空气源热泵热水器毕业设计.doc

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1、目 录摘 要- 2 -前 言- 3 -第一章 空气源热泵热水器概述-5 -第一节 热泵概述-5 -1.1.1简介- 5 -1.1.2工作原理- 5 -第二节 空气源热泵热水器概述- 6 -1.2.1简介- 6 -1.2.2工作原理-6 -第三节 空气源热泵热水器的优缺点及发展状况- 7 -1.3.1优点- 7 -1.3.2缺点-7 -1.3.3国内发展状况- 8 -第二章 空气源热泵热水器系统的工作原理运行过程- 9 -第一节 热泵循环的热力学原理- 9 -2.1.1逆卡诺循环- 9 -2.1.2洛伦兹循环- 9 -第二节 空气源热泵热水器的系统组成及其作用- 10 -2.2.1系统组成- 1

2、0 -2.2.2系统组成设备的作用- 10 -第三节 空气源热泵热水器的系统运行过程- 11 -2.3.1空气源热泵热水器的系统具体的运行过程- 11 -第三章 空气源热泵热水器设计计算- 12 -第一节 蒸汽压缩制冷的理论循环- 12 -3.1.1蒸汽压缩式制冷工作过程- 12 -3.1.2压焓图- 13 -第二节 蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算- 15 -3.2.1节流阀- 15 -3.2.2压缩机- 16 -3.2.3蒸发器- 16 -3.2.4冷凝器- 16 -3.2.5制冷系数- 17 -第四章 空气源热泵热水器设计实例- 18 -第一节 实例介绍- 18 -4.1.1实例概述-

3、18 -4.1.2技术领域- 18 -4.1.3具体实施方式工作过程- 19 -4.1.4技术改进及综合优点- 19 -第二节 图纸说明- 21 -4.2.1附图说明- 21 -参考文献- 24 -致 谢- 25 -摘 要当今社会我们大量使用煤、石油、天然气等不可再生能源，这些能源的使用在给我们的环境造成严重破坏的同时也造成了严重的能源危机，现在国家出台相关文件，要求大力发展节能减排项目，而空气源热泵热泵就是国家大力支持的一个节能环保技术。本文主要介绍了空气源封闭式热泵热水器的工作原理、特点及其应用。首先是从空气源热泵的工作原理、优缺点、发展状况等进行了介绍。从中可以了解到什么是热泵？什么又是

4、空气源热泵热水器以及空气源热泵技术前景等等。其次是从热泵的运行原理以及蒸汽压缩式制冷循环原理方面更详细地介绍空气源热泵的组成以及设计方法的理论基础。最后以一个实用新型新封闭式空气源热泵热水器的实例作介绍，结合工程图纸对系统进行深入剖析与说明。关键词 空气源 封闭式热泵 设计应用 节能环保前 言能源是人类社会求生存和发展的物质基础，我国拥有丰富而多样的能源资源，但人均能源资源大大低于世界的平均水平，据美国某杂志计算，在2002年中国石油人均储量为2.9吨，仅为世界平均值的11.6。另一方面，中国的能源利用效率很低。随着中国城乡建筑的迅速发展，人们生活水平迅速提高，家用卫生热水的需求量也越来越大。

5、在20世纪80年代中期开始，各种家用热水器应运而生，其中有电热水器、煤气热水器、太阳能热水器等，各种热水器在家庭中的使用正日益普遍，能源浪费也越来越严重。从能源消费结构来看，我国是世界上最大的煤炭消费国，煤炭消费约占总能量的67%，这是导致环境严重污染、生态逐年恶化的根本原因之一。因此，大力开拓新能源与可再生能源的实际应用成为我国解决能源紧张和保护生态环境的重要战略任务。近几年空气源热泵热水机组的出现，在节能、环保、安全方面具有很多的优点，在家用和商用制取生活热水方面，得到了大力的发展和应用。 空气源热泵热水器是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器的新一代热水装置，是可替代锅炉的供暖水设备。空

