1、前 言中國的建筑行業正處于飛速發展的階段，人們對生活環境的要求也越來越高，而生活環境最主要的就是居住環境，這種需求帶動了中國的空調制冷業的發展，特別是在“非典”之后，人們對室內空氣品質（iaq）有了更深刻的認識，室內空氣的好壞直接影響到人們的健康，原來使用的空調技術已經不能滿足人們的要求，對環境的需求意識已經不是簡單的冷熱意識，而是趨向于健康化、衛生化的需求。因此采用更先進的空氣調節方法提高空氣品質滿足人們的要求成了當前制冷行業發展的熱點和重點之一。從2001年至今，電力緊缺的問題一直困擾著我們，現在的情形更為嚴重，一方面是我國的經濟每年以兩位數的飛速發展，另一面是全球性的能源緊缺，再加上去年

2、的全國性的冰災，據有關部門預計，今年我國南方尤其是經濟發達的廣東地區缺電達30%，不少工廠被迫“開四停三”，嚴重影響到了經濟的持續發展。電廠的發展又不能盲目的增加發電量，或者增建新的電廠，必須依靠宏觀的發展才能不至于發生電力過剩的尷尬局面，而且電廠發電對環境的污染也會隨著電廠的增加而增加，在這種情況下，空調作為用電大戶，充分利用現有的自然能，如太陽能、地熱能、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當前電力的負擔，又增加了空調的環保能力，因此，利用自然資源，保護環境也成了當前各國空調制冷行業的研究方向。還有一個問題也是我們比較關心的問題，那就是“可持續發展”的觀點，根據1987年9月16日在加拿大的

3、蒙特利爾會議上通過的聯合國環境規劃署組織制定的關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書，對cfc及哈龍兩類中8種破壞臭氧層的物質進行限控，規定發達國家2000年完全停止使用這些物質，發展中國家2010年完全停止使用這些物質。我國已經確定了2010年全面淘汰的方案和行動計劃，并且開展了替代品及替代技術的研究與開發。當前空調行業的已經在這些方面有了一定的進步，許多節能性空調如變頻空調正越多的得到使用，而在中央空調方面，溴化鋰雙吸收式制冷等保護環境的制冷劑設備也發展的越來越快。熱泵技術的使用既有效利用了自然能源，節省了能量，同時又保護了環境。設計不足之處在所難免，望各位老師批評指正。學生 畢明品 2011

4、.12第一章 緒論11設計背景地熱是一種可再生的自然能源。盡管目前它的應用還不能像傳統能源(煤、石油、天然氣、水力能和核能)那樣廣泛，但由于地殼里蘊藏著豐富的地熱能，特別是在傳統能源越來越缺乏的今天，地熱能利用在許多國家已得到了相當的重視。地源熱泵中央空調系統是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47的太陽能，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存

5、于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地源也成為清潔的可再生能源一種形式。地源熱泵中央空調系統是利用水與地源(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地源為“熱泵”；夏季把室內熱量“取”出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地源為“冷源”。地源熱泵中央空調系統通過輸入少量的高品位能源(如電能)，實現低溫位熱能向高溫位轉移。與鍋爐(電、燃料)供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90以上的電能或7090的燃料內能轉化為熱量供用戶使用，因此地源熱泵中央空調系統要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量；由于地源熱泵

6、中央空調系統的熱源溫度全年較為穩定，一般為916，其制冷、制熱系數可達3.56.3，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40左右，其運行費用為普通中央空調的5060。地源熱泵中央空調系統的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40以上，與常規電供暖相比，相當于減少70以上，如果結合其他節能措施減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規空調裝置減少25的充灌量。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。1.2 國內地源熱泵發展簡史地源熱泵并不是一種新的空調系統，早在20世紀30年代，歐洲就已經出現了工程的應用，當時主

7、要用于冬季的供暖。20世紀70年代，出現能源危機，地源熱泵系統的工程應用形成高潮，技術日趨成熟。由于中國空調技術應用較晚，地源熱泵作為傳統空調的一個分枝，對大多數人說，確實較為陌生。我國在地源熱泵領域的研究始于20世紀80年代初的天津大學和天津商學院。自此，其他少數單位也先后在地熱供暖方面進行了一系列的理論和試驗研究，但是，由于我國能源價格的特殊性，以及其他一些因素的影響，地源熱泵的應用推廣非常緩慢。20世紀90年代以后，由于受國際大環境的影響以及地源熱泵自身所具備的節能和環保優勢，這項技術日益受到人們的重視，越來越多的技術人員開始投身于此項研究。1995年，中國國家科技部與美國能源部共同簽署

8、了中華人民共和國國家科學技術委員會和美利堅合眾國能源部效率和可再生能源技術的發展與利用領域合作協議書，并于1997年又簽署了該合作協議書的附件六-中華人民共和國國家科學技術委員會與美利堅合眾國能源部地熱開發利用的合作協議書。其中，兩國政府將地源熱泵空調技術納人了兩國能源效率和可再生能源的合作項目，這一舉措極大地促進了該技術的國際合作和推廣應用。1998年是我國在·該領域的一個里程碑，從這一年開始，國內數家大學紛紛建立了地源熱泵的實驗臺。其中，1998年重慶建工學院建設了包括淺埋豎管換熱器和水平埋管換熱器在內的實驗裝置；1998年青島建工學院建設了聚乙烯垂直地源熱泵裝置；1998年湖南

