1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 300m 2 空气源热泵水地暖系统学生姓名 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 300m2空气源热泵水地暖系统目 录摘要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 空气源热泵水地暖的工作原理及特点 .11.2.1 空气源热泵水地暖的工作原理 .11.2.2 空气源热泵水地暖的特点 .21.3 空气源热泵水地暖的前景展望 .41.4 空气源热泵水地暖的设计条件及要求 .52 方案的选择与论证 .52.1 压缩机 .52.1.1 压缩机的概述 .52.1.2 压缩机的比较 .
2、62.2 制冷剂 .102.2.1 制冷剂的概述 .102.2.2 制冷剂的分类 .112.2.3 制冷剂的选择原则 .122.2.4 制冷剂的确定 .132.3 冷凝器 .142.3.1 冷凝器的概述 .142.3.2 冷凝器的比较 .152.4 蒸发器 .172.4.1 蒸发器的概述 .17300m2空气源热泵水地暖系统2.4.2 蒸发器的比较 .173 设计计算 .183.1 水地暖系统的设计计算 .183.1.2 地暖盘管的设计计算 .213.1.3 循环水泵的选型计算 .213.1.4 增压循环泵的选择 .233.1.5 地面结构层的设计 .233.2 空气源热泵机组的设计计算 .2
3、33.2.1 压缩机的选型计算 .233.2.2 冷凝器的设计计算 .283.2.3 蒸发器的设计计算 .313.2.4 风机的选择 .393.2.5 节流机构的选择 .403.2.6 保温水箱的设计计算 .484 控制系统的设计.514.1 开机控制 .514.2 自动温度控制 .524.3 自动防冻控制 .524.4 自动除霜控制 .524.5 手动除霜控制 .534.6 保护控制 .534.6.1 风机过载保护 .534.6.2 热过载保护 .534.6.3 缺相保护 .534.6.4 高低压保护 .545 辅助器件的选择.54300m2空气源热泵水地暖系统5.1 油分离器的选择 .54
4、5.2 气液分离器的选择 .555.3 干燥过滤器的选择 .555.4 储液罐的选择 .565.5 视液镜的选择 .565.6 其它热泵部件的选取 .565.7 设计部件选型汇总 .57结束语 .59致谢 .61参考文献 .62300m2空气源热泵水地暖系统I300m2 空气源热泵水地暖系统摘要空气源热泵在我国寒冷地区和夏热冬冷地区许多工程中的应用实践表明：该设备在冬季可提供 50左右的低温热水，节能效果非常明显。 过去，空气源热泵、水地暖系统通常各自在建筑中发挥节能作用，互不关联，未能发挥综合效益。本次设计把空气源热泵和水地暖系统有机结合起来，优化组合成一个新的建筑采暖系统，形成新的建筑节能
5、系统空气源热泵水地暖系统。设计内容主要为房间热负荷的计算、供暖管道的水力设计计算、压缩机的选型计算、冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算、水箱的设计计算以及一些辅助部件和电控系统的设计。关键词 空气源热泵/水地暖/节能/温度控制300m2空气源热泵水地暖系统II300m2 AIR SOURCE HEAT PUMP WATER HEATING SYSTEMABSTRACTPractice shows that the application of many engineering air source heat pump in cold area of China and in summer ho
6、t and winter cold area: the equipment can provide low temperature hot water in 50 winter, energy-saving effect is very obvious. In the past, the air source heat pump water heating system, usually play their role in saving energy in buildings, unrelated, failed to play to the comprehensive benefits.