6、气源热泵热水器是综合电热水器和太阳能热水器优点的安全节能环保型热水器，可一年三百六十五天全天候运转，制造相同的热水量，使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳热水器的1/2。高热效率是空气源热泵热水器最大的特点和优势，在能源问题成为世界问题时，这是空气源热泵热水器成为“第四代热水器”的最重要的法宝之一。由于热泵具有较好的节能效果，节能法的颁布实施促进了热泵事业的发展，减少二氧化碳的排放量和限期停用CFCS工质的环境保护政策。实施民用建筑节能设计标准后，建筑采暖能耗降低，降低了热泵采暖方式的运行费用，增加了热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。要解决大中城市能源消耗量大、污染严重的问题

7、，必须改善能源结构，这就为热泵的应用创造了条件。我国节能政策和环境保护政策、巨大的建筑市场、丰富的工业余热资源等因素将会极大地促进空气源热泵热水器市场的发展。对于房地产开发商来说，随着农村城镇化建设进一步加速以及缄区旧城改造的开展，新建住宅几乎全部安装了热水器；同时在八十年代中期、九十年代初期安装的热水器均面临使用期已到须更新的高峰期。在今后的十年，中国将有33的家庭迁入新居，意味着平均每年有260万个以上的家庭需要热水器，热水器的市场容量将以两位数增长。新型节能环保热水器在建筑行业的推广应用也给他们带来了新的利润增长点，增加了楼盘的品质。对业主而言，可以24小时使用热水，且相比电热水器而言，

8、可以节省大量的运行开支。在空气源热泵制造行业中，以芬尼克兹节能设备有限公司为首的部分企业，在经过了几年时间的努力后，从目前市场对热泵的接受程度及反响来看，无论从经销商层面还是终端用户，其认知程度都在大大提高，一些报刊、媒体也在大肆报道空气能热泵热水器在业内创造的种种神话；并且在过去一段时间，我们在全国市场所做的热泵工程反映来看，空气能热泵热水器确实是节能、环保的热水产品，在为客户创造价值的同时，用户对热泵的好评度也越来越高。当前空气源热泵热水器市场最主要的问题就是产品知名度的问题，一万个人中，可能只有两三个人知道空气源热泵热水器。从国际上来看，空气源热泵热水器已经是一个很成熟的技术了，但在国内

9、来讲空气源热泵热水器的确还处于起步阶段，犹如初生的婴儿，因此就需要有更多本着对行业负责的生产厂家投入其中，为这一阳光产业的更进一步发展做出不懈努力，给予更多的呵护与关爱。同时我们也呼吁相关的政府职能部门给予更多的政策支持，让空气源热泵热水器产业在健康的道路上长足发展。第一章 空气源热泵热水器概述第一节 热泵概述1.1.1简介热泵是以消耗一“热”不是物质，而是能，广泛的存在于自然界中的各类质的物体中，这些物质，我们认为是热的载体，载体可以是固体（如金属）、液体（如水）、也可以是气体。热的传递方式有对流、传导和辐射。“热”必须通过载体携带并传递，不同载体主要传递方式不同。热泵顾名思义就是泵热的装置

10、。部分低品位能源（机械能、电能或高温热能）为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位，提供品位较低而数量更多的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高能源的有效利用率，因此是回收低温余热、利用环境介质（地下水、地表 水、土壤和室外空气等）中储存的能量的重要途径。1.1.2工作原理在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工

11、作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。 一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量） 压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。蒸发器吸收热后，其工质蒸发生成的高温低压过热气体在压缩机中经绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压液体（放出汽化热，而制热）。液态工质经降压绝热节流为低温低压液体，再进入蒸发器定压吸收热源热量，并蒸发变成过热蒸气重复下一个循环。所以利用热泵热水机释放到水中的热量不是直接用电加热产生出来的，而是通过热泵热水机把热源搬

12、运到水中去的。热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。第二节 空气源热泵热水器概述1.2.1简介空气源热泵的原理实际和空调差不多，是一种新型的热水器，主要由几大部分组成：蒸发器，压缩机，冷凝器，储液罐，膨胀阀等等，整套设备中贯穿着一种物质，冷媒，现实中最常见的就是氟利昂，工作原理就是冷媒在蒸发器中与空气进行热交换，吸收空气的热量，为什么会吸收空气的热量，是因为这种物