9、大學建設了水平埋管地源熱泵實驗裝置；1999年同濟大學建設了垂直地源熱泵裝置等。同時，我國也成立了一些專門的生產廠家，開始批量生產相關產品。這些科研單位和企業互相合作，在開發利用地源熱泵技術方面取得了很大的進展，做了許多實驗研究和工程示范，產生了很多有效數據，這些寶貴的經驗教訓勢必將大大加快我國發展地源熱泵的步伐。1.3 地源熱泵發展趨勢地源熱泵與中央空調相連接的供熱制冷系統是目前的發展趨勢。綜合利用低品位熱能、高效率利用熱能、簡單化和一體化的地源熱泵系統等都是目前地源熱泵系統技術的前沿課題。根據地源熱泵20年來的發展趨勢，其系統技術的發展大致有如下三個方向：(1) 綜合利用熱能的趨勢。將來的

10、地源熱泵系統不僅用于一般住宅、辦公用戶的供熱和制冷，更趨向于將供熱的廢棄能量(冷能)和制冷的廢棄能量(熱能)綜合利用，比如用供熱的廢棄冷能運轉冷藏庫、自動售貨機等，用制冷的廢棄熱能供應溫室養殖、種植和生活熱水等。(2) 一體化趨勢。隨著新材料和新工藝的開發，將來的地源熱泵系統可能將熱泵的轉換系統與地上散熱系統一體化，使采熱和傳熱的效率更高。 (3) 實地建造的趨勢。隨著人們對居住和生活環境要求的不斷提高，越來越多的建筑物需要常年供暖、制冷、熱水和冷藏的功能。因此，充分利用建筑物的空間和周邊的自然環境和自然能源，因地制宜地設計、制造和配套安裝相應的地源熱泵系統也將是一個發展方向。1.4 國外地源

11、熱泵的發展地能熱泵系統在北美和歐洲都應用的比較普及，根據國際地熱聯合會（ the geothermal heat pump consortium ）的統計，到 2003 年底，采用地能熱泵技術制冷供熱的建筑面積美國為 3720萬平方米，瑞典為 2000萬平米，德國為 560萬平米，加拿大為 435萬平米。但北美的應用與歐洲的應用存在明顯的差異。北美的應用，地能熱泵更多地偏重于解決建筑的空調制冷問題。在美國，政府投入很多的力量來支持地能熱泵系統的推廣，政府和學校經過多年的努力，建立了全國各地地質參數資料庫，并在各州確立了經過認可的地能熱泵推薦的工程商， ashere 也針對系統特殊要求在機組設計

12、上建立了標準，同時政府支持在大地換熱器設計以及工程施工方面的研究，而在不同的州，又有各自的政策來鼓勵地能熱泵系統的推廣，如專門的補貼、政府推廣網站等。從系統設計的角度看，雖然北美也有小型的水水熱泵機組，但北美地能熱泵系統更多地采用的是水環熱泵系統，尤其對于一些大型的工商建筑，采用水環熱泵正成為設計的主流趨勢。美國著名的地能熱泵制造商有 cliamtmaster 、 water furnace 等 ，他們提供符合 ari 的專門用于地能系統的標準系列產品。而對于大地換熱器，北美采用的多是單 u 型的垂直埋管方式和水平埋管的方式,鉆孔深度為 50 -160 米 。 在歐洲，由于環保和節能的要求，目

13、前，在歐洲，地能熱泵系統在供熱方面積累了豐富的經驗，從系統設計的角度看，歐洲多采用水系統，歐洲的水水熱泵機組更多偏重于制熱，但沒有專門的地能熱泵機組標準和專門的地能熱泵設備制造商。而對于大地換熱器，歐洲采用的多是雙u 型的垂直埋管方式。1.5 地源熱泵技術在中國的發展優勢1) 初期投資費用少。隨著改革開放的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，持續的高速經濟增長導致人們對舒適生活的追求，從而使地源熱泵這項嶄新的技術在中國具有巨大的市場潛力。同時我們也要注意到，我國城市的建設步伐正在加快，每年城鎮新建住宅2.4億平方米。而在建設新建筑之前并入集中地源熱泵系統，其成本要遠遠低于舊建筑的改造(甚至可以低

14、于一般空調系統!)，這對我們這個“嚴寒”與“寒冷”采暖區幾乎占了國土面積的70和全國總建筑面積的50的國家而言，節省的費用是巨大的。在美國，由于能源相對的便宜(與中國相近)，而人工費用很高，一般一個家庭的安裝費用在3000美元左右，地源熱泵仍然具很強的市場競爭力。而我國由于人工費用比較低，與西方發達國家相比，我國的基建費用低。基建費用是地源熱泵最主要的成本增加部分。由此可見，我國與國外發達國家相比，初期投資相對要少一些。2) 能夠提高城市環境質量。隨著人們生活水平的提高，對生活質量的要來越高，環保意識增強，人們開始認識到高品質的空氣是人類健康的保障。目前居民對空氣污染的關注程度越來越高，城市(

15、包括室內)對人們生活以及身體的影響日益受到重視，在碰到身體不適的時候，很多居民開始考慮空氣因素的影響。根據1997年中國環境狀況公報，我國城市空氣質量仍處于較重的污染水平。據統計，世界大氣污染最嚴重的10座城市中，中國就占了7席，這也從一個側面反映出我國城市空氣質量不容樂觀，加強空氣治理，已經到了刻不容緩的時候。目前我國的能源結構中有一個最為不利的因素，即長期以來在能源的生產和消費中煤炭的比例占70左右。為了徹底整治環境，減少溫室氣體排放，我國政府正在規劃改變以煤為主的能源結構，以實現可持續發展戰略。北京等城市正在考慮以電代煤的方法來解決城市污染的問題。每千瓦電能帶來3至4千瓦熱量的地源熱泵將

