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黑龙江建筑职业技术学院毕业设计毕业题目：风冷热泵机组FRA60设计学生：指导教师：专业：供热通风与空调工程技术班级：供热班2011年6月黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-黑龙江职业技术学院毕业设计评审意见表毕业设计题目风冷热泵机组FRA60设计学生姓名专业班级指导教师评语:建议成绩：指导教师（签字）：年月日黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-答辩委员会意见:答辩委员会(教师姓名、职称)：毕业设计成绩：黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-风冷热泵机组FRA60设计摘要风冷热泵冷热水机组是九十年代在我国开始应用的一种新型空调主机，此类机组既可供冷又可供热，省却了锅炉房和冷却水系统，安装灵活方便，系统简单不占用机房，可放置楼顶，同时还可满足热水需求。机组运行采用微电脑控制，可靠性较高。因此在许多空调工程中得以广泛采用。本文就风冷热泵中央空调的性能、系统、工程设计做以分析，并告诉我们设计一台风冷热泵机组该如何选择压缩机、蒸发器、冷凝器、热力膨胀阀及各类辅助设备，通过上述设备工作所能达到的制冷量、制热量、COP值等。由此使我们知道了设计时应该注意的问题，了解绿色建筑与中央空调的关系，以此得出中央空调系统具有节能、运用可靠、应用灵活方便等优点，适宜某些建筑，如多居室、别墅、办公室、娱乐场所、大型商场等地方使用使用。关键词：风冷热泵；冷热水机组；压缩机；蒸发器；冷凝器；热力膨胀阀；COP值黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-目录摘要1绪论12风冷热泵机组的性能分析22.1风冷热泵的冷热量22.2风冷热泵的COP值22.3外型尺寸22.4噪声22.5运行重量23风冷热泵的系统分析33.1压缩机的型式33.2冷凝器的型式与布置33.3热力膨胀阀配置33.4蒸发器型式43.5轴流风机的配置43.6能量调节方式43.7除霜方式43.8安全保护与控制53.8.1风冷热泵的安全保护系统53.8.2风冷热泵控制54风冷热泵的工程设计64.1风冷热泵的布置64.2辅助热源的配置64.3工程的噪声控制65风冷热泵机组FRA60设计计算75.1制冷循环参数与热力计算75.1.1各点参数值75.2.2热力计算76压缩机的选型与蒸发器的设计计算86.1压缩机的选型86.2蒸发器的设计计算87冷凝器的设计计算97.1冷凝器热负荷97.2冷凝器结构的初步确定97.3几何参数计算97.4冷凝器进口空气状态参数97.5风量及风机的选择97.6冷凝器的传热面积与外形尺寸9黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-8热力膨胀阀的选择109管路及辅助设备的设计和选择119.1管路系统119.2辅助设备的选择1110机组工作原理1211结论13参考文献附录1.压缩机（涡旋式）2.热力膨胀阀3.翘片式冷凝器4.四通换向阀5.壳管式蒸发器6.风冷热泵机组整体图片7.变工况制热量功率修正系数曲线及变工况制热量修正系数曲线8.变工况制冷输入功率修正系数曲线及变工况制冷量修正系数曲线9.60机组性能参数表（表一）10.氟利昂R22性能参数表致谢黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-1风冷热泵机组FRA60设计1绪论风冷热泵冷热水机组是九十年代在我国开始应用的一种新型空调主机，此类机组既可供冷又可供热，省却了锅炉房和冷却水系统，安装灵活方便。机组运行采用微电脑控制，可靠性较高。因此在许多空调工程中得以广泛采用。但由于各地气候条件不同，再加上工程设计方面也缺少经验。因此在使用中也发现了不少问题。在进行一个工程的设计过程中，如果当地气候环境允许，同时经过技术经济分析比较后确定该工程空调冷热源采用风冷热泵机组，那么设计人员应该对不同（包括国外）厂家的产品进行分析比较，为用户选择一款较为经济合理的热泵产品。