13、质的沸点很低，一般是零下40几度。由于物体由液态变成气态要吸收大量的热量，所以这里的空气相对来说温度已经很高，所以一定会吸热，在蒸发器中吸热以后由液态变为气态，进入压缩机，由压缩机把这种冷媒加工成为高温高压的蒸汽，然后进入冷凝器，在冷凝器中，冷媒与水进行热交换，冷媒的温度下降，由高温高压的气态变成液态，释放大量的热量，而水就可以吸收这种热量，冷媒就又回到储液罐中，等待下一次的循环，正是因为冷媒的这种周而复始的循环，把大量的热能源源不断的从空气中带到水中，所以叫空气源热泵热水器。1.2.2工作原理空气源热泵热水器和电热水器、燃气热水器相比节能，这完全是由其工作原理决定的。空气源热泵热水器主要由类

14、似空调器室外机的热泵装置和大容量承压保温水箱组成。压缩式空气源热泵装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置四部分组成，通过让工质不断完成蒸发( 吸取环境中的热量)、压缩、冷凝（放出热量)节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境中的热量转移到水中，如图1.2.2-1所示。热泵在工作时，把环境介质（即空气)中贮存的能量QA在蒸发器内加以吸收；它本身消耗一部分能量QB，即压缩机的耗电；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA， 因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。 图1.2.2-1 空气源热泵热水器工作原理

15、正如前所述， 热泵工作的原理类似于水泵，把空气里面广泛存在的低品位能量，通过消耗电能，送到热交换器（冷凝器)，然后冷凝器加热热水。所以。可以想象，如果所要加热的热水温度确定（国标规定卫生热水温度55），当环境温度越低，那么热泵工作就越困难，耗电就越多。第三节 空气源热泵热水器的优缺点及发展状况1.3.1优点在我国，随着经济发展和“城镇化”进程的加快，卫生热水能耗在建筑能耗中的比例越来越大，卫生热水节能已成为不容忽视的问题。这就催生了新一代热水器空气源热泵热水器，可以说它符合时代的要求。空气源热泵热水器主要有以下优点：一是节能。热泵工作的原理就是用少量电能把空气中或者水中的废热搬运到要加热的对象

16、中， 就像水泵把水从低处送到高处，热泵是把热量从温度低的地方运到温度高的地方，因此，要比纯粹用电加热或者用气体燃料加热要经济；二是安全。实现水电完全分离，同时也不像燃气热水器有爆炸的隐患，安全问题得到彻底的解决，而且实现自动控制，用户不必与强电接触；三是安装使用方便。阳台、走道、杂屋、庭院、室内、天面、外墙等随意安装，无须直面阳光；四是可以减少温室气体的排放，有利于保护环境。1.3.2缺点目前,空气源热泵热水器主要应用在长江以南的地区,这主要是因为在低温条件下,普通空气源热泵系统的运行性能会受到很大影响,主要表现在以下几个方面:1.随着环境温度的降低,普通空气源热泵系统蒸发温度降低,在冷凝温度

17、(或冷凝压力)不变的情况下,压缩机压缩比增大,超出了普通单级压缩系统正常运行的临界值(根据资料,容积式压缩机压缩比临界值一般为810),压缩效率降低。2.普通空气源热泵在低温环境下工作时,系统蒸发温度降低,压缩机压比增大,输气系数减小,制热量减少,系统制热性能系数下降,经济性降低。3.当环境温度降至0以下,蒸发温度过低时,压缩机压缩比增大引起排气温度过高,超过压缩机允许的工作范围,致使压缩机频繁启停,系统无法正常工作,严重时会导致压缩机烧毁。1.3.3国内发展状况04年到现在，空气能热水器企业大军中，中小企业一直占据着整个市场的绝对比重，而这些企业普遍的情况是：生产规模小，技术研发能力差。国内

18、空气能热水器行业仍呈现出无序和品牌集中度较低的特征。随着节能环保上升为一项基本国策，各级地方政府的逐渐重视，空气能热水器的升级换代的速度明显加快，产能带动价格的竞争手段已逐渐削弱，新一轮的竞争特点集中为以技术进步和创新为核心。目前在全国生产热泵企业的5、6百家企业之中，获得生产许可证的只有27家企业，各种行标、国标的制定也趋使行业竞争格局升级。空气能热水器巨大的市场空间吸引了以美的、格力为代表的知名品牌的加入，而这些在国内空气能热水器行业中占据稍大优势的企业较为注重研发、追求技术创新，在它们的带动和对市场份额的大规模争夺下，国内空气能热水器行业的技术创新将成为必然趋势，行业内的竞争格局将日渐升