16、是極具競爭力的技術。由于電力是地源熱泵的唯一動力，因此沒有燃料分散燃燒所造成的大氣污染。與此同時由于廠家密封制劑。使用過程中不泄露，不補充，減少了對臭氧層的破壞。分析和調查表明，地源熱泵的應用對降低溫室效應起了積極作用。可見，這項技術應用于中國將緩解城市空氣污染問題。3) 能夠緩解能源緊張問題。進入新世紀，在生產力高速發展的條件下，人們越來越認識到地球上的資源和能源日益匣乏。我國能源短缺是一個不爭的事實，與此同時，我國又存在能源利用率低的矛盾。據統計，我國總的能源利用率約為30，這僅相當于發達國家90年代的水平。我國建筑耗能約占總耗能的25，其中供熱采暖能耗約占一半。能源短缺導致中國的能源價格

17、越來越接近發達國家的水平。我國要在能源每年增長率僅為35的條件下滿足國民經濟持續每年增長89，就必須重視節能技術和節能產品的開發利用，這決定了我國必須在空調和取暖這一耗能大項上有所改進。就地源熱泵技術而言，由于熱泵僅僅用來傳輸熱量，而不是產生熱量，所需要的熱量有70來自于地下，夏天制冷時，用來將建筑物中的熱量傳人地下所消耗的電力也非常少，因此地源熱泵這項節能技術應用于我國可以在一定程度上緩解我國的能源壓力。4) 受到國家相關政策的支持。為了減少我國由于冬季采暖所造成的大氣污染，減低國內現有制冷空調的能源消耗，尋求新的低能耗、無污染的供暖制冷空調技術，國家科技部與美國能源部分別代表兩國政府簽署了

18、中美兩國政府地源熱泵合作協議，引進和推廣美國先進的地源熱泵技術。這對地源熱泵技術在中國的推廣起到巨大的推動作用。八屆人大常委會第二十八次會議審議并通過了中華人民共和國節約能源法，其中第三十九條將熱電冷聯產技術列入國家鼓勵發展的通用技術，這也將促進地源熱泵事業的發展。自從我國實施民用建筑節能設計標準后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結果是大幅度降低了地源熱泵采暖方式的年運行費用，增加了地源熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。1.6 地源熱泵技術在中國推廣過程中可能遇到的問題任何一項新事物的出現總是要受到人們的質疑，對于地源熱泵這項新技術同樣可能會遇到一些阻力。首先，中國有關地源熱泵的

19、現成技術資料不多，還缺少這方面的設計、安裝和維護技術人員，同時，由于在中國生產地源熱泵相關設備的廠家少，人們對它還比較陌生，大多抱著觀望的態度，這樣的情形不利于這項技術在中國的推廣。其次，我國現在還沒有出臺促進地源熱泵技術發展的相關優惠政策，這使部分想采用地源熱泵系統的用戶由于看不到眼前利益而采用其它的空調系統。為了鼓勵用戶采用地源熱泵系統，我國可以提供鼓勵性補貼和資助給購買地源熱泵系統的用戶，或者采用調整能源價格的方法，使能源價格合理化，給予這些用戶一些實惠，鼓勵人們采用地源熱泵系統。還要說明的一點是，世界上熱泵技術比較發達的北美、北歐和中歐國家由于氣候條件基本上只用于供熱，對地源熱泵夏季制

20、冷工況研究較少。而我國幅員遼闊，地處溫帶，冬季需供暖，夏季需供冷，而且南北地區氣象條件差異很大，同樣的建筑在不同的地區，其負荷情況可能迥然不同。因此，我們不能照搬外國的技術成果，必須投入大量的科研經費和研究人員進行研究，使其適合中國的氣候特點，這也在一定程度上延緩了這項技術在中國的推廣。但可以相信，地熱能具有廣泛的應用前景，在不久的將來，地熱能將在世界能源利用結構中占有更大的份額。隨著人們環保意識的加強和對“綠色能源”的日益重視，地源熱泵系統技術也將得到前所未有的發展。1.7 本文研究的主要內容第二章 工作原理和制冷劑的選擇21 熱泵原理熱泵，就像水泵能把低位水提升到高位一樣可以把熱從低溫端傳

21、送到高溫端。它是一種可以實現蒸發器與冷凝器之間功能轉換的機械，實質上是另一種形式的制冷機。地源熱泵（ground-source heat pump）是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400米深）作為冷熱源，進行能量轉換的高效節能空調系統。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫熱源向高溫熱源的轉移。地源熱泵系統就是把傳統空調器的冷凝器或蒸發器直接埋入地下，使其與大地進行熱交換，或通過中間介質作為熱載體，并使中間介質在封閉環路中通過大地循環流動，從而實現與大地進行熱交換的目的；地上部分的空調器傳熱過程與 傳統的hvac一樣。地源熱泵系統作為一種“綠色空調”，是以大地為熱源對建筑進

