毕业论文范文——采用U型地埋管换热器的地源热泵空调系统设计

郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 采用U型地埋管换热器的 地源热泵空调系统设计 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 郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目 采用U型地埋管换热器的地源热泵空调系统设计 专业 热 能 学号 姓名 一、原始资料及技术条件1.采用垂直地埋管，地温18，2.竖井内径120毫米两个，间距6米，每米管子换热量0.05Kw。3.采用U型高密度聚乙烯管作为土壤换热器材料，管径25.4毫米。4.地埋管换热器进水温度：35；循环水回水温度16。5.制冷剂：R226.制冷功率7kw,蒸发温度：7.8，冷凝温度507. 制热工况：土壤换热器来水温度：10；循环水回水温度38蒸发温度：5，冷凝温度：54；一、 主要内容1.设计冷凝器冷凝器：采用套管式冷凝器和低肋管。2设计蒸发器蒸发器：采用套管式蒸发器和低肋管。至少一个采用上计计算设计。3.方案选择与论证，设计计算及说明，选择压缩机。地源的空调系的特点，制冷性能分析、工况及运行方式、冷凝器及蒸发器的设计计算，在设计工况下的制冷量，工质流量，土壤换热器水流量及管长。同时计算制热工况的供热功率，。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： 赵大庆 专业负责人签章： 2014年 1 月 10 日采用U型地埋管的地源热泵空调系统目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 设计背景11.2 国内地源热泵发展简史21.3 国外地源热泵的发展31.4 地源热泵发展趋势41.5 地源热泵技术在中国的发展优势41.6 地源热泵技术在发展中的问题62 热泵工作原理和特点72.1 热泵原理72.2 地源热泵系统的特点82.3 地源热泵对环境的意义93 热力计算93.1 确定制冷系统的设计工况103.2 绘制压焓图和查状态参数103.3 循环的热力计算114 压缩机的选型124.1 压缩机热力计算124.2 压缩机的选型134.2.1 往复式制冷压缩机134.2.2 螺杆式压缩机134.2.3 涡旋式空气压缩机144.2.4 离心式压缩机164.3 压缩机校核174.4 制热功率的计算185 冷凝器的设计计算205.1 水冷式冷凝器及分类205.2 参数的选择及冷凝器换热面积计算225.3 确定内管根数235.4 传热计算235.4.1 计算水侧表面传热系数235.4.2 计算套管间R22冷凝表面传热系数235.5 冷凝器总体结构设计246 蒸发器的设计计算256.1 蒸发器的分类及选型256.2肋管换热面积的计算276.3 管内外侧换热系数的计算286.3.1 管内侧制冷剂R22的换热系数的计算286.3.2 管外水侧换热系数的计算286.4 管内热流密度验证及管长计算296.5 管长的计算307 地源热泵系统地下换热器型式确定307.1 确定管路连接方式317.2 选择地埋管管材及埋管直径317.3 地下换热器尺寸的确定及布置327.3.1 已知条件的确定327.3.2 确定地下换热器换热量327.3.3 确定钻孔总长度，孔深及孔数328 系统辅助设备的选择338.1电子膨胀阀的选用338.2 干燥过滤器的选择348.2.1 干燥过滤器的构造及原理348.2.2 干燥过滤器的作用348.2.3 干燥过滤器的选择348.3 电磁阀368.3.1 电磁阀的工作原理及作用368.3.2 电磁阀的安装和使用368.3.3 单向阀选择378.4 四通换向阀的选择37总结39致谢40参考文献41采用U型地埋管换热器的地源热泵空调系统设计摘 要随着中国的建筑行业的飞速发展，人们对生活环境的要求也越来越高，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展，人们对室内空气品质（IAQ）有了更深刻的认识,对环境的需求意识已经不是简单的冷热意识,而是趋向于健康化、卫生化的需求。因此采用更先进的空气调节方法提高空气品质满足人们的要求成了当前制冷行业发展的热点和重点之一。 地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性,，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中,达到降温或制冷的目的。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效地利用能源的方式。本文，将通过学习有关地源热泵和中央空调系统设计方面的书籍与资料，在老师的的指导和同学们的帮助下，用自已大学四年所学过的专业和努力设计一套土壤源热泵中央空调系统。希望借此机会检验我大学四年所学专业的成果，并使我的专业知识系统得到一次升华。