摘 要

本文主要介绍了对5匹空气源热泵热水器的设计。该设计首先阐述了目前空气源热泵热水器的研究背景、研究意义以及各国研究现状。接着阐述了空气源热泵的优缺点，例如高效节能、绿色环保等等。其次说明了与空气源热泵热水器有关的相应的方案的选择与论证。最后，通过对制冷剂制冷循环的热力计算、冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算等基础上选择压缩机、风机、并进行校核，再设计的基础上选择出其他的辅助设备，包括设备中其他附件的选择标准及要求、管路的连接与布置、制冷工况的选择等。

关键词：空气源 热泵 热水器 设计

The design of 5 HP air source heat pump water heater

Abstract

This paper mainly introduces the design of 5 HP air source heat pump water heater. The air source heat pump heater first described the background the significant and the research status. Secondly, the air source heat pump water heater design described its advantages and disadvantages, such as energy efficient, environmental benefits and so on. Thirdly, the air source heat pump water heater shows the program selection and verification, according to the given conditions on the design of air source heat pump. Lastly, the compressor and fan were selected according to the thermodynamics calculation of the condenser and the evaporator design calculations. In addition other auxiliary equipment were selected based on the design, including selection criteria and requirements, piping connection and arrangement, cooling conditions the choice of refrigerant selection.

Key word: air source heat pump water heater design

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 空气源热泵热水器研究现状 1

1.2 空气源热泵热水器的研究背景及意义 3

1.3 空气源热泵热水器的国内外研究现状 3

1.4 空气源热泵热水器的工作原理 5

1.5空气源热泵的优缺点 6

第二章 设计方案的选择 7

2.1 制冷剂的概述 7

2.2压缩机的选型 7

2.3 冷凝器的选择 9

2.4 蒸发器的选择 10

第三章 设计计算 11

3.1循环热力计算的原始数据 11

3.1.1循环热力计算 11

3.1.2热泵系统热力计算 12

第四章 冷凝器的热力计算和结构计算 13

4.1原始数据 13

4.2 管型选择 13

4.3 每米长各有关换热面面积计算 13

4.4 确定内管根数 14

4.5 套管换热器的传热计算 14

4.5冷凝器的计算 16

4.6 冷凝器布置方式 16

第五章 蒸发器的热力计算和结构计算 18

5.1 原始计算参数 18

5.2计算套管的几何参数 19

5.3蒸发器的热力计算 20

5.3.1计算空气侧干表面传热系数 20

5.3.2确定空气在蒸发器内的状态变化过程 21

5.3.3循环空气量的计算 23

5.3.4 空气侧当量表面传热系数的计算 23

5.3.5 管内R134a蒸发时表面传热系数的计算（蒸发温度5℃） 24

5.3.6 传热温差的初步计算· 27

5.3.7 传热系数的计算 27

5.3.8 核算假设的q_i值 28

5.4蒸发器的结构计算 28

5.5 蒸发器风机的选型 30

第六章 压缩机和膨胀阀的选型计算 31

6.1压缩机理论排气量的计算 31

6.2 压缩机的选型及校核 33

6.3 膨胀阀选型 34

总结 35

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

1.1 空气源热泵热水器研究现状

近年来，我国的城镇化发展迅速，我们生活的条件不断得到改善。但是随着我们的生活条件得到好的改善的同时，我们身边可以利用的煤炭等资源急剧减少，这导致我们需要提高我们对绿色环保的关注^[1,2]。煤炭资源的急剧减少使我们逐渐的认识到我们需要开始开发利用其他的可以利用的能源来解决我们目前日常生活的所需要的能源。目前有很多的我们还没有了解到的能源，这些能源还没有充分利用时，一款可以充分利用我们的身边的资源的设备逐渐进入我们的视线内，即空气源热泵热水器^[3]。这一款设备可以充分利用我们身边容易被忽视的能源。空气源热泵是借助外界力量来进行空气与水之间的能量转换^[4]，它不仅可以解决我们目前亟需要解决的能源不足问题也可以使我们目前的生活更加绿色经济。