22、行空氣調節的系統。冬天，通過熱泵將大地中的低位熱能提高品味對建筑供暖，同時存儲冷量，以備夏用；夏季，通過熱泵將建筑內的熱量轉移到地下，對建筑進行供冷，同時存儲熱量，以備冬用。這樣可保持地溫恒定，冷暖負荷平衡，從而達到節能、環保的要求因此地源熱泵空調系統可解決空氣源熱泵系統必需室外機及室外機對周圍環境產生熱污染等問題,并且冬季運行不存在結霜問題,節省了空氣源熱泵系統除霜所耗的電能,空調效果不受室外氣溫的影響,運行穩定可靠,是一種國家鼓勵使用的適用于夏熱冬冷地區居住建筑的節能環保空調系統。22 制冷劑的選擇制冷劑又稱制冷工質，是制冷循環的工作介質，利用制冷劑的相變來傳遞熱量，既制冷劑在蒸發器中汽化

23、時吸熱，在冷凝器中凝結時放熱。當前能用作制冷劑的物質有80多種，最常用的是氨、氟里昂類、水和少數碳氫化合物等。     1987年9月在加拿大的蒙特利爾室召開了專門性的國際會議，并簽署了關于消耗臭氧層的蒙特利爾協議書，于1989年1月1日起生效，對氟里昂在的r11、r12、r113、r114、r115、r502及r22等cfc類的生產進行限制。1990年6月在倫敦召開了該議定書締約國的第二次會議，增加了對全部cfc、四氯化碳（ccl4）和甲基氯仿（c2h3cl3）生產的限制，要求締約國中的發達國家在2000年完全停止生產以上物質，發展中國家可推

24、遲到2010年。另外對過渡性物質hcfc提出了2020年后的控制日程表。 hcfc中的r123和r134a是r12和r22的替代品。  1、熱力學的要求  1 在大氣壓力下，制冷劑的蒸發溫度(沸點)ts要低。這是一個很重要的性能指標。ts愈低，則不僅可以制取較低的溫度，而且還可以在一定的蒸發溫度to下，使其蒸發壓力po高于大氣壓力。以避免空氣進入制冷系統，發生泄漏時較容易發現。 2 要求制冷劑在常溫下的冷凝壓力pc應盡量低些，以免處于高壓下工作的壓縮機、冷凝器及排氣管道等設備的強度要求過高。并且，冷凝壓力過高也有導致制冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大

25、。 3 對于大型活塞式壓縮機來說，制冷劑的單位容積制冷量qv要求盡可能大，這樣可以縮小壓縮機尺寸和減少制冷工質的循環量；而對于小型或微型壓縮機，單位容積制冷量可小一些；對于小型離心式壓縮機亦要求制冷劑qv要小，以擴大離心式壓縮機的使用范圍，并避免小尺寸葉輪制造之困難。 4 制冷劑的臨界溫度要高些、冷凝溫度要低些。臨界溫度的高低確定了制冷劑在常溫或普通低溫范圍內能否液化。5 凝固溫度是制冷劑使用范圍的下限，冷凝溫度越低制冷劑的適用范圍愈大。  制冷劑 分子式 分子量u 正常蒸發溫度ts() 凝固點tf()&

26、#160;臨界溫度 tkp() 臨界壓力pkp絕對壓力 絕熱指數k  水（r718） h2o 18.02 +100 0 +374.1 225.6 1.33      氨（r717） nh3 17.03 -33.4 -77.7 +132.4 115.2 1.31      r11 cfcl3 

27、;137.39 +23.7 -111 +198 44.6 1.17      r12 cf2cl2 120.92 -29.8 -155 +111.5 40.86 1.15      r13 cf3cl 104.47 -81.5 -180 +28.8 39.4 -    

28、  r22 chf2cl 88.48 -40.8 -180 +96 50.3 1.19      r115 c2f5cl 154.48 -38 -106 +80 33 1   物理化學的要求： 1 制冷劑的粘度應盡可能小，以減少管道流動阻力、提換熱設備的傳熱強度。 2 制冷劑的導熱系數應當高，以提高換熱設備的效率，減少傳熱面積。 

29、;3 制冷劑與油的互溶性質：制冷劑溶解于潤滑油的性質應從兩個方面來分析。如果制冷劑與潤滑油能任意互溶，其優點是潤滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機的各個部件，為機體潤滑創造良好條件；且在蒸發器和冷凝器的熱換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。其缺點是從壓縮機帶出的油量過多，并且能使蒸發器中的蒸發溫度升高。部分或微溶于油的制冷劑，其優點是從壓縮機帶出的油量少，故蒸發器中蒸發溫度較穩定。其缺點是在蒸發器和冷凝器換熱面上形成很難清除的油膜，影響了傳熱。 類別溶解性 制冷劑 產生的影響   1 難溶 nh3、co2、r13、r14、r1

30、5、so2 無   2 微溶（在壓縮機曲軸箱和冷凝器內相互溶解，在蒸發器內分解）      r22、r114、r152、r502 溶解時降低潤滑油的沾度   3 完全溶解 r11、r12、r21、r113、烴類、ch3ci、r500  降低潤滑油的沾度和凝固點，并使油中石蠟下沉，蒸發溫度升高  4 應具有一定的吸水性，這樣就不致在制冷系統中形成“冰塞”，影響正常運行。 5 應具

