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摘 要

本文的主要内容是设计一台制热量为20匹的空气源热泵热水器。文章在对空气源热泵热水器进行简单介绍的同时，也对这类热水器与其他类型的热水器之间的相对优缺点做了分析与比较，例如节能效果、制热能力、环境效益等等。其次本文对空气源热泵热水器的方案选择进行了说明，同时根据任务书已知的工况进行计算与校核。最终，通过制冷剂循环计算、冷凝器设计计算、蒸发器设计计算、压缩机与风机的选型与校核确定：蒸发器选用强制通风式空气冷却蒸发器，内置三排换热管，实际迎风面积3.8平方米并采用为筒式布置，同时选用轴流式风机；使用套管式换热器作为系统冷凝器，共设有五层直径为800毫米的圆形盘管；压缩机选用两台型号为ZR144KCE-TFD的谷轮式压缩机并联。在此设计的基础上选用其他的辅助设备、确定管路连接与排布、敲定空气源热泵热水器的整体布局，最后对设计过程与设计结果进行总结与展望。

关键词：热泵 空气源 热水器 设计

The Design of 20 HP Air Source Heat Pump Water Heater

ABSTRACT

The main content of this paper is to design an air source heat pump water heater with a heat capacity of 20 hp. The article briefly introduces the air source heat pump water heater. At the same time, the relative advantages and disadvantages of this type of water heater and other types of water heaters are analyzed and compared, such as energy saving effect, heating capacity and environment. Benefits and so on. Secondly, this paper describes the scheme selection of air source heat pump water heater, and calculates and checks according to the working conditions known in the mission book. Finally, through the refrigerant cycle calculation, condenser design calculation, evaporator design calculation, compressor and fan selection and calibration, The evaporator adopts forced ventilation air-cooled evaporator with three rows of heat exchanger pipes. The actual windward area is 3.8 square meters and the tube layout is adopted. At the same time, the axial-flow fan is selected. The casing heat exchanger is used as the system condenser, and a total of five-layer circular coils with a diameter of 800mm are installed. The compressor adopts two grain-wheel compressors of ZR144KCE-TFD in parallel. Based on this design, select other auxiliary equipment, determine the pipeline connection and arrangement, and finalize The overall layout of the air source heat pump water heater. Finally, the design process and results are summarized and prospected.

Keywords: heat pump ; air source ; water heater ; design

目 录

摘要 II

ABSTRACT III

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1 技术背景 1

1.2 空气源热泵 1

1.3 空气源热泵热水器 2

1.3.1 原理概述 2

1.3.2 空气源热泵热水器的制冷剂 3

1.3.3 性能分析 3

1.3.4 家用技术应用分析 4

第二章 空气源热泵热水器技术现状与性能优化 6

2.1 国内技术 6

2.2 国外技术 6

2.3 优化设计 7

2.3.1 风机结构优化设计 7

2.3.2 换热器优化设计 7

2.3.3 合理选用辅助性热源 7

2.3.4 改变制冷剂充注量 7

第三章 系统设计计算 8

3.1 系统的热力计算 8

3.1.1 热泵系统的热力计算 8

第四章 冷凝器的设计计算 11

4.1 冷凝器的结构 11

4.2 冷凝器的传热计算 11

4.3 氟利昂套管式冷凝器的设计计算 11

4.3.1 有关参数的选择及计算 11

4.3.2 确定管内根数 12

4.3.3 传热计算 13

4.3.4 冷凝器整体结构 14

第五章 蒸发器的设计计算 16

5.1 强制通风空气冷却式蒸发器的结构设计及计算 16

5.2 蒸发器的设计计算 18

5.2.1 参数选定 18

5.2.2 计算几何参数 19

5.3 风机的选型 29

第六章 压缩机与辅助装置的选型 31

6.1 压缩机参数计算 31

6.1.1 31

6.1.2 轴功率的计算 31

6.1.3 31

6.1.4 压缩机的校核选用 32

6.2 辅助装置的选型 35

6.2.1 膨胀阀 35

6.2.2 干燥过滤器 36

6.2.3 气液分离器 36

6.2.4 视液镜 36

第七章 结论与展望 37

7.1 结论 37

7.2 展望 37

参考文献 39

致谢 42

第一章 绪论

1.1 技术背景

热水器是目前世界上使用最为广泛的制热设备之一。由于新世纪的能源需求日益增加，能源价格也因此与日俱增，资源被储备日益减少，环境被不断破坏，人们对能源的开发和利用也越来越重视，经过改进并越发成熟，热水器技术以其广泛、节能、耐用、环保等特点，集中了很多研究人员的注意力，成为使用最为广泛的的能源技术之一。空气源热泵热水器就是在这种背景下应运而生，并逐渐被人们所熟知。相关调查结果显示：我国居民生活每天的热水需求在冬季最高，大致为65升/天，春、夏和秋季为55升/天^[1]，空气源热泵热水器成功在我国获得了广泛的支持与使用^[2]。

1.2 空气源热泵

热泵可以把低温热源的热量转移到高温热源，这在表现形式上类似于水泵把水的势能抬高，所以热泵实际上所起的主要作用是改变能量的自然运动方向，热泵的工作原理逆卡诺循环，但是制冷剂也是按照这个循环进行工作。热泵跟制冷机之间有些许不同点：一是工况中温度范围大不相同，二是双方在对热量的转移方向以及最后提供使用的热源组成不尽相同。

压缩式热泵机组的主要部件有蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置。工质在这四个部件中完成循环传递热量，在这个过程中的外部能源输入除了环境空气自带的热量之外就只有压缩机所消耗的能量。

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