关键词 地源热泵/中央空调/节能环保/设计IU-SHAPED GROUND HEAT EXCHANGER OF GROUND SOURCE HEATPUMP AIR CONDITIONINGSYSTEM DESIGNABSTRACT With the rapid development of Chinas construction industry,Peoples requirements of the Living environment is becoming higher and higher.This demand contributed to the Chinas air conditioning refrigeration industry development.People have a more profound understanding of the in indoor air quality.Peoples requirement on the environment is not simple consciousness for cold and hot consciousness,but tend to health,and the demand of sanitation.So use the more advanced air conditioning method is becoming one of the most important part of the development of the current refrigeration industry to improve the air quality and meet the requirement of people. The ground source heat pump technology,is a technology which use the characteristics of temperature is relatively stable of the soil underground,surface water,groundwater to transfer heat from ground to anywhere that need it in the winter or cool the indoor temperature by let the heat flue into the ground.The ground source heat pump can take the place of the traditional heating and central air conditioning system such as the boiler or municipal pipeline. In this paper,I will design a set of ground source heat pump system with my teacher and classmates help,by using the knowledge that I learned during these four year and looking through books about the ground source heat pump central air conditioning.I hope I can learn more about my subject from this design。KEY WORDS ground source heat pump,Design,central air conditioning,energy savingII1 绪论1.1 设计背景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。地源热泵中央空调系统是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地源也成为清洁的可再生能源一种形式。地源热泵中央空调系统是利用水与地源(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地源中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地源为“热泵”；夏季把室内热量“取”出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地源为“冷源”。地源热泵中央空调系统通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90以上的电能或7090的燃料内能转化为热量供用户使用，因此地源热泵中央空调系统要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵中央空调系统的热源温度全年较为稳定，一般为916，其制冷、制热系数可达3.56.3，与传统的空气源热泵相比，要高出40左右，其运行费用为普通中央空调的5060。