31、有化學穩定性：不燃燒、不爆炸，使用中不分解，不變質。同時制冷劑本身或與油、水等相混時，對金屬不應有顯著的腐蝕作用，對密封材料的溶脹作用應小。 安全性的要求 由于制冷劑在運行中可能泄漏，故要求工質對人身健康無損害、無毒性、無刺激作用。 制冷劑的分類 1 在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類。按照化學成分，制冷劑可分為五類：無機化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳氫化合物制冷劑、不飽和碳氫化合物制冷劑和共沸混合物制冷劑。根據冷凝壓力，制冷劑可分為三類：高溫（低壓）制冷劑、中溫（中壓）制冷劑和低溫（高壓）制冷劑。 2 無機化

32、合物制冷劑：這類制冷劑使用得比較早，如氨（nh3）、水（h2o）、空氣、二氧化碳（co2）和二氧化硫（so2）等。對于無機化合物制冷劑，國際上規定的代號為r及后面的三位數字，其中第一位為“7”后兩位數字為分子量。如水r718.等。 3 氟里昂（鹵碳化合物制冷劑）：氟里昂是飽和碳氫化合物中全部或部分氫元素（cl）、氟（f）和溴（br）代替后衍生物的總稱。國際規定用“r”作為這類制冷劑的代號，如r22.等。 4 飽和碳氫化合物：這類制冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環狀有機化合物等。代號與氟里昂一樣采用“r”，這類制冷劑易燃易爆，安全性很差。如r50、r

33、170、r290.等。 5 不飽和碳氫化合物制冷劑：這類制冷劑中主要是乙烯（c2h4）、丙烯（c3h6）和它們的鹵族元素衍生物，它們的r后的數字多為“1”，如r113、r1150.等。 6 共沸混合物制冷劑：這類制冷劑是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物，這類制冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發溫度，其氣相或液相始終保持組成比例不變，但它們的熱力性質卻不同于混合前的物質，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。如r500、r502.等。 7 高溫、中溫及低溫制冷劑：是按制冷劑的標準蒸發溫度和常溫下冷凝壓力來分的。 

34、 制冷劑 使用溫度范圍 壓縮機類型 用途 備注      r717（氨） 中、低溫 活塞式、離心式 冷藏、制冰 在普通制冷領域      r11 高溫 離心式 空調       r12 高、中、低溫 活塞式、回轉式、離心式 冷藏、空調 高溫為：10-0   &

35、#160;  r13 超低溫 活塞式、回轉式 超低溫       r22 高、中、低溫 活塞式、回轉式、離心式 空調、冷藏、低溫 中溫為：0-20      r114 高溫 活塞式 特殊空調 低溫為：-20-60      r500 高、中溫 活塞式、回轉式、離心式 空調、冷藏 

36、超低溫為：-60-120      r502 高、中、低溫 活塞式、回轉式 空調、冷藏、低溫  在本系統中，綜合考慮各種制冷劑的特性和優缺點，選擇r22作為本系統的制冷劑。第三章 熱力計算31 設計要求論文旨在研究土壤源熱泵系統在供熱空調系統中的應用，并設計出一套可行的土壤源熱泵系統。在合理設計核心部分土壤耦合地熱交換器的基礎上，充分發揮土壤源熱泵系統供熱高效節能、環保的特點，探討該系統成本高、性能不穩定等缺陷的解決方案。 根據設計的初步要求，本系統的功率為100kw，且只用于制熱的單熱型空調系

37、統。考慮到要結合地源熱泵并有效利用地表淺熱，在比較活塞式、螺桿式、離心式、溴化鋰吸收式空調系統的優缺點后，選擇螺桿式空調機組作為本地源熱泵系統的地上部分。而地下部分主要是地下熱交換器。32熱力計算 空調機組的功率設定為100kw，=100kw=夏季制冷時，設定蒸發溫度為2，冷凝溫度為48.9，過冷溫度為40.6，冷卻水進水溫度為20，冷卻水出水溫度為25；冷凍水進水溫度為12，冷凍水出水溫度為7。吸氣溫度r22為18.3。風冷式螺桿冷熱水機組，標準設計工況：供冷冷水出水溫度：7；環境進風溫度：35。供熱熱水出水溫度：45；環境溫度：7。機組使用工況：供冷冷水出水溫度：512；室外環境溫度：40

38、；供熱熱水出水溫度：45，室外環境溫度：-10153214壓焓圖根據r22的熱力性質表，查出處于飽和線上的各點有關狀態參數值： kj/kg /kg kj/kg 在r22的p-h圖上找到的等壓線與飽和蒸氣線的交點1，由1點作等熵線，此線和 等壓線相交于點2，該點即為壓縮機的出口狀態。由圖可知 kj/kg 1) 單位質量制冷量 kj/kg (2-1)2) 單位容積制冷量 kj/3) 制冷劑質量流量 kg/s4) 理論比功 kj/kg5) 壓縮機消耗的理論功率 kw6) 壓縮機吸入的容積流量 v= /s7) 制冷系數 8) 冷凝器單位熱負荷 9) 冷凝器熱負荷 117.386 kw 10）壓縮機性能

39、系數 cop=q/p 制冷工況時的性能系數 cop=100/25.65=3.9 cop=117.386/25.65=4.58 以上計算是在理想狀態下進想的，所以得到的計算數據都為理想數據，故在進行系統各設備選型時，應考慮到實際的運行效率，并進行要的修正。地源熱泵系統空調機組各部分型式選擇33壓縮機熱力計算及選型壓縮機為制冷系統中的核心設備，只有通過它將電能轉換為機械功，把低溫低壓氣態制冷劑壓縮為高溫高壓氣體，才能保證制冷的循環進行。在蒸汽壓縮式制冷系統中，把制冷劑從低壓提升為高壓，并使制冷劑不斷循環流動，從而使系統不斷將內部熱量排放到高于系統溫度的環境中。 制冷壓縮機是制冷系統的心臟，制冷系統

