1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计学生姓名 专业班级 热能与动力工程 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 年 月 日 郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目 采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计 专业 热能与动力工程 学号 姓名 一、原始资料及技术条件1. 工质 R407C2. 气候环境类型： N(空气干球温度 32、空气露点温度 28.2)3. 制冰工况，蒸发温度：-10，冷凝温度 29.8，蓄冰槽放置室内，4. 采用外融冰向室内供冷，采用双膨胀阀双冰盘管的方式，风机盘管室内机。5. 地埋管换热器进水温度：35；循环水回水温
2、度 16；6. 使用负荷：民用住宅， 峰值制冷功率 6KW7. 使用环境相对湿度：858. 电源： 380V 50Hz AC9. 采用全负荷蓄冷，可为住宅提供 4个小时的冷量。10.采用管壳式冷凝器。二、主要内容1.设计计算：循环计算、隔热计算、冷凝器设计计算、冰盘管蒸发器设计计算。2. 零部件选择：选择压缩机和其他零部件选择。3. 设计图样：系统流程图、冷凝器部装图、蒸发器部装图、蓄冰槽部装图、其他零部件图。三、基本要求1. 认真进行实习(调研)、完成实习(调研)报告。2. 阅读文献写出文献综述。3. 按统一格式完成开题报告。4. 阅读英文文献，并译成中文(不少于 5000汉字)。5. 设计
3、计算至少有两部分为上机计算。6. 规范绘制图样，上机绘图不少于二张装配图、一张零件图。7. 英中文对照摘要，中文不少于 400 字。8. 按统一格式编制设计说明书，不少于 30000 字。9. 有全部设计的纸介质文档和电子文档。四、 完 成 期 限：2014 年 6 月 7 日指 导 教 师 签 章 ： 专业负责人签章： 2014 年 1 月 10 日目 录中文摘要 .I英文摘要 .II1 前言 .12 已知条件及可行性方案 .12.1 已知条件 .12.2 制冷剂选择方案分析 .12.3 制冷系统方案分析 .32.3.1 水源热泵 .32.3.2 压缩机 .52.3.3 冷凝器 .72.4
4、蓄冷方案分析 .102.4.1 蓄冷系统 .102.4.2 蓄冷材料 .122.5 方案选择 .123 设计计算 .123.1 热力循环计算 .123.2 压缩机选择 .143.3 实际工况下的热力循环计算 .153.4 冷凝器设计计算 .163.4.1 计算各种参数 .163.4.2 冷凝器的结构设计 .193.5 隔热计算 .23 3.5.1 隔热层材料的选择 .233.5.2 隔热层厚度的计算 .243.6 冰盘管蒸发器的设计计算 .253.6.1 冰蓄冷器结构设计 .253.6.2 冰蓄冷器传热计算 .263.6.3 传热面积校核 .274 零部件的选择 .274.1 节流装置 .27
5、4.1.1 常用的节流机构的种类和用途 .274.1.2 膨胀阀的选择 .324.2 干燥过滤器的选择 .334.3 散流器的选择 .344.4 风机盘管的选择 .35结 束 语 .36致 谢 .37参考文献 .38附 录 .39采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计I采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统摘 要冰蓄冷和地热泵是两种截然不同的技术。为了克服蓄冷技术与地热泵技术单独应用时的局限性，真正使二者结合起来起到“削峰填谷”的功效，本文基于具体工程设计了水源热泵与冰蓄冷联合运行的空调系统。对系统的运行策略，流程配置进行了分析，确立了系统的最优化设计方案。充分分析了水源热泵技术与冰蓄冷技术结合的优势。通
6、过实例介绍了水源热泵空调系统制冷压缩机及设备、管道的计算与选配。同时介绍了冰蓄冷设计计算程序，关键参数的选择，结构设计中应考虑的问题，探讨了冰蓄冷器设计时关键参数的内在联系和选用范围。设计了一个采用冰盘管蓄冷的水源热泵空调系统。关键词 地热泵 冰盘管蓄冷 采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计IICOLD STORAGE OF WATER SOURCEHEAT PUMP AIR-CONDITIONING SYSTEM USING ICE COILABSTRACTIce storage and water source heat pump are two different technologies
7、.In order to overcome the limitations of single application of cold storage technology and water source heat pump technology and to play the “cut the peak and valley“ effect by combining the two , this paper presents the design calculation program of an air conditioning system based on the water sou
8、rce heat pump and ice cold joint operation. By analyzing the operation strategy and process configurations of the system, the optimal design scheme is determined. A full analysis of the advantages of the combination of the water source heat pump technology and ice storage technology.Using an actual