表1-1.我国能源生产量总和^[5]

续表1-1

上表显示了我国的能源生产量的变化过程。在我国的经济发展过程中，由于对石油、煤炭等一次能源的大量开发，造成严重的环境污染。因此相关部门对清洁能源的利用与开发越来越重视。清洁能源的开发利用对于我国的国家能源结构的改善起到很好的改良作用^[6]。清洁能源能很好的改善我们的生活环境，但是煤炭等一次能源的开发使用率依旧是高居不下，故在今后我们要加强对清洁能源的开发利用，其中包括宣传清洁能源与政府出台相应的政策支持来支持清洁能源企业的发展。

这个课题的研究具有重要的意义。如今各类能源的供应日益缩减，人们也越来越重视可以节能效果好的设备了。我国在十三五计划的开局之际，国家制定了各个行业的“十三五规划”。其中我国的制冷空调行业协会与各单位密切合作推动了我国节能型热泵的应用及普及工作。我国的经济已经经历了高速发展的阶段，而在这个阶段内支撑我国经济水平快速发展的基础就是能源利用水平的大幅提高。其中伴随着我们的生产生活水平的提高能源急剧减少、能源结构出现断层、环境保护的力度越来越少等问题逐渐出现。由于我国需要发展绿色能源所以我们需要国家的支持来发展空气源热泵这一技术^[7]。我们可以通过这一技术的应用推广使我国的产业结构发生变化，这对于我国建设能源节约型国家有很好的帮助作用。建设节约绿色型能源的构成会对我国未来的发展也起到不可或缺的助力作用。我国的清洁能源的开发利用之路依旧任重而道远。

1.2 空气源热泵热水器的研究背景及意义

空气源热泵起源于瑞士，在当时的情况下一位瑞士人安装了一套装置，这一套装置基于水源，将其用于供热。这也造就成为了世界上第一台热泵^[8]。在此之后热泵装置开始进入世界各地并为世界各地所发展。在这之后世界出现一些翻天覆地的变化，随着世界各地在上个世纪出现能源危机，世界人民开始寻求能源的替代品。在这时，热泵的研究也成为了世界各地研究机构的重视。一些分布在世界上的部分能源组织和欧工体均制定了一些政策来支持热泵的研究。众所周知，能源是社会实现和发展进步的强大动力，能源的巨大紧缺是我们现在要解决的问题，所以我们要充分利用我们身边的可以利用的能源。在我们的身边存在着一种容易被我们忽视的能源-环境能源^[9]。在我们所处的环境中大量存在，例如土壤热能、空气热能和水源热能。本文所研究的是存在于空气中的热能。在我们的生产生活中由于空气的温度十分接近于环境温度，我们对这种热能进行利用时必须要借助于特殊的工具-热泵。热泵是一种我们目前可以有效转化利用较低类能量的一种设备^[10]，热泵加以外界能量的输入以作为启动热泵的前提，以将热量从温度相对较低物体传递到温度相对较高的物体。其中，空气源热泵具有优质的环境调节能力被大量使用^[11]。空气源热泵也隶属于热泵循环装置，我们通过空气源热泵可以将一种低品质的热能转换为一种高品质的能量^[12]。我们通过使用这一种装置可以将存在于空气中的品质相对来说很低的能量转移到水中，因此我们可以把水的温度提升到一定温度来制取生产生活所使用的热水。我们可以利用这种技术节约现有能源，从而达到节能减排的效果。故近年来空气源热泵能够作为一种有效提高热能质量的先进技术而被广泛使用。因此，能满足现代住宅需求空气源热泵热水器逐步显现了其独特的市场优势,我国的空气源热泵的前景是非常好的。

1.3 空气源热泵热水器的国内外研究现状

近年来，全球的气候多变使得各国更加注重能源的利用与开发。国外的空气能热泵技术已经经过几十年的技术沉淀达到了较为成熟的地步，许多国外的政府也给予空气能热泵技术更多的技术政策支持。