地源热泵中央空调系统的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40以上，与常规电供暖相比，相当于减少70以上，如果结合其他节能措施减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25的充灌量。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。中国的建筑行业正处于飞速发展的阶段，人们对生活环境的要求也越来越高，而生活环境最主要的就是居住环境，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展，特别是在“非典”之后，人们对室内空气品质（IAQ）有了更深刻的认识，室内空气的好坏直接影响到人们的健康，原来使用的空调技术已经不能满足人们的要求，对环境的需求意识已经不是简单的冷热意识，而是趋向于健康化、卫生化的需求。因此采用更先进的空气调节方法提高空气品质满足人们的要求成了当前制冷行业发展的热点和重点。从2001年至今，电力紧缺的问题一直困扰着我们，现在的情形更为严重，一方面是我国的经济每年以两位数的飞速发展，另一面是全球性的能源紧缺，再加上去年的全国性的冰灾，据有关部门预计，今年我国南方尤其是经济发达的广东地区缺电达30%，不少工厂被迫“开四停三”，严重影响到了经济的持续发展。电厂的发展又不能盲目的增加发电量，或者增建新的电厂，必须依靠宏观的发展才能不至于发生电力过剩的尴尬局面，而且电厂发电对环境的污染也会随着电厂的增加而增加，在这种情况下，空调作为用电大户，充分利用现有的自然能，如太阳能、地热能、生活垃圾等可利用的能量资源既减轻了当前电力的负担，又增加了空调的环保能力，因此，利用自然资源，保护环境也成了当前各国空调制冷行业的研究方向。当前空调行业的已经在这些方面有了一定的进步，许多节能性空调如变频空调正越多的得到使用，而在中央空调方面，溴化锂双吸收式制冷等保护环境的制冷剂设备也发展的越来越快。热泵技术的使用既有效利用了自然能源，节省了能量，同时又保护了环境。1.2 国内地源热泵发展简史 地源热泵并不是一种新的空调系统，早在20世纪30年代，欧洲就已经出现了工程的应用，当时主要用于冬季的供暖。20世纪70年代，出现能源危机，地源热泵系统的工程应用形成高潮，技术日趋成熟。由于中国空调技术应用较晚，地源热泵作为传统空调的一个分枝，对大多数人说，确实较为陌生。我国在地源热泵领域的研究始于20世纪80年代初的天津大学和天津商学院。自此，其他少数单位也先后在地热供暖方面进行了一系列的理论和试验研究，但是，由于我国能源价格的特殊性，以及其他一些因素的影响，地源热泵的应用推广非常缓慢。20世纪90年代以后，由于受国际大环境的影响以及地源热泵自身所具备的节能和环保优势，这项技术日益受到人们的重视，越来越多的技术人员开始投身于此项研究。1995年，中国国家科技部与美国能源部共同签署了中华人民共和国国家科学技术委员会和美利坚合众国能源部效率和可再生能源技术的发展与利用领域合作协议书，并于1997年又签署了该合作协议书的附件六-中华人民共和国国家科学技术委员会与美利坚合众国能源部地热开发利用的合作协议书。其中，两国政府将地源热泵空调技术纳人了两国能源效率和可再生能源的合作项目，这一举措极大地促进了该技术的国际合作和推广应用。1998年是我国在该领域的一个里程碑，从这一年开始，国内数家大学纷纷建立了地源热泵的实验台。其中，1998年重庆建工学院建设了包括浅埋竖管换热器和水平埋管换热器在内的实验装置；1998年青岛建工学院建设了聚乙烯垂直地源热泵装置；1998年湖南大学建设了水平埋管地源热泵实验装置；1999年同济大学建设了垂直地源热泵装置等。同时，我国也成立了一些专门的生产厂家，开始批量生产相关产品。这些科研单位和企业互相合作，在开发利用地源热泵技术方面取得了很大的进展，做了许多实验研究和工程示范，产生了很多有效数据，这些宝贵的经验教训势必将大大加快我国发展地源热泵的步伐。1.3 国外地源热泵的发展地能热泵系统在北美和欧洲都应用的比较普及，根据国际地热联合会（The geothermal heat pump consortium）的统计，到2003年底，采用地能热泵技术制冷供热的建筑面积美国为3720万平方米，瑞典为2000万平米，德国为560万平米，加拿大为435万平米。但北美的应用与欧洲的应用存在明显的差异。 北美的应用，地能热泵更多地偏重于解决建筑的空调制冷问题。在美国，政府投入很多的力量来支持地能热泵系统的推广，政府和学校经过多年的努力，建立了全国各地地质参数资料库，并在各州确立了经过认可的地能热泵推荐的工程商，ASHERE 也针对系统特殊要求在机组设计上建立了标准，同时政府支持在大地换热器设计以及工程施工方面的研究，而在不同的州，又有各自的政策来鼓励地能热泵系统的推广，如专门的补贴、政府推广网站等。