7、The design of the air source heat pump and water heating system organically, optimizing the combined into a new building heating system, the formation of energy-saving building - air source heat pump water heating system new. The main content of the design for the room heat load calculation, heating
8、 pipes of the hydraulic calculation, compressor selection calculation, condenser, evaporator design and calculation of design calculation, design and calculation of the water tank and some auxiliary parts and electrical control system design. KEY WORDS air source heat pump, water heating, temperatur
9、e control, energy saving300m2空气源热泵水地暖系统11 绪论1.1 课题背景近年来，随着人们生活水平的不断提高，对住所舒适度的要求也越来越高，使建筑能耗量大幅度增加。目前，我国采暖地区冬季采暖能耗为全国总能耗量的10，且这一比例还在不断增长，据建设部推算，到 20202030 年，我国建设能耗将占社会总能耗的 30一 40，达到欧美国家目前比例，并将超过工业能耗，成为社会第一能耗大户。我国城市居民采暖主要是城市集中供暖，采暖方式主要是传统的散热器采暖方式。然而随着科技的发展，传统的供暖方式环境污染、锅炉房及外网占地巨大，系统失调，热舒适度不高和收费难等问题凸现出来。
10、于是，一种全新的采暖方式一空气源热泵水地暖技术逐渐兴起。空气源热泵水地暖系统是以少量电能为驱动能源，通过空气源热泵做功，从空气中提取热量进而制取热水，热水在加热管内循环流动加热地板，通过地面以辐射和对流的传热力式向室内供热的供暖系统该系统以整个地面作为散热面，地板在通过对流换热加热周围空气的同时，还与人体、家具及四周的维护结构进行辐射换热，从而使其表面温度提高，其辐射换热量约占总换热量的 50以上，是一种理想的采暖系统。它是空气源热泵系统与低温热水地面辐射供暖系统联合使用的产物，社会与技术发展的一种必然趋势。1.2 空气源热泵水地暖的工作原理及特点1.2.1 空气源热泵水地暖的工作原理空气源热
11、泵水地暖系统通常由空气源热泵机组（由压缩机、节流装置、冷凝器、蒸发器，水箱、风机等构成） 、采暖主管道、分集水器、温控系统、地面结构层等构成。大户型房屋还配有采暖循环水泵，起增压作用。其工作原理是：低温低压的制冷剂在蒸发器内蒸发，吸收空气中的热量，进入电机驱动的压缩机，在压缩机内被压缩为高温高压状态，然后进入冷凝器，在冷凝器内制冷剂凝结为液态并放热，放出的热量将水加热，放热后的液态制冷剂经过节流装置又变为低温低压的状态，再次进入蒸发器循环工作，加热得到的 温度范围内的低温热水，由干35C管送到分水器，再由分水器输送到各个房间的地面盘管系统，热水在地面盘管内循环流动，将地面加热至 左右，地面通过
12、热辐射和空气热对流向房间输送热量，28室内温度可达到 以上。0C300m2空气源热泵水地暖系统2图 1-1 空气源热泵的工作原理图1.2.2 空气源热泵水地暖的特点1.2.2.1 高效节能传统的散热器采暖方式房间温度 由上而下,逐渐降低.而地板采暖房间温度由下而上,梯度递减。由于身高 的原因,人体一般只能感知房间内距地面 1.8 米以下的温度,而在这一范围内地板辐射采暖的实感温度比室内温度高出 2-4。室内温度每降低 1可节约燃料 10%2。另一方面,低温热水在传递过程中,无效热损失少。最后空气源热泵水地暖系统因充分利用了环境中的免费空气能，达到消耗 1 份能量得到 3 份以上能量的节能效果。
