的是能源会发生巨大的消耗和浪费，其中建筑耗能达30%以上，而暖通空调在建筑能耗中占40%以上。我国传统的空调制冷制热设备利用率低，北方采暖常用中小型锅炉燃料利用率普遍偏低，因此开发和研究新型制冷和供暖技术迫在眉睫^[1]。

热泵是基于“卡诺循环”这一理论被提出的。开尔文是第一个使用“热泵”这一名词的人，同时他也是第一个让热泵实际运转起来的人。后来，越来越多的人对热泵这一领域开始了探索与发展。1912年瑞士一项关于“地源热泵”概念专利的出现，标志着地热源热泵首次被提出，同时它也是第一个以水作为热源的热泵^[2]。在接下来的几十年间热泵以及相关产业技术发展非常迅猛其应用也得到了很大的普及。热泵作为一种新兴的能源技术，它可以利用那些接近环境温度而无法被利用的资源，如无价值的环境大气，工业废热以及一些地表水。本课题的水源热泵则是热泵的一个分支，与其他热泵不同的是它以水源作为冷热源。水源热泵机组在减少大气环境污染，减少废弃气体排放，提高能源利用效率上面有极其显著的优势 。但同时也是非常复杂的技术，需要不断地更新发展。

1.2水源热泵机组的原理介绍

水源热泵常的冷热源是水。而整个地球十分之三是陆地，十分之七是水，冷热水源可以说是取之不尽，用之不竭。目前我们主要利用的是江、河、湖泊等地表水中的低品位热能^[3]，再通过电能等其他外部能量，将低品位热能转化为高品位热能。本课题设计的热泵机组主要有两个系统，其一是使用侧的工作系统即进行制冷和制热循环，其二是热源侧的换热系统^[4]。当该机组进行制热过程时，热量的传递是从水到空间的；而机组进行制冷过程时，热量的传递是从空间到水。整个机组运行时，工作状态是可逆的，既可以从制冷状态到制热状态

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