选型的主要内容首先是机组的总体性能分析，它包括热泵机组的制冷量、制热量、COP值、噪声、外形尺寸、运行重量等参数。其次，分析该类热泵的内部配置，它包括压缩机型式、冷凝器结构及布置、热力膨胀阀的配置、蒸发器型式、能量调节方式、融霜方式、安全保护及自动控制项目（第三节列项特别强调）等等。在进行上述分析比较后我们就可以选择一款较为理想的机组，接下来的工作就是进行设备布置，这过程中我们必须考虑设备之间的合理间距，辅助热源的配置以及多台热泵整体运行噪声对周围环境的影响等。下面就以上几方面的问题分别加以阐述。黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-22风冷热泵的性能分析2.1风冷热泵的冷热量这两个参数是决定风冷热泵正常使用的最关键参数，它是指风冷热泵的进风温度、进出水温度在设计工况下时其所具备的制冷量或制热量。但目前在设计中发现有的厂商所提供的样本参数并未经过测试而是抄自其它厂家的相关样本。这给设计人员的正确选型带来了一定困难。因此建议设计人员根据有关厂家的风冷热泵所配置的压缩机型号，从压缩机生产厂家处获得该压缩机的变工况性能曲线，根据热泵的设计工况查得该压缩机在热泵设计工况下的制冷量和制热量，从而判断该样本所提供参数的真伪。2.2风冷热泵的COP值该值是确定风冷热泵性能好坏的重要参数，其值的高低直接影响到风冷热泵使用中的耗电量，因此，应尽量选择COP值高的机组。目前我国国家标准是COP值为2.57，多数进口或合资品牌的COP在3左右，个别进口品牌的高效型机组其值可达到3.8。2.3外型尺寸风冷热泵机组大多布置在室外屋顶，它在进行设备布置时对设备与周围墙面的间距、设备之间的间距都有明确要求，因此我们在进行设备选型时必须考虑所选设备尺寸是否符合设备布置的尺寸要求。在性能相同的前提下应优先选用尺寸较小的机组，以减小设备的占地面积。2.4噪声噪声也是衡量一台风冷热泵机组的重要参数，它直接关系到热泵运行时对周围环境的影响。国内有关专家曾根据工程实测对各类进口热泵的噪声划分为三档，第一档在85dB以上、第二档在75～85dB之间、第三档在75dB以下。我们在进行工程设计选型中应优先选择噪声在80dB以下的机组。2.5运行重量由于风冷热泵机组大多布置在屋面，因此在选型时必须考虑屋面的承重能力，必要时应与结构专业协商，增强屋面的承重能力。但在设备选型时我们应优先选择运行重量较轻的机组。黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-33风冷热泵的系统分析所谓风冷热泵的系统分析，就是在风冷热泵的选型过程中除了比较各自的制冷量、制热量、COP值、噪声、运行重量、外形尺寸等参数外，还要对其各自的压缩机型式、冷凝器型式及布置、热力膨胀阀的配置、蒸发器型式、除霜方式、能量调节方式以及热泵系统的自控和安全保护等等加以分析，比较其各自在系统配置方面的优缺点。3.1压缩机的型式目前用于风冷热泵的压缩机型式主要有活塞式、涡旋式、螺杆式（常用于螺杆机组）三种型式。根据热泵工作的特点是运行时间长、压缩比大等情况，笔者认为涡旋式和螺杆式压缩机将成为热泵压缩机的主流。其理由是：1、涡旋式和螺杆式压缩机较活塞式压缩机具有传动件少，从而使压缩机的磨擦损耗相应减少，整机的效率相应提高。2、由于热泵机组的压缩比较大，因此对于活塞式压缩机在相同的余隙容积下其容积效率下降，从而造成整机效率的下降。而涡旋式和螺杆式压缩机不存在这方面的问题。3、用于风冷热泵的压缩机其工作环境较其它在普通空调工况下工作的压缩机要恶劣，每的运行时间也较长，工况变化范围也较大，因此对压缩机的可靠性要求就较高。涡旋式和螺杆式压缩机具有零部件少，结构紧凑的特点，所以尤其适用于热泵机组。4、目前所采用的风冷热泵机组一般都采用热气除霜的方法来排除冬季供热工况下空气侧换热器上积聚的霜。在除霜开始和结束时，系统要进行反向运行，在原冷凝一方盘管中所积聚的液体制冷剂由于其中压力突然降低为吸汽压力而大量涌向压缩机，造成压缩机的湿冲程，这对于涡旋式和螺杆式压缩机而言并没有什么大问题，而这对于活塞式压缩机来讲极易造成气阀和连杆的损坏。