13、与传统的燃气式地暖消耗 1 份能量得到少于 1 份能量相比节能效果更明显。由表 1-1 可见。1.2.2.2 舒适性好图 1(a)为传统的散热器采暖，容易在室内形成个不均匀温度场，使空气受热上升，在房间上部形成热空气滞留层，使房间上部过热，降低热量的有效利用率。从图 1(b)可看出，主要依靠地面辐射换热，地板采暖使人所在的距离地面 2m 以下的空间，温度梯度较小，并且脚部温度要比头部温度高 23*C，这样就产生一种“脚暖头凉”的十分舒适的效果，符合人体生理学特点 4。300m2空气源热泵水地暖系统3表 1-1 电地暖、空气源热泵地暖与天然气使用的能源费用比较 3地暖热源形式 燃气地暖 电地暖
14、空气源热泵水地暖(1)能源种类 天然气 电 少量电单位能源热值 8600 kcal/m3 860 kcal/kw.h 860 kcal/kw.h效率 (2) 100% 100% 350%需要能源量 1 m3/h 10 kw.h/h 2.85 kw.h/h居民能源单价 (3) 2.5 元/ m3.h 0.5 元 / kw.h.h 0.5 元 / kw.h.h地暖制热需要费用 (4) 2.5 元/ h 5.0 元/ h 1.42 元/ h相对耗能率 100% 200% 56%注 ：(1)空气源热泵地暖的能源效率值 350是根据整个李节的平均综合能效比得出：燃气地暖或电地暖因系统的热损失实际效率会低
15、于 100(2)根据上海市的居民能源费用计算：电价根据峰 电 0.62 元 kwh ，谷电 0.31 kw h h 进行了加权平均所得.(3)该 费用是 根据满 负荷进行 的 1h 费用计 算，公式为：单位 时间的运行费用= 能源单价( 需要 获得 的热量(能源热值效率)实际运行过程 中,一天当中平均 1 个小时的运行 费用会少于现在的数值(4)以上计算结果 为试算值 ，实际使 用费用会因用户使用习惯及客观气象等因素而有所不同。1.2.2.3 清洁无污染空气源热泵水地暖系统能有效减少强制对流采暖和散热器采暖因对流换热所引起的室内空气扰动，从而减少室内空气中的灰尘含量，另一方面，空气源是热量的源
16、泉，泵是使用相对少能源 (如电力 )来使热量从低温环境流 向高温环境的节能装300m2空气源热泵水地暖系统4置 ! 据 IEA (国际能源机构 )的数据显示，热泵能将外气的热量聚集起来送入室内。进行高效的制热，以减少 2 吨的 CO2 排放量 ，1 8全世界建筑暖气排出的 CO25。空气源 以室外空气为热源，有无需特殊的获取设备和专业机构的批准就可以随时随地获取的特点；热泵作为节能装置本身消耗 的功仅为供热量的三分之一或更低。而且热泵是一项减少温室效应卓有成效的技术，上的取暖和供热水差不多都是采用燃烧矿物燃料的方式，此排放出来的 CO2 量约占世界全部排出量的30%。1.2.2.4 节省建筑面
17、积常规暖气片采暖，一般 100m2占有效使用面积达 2m2左右，而且上下立横管多，给装修和使用带来不便。地板采暖则是将加热盘管全部置于地面装饰层以下，地面上只有分集水器，几乎不占用任何实际使用面积 7。1.2.2.5 经济耐用传统的散热器采暖多采用钢管和铸铁形式，但往往会出现结垢和腐蚀的情况，一般 810 年就要更换一次；而地板采暖则采用新型的塑料管材，如交联聚乙烯、交联铝塑复合管等，抗腐蚀、不结垢，正常使用寿命一般在 50 年以上，节省维修费用 6。1.2.2.6 高效隔音目前我国楼板一般选用预制板或现浇板，隔音效果差，楼上走动，就影响楼下，采用地板采暖增加了保温层，具有非常好的隔音效果，可降低噪音污染，采暖过程中无任何噪音，有利于家人的身心健康 7。1.2.2.7 安全可靠耐酸碱盐腐蚀、耐高压，耐高温，耐穿透、不生锈、不产生管结垢、管内保持光滑，摩擦力小，保持良好的水质，是无毒环保型产品 8。1.2.2.8 利于分户计量与传统供暖方式相比，地面辐射采暖是从设计角度出发，把原来的一栋楼或一个单元作为一个采暖系统改为每户一个独立的采暖系统，用户只需在分水器进户管上安装设有特殊装置的热量计量表，就能实现按户控制和计量收费 9。1.3 空气源热泵水地暖的前景展望随着我国住房政策、能源结构及建筑节能等方面改革的逐步深人，人们的居住