9、engineering to introduce the calculation and selection of refrigeration compressors,equipment and pipeline of the water source heat pump air conditioning system . At the same time,the paper introduces the program design of ice storage cold, the selection of key parameters and the problem should be c
10、onsidered in the structural design and discusses the internal relation and the selection range of ice storage tank design of key parameters.KEYWORDS water source heat pump ice-on-coil thermal storage 采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计11 前言我国是一个能源供应较为紧张的国家，政府虽投入了大量的财力建设电厂，但随着现代工业的发展和人民生活水平的提高，大中城市制冷空调的用电量与日俱增，因此仍出现电力
11、供应高峰不足，低谷过剩的矛盾。水源热泵是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统具有环保效益显著特征。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的 500 倍还多（地下的水体是通过土壤间接地接受太阳辐射能量） ，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地热能成为可能。水源热泵机组以水一载体，在冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，取得能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空
12、调供冷的目的。冰蓄冷是指用水或有机盐溶液作为蓄冷介质，在电力非峰值期用于制成冰或冰晶（即一种冰水混合物）借助其凝固相变过程的放热作用将冷量蓄存起来，在电力峰值期内，利用冰或冰晶融解相变过程的潜热吸热作用，再将冷量释放出来，用以满足用户的冷量需求。本次设计的水源热泵空调系统，通过方案论证，选择了最优设计方案。采用双冰盘管空调蓄冷的方法，经过严格的设计计算，选用了合适的零部件，并且合理安排了整体布局，最终达到了设计要求。随着我国经济的发展，水源热泵和冰蓄冷应用会越来越广。怎样选择最经济的制冷方式，怎样使系统运行更节能是一个值得认真研究和实践的课题。2 已知条件及可行性方案2.1 已知条件使用负荷：
13、民用住宅， 峰值制冷功率 6KW气候环境类型：N(空气干球温度 32、空气露点温度 28.2)使用环境相对湿度：85电源： 380V 50Hz AC2.2 制冷剂选择方案分析采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计2在空调制冷机组中，不断循环并交替进行集态变化（液化和汽化） ，以实现制冷的物质是制冷剂。在蒸汽压缩式制冷装置中，制冷剂在低温低压的蒸发器内由液态变成气态而吸收被冷却物质的热量，而在高温高压的冷凝器内有气态变成液态而放出热量。制冷剂物理性能的要求：制冷剂应有低的凝固点，能在低温下工作；制冷剂应有高的临界温度；制冷剂的比重和黏度要小，以减少在制冷系统中的流动阻力；制冷剂应有一定的吸水性，以防
14、止制冷系统的冰堵现象。制冷剂化学性能的要求：制冷剂应无毒、无刺激性，对人体健康诬害；制冷剂应不燃烧、不易爆炸；制冷剂对金属的腐蚀应小；制冷剂在高温下应不分解，化学性能稳定；制冷剂与润滑油互溶，不起化学反应，不改变润滑油的特性。制冷剂热力学性能的要求：制冷剂在蒸发器内蒸发温度要低，这样相应的蒸发压力也低；制冷剂的冷凝压力不宜过高，一般应为 1.2MPa-1.5MPa；绝热指数要小，以便于使压缩机耗功减少，并且在压缩结束时气体的温度不会过高；液体比热小，以便于节流过程的损失减少；制冷剂蒸汽的比容要小，蒸发潜热和单位容积制冷量要大，以减少制冷剂的循环量；循环的热力完善度要高。制冷剂经济性能的要求：要
15、求制冷剂价格便宜，易于获得。R12 R407C R717制冷剂的名称 二氟二氯甲烷 HFC 型致冷剂 氨分子量 120.9 52.0 17标准大气压下的沸点（）-29.8 -40.8 -33.4凝固温度（） -157.8 -160 -77.7临界温度（） 111.7 96 132.4临界压力（kPa） 4113 4974 11417临界比容(dm 3/kg) 1.792 1.904 4.245汽化潜热(0)(kJ/kg)151.5 205.4 1257.3绝热指数(20) 1.138 1.19 1.32采用冰盘管蓄冷的地热泵空调系统设计3饱和液体(kJ/kg. ) 0.96 2.0 4.734
16、饱和气体(kJ/kg) 0.69 2.6 2.963饱和液体密度(300K)(kg/m3)1304.2 1183.5 600.19饱和气体密度(300K)(kg/m3)38.79 46.67 8.25饱和液体 231 70 157.7饱和气体 12.46 21.3 11.07导热系数(290K)饱和液体(mW/m.K) 72.4 58.4 500饱和气体(mW/m.K) 9.23 23.5 25.6表 1 常用制冷剂的主要性能制冷剂 R22 是常用的制冷剂，在相同的蒸发温度冷凝温度下，R407C 的压力比R12 要高 65%左右，在常温下的冷凝压力和单位容积制冷量与胺差不多，而比 R12大。R
17、407C 无色、无味，不燃烧、不爆炸，毒性比 R22 略大，但仍是安全的制冷剂。传热性能与 R12 相近：溶水性比 R12 稍大，但仍属于不溶水工质，含水量仍然控制在 0.0025%以内，同时系统内也应装干燥器。R407C 能够部分地与润滑油互溶解，且起溶解度与润滑油的种类和温度有关。R407C 对金属与非金属的作用与 R12 相似，其泄露特性也与 R12 相似。R407C 对有机物的膨润作用更强，密封材料可采用氯乙醇橡胶。R407C 对大气臭氧层的破坏作用比 R12 弱一些。所以选用 R407C 制冷剂。2.3 制冷系统方案分析2.3.1 地热泵地热是一种可再生的自然能源。尽管目前它的应用还不能像传统能源(煤、石油、天然气、水力能和核能)那样广泛，但由于地壳里蕴藏着丰富的地热能，特别是在传统能源越来越缺乏的今天，地热能利用在许多国家已得到了相当的重视。地