5、另外就热泵压缩机本身而言涡旋式和半封闭螺杆式比活塞式的噪声要低。3.2冷凝器的型式与布置冷凝器所用翅片型式目前主要有开窗片和波纹片两种，开窗片换热效率较高，因此以前生产的热泵机组中经常得以采用。但由于我国城市大气质量较差，而这类翅片极易积灰，且较难清理，使用时间一长，换热效果大大下降。所以当前热泵用冷凝器多采用波纹片配内螺纹铜管，其具有换热效率较高，不易积灰，风阻小等特点。冷凝器的翅片间距也很讲究，作为冷凝器使用时以肋化比高、传热系统数大为好，故希望片距小些较好。但当其作为蒸发器使用时，翅片一结霜，使用时的换热效果就会大大降低，因此希望片距大一些；一般片距以3mm为宜。冷凝器的布置型式同其换热效果和外形尺寸为蒸发器使用时，翅片一结霜，使用时的换热效果就会大大降低，因此希望片距大一些；一般片距以3mm为宜。冷凝器的布置型式同其换热效果和外形尺寸有着直接的关系。通常热泵的冷凝盘管布置成直型盘管、V型盘管、W型盘管三种型式。但V型盘管间的较大空间内除了轴流风机外并无其它零部件，空间利用率低。直型盘管间虽然集中布置了压缩机、四通阀、蒸发器等系统有关零部件，但由于盘管高度较高，迎风面速不均匀，冷凝器换热效率较低，且气流组织不理想，空气阻力较大。而W型布置克服了上述缺点，不仅可改善气流组织提高换热效率，降低空气阻力，而且由于在同样空间条件下，冷凝盘管传热面积增大，空间利用率较高，从而缩小了机组外形尺寸。3.3热力膨胀阀配置现在热泵制冷系统中有采用单膨胀阀和双膨胀阀两种方式，所谓双膨胀阀就是制热工况和制冷工况各采用一只膨胀阀。如果系统采用一只膨胀阀，按标准制冷工况进行选型，黑龙江建筑职业技术学院毕业设计-4由于热泵系统在制热工况下运行时系统的制热量随着环境温度的下降也随之下降。这时膨胀阀的制热能力也会有所下降，但其下降的幅度要小于系统制热能力的下降。这样在制热工况下随着环境温度的下降，对系统而言所配置膨胀阀显得过大。过大的膨胀阀会引起蒸发器供液过多，蒸发压力上升，与室外空气换热量减少，从而导致热泵供热量的减少。当前许多厂家的热泵机组多采用双膨胀阀型式，制冷膨胀阀按标准制冷工况来选择。制热膨胀阀如若按标准制热工况来选择，那在低温工况下运行时膨胀阀会显得过大，所以建议制热膨胀阀按环境温度-7℃，热水进口温度40℃，出口温度45℃来选型，按这样条件计算后选定的膨胀阀能在不低于-15℃的环境温度下正常运行。3.4蒸发器型式目前在风冷热泵机组中常用的蒸发器主要是板式换热器和干式壳管式换热器。板式换热器多用在小型风冷热泵中，它具有传热效率高、蒸发器不易积油的特点；尤其是新的带有内置式分配装置的板块解决了板片间制冷剂分配均匀性这一关键问题，能在相同的出水温度下提高蒸发温度15～2℃，提高了制冷效率。干式壳管式蒸发器多用在大中型风冷热泵中，目前其传热管已广泛采用高效管，因此换热效率有很大提高。但总的来讲不及板式换热器，而且其回油相对困难，常积存于换热器底部。如在底部设回油管与吸汽管相通，则由于有液体制冷剂带入，导致制冷剂过热度不稳定，影响膨胀阀的工作和系统的制冷量。3.5轴流风机的配置轴流风机的配置首先要满足冷凝器（空气侧换热器）的换热要求，根据经验风冷热泵机组所配轴流风机风量与标准制冷量（环境温度35℃，出水温度7℃）之比大约在0.071～0.095/kJ之间，此外还要保证冷凝器迎风面的风速，因为这关系到冬季运行时空气侧换热器的结霜速度，迎风面风速越大冬季运行时越不容易结霜。但风量过大风机的功耗也要增大，同时噪声也要增大，因此一般情况下迎风面风速取3～5m/s。另外，风机配置时还要考虑噪声，目前一般选用大直径、低转速、且叶片扭转角度较小的轴流风机以降低风机噪声。3.6能量调节方式在风冷热泵机组中常用的能量调节方式有压缩机台数控制、压缩机间隙运行、气缸卸载调节（活塞式）、变频调速（涡旋式）、滑阀无级调节（螺杆式）。从能量调节方式中我们可以看出台数控制、压缩机间隙运行、气缸卸载调节都是属于有级调节，而变频调速和滑阀无级调节属于无级调节。无级调节具有节能、噪声和振动小、起动性能好同时也降低了对供电系统的干扰。从这点也可看出涡旋式和螺杆式压缩机的优热。3.7除霜方式各生产厂生产的机组其除霜方法基本相同，大多采用热汽除霜法；所不同是除霜的控制技术