从系统设计的角度看，虽然北美也有小型的水水热泵机组，但北美地能热泵系统更多地采用的是水环热泵系统，尤其对于一些大型的工商建筑，采用水环热泵正成为设计的主流趋势。美国著名的地能热泵制造商有 CLIAMTMASTER、WATER FURNACE 等 ，他们提供符合ARI 的专门用于地能系统的标准系列产品。而对于大地换热器，北美采用的多是单 U 型的垂直埋管方式和水平埋管的方式,钻孔深度为50至160米 。 在欧洲，由于环保和节能的要求，目前，在欧洲，地能热泵系统在供热方面积累了丰富的经验，从系统设计的角度看，欧洲多采用水系统，欧洲的水水热泵机组更多偏重于制热，但没有专门的地能热泵机组标准和专门的地能热泵设备制造商。而对于大地换热器，欧洲采用的多是双U 型的垂直埋管方式。1.4 地源热泵发展趋势 地源热泵与中央空调相连接的供热和制冷系统是目前的发展趋势。综合利用低品位热能、高效率利用热能、简单化和一体化的地源热泵系统等都是目前地源热泵系统技术的前沿课题。根据地源热泵20年来的发展趋势，其系统技术的发展大致有如下三个方向：(1) 综合利用热能的趋势。将来的地源热泵系统不仅用于一般住宅、办公用户的供热和制冷，更趋向于将供热的废弃能量(冷能)和制冷的废弃能量(热能)综合利用，比如用供热的废弃冷能运转冷藏库、自动售货机等，用制冷的废弃热能供应温室养殖、种植和生活热水等。(2) 一体化趋势。随着新材料和新工艺的开发，将来的地源热泵系统可能将热泵的转换系统与地上散热系统一体化，使采热和传热的效率更高。 (3) 实地建造的趋势。随着人们对居住和生活环境要求的不断提高，越来越多的建筑物需要常年供暖、制冷、热水和冷藏的功能。因此，充分利用建筑物的空间和周边的自然环境和自然能源，因地制宜地设计、制造和配套安装相应的地源热泵系统也将是一个发展方向。1.5 地源热泵技术在中国的发展优势1) 初期投资费用少。随着改革开放的不断深入，人们生活水平的不断提高，持续的高速经济增长导致人们对舒适生活的追求，从而使地源热泵这项崭新的技术在中国具有巨大的市场潜力。同时我们也要注意到，我国城市的建设步伐正在加快，每年城镇新建住宅2.4亿平方米。而在建设新建筑之前并入集中地源热泵系统，其成本要远远低于旧建筑的改造(甚至可以低于一般空调系统!)，这对我们这个“严寒”与“寒冷”采暖区几乎占了国土面积的70和全国总建筑面积的50的国家而言，节省的费用是巨大的。在美国，由于能源相对的便宜(与中国相近)，而人工费用很高，一般一个家庭的安装费用在3000美元左右，地源热泵仍然具很强的市场竞争力。而我国由于人工费用比较低，与西方发达国家相比，我国的基建费用低。基建费用是地源热泵最主要的成本增加部分。由此可见，我国与国外发达国家相比，初期投资相对要少一些。2) 能够提高城市环境质量。随着人们生活水平的提高，对生活质量的要来越高，环保意识增强，人们开始认识到高品质的空气是人类健康的保障。目前居民对空气污染的关注程度越来越高，城市(包括室内)对人们生活以及身体的影响日益受到重视，在碰到身体不适的时候，很多居民开始考虑空气因素的影响。根据1997年中国环境状况公报，我国城市空气质量仍处于较重的污染水平。据统计，世界大气污染最严重的10座城市中，中国就占了7席，这也从一个侧面反映出我国城市空气质量不容乐观，加强空气治理，已经到了刻不容缓的时候。目前我国的能源结构中有一个最为不利的因素，即长期以来在能源的生产和消费中煤炭的比例占70左右。为了彻底整治环境，减少温室气体排放，我国政府正在规划改变以煤为主的能源结构，以实现可持续发展战略。北京等城市正在考虑以电代煤的方法来解决城市污染的问题。每千瓦电能带来3至4千瓦热量的地源热泵将是极具竞争力的技术。由于电力是地源热泵的唯一动力，因此没有燃料分散燃烧所造成的大气污染。与此同时由于厂家密封制剂。使用过程中不泄露，不补充，减少了对臭氧层的破坏。分析和调查表明，地源热泵的应用对降低温室效应起了积极作用。可见，这项技术应用于中国将缓解城市空气污染问题。3) 能够缓解能源紧张问题。进入新世纪，在生产力高速发展的条件下，人们越来越认识到地球上的资源和能源日益匣乏。我国能源短缺是一个不争的事实，与此同时，我国又存在能源利用率低的矛盾。据统计，我国总的能源利用率约为30，这仅相当于发达国家90年代的水平。我国建筑耗能约占总耗能的25，其中供热采暖能耗约占一半。能源短缺导致中国的能源价格越来越接近发达国家的水平。我国要在能源每年增长率仅为35的条件下满足国民经济持续每年增长89，就必须重视节能技术和节能产品的开发利用，这决定了我国必须在空调和取暖这一耗能大项上有所改进。就地源热泵技术而言，由于热泵仅仅用来传输热量，而不是产生热量，所需要的热量有70来自于地下，夏天制冷时，用来将建筑物中的热量传人地下所消耗的电力也非常少，因此地源热泵这项节能技术应用于我国可以在一定程度上缓解我国的能源压力。4）受到国家相关政策的支持。为了减少我国由于冬季采暖所造成的大气污染，减低国内现有制冷空调的能源消耗，寻求新的低能耗、无污染的供暖制冷空调技术，国家科技部与美国能源部分别代表两国政府签署了中美两国政府地源热泵合作协议，引进和推广美国先进的地源热泵技术。