19、级，市场的品牌集中度也将逐渐提高。空气能热水器进入中国几十年，但真正发展不过几年的时间。从零星的市场到10个亿的销量，空气能热水器走的路并不长。07年年末的统计显示，这一年空气能热水器企业大军以迅雷不及掩耳之势占领了近10个亿的市场份额，而08年空气能热水器销售市场最大的亮点莫过于格力3个月内创造的2.2个亿的销量，这一数据，无不显示出空气能热水器市场的巨大潜力。第二章 空气源热泵热水器系统的工作原理运行过程第一节 热泵循环的热力学原理2.1.1逆卡诺循环理想的热泵循环是在恒温热源间工作的逆卡诺循环，图2.1.1-1所示是逆卡诺循环的温熵图。工质在理想热泵中作等温膨胀自状态4变化到状态1，同时

20、在温度下从低温热源中吸取热量；接着工质被等熵压缩至状态2，其温度由升高至；随后工质被等温压缩至状态3，同时在温度下向高温热源放出热量；最后工质再经等熵膨胀回复到状态4，其温度也由降到，从而完成整个循环。 图2.1.1-1 逆卡诺图而且，在同样热源条件下理想的热泵循环具有最大的制热系数，因此它是同样热源条件下的实际循环的比较标准。 2.1.2洛伦兹循环在实际情况中，随着热源与工质之间热交换过程的进行，热泵的温度将会发生变化。对于工作在两个变温热源之间的理想热泵循环，可以用洛伦兹循环来描述。如图2.1.2-1所示，洛仑兹循环是由两个等熵过程和两个工质与热泵之间无温差的传热过程所组成。1-2表示等熵

21、过程压缩过程；2-3表示工质的可逆放热过程，其温度由T2降到T3，而高温热源的温度由T3升高至T2；3-4表示等熵膨胀过程；4-1表示工质的可逆吸热过程，其温度由T4升高至T1。在洛仑兹循环中为了使工质与热泵之间实现无温差的热交换，必须采用理想的逆流式换热器。图2.1.2-1 洛仑兹循环由热力学可以证明，按洛仑兹循环工作的热泵的制冷系数，与在平均吸热温度和平均放热温度间工作的逆卡诺循环制热系数相等。 第二节 空气源热泵热水器的系统组成及其作用2.2.1系统组成空气源热泵热水机组由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀等部件组成。它运用逆卡诺循环原理，通过压缩机做功使工质产生相变（气态液态气态），在这种

22、往复循环相变的过程中，通过蒸发器不间断的从环境吸取热量，通过冷凝器（换热器）不间断的放出热量，使冷水逐步升温，制取的热水通过热水管网循环装置输出到用户使用终端。2.2.2系统组成设备的作用压缩机 ：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏。蒸发器 ：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。冷凝器：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的。膨胀阀或节流阀：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。第三节 空气源热泵热

23、水器的系统运行过程热泵机组设备内专置一种吸热介质冷媒，它在液化的状态下低于零下20，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过热泵机组中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水，使水温升高，达到制热水的目的，这便是该产品的独特之处，也是市场潜力的理由所在。 2.3.1空气源热泵热水器的系统具体的运行过程低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后，进入空气交换机中蒸发吸热，从空气中吸收大量的热量Q1；蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴

24、藏的热量分为两部分：一部分是从空气中吸收的热量Q1，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q2）；被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给进入热换热器中的冷水，冷水被加热到55（最高达65）直接进入保温水箱储存起来供用户使用；放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构，节流降压.如此不间断进行循环。第三章 空气源热泵热水器设计计算第一节 蒸汽压缩制冷的理论循环3.1.1蒸汽压缩式制冷工作过程单级蒸汽压缩式制冷系统如下图3.1.1-1所示。它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾， 蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压

25、缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸汽，并将它压缩到冷凝压力， 然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气） 与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。 当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。 混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用 。图3.1.1-1蒸汽压缩制冷系统图在

26、整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏； 节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的； 冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学第二定律， 压缩机所消耗的功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，从而完整个制冷循环。3.1.2压焓图压焓图的结构如下图3.1.2-1所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度， 通

