壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
熱泵型空調(diào)器的制冷概況
文獻(xiàn)綜述
題 目 28kW分體式水源熱泵
空調(diào)機(jī)組
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué) 號
院 （系）
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時間
熱泵型空調(diào)器的制冷概況
摘要：節(jié)能和環(huán)保是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的兩大議題。我國的環(huán)境污染在世界上較為嚴(yán)重，必須推廣節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，對于制冷和空調(diào)行業(yè)，應(yīng)在降低能耗的基礎(chǔ)上，注重新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，以適應(yīng)21世紀(jì)的能源戰(zhàn)略新需求。通過對熱泵型空調(diào)器的發(fā)展進(jìn)程、工作原理以及新型工質(zhì)的了解，讓我們更加掌握熱泵型空調(diào)器的各項性能參數(shù)隨外界環(huán)境變化時的變化情況?；谛滦涂照{(diào)制冷技術(shù)應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r展望其未來發(fā)展應(yīng)用趨勢，促進(jìn)空調(diào)制冷研發(fā)的科學(xué)發(fā)展有重要的實踐意義。
關(guān)鍵詞：熱泵型空調(diào)器；空調(diào)與制冷；新工質(zhì)；研究狀況；發(fā)展趨勢
1 前言
市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會的持續(xù)進(jìn)步令人們物質(zhì)文化生活水平實現(xiàn)了迅猛提升，為優(yōu)化舒適環(huán)境人們對空調(diào)制冷技術(shù)的需求應(yīng)用范疇越來越廣泛，當(dāng)前空調(diào)制冷技術(shù)已全面滲透至各個科學(xué)研究、生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，用于調(diào)節(jié)氣溫、冷藏冷凍、加工食品等層面，為服務(wù)生產(chǎn)環(huán)境營造了必要的恒溫條件。同時在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用于對特殊種子作物做低溫處理，在建筑施工中利用空調(diào)制冷技術(shù)可有效實現(xiàn)開采凍土，另外空調(diào)制冷技術(shù)還應(yīng)用于尖端科學(xué)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，例如生物技術(shù)、微電子技術(shù)、宇宙開發(fā)領(lǐng)域等，由此可見現(xiàn)代社會的科學(xué)發(fā)展需要空調(diào)制冷的輔助支持[1]。人們廣泛應(yīng)用的制冷空調(diào)和熱泵系統(tǒng)，由于本身耗能和傳統(tǒng)制冷劑對環(huán)境的破壞，系統(tǒng)的節(jié)能和制冷劑的替代成為前言課題。怎樣令空調(diào)制冷系統(tǒng)消耗最小的能源、最大化產(chǎn)出制冷量，營造高效制冷效果則成為行業(yè)專家歷經(jīng)多年共同研發(fā)、不斷探索的課題，并研發(fā)出了較多新型節(jié)能制冷技術(shù)，令空調(diào)制冷行業(yè)實現(xiàn)了穩(wěn)步向前發(fā)展。
2 我國熱泵的發(fā)展概況
1950年代初，天津大學(xué)的一些學(xué)者最早開始從事熱泵的研究。
1965年上海電冰箱廠研制成我國第一臺制熱量3720w的熱泵型窗式空調(diào)器，但因換向閥的工作可靠性等原因，長期未有發(fā)展。
1970年代后期，由于能源危機(jī)所推動的世界性熱泵熱也影響了我國學(xué)術(shù)界。