40、通過壓縮機輸入電能，從而將熱量從低溫環境排放到高溫環境。制冷壓縮機的能效比決定整個制冷系統的能效比。 由于環境溫度是經常變化的，故制冷壓縮機大部分時間是處于部分負荷狀態，因此制冷壓縮機要具有能量調節。制冷壓縮機分類具體情況：一.  容積式制冷壓縮機分類：靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。 1. 往復活塞式制冷壓縮機：靠活塞的往復運動來改變汽缸的工作容積。 依外部構造分為：  全封閉制冷壓縮機：制冷量小于60kw，多用于空調機和小型制冷設備中。     驅動電機和運動部件封閉在同一空間里，結構緊湊，密封

41、性好，噪聲低。但功率較小，不易維修。  半封閉制冷壓縮機分類：制冷量60600kw，可用于各種空調制冷設備中。     由曲軸箱機體與電機外殼共同構成密閉的空間，工作穩定壽命長，制冷能力較大，可用于多種工況，可維修，但噪聲稍高。分為單級壓縮型（常規型，碟閥型，卸載型，連通型）和雙級壓縮型。  開啟式 制冷壓縮機分類：    壓縮機和電機分別為兩個設備于外部連接，結構復雜笨重，工作不穩定，已近于淘汰。 2. 回轉式制冷壓縮機：靠回轉體的旋轉運動來改變汽缸的工作容積。 依內部構造制冷壓縮機

42、分類：  滾動轉子式制冷壓縮機：制冷量812kw，多用于小型空調機和制冷設備中。     為全封閉式，結構緊湊，密封性好，噪聲低。但功率較小，不易維修。  渦旋式制冷壓縮機：制冷量8150kw，可用于各種空調制冷設備中。     為全封閉式，結構簡單緊湊，工作性能高，密封性好，噪聲低，為今后主導機型。  螺桿式制冷壓縮機：制冷量1001200kw，可用于大中型空調制冷設備中。     為半封閉式，結構緊湊，工作性能高，制冷能力大并可進行無級調節，

43、但潤滑油系統較復雜，噪聲較高。分為單，雙螺桿型。 二.  離心式制冷壓縮機：靠離心力的作用，連續將吸入的氣體壓縮。     制冷量最大可達30000kw，用于大型空調制冷設備中。     工作穩定，性能高壽命長，制冷能力大，可進行無級調節。 在本系統中，經過比較考慮，選擇螺桿式壓縮機。因為螺桿式壓縮機有如下優點：1）可靠性高，易損件少，排氣溫度低，對濕行程不敏感，沒有液擊危險，可在較高壓比工況下運行，運行安全可靠。 2）結構合理：主機體積小，重量輕，兩極電機直聯高速運轉，壓縮機、電機、

44、油分離器、油冷卻器、油泵等置于一公共機座上，結構緊湊合理。 3）安裝維護費用低：運轉平穩安全，震動小，不需要復雜基礎，安裝簡單，運轉壽命長，維修方便。 4）制冷量無級調節：采用滑閥機構使制冷量可從15-100%進行無級調節，節省運行費用。 容易實現自動化：運行簡單可靠，自動保護齊全，可實現微機控制，實現自動化。 螺桿式壓縮機的軸功率： kw式中 制冷劑的質量流量，kw/h； 等熵壓縮終了進氣的焓值，j/kg； 吸氣狀態的焓值，j/kg;壓縮機的絕熱效率，一般為0。720。85螺桿式壓縮機的理論輸氧量： =130.33 /h式中 為轉子第小時所掃過的齒間容間總和；

45、扭角系數；由熱力計算的結果可知本系統所需壓縮機消耗的理論功率為17.39kw。理論功率又稱為指示功率，是壓縮機在單位時間內實際循環所消耗的功率。由原動機傳到壓縮機上的功率稱為軸功率，單位為kw，它的一部分，即指示功率直接用于完成壓縮機的工作循環，另一部分，即摩擦功率，單位為kw，用于克服壓縮機中各運動部件的摩擦阻力和驅動附屬的設備，如潤滑用液壓泵等。取為0.80，則由上式可得所需壓縮機的軸功率為： =+=26.65 kw由簡明空調用制冷設計手冊文獻1表4-7可知螺桿式制冷壓縮機按吸入壓力飽和溫度分為高溫、中溫和低溫三類。中溫為7左右。由于本設計假設蒸發溫度為7.2，故本系統屬于高溫類型。參看文

46、獻1中表4-4，可選名義工況制冷量為124.09kw,陽轉子轉速為4400r/min,陽轉子名義直徑為100mm,長徑比為1.5的高溫型水冷半封閉式r22螺桿式壓縮機。螺桿式制冷壓縮機的制冷量按國標gb5773的規定進行試驗。實測制冷量和設計制冷量的偏差分別為： 120kw/h,-7%;120kw/h,-5%.則該選定的壓縮機實際工率為:=(10.05)=117.57kw 所選擇的壓縮機滿足設計要求。故本系統選取型號為lg10f30z。34機組換熱器的選型及熱力計算熱交換設備是制冷機的重要設備，其特性對制冷機的性能有重大影響。熱交換器中包括多種傳熱方式（冷凝、沸騰、強制對流、自然對流、導熱等等