27、常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。 图3.1.2-1 压焓图图中临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0。 右边的粗实线为饱和蒸汽线，线上任何一点代表一个饱和蒸汽状态，干度 x=1。这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液体线的左边为过冷液体，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸汽线的 右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽，它的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度； 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域内处于气、液混合状态（湿蒸汽状态）。图中共有六种等参数线簇：等压线-水平线；等焓线-垂直线；等温线-液体区几乎为垂直线。两相区内，

28、因制冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等温线与等压线重合，是水平线。过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线；等熵线-向右上方倾斜的实线；等容线-向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；等于度线-只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。 单级蒸汽压缩制冷理论循环工作过程可清楚地表示在压焓图上，如图3所示。对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环），离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸汽是处于蒸发 压力下的饱和蒸汽； 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩； 制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等；制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有

29、压力损失； 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度， 蒸发温度等于被冷却介质的温度。显然，上述条件与实际循环是存在着偏差的，但由于理论循环可使问题得到简化，便于对它们进行分析研究，而且理论循环的各个过程均是 实际循环的基础，它可作为实际循环的比较标准，因此仍有必要对它加以详细的分析与讨论。图3.1.2-2理论循环 现将图图3.1.2-2中各状态点及各个过程叙述如下： 点1表示制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度T0的饱和蒸汽。根据压力与饱和温度的对应关系， 该点位于 的等压线与饱和蒸汽线（x=1）的交点上。 点2表示制冷剂出压缩机时的状态，也就是进冷凝

30、器时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压缩过程 ，压力由蒸发压力 升高到冷凝压力 。因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示过热蒸汽状态。 点3表示制冷剂出冷凝器时的状态。它是与冷凝温度所对应的饱和液体。过程线2-2-3表示制冷剂在冷凝器内的冷却（2-2）和冷凝（2-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力 不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸汽首先 将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸汽（点2），然后再在等压、等温下继续放出热量， 直至最后冷凝成饱和液体（点3）。因此，冷凝压力的等压

31、线和x0的饱和液体线的交点即为点3的状态。 点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。 过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由冷凝压力降到 蒸发压力 ，温度由冷凝温度降到蒸发温度，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力的等压线的交点即为点4的状态。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示3-4过程。 过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿蒸发压力的等压线 向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸

32、汽为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点1，从而完成一个完整的理论制冷循环。第二节 蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算在进行制冷循环的热力计算之前,首先需要了解系统中各设备内功和热量的变化情况,然后再对循环的性能指标进行分析和计算。理论制冷循环假定条件：压缩机：制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气；等熵压缩；冷凝器：输出热量；等压放热；节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；等焓节流；蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。结合图3.1.2-2，根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为(1) 式中 Q 和 P 是单位时间内加给系统的

33、热量和功;qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；h是比焓;下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点.当热量和功朝向系统时,Q 和 P 取正值。3.2.1节流阀 制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功, P=0,故方程式(1)变为(2)因此，可认为节流前后其值不变.节流阀出口处（点4）为两相混合物，它的焓值也可。由下式表示：式中 hf0 和hg0 分别为蒸发压力p0 下饱和液体和饱和蒸汽的焓值；x4 为制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理得（3） 点4比容为 （4）式中 Vf0 和Vg0 分别为蒸发温度t0 下饱和液体和饱和蒸汽的比容。 3.2.2压缩机 如果忽略压缩机与外界环

34、境所交换的热量，则由式（1）得（5）式中 （h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg的制冷剂所消耗的功，称为理论比功。 3.2.3蒸发器 被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送Q0 ,因为蒸发器不作功，故方程式（1）变为 （6） 由上式可以看出制冷量与两个因数有关：制冷剂的质量流量qm和制冷剂进出口蒸发器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)称为单位质量制冷量，它表示1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。 质量流量与容积qv有如下关系：（7） 用压缩机进口出V1代入上式得： （8） 将方程（8）代入（6）得:3.2.4冷凝器 假设制冷剂在冷凝器中向外界放出热量为Qk ,那么（10