1990年上海市通用機(jī)械技術(shù)研究所首次進(jìn)行了第二類吸收式熱泵的模擬試驗，同年上海交通大學(xué)、上海第一冷凍機(jī)廠聯(lián)合研制了350kw第二類吸收式熱泵。
2000~2003年，專利總數(shù)287項，其中發(fā)明專利119項。多項創(chuàng)新成果問世，如土壤蓄冷與土壤耦合熱泵集成系統(tǒng)、空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)、三套管蓄能型太陽能與空氣源熱泵集成系統(tǒng)等。
2005年全國共有地源熱泵工程項目3869項，同年11月31日，建設(shè)部發(fā)布了《地源熱泵系統(tǒng)的工程技術(shù)規(guī)范》（GB50366-2005），并于06年1月1日起正式實施。
2008年的北京奧運會和2010年的上海世博會使得熱泵技術(shù)在我國的應(yīng)用越來越廣泛。
3 熱泵型空調(diào)器的工作原理
3.1 熱泵型空調(diào)器概述[2]
熱泵型空調(diào)器具備夏季制冷及冬季制熱的雙重功能，目前已受到越來越多的用戶歡迎。但這種空調(diào)也有一定局限性，例如在某些地區(qū)冬季運轉(zhuǎn)時，由于室外溫度較低，蒸發(fā)器的表面非常容易結(jié)霜，就會影響正常供熱；同時，室外空氣溫度的持續(xù)降低使室內(nèi)熱負(fù)荷隨之增大，但空調(diào)機(jī)組的供熱能力卻逐漸較弱，根本無法滿足基本使用要求。因此，如何提高熱泵型空調(diào)器在低溫環(huán)境下的制熱與制冷能力越來越受到關(guān)注。分體式熱泵型空調(diào)機(jī)組在低溫條件下可提高室外機(jī)組周邊空氣溫度及機(jī)組蒸發(fā)溫度，有助于提高制冷力，從而滿足制冷與制熱需求。它主要采取了以下方法：將分體式熱泵型空調(diào)機(jī)組的室外換熱器布置在建筑房頂專用的室內(nèi)，并在其中設(shè)置另外的空氣換熱器，讓部分可能流經(jīng)蒸發(fā)器的低溫空氣和部分回風(fēng)實現(xiàn)熱交換，進(jìn)而提高蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)的溫度及機(jī)組的蒸發(fā)溫度。
在普通空調(diào)器的基礎(chǔ)上，安裝一個四通換向閥，改變閥的操作，可以使原來空調(diào)器的蒸發(fā)器和冷凝器的功能互相對換，從而把冷卻室內(nèi)空氣的功能改變?yōu)榧訜崾覂?nèi)空氣的功能。我們把這種冬季可以從室外較低空氣中抽取熱量，用來加熱室內(nèi)空氣，夏季可把室內(nèi)空氣的熱量除去，傳送到室外的空氣調(diào)節(jié)器叫做熱泵式空調(diào)器。
它的特點是一機(jī)兩用，夏季可以制冷降溫，冬季可以制熱升溫。結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，價格便宜，適用于-5～43℃環(huán)境。帶除霜器的熱泵式空調(diào)器，適用于-5～43℃環(huán)境。
3.2 工作原理
熱泵型分體式空調(diào)器原理圖
常用的熱泵空調(diào)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、四通換向閥、室外換熱器、節(jié)流機(jī)構(gòu)(毛細(xì)管或膨脹閥)、室內(nèi)換熱器、集液器及連接管路組成。
當(dāng)熱泵型空調(diào)器運行于制冷工況時，四通閥換向使圖中實線接通。這時，室內(nèi)換熱器成為蒸發(fā)器，而室外換熱器成為冷凝器。從室內(nèi)換熱器來的低溫低壓過熱氣經(jīng)四通閥和消聲器進(jìn)入氣液分離器．分離出液體后，干過熱氣被壓縮機(jī)吸入壓縮成為高溫高壓的氣體徘出，氣體經(jīng)四通閥進(jìn)入室外換熱器放熱冷凝，成為過冷液。過冷液經(jīng)毛細(xì)管阻力降壓后成為低溫低壓兩相流體，進(jìn)入室內(nèi)換熱器蒸發(fā)吸熱(此時室內(nèi)空氣被降溫)，再一次經(jīng)四通閥和氣液分離器進(jìn)入下一循環(huán)。