这对地源热泵技术在中国的推广起到巨大的推动作用。八届人大常委会第二十八次会议审议并通过了中华人民共和国节约能源法，其中第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，这也将促进地源热泵事业的发展。自从我国实施民用建筑节能设计标准后，提高了建筑隔热保温性能，降低了建筑采暖能耗，结果是大幅度降低了地源热泵采暖方式的年运行费用，增加了地源热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。1.6 地源热泵技术在发展中的问题任何一项新事物的出现总是要受到人们的质疑，对于地源热泵这项新技术同样可能会遇到一些阻力。首先，中国有关地源热泵的现成技术资料不多，还缺少这方面的设计、安装和维护技术人员，同时，由于在中国生产地源热泵相关设备的厂家少，人们对它还比较陌生，大多抱着观望的态度，这样的情形不利于这项技术在中国的推广。其次，我国现在还没有出台促进地源热泵技术发展的相关优惠政策，这使部分想采用地源热泵系统的用户由于看不到眼前利益而采用其它的空调系统。为了鼓励用户采用地源热泵系统，我国可以提供鼓励性补贴和资助给购买地源热泵系统的用户，或者采用调整能源价格的方法，使能源价格合理化，给予这些用户一些实惠，鼓励人们采用地源热泵系统。还要说明的一点是，世界上热泵技术比较发达的北美、北欧和中欧国家由于气候条件基本上只用于供热，对地源热泵夏季制冷工况研究较少。而我国幅员辽阔，地处温带，冬季需供暖，夏季需供冷，而且南北地区气象条件差异很大，同样的建筑在不同的地区，其负荷情况可能迥然不同。因此，我们不能照搬外国的技术成果，必须投入大量的科研经费和研究人员进行研究，使其适合中国的气候特点，这也在一定程度上延缓了这项技术在中国的推广。但可以相信，地热能具有广泛的应用前景，在不久的将来，地热能将在世界能源利用结构中占有更大的份额。随着人们环保意识的加强和对“绿色能源”的日益重视，地源热泵系统技术也将得到前所未有的发展。2 热泵工作原理和特点2.1 热泵原理热泵，就像水泵能把低位水提升到高位一样可以把热从低温端传送到高温端。它是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间功能转换的机械，实质上是另一种形式的制冷机。地源热泵（Ground source heat pump）是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温热源向高温热源的转移。地源热泵系统就是把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下，使其与大地进行热交换，或通过中间介质作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过大地循环流动，从而实现与大地进行热交换的目的；地上部分的空调器传热过程与传统的HVAC一样。地源热泵系统作为一种“绿色空调”，是以大地为热源对建筑进行空气调节的系统。图2-1 地源热泵水-水系统工作原理示意图冬天，通过热泵将大地中的低位热能提高品味对建筑供暖，同时存储冷量，以备夏用；夏季，通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行供冷，同时存储热量，以备冬用。这样可保持地温恒定，冷暖负荷平衡，从而达到节能、环保的要求因此地源热泵空调系统可解决空气源热泵系统必需室外机及室外机对周围环境产生热污染等问题,并且冬季运行不存在结霜问题,节省了空气源热泵系统除霜所耗的电能,空调效果不受室外气温的影响,运行稳定可靠,是一种国家鼓励使用的适用于夏热冬冷地区居住建筑的节能环保空调系统。2.2 地源热泵系统的特点高效节能，稳定可靠 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%60%，因此要节能和节省运行费用4050左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5kW以上的热量或4kW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。无环境污染 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40以上，与电供暖相比，相当于减少70以上，真正的实现了节能减排。 一机多用 地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。 维护费用低 地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。 使用寿命长 地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。要比普通空调高35年使用寿命。 