35、）式中 (h2-h3)称为冷凝器单位热负荷，用qv表示。它表示1kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。 3.2.5制冷系数 按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示（11）第四章 空气源热泵热水器设计实例第一节 实例介绍4.1.1实例概述 这是一种新型实用空气源热泵热水器，由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件形成制冷剂循环回路，冷凝器的水侧设有进水口、出水口；所述压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件均为至少两个而分别形成至少两个制冷剂循环回路，在该至少两个所述冷凝器中，其中一个所述进水口上连接有进水管，另一个所述出水口上连接有出水管，且其余的所述进水口、出水口通过连接管首尾连接而形成水路串联结构。

36、本实用新型可以根据使用者的实际需要选择启动不同数量的匪缩机，使本实用新型的效率更高，且使用者可方便对水量、水温进行调节。技术领域4.1.2技术领域本实用新型涉及空气源热泵技术领域，尤其涉及一种用空气源热泵制热水的热水器。空气源热泵是一种能从自然界的空气中获取低品位热能，经过电力做功，输出为能够使用的高品位热能的设备。其工作采用卡诺循环原理，具体工作过程是：压缩机工作后排出高温高压的气态制冷工质；该高温高压的气态制冷工质经四通阀进入冷凝器释放热量后，变成中温高压的液体；该中温高压的液体制冷工质经过干燥过滤器、视液镜和膨胀阀的节流降压，变成低温低压的液体，再经过分液头在蒸发器内通过吸收空气中的热量

37、而蒸发，变成低温低压的气体；该低温低压的气体制冷工质流回压缩机吸气口，完成一个工作循环。公知的空气源热泵，其制冷工质在流经蒸发器的过程中，需要通过风机进行强制换热。由于风机产生的风场的风量固定不变，当夏季室外环境温度较高时，制冷工质在蒸发器内蒸发时的蒸发温度和蒸发压力都较高，很容易超出压缩机的正常运行范围，给压缩机的正常运行带来安全隐患；而当冬季室外环境温度较低时，制冷工质在蒸发器内蒸发时蒸发温度和蒸发压力又较低，压缩机的制热量也低。从另一方面看，如果环境温度过低，蒸发器里的制冷工质得不到充分的蒸发，被暖入压缩机时，容易产生液击事故，并导致机件磨损和老化。空气源热泵热水机组在夏季运行时，由于室

38、外环境温度较高，压缩机的吸气压力高，机组的制热量大，而夏季用户需要的热水量却较冬季少，造成压缩机压缩能力的闲置；在冬季运行时，由于室外环境温度较低，压缩机的吸气压力低，机组的制热量小，而冬季用户需要的热水量却较夏季多，此时压缩机的压缩能力又出现不能满足用户需求的问题。为解决这一矛盾，普通的空气源热泵热水机组通常采用另外增加电辅助加热器的方式，即在冬季机组制热量不足时，通过开启电辅助加热器的办法来解决。但电辅助加热器效率低，浪费能源，对用户来说也不经济。4.1.3具体实施方式工作过程详见图4.2.1-1到图4.2.1-3。一种空气源热泵热水器，包括两个压缩机1（两个压缩机的能力不同）、冷凝器2、

39、蒸发器3、节流元件4、四通阀17;压缩机1与控制电路21电连接，压缩机1的吸气口、排气口、冷凝器2、蒸发器3的其中一端通过四通阀17连接，并由压6缩机l、冷凝器2、蒸发器3、节流元件4分别形成两个制冷剂循环回路，该两个冷凝器2的水侧均设有进水口5、出水口6，两个蒸发器3的换热管8穿过同一翅片7，在蒸发器3的旁侧设有风机20，风机20带有设有两个档位，风机20与控制电路21形成电路连接。在两个冷凝器2中，其中一个进水口5上连接有进水管9，另一个出水口6上连接有出水管10，且其余的进水口5、出水口6通过连接管11首尾连接而形成水路串联结构；出水管10上设有温度感应器15、进水管9上设有水量控制阀1

40、6，温度传感器15与水量控制阀16均与控制电路21形成电路连接；出水管10与热水箱12连接相通，在该热水箱12上设有热水出水管18。热水箱12与其中一个进水口5之间设有回水加热连接管13，在该回水加热连接管13上设有水泵14，在热水箱12上设有热水回水管19。热水回水管19的安装适用于大型热水场合，热水从热水出水管18输出之后，若部分房间并未使用热水器，时间长后水因管路散热，水温会下降，热水便从热水回水管19中流回热水箱12，因从热水回水管19中流回热水酌水温会低于热水箱12中的热水水温，所以再通过水泵14使热水箱12中的热水再次流经冷凝器2进行加热。启动后，制冷剂分别在两个制冷剂循环回路中进