47、）。制冷系統中需要交換熱量的流體常常分別處在固體壁面的兩側。例如在氟利昂臥式冷凝器中，冷卻水在管內流動，氟量昂蒸氣在管外凝結。蒸氣凝結時放出的熱量通過管壁傳遞給冷卻水。這種熱量由壁面一側的流體穿過壁面傳給另一側流體的過程，稱為傳熱過程。制冷機熱交換設備涉及的傳熱過程包括通過平壁的傳熱過程、通過圓管的傳熱過程以及通過肋壁的傳熱過程。傳熱公式： q=kfÑt w 式中 q單位時間通過傳熱面積的傳熱量，w； f傳熱面積，； Ñt冷、熱流體間的溫差，；k傳熱系數，w/（·）傳熱計算進行傳熱計算之前，熱交換器的型式和熱負荷已在選型和循環計算中確定。但是熱交換器中的傳熱溫差、

48、傳熱面積、冷卻介質流速或被冷卻介質流速需在傳熱計算過程中確定。傳熱溫差和介質流速與熱交換器的型式有關，可應用技術經濟分析的方法確定其最佳值，也可按經驗數值選用。1） 對數平均溫差 計算傳熱量時，傳熱溫差為冷、熱液體間的溫度差。對于熱交換器，由于冷熱流體沿傳熱面進行交換，其溫度沿流動的方向不斷變化，所以冷、熱流體間的溫差也在不斷地變化。為此，在進行傳熱計算時需取溫差的平均值，以符號表示，稱為平均溫差。相應的傳熱計算公式為 q=kf平均溫差與介質的流動有關。就冷、熱流體方向來分，兩者平行且同向流動時稱為順流；兩者平行而反向流動時稱為逆流；彼此垂直的交叉流動稱為叉流。在順流和逆流情況下，冷熱流體的溫

49、度變化如圖。在下列條件下，可推導出對數平均溫差的計算式。1. 冷、熱流體的熱容量在整個換熱面上均為常量；2. 傳熱系數k在整個換熱面上不變；3. 換熱器無散熱損失；4. 沿換熱面軸向的導熱量可以忽略不計；5. 在換熱器中，任何一種流體都不能既有相變又有單相介質換熱。對數平均溫差的計算公式為 =式中為換熱器兩端冷、熱流體間溫差的最大值；是最小值。2）制冷劑沸騰時的換熱系數 制冷劑沸騰時，其換熱系數隨熱流密度的增加而增加。制冷劑在管內沸騰時，其換熱系數與物性，熱流密度，管內液體珠質量流速及流向有關。1.立管內沸騰時，換熱系數的計算式為 w/（·）式中是按內表面積計算的熱流密度，w/

50、60;。341蒸發器的設計蒸發器是空調設備中使制冷劑吸熱氣化的熱交換器，蒸發器的類型很多，按制冷劑在蒸發器內的充滿程度及蒸發情況進行分類，主要有三種：干式蒸發器、再循環式蒸發器和滿液式蒸發器。比較這三種蒸發器的優缺點如下：1）干式蒸發器優點：1、制冷劑用量少，為相同制冷量滿液式蒸發器的三分之一；2、當載冷劑為水時，即使蒸發溫度低到0度附近，也不會出現結冰現象；3、便于把蒸發器中的潤滑油排回壓縮機；其主要缺點有：1、當采用多流程時，氣、液兩相制冷劑在端蓋內轉向會出現分離，從而造成了下一流程中各管子中制冷劑流量分配不均勻的不利現象，使這些管子失去蒸發冷卻的作用；2、載冷劑可能會通過折流板與殼之間的

51、間隙泄漏（即載冷劑短路），降低水側的換熱效果。 2）滿液式蒸發器優點：1、相較于傳統的干式蒸發器滿液式蒸發器內充滿了液態制冷劑，這樣可使傳熱面盡量和液態制冷劑接觸并傳熱，可提高傳熱效率約20%左右；2、結構緊湊，占地面積小.換熱過程中始終是液態制冷劑與液態水之間的換熱，產生的制冷劑氣體直接從壓縮機吸氣進入壓縮機，換熱面積被有效利用，提高了機組的換熱效率。3、完全潤濕的熱傳遞表面，可增加蒸發器的使用效率，提高系數低壓側壓力，進而提升系統的工作效率；4、滿液式蒸發器的使用還可增加壓縮機的壓縮效率，使主機功耗降低；5、由于多壓縮機組其享一臺蒸發器及冷凝器，于部分負載時仍能有效地利用傳熱面積，故可擁有

52、較高的部分負載效率。其缺點有：1、當載冷劑為水時，殼體內蒸發溫度不可低于0度，否則管束內可能結冰，導致傳熱管漲裂；2、制冷劑充注量大；3、由于搖晃，可能會使液體進入回氣管，造成液擊事故，故不能用于產生晃動的場所，如：艦船等。3）再循環式蒸發器是指制冷劑液體在蒸發器內循環流動過程中蒸發的蒸發器。進入蒸發管的制冷劑液體吸熱后部分氣化，并以氣液兩相混合物的形式排出蒸發管。氣液兩相混合物經氣液分離器分離后干蒸氣被吸入壓縮機、液體再次進入蒸發管蒸發。其優點有：蒸發管子的內壁完全濕潤，因而有較高的換熱系數。主要缺點是體積大，需要的制冷劑多。經過綜合考慮蒸發器的經濟性與本設計要求的適用性，選擇冷卻液體型干式