當(dāng)熱泵型空調(diào)機(jī)運行于制熱工況時，四通閥換向線接通。這時室內(nèi)換熱器成為冷凝器，室外換熱器成為蒸發(fā)器。從室外換熱器來的低溫低壓過熱氣經(jīng)四通閥和消聲器進(jìn)入氣液分離器，分離出液體后，干過熱氣被壓縮機(jī)吸入壓縮成為高溫高壓的氣體徘出，氣體經(jīng)四通閥進(jìn)入室內(nèi)換熱器放熱冷凝(此時，室內(nèi)空氣被加熱)．成為過冷液，過冷液經(jīng)毛細(xì)管阻力降壓后成為低溫低壓兩相流體．進(jìn)入室外換熱器蒸發(fā)吸熱，隨后過熱氣經(jīng)四通閥和氣液分離器進(jìn)入下一循環(huán)。
為防止制熱時因除霜導(dǎo)致室內(nèi)舒適性下降，采用了熱氣旁通不間斷制熱除霜方式。除霜時，運行原理基本與制熱相同，只是將融霜電磁閥打開。從壓縮機(jī)出來的高溫高壓的過熱氣有一部分被分流到室外換熱器的人口，迅速把室外換熱器的溫度提高到O℃以上，融掉室外換熱器上的霜層，使換熱器保持良好的換熱效率。
4 制冷工質(zhì)研究進(jìn)展
制冷工質(zhì)或制冷劑的選擇對制冷循環(huán)或制冷機(jī)的性能有重大影。
1834年由美國人發(fā)明的世界上第一臺制冷機(jī)采用乙醚做制冷劑，1866年二氧化碳被用作制冷劑，1872年英籍美國人波義耳又發(fā)明了以氨為制冷劑的壓縮機(jī)。從本世紀(jì)30年代起，一系列的氟利昂陸續(xù)出現(xiàn)，大大促進(jìn)了制冷與空調(diào)業(yè)的發(fā)展。但是由于像R11、R12等氟氯化碳或稱氟氯烴（CFC）的大量使用會破壞臭氧層，并且造成溫室效應(yīng)，引起全球氣候變暖等問題，所以尋找一種對環(huán)境安全的制冷劑是當(dāng)前制冷行業(yè)首要解決的問題，制冷劑的替代也由無臭氧層破壞到到同時滿足臭氧層保護(hù)和阻止全球變暖的雙重要求上來。由于R22對臭氧層的耗損作用和較高的室溫效應(yīng)值，因此展開了對HCFC22替代技術(shù)的研究。
4.1 R22比較成熟的HFCS替代物有以下幾種[3～7]：
(1)R407c:是眾多候選替代制冷劑中呼聲較高的R22替代物，這是由于R407c的熱力性質(zhì)與R22比較相似，工作壓力和制冷量都比較接近。
(2)R410a: 其熱力性能十分接近單工質(zhì),雖然它與R22 的熱力性質(zhì)不很相似,但卻可能是R22最有前途的HFC類替代物。使用R410a的制冷系統(tǒng)需徹底改型,但改型后的機(jī)器變得更為緊湊。它的另一優(yōu)勢是液相的熱導(dǎo)率高、粘度低，使其具有優(yōu)于R22的傳輸特性。
(3)R134a:與R22 相比,壓力、冷量都會降低,大多數(shù)的管道包括換熱器在內(nèi)都應(yīng)擴(kuò)大以減少壓力損失,壓縮機(jī)的排量也要增加。用它代替R22后系統(tǒng)的制冷量有大幅度的下降,能效比也略有下降。系統(tǒng)的改型費用較高,因此對于小型住宅或商用空調(diào)不太可能用它,但對大型冷水機(jī)組尤其是用螺桿或離心式壓縮機(jī)時比較合適。
(4)R1270: 通過對R1270與R22的熱物理性質(zhì)和熱力循環(huán)性進(jìn)行比較,碳?xì)浠衔颮1270的環(huán)境接受性能好,主要的熱物理性質(zhì)與R22相似,其氣化潛熱比R22和R290都要高,傳熱效率高,并且R1270的可燃可爆性也可以通過生產(chǎn)過程和制冷裝置中安全措施的完善而得到克服。與R22系統(tǒng)潤滑油及其它部件均能兼容,并且與R22容積制冷量相差不大,不需要壓縮機(jī)進(jìn)行改型。具有高制冷量, 高循環(huán)性能系數(shù),充注量大大減少的優(yōu)點,總體考慮是一種性能優(yōu)良的制冷劑。
4.2 自然工質(zhì)的研究
替代工質(zhì)研究的另一方面是放棄使用化工合成物，采用和環(huán)境相容的純天然工質(zhì)，HFC替代物雖然解決了臭氧層的消耗問題，但其較高的GWP值仍然是困擾人們的一個不可忽視的問題。如果從環(huán)境的可接受性考慮,天然制冷劑無疑是解決問題最徹底而又最完滿的途徑。目前在天然制冷劑中以氨、丙烷與其他烴的混合物及二氧化碳制冷技術(shù)[8～9], 其中二氧化碳制冷技術(shù)最有可能成為R22的長期替代物。由于CO2的高密度和低粘度,CO2的流動損失小，傳熱效果好。通過強(qiáng)化傳熱可以彌補(bǔ)它循環(huán)不高的缺點，增加回?zé)崞骰蛘卟捎脙杉墘嚎s即可達(dá)到與常規(guī)制冷劑相似的效率，而不設(shè)膨脹機(jī)，這也是各公司開發(fā)CO2小型制冷或者汽車空調(diào)的研究方向。
4.3 混合工質(zhì)的研究