节省空间 没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。 2.3 地源热泵对环境的意义 建筑能耗是能源消耗的重要组成部分。目前关于我国建筑能耗通用的数据要占总能耗的27.6%,但因其统计方法过于粗糙,国内目前有不同看法,认为建筑能耗占社会总能耗的18.8%。从上面的两个数据可以看出, 建筑物能耗是我国能耗的重要部分, 而且随着我国新增建筑面积高速增长,以及人民生活水平提高带来的对居住环境舒适性要求的增高,建筑能耗的比例有上升趋势。目前节能减排是我国政府工作的重中之重,关系到我国能否持续健康稳定发展的大问题。而且根据调查,建筑节能是目前耗能大户中节能潜力最大的部分。所以,建筑节能进行的好坏对于我国能否实现节能目标具有重要意义。 为了顺应国家大力发展可再生能源的号召,当前政府、技术研究、工程设计与安装以及设备制造商等部门应共同努力做好以下几方面工作：建议国家建立专项基金 ,鼓励地源热泵的推广应用调查现有的地源热泵工程,总结经验收集现有的用于地源热泵的全国水文地质资料,建立基本资料库；建立专业的地源热泵用管井设计和施工队伍,完善地埋管换热器的安装和施工队伍,适当时候建立专项设计施工资质管理制度；开展国家级和城市级的地源热泵(海水源、污水源、余热热源)工程示范,以得到正确可靠的技术数据,指导工程设计、安装和运行,然后开发适合国情、因地制宜的地源热泵机组,完善产品系列和规格；加强政府对地源热泵工程的质量监管,防止一哄而起,杜绝假冒伪劣,保证地源热泵在建筑中应用中健康发展；开发地源热泵和其它能源互相补充的技术体系,拓宽发展方向。中国承受着世界上任何一个国家都前所未有的由于高密度人口和高速经济增长所带来的环境和能源压力。我国必须坚持走可持续发展的道路，加快城市化，特别是小城镇建设的进程。随着人口的增长经济的发展，人们对居住环境质量的提高有了更迫切的要求。为地源热泵的发展提供了广阔的空间。近几年在国家发改委、财政部、科技部、原建设部等部委的支持下，国家鼓励推广的节能环保技术列入多项推广计划，从资金、税收、贷款、补贴等多方位予以政策扶持。由于地源热泵系统节能与环保的双重效益，国际上将地下储能技术和高效热泵同时引入21世纪最有发展前途的50项新技术之中。3 热力计算 3.1 确定制冷系统的设计工况 主要指确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数。有关主要工作参数的确定参考制冷工程设计手册进行计算。蒸发温度：7.8 冷凝温度：50过冷度： 5 过热度：8 制冷量： 7kw 制冷剂：R223.2 绘制压焓图和查状态参数 图3-1 制冷循环压焓图42aa2105 7.8350lgph2s查R22热力性质表和图得:表3-1 R22热力性质参数表参数状态点0 7.86.3737.01407.681.7394115.86.3738.67413.831.76112s75.4319.4313.97442.821.761135019.430.92263.051.207644519.430.90256.261.187057.86.379.37256.261.20053.3 循环的热力计算 1）单位质量制冷量q0、单位容积制冷量qv及单位理论工w0的计算。 kJ/kg=151.42kJ/kg =3915.6969kJ/ 2) 制冷剂质量流量qm的计算。 3） 压缩机理论功率P0的计算。 压缩机的指示功率为： 压缩机的轴功率为： 4）制冷系数0及热力完善度的计算 卡诺循环的制冷系数c为： 故热力完善度为 ： 5）冷凝器热负荷Qk的计算。故： 4 压缩机的选型4.1 压缩机热力计算单位质量制冷量q0、单位容积制冷量qv及单位理论工w0的计算。制冷剂质量流量qm的计算： 压缩机理论功率P0的计算： 压缩机的指示功率为： 压缩机的轴功率为： 实际输气量： /s=0.001778/s输气系数： 取：压缩机的理论输气量： /s=0.001872/s 压缩机电机即输入功率（电动机效率）: 4.2 压缩机的选型压缩机为制冷系统中的核心设备，只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态制冷剂压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。在蒸汽压缩式制冷系统中，把制冷剂从低压提升为高压，并使制冷剂不断循环流动，从而使系统不断将内部热量排放到高于系统温度的环境中。制冷压缩机是制冷系统的心脏，制冷系统通过压缩机输入电能，从而将热量从低温环境排放到高温环境。制冷压缩机的能效比决定整个制冷系统的能效比。由于环境温度是经常变化的，故制冷压缩机大部分时间是处于部分负荷状态，因此制冷压缩机要具有能量调节。4.2.1 往复式制冷压缩机往复式制冷压缩机迄今还是应用最广泛的一种机型，广泛应用于中、小型制冷装置中，但由于往复式机器跟其他形式的机器相比，在可靠性、容积效率、压力稳定等性能方面都有所不及。所以，可以预料，除了在小冷量应用场合，往复式压缩机的市场份额已被其他形式的压缩机占去了一部分。