53、蒸發器。這類蒸發器按其管組的排列方式又可分為直管式和u型管式兩種。考慮到u型管式的傳熱效果較好，故選用u型管式干式蒸發器。由傳熱公式 q=kfÑt=kpdlÑt w 式中k=（在工程計算中，當圓筒的內、外徑之比<2時，可用此簡化公式。）管材采用銅管，其傳熱系數為389w/(m×k)，管徑為f16mm，管內側制冷劑換熱系數為1800w/(×k)，管外側冷卻水換熱系數為6600 w/(×k)，管壁厚1.5mm。 k=1262.16 w/(×k)。 由前面的熱力計算可知Ñt為13，入傳熱公式可得：pdl=6.09m. 考慮到

54、干式蒸發器的管子有效傳熱效率為管子表面積的30%60%，而冷卻液體式干式蒸發器的u型式的傳熱效果較好，故選擇型號為g10的干式蒸發器能夠滿足本設計的要求。其蒸發面積為10 m，冷水量為17/h， 進出水管徑為dn80mm，水程阻力為0.02mpa。設計時應給定額定工況下的制冷量，然后根據以下原則選擇主要參數。1） 制冷劑質量流速的選擇 在額定工況下，制冷劑質量流速的選擇對于干式蒸發器的設計具有重要的意義。質量流速愈大，制冷劑在管內蒸發時的換熱系數愈高，因而傳熱性能提高，但制冷劑量測定在管內的阻力也增加，這將使制冷劑的進出口的溫差增大。在制冷劑出口溫度不變的前提下，制冷劑入口溫度的提高將使制冷劑

55、與載冷劑之間的對數平均溫差減小。因此，存在一個最佳質量流速，此時單位面積的熱流量為最大值，這就是干式蒸發器存在最佳設計的概念。因為最佳質量流量與管子的規格及流程數等因素有關，故最佳設計方案要通過多次計算和比較才能確定。由于在干式蒸發器中制冷劑和載冷劑的溫度都是降低的，如圖31所示，順流傳熱的平均溫差為 （2）圖31 干式蒸發器的傳熱溫差順流傳熱的平均溫差磊于逆流傳熱的平均溫差，因此在安排干式蒸發器進、出口接管時應盡可能使之符合順流傳熱。2） 流程數的選擇 流程數的選擇與管子的型式有關。采用內肋管時，一般都選二流程的u型管結構，可以防止制冷劑轉向時產生的氣液分離現象。用光管時，可選擇四流程或六流

56、程。3） 載冷劑降溫的選擇 一般水側的溫降為46。4） 載冷劑側折流板數的選擇 在干式殼式蒸發器中，載冷劑在管外流動。為了保證載冷劑橫向流過管束時有一定的流速（0.51.0m/s），必須沿筒體軸向布置一定數量的折流板。沿筒體軸向布置的折流板數應根據載冷劑橫向流過管束時的平均流速決定。圓缺形折流板的缺口尺寸對管外側載冷劑的換熱效果影響很大。缺口愈小傳熱效果愈好，但相應的阻力愈大。因此選擇缺口尺寸時應作全面的考慮。1、 冷凍水流量 2、 蒸發器結構的初步規則l79563929圖32 結構規劃殼體內徑=300mm，流程數n=4，每一流程的平均管子數=49，總管數=196根，管板厚度=30mm，折流板

57、厚度=5mm，折流板數=20，折流板間距=150mm，間距=85mm，上缺口高=60mm，上缺口內管子數=25根，下缺口高=64mm，下缺口內管數=28。管子為f121的銅管，按正三角形排列，管距為16mm，殼體直徑附近的管數為20根，管長定為2200mm。r22從下端進入管子，在管中蒸發，從上端出蒸發器。從上往下，各流程管數依次為79，56，39，29。1） 蒸發器的外表面積 2） 有效傳熱面積 3、 管外換熱系數的計算 折流板的平均間距s 橫向流通截面積 按公式（978）， 橫向流速 折流板上、下缺口面積 按公式（977）計算這兩個面積。計算時。 上下缺口面積的平均值 縱向流速 管外換熱系

58、數冷卻水平均溫度。據此溫度查得水的物性數據為：，運動粘性系數，導熱率，則 管外換熱系數 按公式（957）計算， 4、 管內換熱系數的計算假定蒸發器按內表面計算的熱流密度（此假定將在后面檢驗），則按公式（948），管內換熱系數為 式中， c=0.02332。因每根管內r22的質量流量為 且質量流速為 故 5、 制冷劑流動阻力及傳熱溫差原計算 制冷劑的流動阻力計算1） r22飽和蒸氣的流速為 2） 蒸發器出口處的蒸發溫度，據此從物性表中查得r22的參數為：密度，普朗特數；運動粘性系數。將上述數據代入數的計算式中，得到 3) 沿程阻力系數 4） 飽和蒸氣的沿程阻力 按公式（983）計算， 5） 兩相對流時r22的沿程阻力為 6) 總阻力為 =0.036 由公式（2）可得冷熱流體的對數平均溫差 在2附近，壓力每變化0.1m，飽和溫度約變化5.5，又因為蒸發器進口處r22的溫度為 式中為制冷劑總阻力， =2+5.5=3.98對數平均溫差 傳熱系數及按內表面計算的熱流密度傳熱系數管內側與管外側的污垢系數均取為2，則傳熱系數為