41、行循环，利用蒸发器3从周围环境吸收热量，并通过冷凝器2释放热量，冷凝器2的冷凝热被水吸收而将水加热，经热水箱12后输出；因设置了两个制冷剂循环回路，使用者可以根据需要选择启动一个压缩机l或启动两个压缩机1，以使热水器的功率与实际需要相匹配，本实施例的效率更高、热水的温度及水量更易调整。4.1.4技术改进及综合优点各所述蒸发器中，至少有两个所述蒸发器的换热管穿过同一翅片。多个所述蒸发器的换热管穿过同一翅片，可提高换热效率，如两个压缩机中只有一个压缩机工作时，可使蒸发器的换热效率提高一倍。在所述蒸发器的旁侧设有风机，该风机至少有两个档位，该风机与所述控制电路电连接。当一个压缩机工作时，风机在低档位

42、向蒸发器吹风，当两个压缩机工作时，风机要在高档位向蒸发器吹风；以实现好的节能及换热效果。至少两个所述压缩机的能力不同。在热水器整体匹配时，可根据所需热水量选择不同能力的压缩机，以尽可能的节约能源；如小能力的压缩机启动即可满足热量要求，则启动该压缩机，如小能力压缩机启动不能满足所需热量要求，则启动大能力的压缩机，如该压缩机启动仍不能满足热量要求，则启动两个压缩机，以尽可能的实现所启动压缩机的能力与所需热水的能力匹配，以提高节能效果。所述出水管与热水箱连接相通，在该热水箱上设有热水出水管。设置热水箱之后，热水的水温更稳定，同时热水箱还具有储水作用。在所述热水箱上设有热水回水管。在大型热水场合，热水

43、输出后，若部分房间并未使用热水器，时间长后水因管路散热，水温会下降，热水再通过热水回水管流回热箱中，可保证用水点热水水温和避免浪费。所述热水箱与其中一个所述进水口之间设有回水加热连接管，在该回水加热连管上设有水泵。水泵可以将热水箱中的水再次输回冷凝器进行加热，多次加热可以提高水温，尤其是在设置热水回水管的情况上，从热水回水管流回的水温可能偏低，通过循环加热可将水温再次提高。所述出水管上设有温度感应器、所述进水管上设有水量控制阀，该温度感应器、水量控制阀与所述控制电路电连接。温度感应器对出水管的水温进行感测，当水温过低时，由控制电路控制水量控制阀，可减少流经的水量使水温升高，反之，则增大流经的水

44、流。其优点主要表现为：l、至少两个制冷剂循环回路，可以根据需要选择启动一个压缩机或多个压缩机，使热水器的制热能力与实际需要相适应，提高热水器的工作效率，降低能量浪费。2、双压缩机系统，负荷调节能通过压缩机开启台数和水量调节阀两种组合方式进行调节，故调节范围更广，适应性更强。3、冷凝器水路串联结构，在负荷较大时，启动两个压缩机，冷水经过两极加热，则经过每个压缩机系统的水温升减小，工况更稳定，更有利于压缩机的运行。4、启动时，多个压缩机可异步启动，以降低启动负荷。5、多个蒸发器共用翅片，可提高换热效率。6、风机档位和压缩机工作状态相适应，以提高其节能、换热效果。当只开一个压缩机系统时，自动转到低转速运行，降低风机功耗和噪音。第二节 图纸说明4.2.1附图说明下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明图4.2.1-1实用新型实例的结构图图4.2.1-2蒸发器的换热管穿过同一翅片的结构图图4.2.1-3是图4.2.1-2的侧视图附图标记说明1、压缩机，2、冷凝器，3、蒸发器，4、节流元件，5、进水口，6、出水口，7、翅片，8、换热管，9、进水管，10、出水管，11、连接管，12、热水箱，13、回水加热连接管，14、水泵，15、温度感应器，16、水量控制阀，17、四通阀，18、热水出水管，19、热水回水管，20、风机，21、控制电路。