并且失去率还有扩大的趋势由于采取了计算机辅助设计的手段使压缩机的设计、气阀的改进等方面更加合理，对其整体的性能的预料更加精确。4.2.2 螺杆式压缩机螺杆式空气压缩机的概述： 螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，采用高效带轮(或轴器)传动，带动主机转动进行空气压缩，喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和油混合气体经过粗、精两道分离，将压缩空气中的油分离出来，最后得到洁净的压缩空气。 双螺杆空气压缩机具有优良的可靠性能，机组重量轻、震动小、噪声低、操作方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。 压缩机主机工作原理：螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机，是容积式压缩机中的一种，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。转子副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧,完成吸入、压缩、排气三个工作过程。因此，双螺杆转子的型线技术决定着螺杆式空气压缩机产品定位的档次。双螺杆空压机的工作流程：空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，此时压缩排出的含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部份的油介质被分离下来，然后进入油气精分离器进行二次分离，得到含油量很少的压缩空气，当空气被压缩到规定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到冷却器进行冷却，最后送入使用系统。在蒸汽压缩式制冷和热泵系统中，各种类型的制冷压缩机是决定系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等有着直接的影响4.2.3 涡旋式空气压缩机涡旋式空气压缩机是近年来开发出来的最新型的空气压缩机，它与传统空气压缩机相比，具有结构新颖、体积小、重量轻、噪音低，寿命长，输气平稳连续，操作简便，维护费用少等一系列优异的技术性能，被行业内誉为“无需维修空气压缩机”和“新革命空气压缩机”是50HP以下空气压缩机理想机型。涡旋空气压缩机是由两个双函数方程型线的动、静涡盘相互啮合而成。在吸气、压缩、排气工作过程中，静盘固定在机架上，动盘由偏心轴驱动并由防自转机构制约，围绕静盘基圆中心，作很小半径的平面转动。气体通过空气滤芯吸入静盘的外围，随着偏心轴旋转，气体在动静盘噬合所组合的若干个月牙形压缩腔内被逐步压缩，然后由静盘中心部件的轴向孔连续排出。 涡旋空气压缩机的特点有：可靠性高涡旋式割据压缩机的主机零件少，是活塞机数量的1/8，零件的大师减少是可靠性提高的关键要素；回转半径小，线速度仅为2m/s，因而磨损小,机械效率高，振动小；科学控制的整机系统更确保稳定性的提高；噪音最低。因无吸、排气阀和复杂的运动机构而消除了阀片的敲击声和气流的爆破声，使噪音急剧降低。吸、排气连续稳定，每分钟6000次以上，使气流脉动极微小1台20HP（15KW）的涡旋式空气压缩机只有62dBA的噪音，使其能在任何地方安装使用，节省大量安装费用，更符合环保要求能耗最低。因为吸气增压效应和没有余隙容积，故涡旋式空气压缩机的容积效率高达98%以上。因为若干个工作腔逐渐压缩，故相邻工作腔的压差非常小，因此泄露自然极少。一个压缩过程分几次压缩，热效率高。无吸、排气阀，故进、排气的阻力损失几乎为零。无运动机构的磨擦磨损，机械效率高，这是涡旋式压缩机比其它空气压缩机大大节能的主要原因。例如：（1台20HP15KW）的涡旋式空压机一年工作6000小时，节省电费可达18000元；维护费用最低。主机零件少，易损件更少，大幅度减少了零件更换可能性。同时更换零配件周期长，使用方便，维护工作量少，维护费用低.特点的具体表现：极低的噪音，比任何空压机噪音都低，可直接放置在生产车间内，对工作者极小干扰，完全省略空压机专用机房。历为噪音低，所以可以随意安放在您认为方便的地方，无需为了隔离噪音而将空压机放置在较远的建筑物内，这样省下的不仅仅是建筑费用及长距离的气管安装费用，更可以避免噪音困扰邻居和自身，也可以随企业的不断发展而随意方便地增加压缩空气的供应。（当然要注意避开热源和灰尘等）。噪音范围在4862分贝；极低的保养费用保养费用低于任何空压机；由于涡旋空压机本身无易损件、机组性能优良，自动控制可靠，故用户只需轻轻地清扫一下机体两侧的滤网，按规定定时更换机油和滤芯及空气过滤器，油精分器。您就可以放心地使用涡旋空压机了。不必像使用其它空压机那样，再为随时可能发生的易损件更换而破费（这种花费累计下来是不少的），更避免了因故障停机造成的生产停滞而给您带来的经济损失；极低的运行费用，是公认的最高能效比的空压机，每年可为您节省上万元的电费。