在關(guān)注純物質(zhì)和自然工質(zhì)研究的同時，混合工質(zhì)[10～11]也成為工質(zhì)研究的重要方向，混合工質(zhì)在近期替代CFCs方面具有很大的潛力和應(yīng)用前景,可以滿足各種不同設(shè)備的特定性能要求。所謂混合工質(zhì)是指由兩種或兩種以上的純工質(zhì)按一定比例混合而成的溶和物，按照混合后的溶液是否具有共沸的性質(zhì)可分為以下三種[12]：
（1） 共沸混和物（azoetropic）:它和單一物質(zhì)一樣，在一定壓力下發(fā)生相變是具有一定的相變溫度，而且氣相和液相始終保持相同的成分。
（2） 近共沸混和物（near azoetropic）：是一種泡露點溫度差足夠小的非共沸混和物，在某些特定場合分析時，忽略這個溫度差也不會產(chǎn)生明顯誤差。
（3） 非共沸混和物（nonazoetropic）:沒有共沸點，在定壓力下蒸發(fā)或凝結(jié)時，氣象和液相的成分不同，溫度也在不斷變化。
在廣泛開展實驗研究的同時，許多學(xué)者對混合工質(zhì)制冷循環(huán)的節(jié)能特性進(jìn)行了模擬計算[13]，Stoecker和Walukas[14]給出了R12/R114的計算結(jié)果，他們假定低溫蒸發(fā)器的熱負(fù)荷是高溫蒸發(fā)器的兩倍，結(jié)果顯示：當(dāng)R114質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50%，系統(tǒng)可以節(jié)能12%。Kruse[15]采用R22/R114和R13B1/R114也做理論計算，利用RKS狀態(tài)方程計算混和物的性質(zhì)，結(jié)論是：對于R22/R114（R22質(zhì)量濃度為0.4），系統(tǒng)的COP可以提高18%～20%；對于R13B1/R114（R13B1占0.7），COP提高20%。R32/ 134a: 這種非共沸混合物在30/70%時，有最佳的熱力學(xué)性能。許多報告指出,經(jīng)系統(tǒng)沖量、注熱交換器的優(yōu)化后的空調(diào)設(shè)備采用這一混合工后的制冷量完全可與R22相當(dāng),而能效比還可提高幾個百分點。其缺點是雖然它在正常工作條件下是不可燃的，但在某種條件下呈可燃性。
最近，國際制冷協(xié)會提出用天然制冷劑（像氨、二氧化碳及碳?xì)浠衔锏龋﹣硖娲鶦FCs與HCFCs，這涉及制冷系統(tǒng)及機(jī)器結(jié)構(gòu)的改變，是未來制冷劑發(fā)展的趨向。
5 結(jié)語
空調(diào)制冷技術(shù)發(fā)展前景趨勢整體來講，環(huán)保、節(jié)能、智能化與健康化是空調(diào)制冷系統(tǒng)技術(shù)未來的科學(xué)發(fā)展趨勢，行業(yè)近期主要針對其顯著熱點技術(shù)進(jìn)行深入研究，包括直流變頻、自動清潔、靜音、節(jié)能、彩板、加濕、新冷媒、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制及鋁替銅技術(shù)[16]。
熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品，但并不是在任何條件下都可以應(yīng)用。其制約條件是電源和冷源。目前。我國電力供應(yīng)較充足，容易解決。而水源式冷源則是其主要限制條件，沒有適合可靠的水源，就不能使用水源型熱泵。例如有些工程規(guī)模大，制冷或制熱負(fù)荷大，所需水源水量很多，雖然工程場地有一定面積，也可以鉆井，但是水資源量不足．難以完全滿足工程負(fù)荷需要 有些工程所在場地下面雖然有地下水，但是由于該工程地處繁華市區(qū)，場地面積狹小，無處布井取水，場地環(huán)境條件限制了水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用[17~18]。
水源熱泵主要的特點和優(yōu)點是冬季供熱，夏季供冷，與一般的水冷機(jī)組比較沒有太多的優(yōu)點，故水源熱泵用在北方有供暖要求的地方才是比較合適。
參考文獻(xiàn)
[1]王如竹，丁國良等. 最新制冷空調(diào)技術(shù). 北京：科學(xué)出版社，2002
[2] 桂國慶.熱泵型空調(diào)器低溫制熱與低溫制冷分析.《裝備應(yīng)用與研究》2011年第24期總第306期.
