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300kw低温空气源热泵机组设计

摘  要

科技的飞速发展,使得风冷螺杆热泵机组不仅应用越来越广泛，而且用户对其作用、性能等的要求也是越来越高。热泵机组（此为空气源热泵）利用低品位的空气热能来实现夏季的制冷以及冬季的制热。

本次设计的风冷螺杆热泵机组，首先介绍了风冷螺杆热泵机组的使用及市场情况，并且室内侧、室外侧、以及热回收器的使用状况及工作状况进行了分析比较，并做出了不同的设计方案和辅助设备的选型。

本设计为600KW风冷螺杆热泵机组（全热回收），可分为六个不同的工作状态，不单单考虑到了节能方面，还充分考虑到了用户在不同季节，不同时段的不同需求，该方案更为合理化和人性化。

关键词：风冷螺杆热泵机组；全热回收；人性化

 

目  录

摘  要 IV

ABSTRACT V

1 前  言 1

1.1风冷螺杆热泵机组在我国的现状和发展趋势 1

1.2风冷螺杆热泵机组的改造优化方面 1

1.3 设计说明书内容 2

2设计机组的方案论证 3

2.1 换热器的选择 3

2.1.1室内侧的冷热水换热器 3

2.1.2 室外侧的空气换热器 3

2.1.3 热交换器 4

2.2压缩机的选型方案 4

2.3附属设备的选型方案 5

2.4 自控阀门和配件的选型方案 5

3 制冷系统的热力计算 6

3.1 制冷循环热力计算 6

3.1.1 设计原始参数 6

3.1.2 循环热力计算 6

3.2压缩机的选型 23

4换热器的设计 24

4.1室内侧换热器的设计 24

4.1.1选择换热管 24

4.1.2 估算换热管的总长 24

4.1.3确定每流程管数Z、有效单管长l及流程数N 25

4.1.4传热计算及所需传热面积的确定 26

4.2室外侧换热器的设计 30

4.2.1温度参数及冷凝热负荷的确定 30

4.2.2翅片管簇结构参数选择及计算 30

4.2.3传热计算 32

4.2.4风机的选型计算 35

4.3热回收器的设计 36

4.3.1选择换热管 36

4.3.2 估算换热管的总长 37

4.3.3确定每流程管数Z、有效单管长l及流程数N 37

4.3.4传热计算及所需传热面积确定 39

4.3.5冷却水侧的阻力计算 42

5管道及其他部件的选型计算 43

5.1吸气管路的选型计算 43

5.2排气管的选型计算 44

5.3室内侧换热器部件相关数据 44

5.4热回收器部件相关数据 44

6阀件的选型计算 46

6.1电子膨胀阀的选择 46

6.2电磁阀的选型 46

6.3止回阀的选型 47

6.4四通换向阀的选型 47

7 附属设备的选型 48

7.1高效油分离器的选型 48

7.2干燥过滤器的选型 48

7.3气液分离器的选型 48

8 风冷螺杆热机组的主要性能指标 49

8.1设计工况 49

8.2机组的性能指标 49

8.3安全保护措施 49

8.3.1四通阀换向反循环除霜 49

8.3.2运行期间安全保护措施 49

8.3.3喷液喷油冷却保护 50

8.3.4开机预热保护 50

8.3.5吊运安装注意事项 50

9 毕业设计总结 51

谢 辞 52

参考文献 53

附 录 54

 

1前  言

1.1风冷螺杆热泵机组在我国的现状和发展趋势

    风冷螺杆热泵机冷热水机组最先在我国长江流域及以南的地域使用和发展起来的。风冷热泵机组有很多优点，首先，空调系统的冷源、热源都是外界空气，同时具备制冷和制热的功能，一机两用，而且冬季供暖时省去锅炉房；其次，因为我国节能环保政策的要求，风冷热泵机组的一次能源利用率可达90%，更为符合国家要求；另外，由于是风冷冷却系统，故无需再另建冷却塔，还省去了水泵和管路的设置，从而减少了系统的初投资。正是由于这些优点，该种热泵机组一直很受亲睐，且应用地区越来越广泛。

    本设计就系统的各个部件进行热力计算和设计选型，本着符合国家环保节能政策和符合工况需求进行设计。

我国对于热泵技术的研究开始于五十年代，主要应用于工业生产上，由于经济条件的限制，发展缓慢。到了改革开放之后，由于能源结构以及能源价格的调整加上环境保护政策的加紧，加速了热泵机组的发展。

热泵机组未来的发展趋势有这么几点，机组效率虽然较高，但依旧有很大的提升空间；除了性能方面，机组的外观设计也是未来设计追求的方向；另外，由于环境问题已经是全球性的重大问题，氟利昂制冷剂的替代问题已经刻不容缓，R22等制冷剂也已到风口浪尖……

1.2风冷螺杆热泵机组的改造优化方面

    如今的风冷热泵机组虽然在产品性能上有了很大提高，但仍然存在很多不足，有很多方面还有待改造优化，环保型制冷剂的研究开发、风冷螺杆热泵机组运行时的噪声问题、除霜问题以及机组的安装问

机组采用的制题等都是改造优化的方向。

    目前我国风冷热泵冷剂多是过渡型制冷剂，例如R22，虽然对大气臭氧层的破坏很小，但是随着科技的进步以及人们保护环境的意识的强化，客观上要求我们不断的去开发研究新的制冷剂工质。目前用于替代R22的工质有R407C、R410a和R134a，但这些工质的热力性能却是不很出色，所以工质的替代还有很长一段路要走。

    风冷螺杆机的运行噪音一直以来都是很大问题，对环境造成一定的声污染，要做到减小噪声，在设备选型阶段要选择那些噪声较低的设备，风冷热泵机组一台的噪声正常下在65～85分贝之间，每增加一台机组，整体噪声就会增加4分贝左右，在一个工程中机组的数量较多时，噪声就很难去控制了。为此工程中机组的台数不宜过多，一般情况一个工程的机组台数不宜多于五台。另外，在布置机组时，除了要去考虑排风通畅与否，避免排风的回流以外，在机组的底座下还有进出水管处必须要安装减震的装置，隔震的效率一定要满足设计的要求，以防止各部件的振动通过管路传递到其它的部件。

    热泵若是运行在温度低、湿度大的环境中时，很容易结霜，从而影响了机组的正常运行。为了优化解决该问题，可以适当的提高风机的风速，还可以加大翅片间的距离，另一方面，还必须得设置除霜系统，目前比较普遍的是逆向运行来除霜，对于大型的热泵机组来说，采用热气旁通的方法效果并不理想。此外，利用变频压缩机当除霜工作时加大电磁膨胀阀的开度也可以加速除霜，效果显著。对于风冷热泵机组，由于安置在室外，运行一段时间就会锈迹斑斑，换热效果也会很差，所以，为解决此问题，可以对底座外壳采用不锈钢制作，再或是喷防锈漆，对于翅片，则可以喷涂专门的防锈涂层，如此一来，虽然成本变大，但是使用寿命以及工作效果会大大提高。

1.3 设计说明书内容

    该说设计明书共部分，系统全面地介绍了六大工作状态下的热力计算、室内侧换热器、室外侧换热器以及热回收器的设计、辅助设备、节流机构、管道的相关计算及选型。

通过此次毕业设计，对大学四年专业课的知识有了更深的人认识，并且温故而知新了，收获颇丰！由于个人能力有限，尽管有指导老师的大力支持、帮助，但是难免会有很多纰漏及不足之处，欢迎并感谢老师的批评指导。

 

参考文献

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[12]郭庆堂. 实用制冷工程设计手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.

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