由于原理上的优越性，使得涡旋空压机比活塞、螺杆、滑片等传统空压机的效率都要高，电费是空压机运行的最大费用，以一台2立方/min机为例，一年运行4000到5000小时，涡旋空压机可为您节约电费一万余元；极低的含油量，空气纯度最高，机内的润滑油主要是为建立一层极薄的油膜和润滑轴承，而不像螺杆机那样主要是为了冷却，而活塞机完全是在烧油。故需要注入的油很少，需要的油气分离器，过滤芯负荷也很轻，输出的压缩空气含油量自然极低。极高的可靠性号称是无需维修的空气压缩机 主机零部件少，结构新颖，吸送气平稳，故整机振动极小，动静涡盘相互不接触，整机无易损件，因此无需维修的概念具有充足的理由。4.2.4 离心式压缩机离心式制冷压缩机的构造与工作原理：离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别，它不是利用汽缸容积减小的方式来提高汽体的压力，而是依靠动能的变化来提高汽体压力。离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时，叶片就带动汽体运动或者使汽体得到动能，然后使部分动能转化为压力能从而提高汽体的压力。这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不断地沿半径方向被甩出去，所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。其中根据压缩机中安装的工作轮数量的多少，分为单级式和多级式。如果只有一个工作轮，就称为单级离心式压缩机，如果由几个工作轮串联而组成，就称为多级离心式压缩机。在空调中，由于压力增高较少，所以一般都是采用单级，其它方面所用的离心式制冷压缩机大都是多级的。单级离心式制冷压缩机的构造主要由工作轮、扩压器和蜗壳等所组成，压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室，并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器(或中间冷却器)来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮3(工作轮也称叶轮，它是离心式制冷压缩机的重要部件，因为只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。汽体在叶片作用下，一边跟着工作轮作高速旋转，一边由于受离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器4(因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速，扩压器便把动能部分地转化为压力能，从而提高汽体的压力)。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇集到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。离心式制冷压缩机的特点与特性11：离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较，具有下列优点：单机制冷量大，在制冷量相同时它的体积小，占地面积少，重量较活塞式轻58倍；由于它没有汽阀活塞环等易损部件，又没有曲柄连杆机构，因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低；工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能；能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大；对制冷剂的适应性差，一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂；离心式压缩机在大冷量范围内（大于1500kw）仍保持优势，这主要是受益于在这个冷量范围内，它具有无可比拟的系统总效率。离心式压缩机的运动零件少而简单，且其制造精度要比螺杆式压缩机低的多，这些都带来制造费用相对低且可靠的特点。此外，大型离心式压缩机 如应用在工作压力变化范围狭小的场合中，可以避开由喘振所带来的问题，在不久的将来，总体和部分负荷（Integrated part lode value）将愈来愈被重视，从而要求离心式压缩机要在较宽广的应用工况中工作效率高。但是，相对来讲，离心式压缩机的发展近来有所缓慢，因为受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的挑战，离心式压缩机自1993年就开始根据CFCS替代的需要进行着重新的设计，以使其热力和气动力性能得到更好的改善。因而已有很多离心式压缩机的工质替代转向从HCFC22置换为HFC134方面，其制冷量范围为901250kw。 根据说明书要求