[3]費人杰. 關(guān)于氨制冷系統(tǒng)的新動向. 制冷 62（1）：67～70
[4]董天祿，華小龍等. 制冷劑替代技術(shù)的最新動態(tài). 制冷技術(shù) 1999（1）
[5]羅超. 制冷空調(diào)技術(shù)發(fā)展動態(tài)[j].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2007(3).
[6]葛志祥. 空調(diào)節(jié)能的研究及其實現(xiàn)[j].南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2008(3).
[7]蔣能照. 空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997
[8]王侃宏，馬一太，魏東等. CO2跨臨界水-水熱泵循環(huán)系統(tǒng)的實驗研究. 中國工程熱物理學(xué)會工程熱力學(xué)與能源利用學(xué)術(shù)會議論文集 南京
[9]Petter Neksa etc. CO2-heat pump water heater ,characteristics,system desigen and experimental results. Int.J.Refrig.
[10] G.Lorentzen.The use of natural refrigerants:a complete solution to the CFC/HCFC predicament.Int.J.Refrig,18(3)
[11]李文林. 混合制冷劑的研究與發(fā)展. 國外科技動態(tài)
[12]徐德勝等. 制冷空調(diào)原理與設(shè)備. 上海：上海交通大學(xué)出版社 1996
[13]丁國良，張春路等. 制冷空調(diào)裝置仿真與優(yōu)化. 北京：科學(xué)出版社
[14]W.F.Stoecker,D.J.Walukas.Conserving energy in domestic refrigerators through the use of
refrigerangts mixtures.Int,J.Refrig.
[15]H.Kruse.The advantages of non-azeotropic refrigeratant mixtures for heat pump application.
Int.J.Refrig.
[16]陳國邦等. 最新低溫制冷技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社
[17]薛玉偉,李新國,趙軍等.地下水水源熱泵的水源問題研究.能源工程，2003(2):10～13.
[18]范曉偉,周光輝,連之偉. 我國水源熱泵研究現(xiàn)狀. 流體機(jī)械,2003 ,31 (4) .
[19] Li Zhang*,Chaobin Dang,Eiji Hihara；Performance analysis of a no-frost hybrid air conditioning system with integrated liquid desiccant dehumidification；international journal of refrigeration 33 (2010) 116–124；
[20] 吳 亮，滕德義，李俊；太陽能轉(zhuǎn)輪除濕式空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保，2009,3：34～35；
[21] 趙巍，朱瑞琪，闞怡松；無泵循環(huán)液體除濕型空調(diào)系統(tǒng)的仿真研究；2002,36（1）:30～34；
[22] 王倩，郝紅，盧建津；液體除濕空調(diào)系統(tǒng)研究進(jìn)展；煤氣與動力，2005,25（8）：72～76；
[23] 陳志剛，王忠平，張雪梅等；轉(zhuǎn)輪除濕復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)值分析；流體機(jī)械，2011,39（2）：77～80；
[24] 李玉春；變頻空調(diào)器除濕量的試驗研究；制冷，2007,26（3）:13-16；
[25] 趙慶，蘇偉勝；恒溫恒濕空調(diào)方案的選用；制冷與空調(diào)，2009,23（5）：57-60；