空气源热泵技术在我国的研究已有很长的历史，但是真正得到快速发展、普遍应用则是最近十几年到二十年的事情。
主要是用在制冷空调系统上，包括家用空调器、商用中央空调机组以及工业工艺用的制冷制热设备等。

　　本文主要对1.5匹热泵热水器系统设备设计选型进行了探讨，以期对我国空气源热泵技术应用有所领悟。

　　【关键词】热泵热水器；压缩机；蒸发器；冷凝器
　　中图分类号：TB652 文献标识码：A 文章编号：
　　第一节压缩机及节流阀的选型
　　一、压缩机的选型
　　１．压缩机参数
　　根据上面所选定的制冷剂以及所设计的热泵热水器的功率为1.5匹，则可以选择法国美优乐全封闭活塞式压缩机，型号为：MTZ 22JC，具体额定性能参数如下表所示：
　　表3.1压缩机参数
　　
　　
　　２．性能系数（COP）确定
　　（1）求压缩机所消耗的电功率Pel：
　　 Pel=UI=400×2.51=1004W
　　（2）由于所选压缩机为全封闭式压缩机[3]，则其性能参数为：
　　 COPel=Q0/ Pel=3352/1004=3.34
　　二、节流阀的选型
　　由压缩机中制冷剂的流量大小和压比可以确定所选的节流阀的型号为：
　　生产厂家：上海维嘉液压气动元件有限公司
　　节流阀型号：单行节流阀CS-1004S
　　第二节蒸发器的设计计算
　　一、选定蒸发器的结构参数
　　选用10mm×0.7mm的紫铜管，翅片选用=0.2mm的铝套片，翅片间距为：=2.2mm。
管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向管间距=25mm，沿流动方向管排数=4排，肋片宽度L=44mm，考虑防止风速过高而引起大的气流噪声，可取迎面风速=2.5m/s[2]。

　　于翅片为平直套片，则考虑套片后的管外径为：=+2=（10+2×0.2）mm=10.4mm
　　二、肋片管各部分传热面积的计算
　　1．管外肋片面积：
　　=0.4149/m
　　2．肋间管外表面积：
　　=0.02969/m
　　3．管外总表面积：
　　广东深圳专业医用器械造型工业产品设计中小型医疗器械企业风险的现状研究=+=（0.4149+0.02969）/m=0.44459/m
　　4．管内表面积：
　　=/m=0.02700/m
　　5．肋化系数：
　　=16.5
　　6．当量直径：
　　mm=3.5广东深圳专业医用器材设备工业产品设计工业设计在河南经济发展中的作用18mm广东深圳专业医用器械外观工业产品设计浅谈医疗器械中电子设备的维修技术
　　7．最窄流通面积与迎风面积之比：
　　=0.5309
　　三、空气在流经蒸发器时的状态变化
　　1．所需参数如下表所示：
　　表3.2计算过程所需参数表
　　
　　
　　2．表面式空气冷却器设计参数的选择
　　表3.3表面式空气冷却器设计参数的选择
　　
　　
　　3．由给定的进风参数查i-d图1，得=29.2kJ/kg，=6.45g/kg。

　　
　　图2空气处理过程的i-d图
　　根据表3.3的风量选择原则取设计风量为：
　　0.86×3352×0.25=720.68
　　4．进口湿空气的比体积：
　　=
　　=0.820
　　5．空气的质量流量：
　　=878.9
　　6．进出口空气的比焓差：
　　=13.7
　　7．出口空气的比焓：
　　=-=（29.2-13.7）=15.5
　　根据表3.3的温差选择原则可设：取传热管壁面温度=2℃，=4.2，由图1可查的=13。
（与饱和相对湿度线的交点取值）的空气处理过程的饱和状态点w，连接1-w与线相交于2点，得到蒸发器出口空气状态干球温度=3.8℃，含湿量=4.7g/kg。

　　8．蒸发器中空气的平均比焓：
　　==20.33
　　则线与1-w线相交于m点，同时查得空气的平均状态参数为：=7.1℃，=5.3g/kg，=1.255kg/，=14.10×/s，=2.49w/(m.K)
　　四、计算空气侧换热系数
　　取蒸发器管列数为10列，单管有效长度为B=0.76m，蒸发器高度H=10×25=250（即0.25m）
　　1．迎面风速：
　　=1.05m/s，低于表3.3中迎面风速推荐值，有利于降低室内气流噪声
　　2．最窄通风面风速：
　　=
　　3．雷诺数：
　　
　　4．管外空气表面传热系数计算：
　　按强制通风肋片管外空气表面传热系数计算式：
　　43.32w/()
　　5．析湿系数：
　　1+2.46×=1.53
　　6．肋片效率：
　　（1）求解过程：
　　取六角形翅片的长对边距离和短对边距离之比=1
　　六角形翅片=1.27×=1.27×2.4×=2.55
　　（又===2.4）
　　所以，翅片折合高度为：
　　==广东深圳专业医疗仪器外观工业产品设计医疗器械条形码管理的现状分析与对策5.2×（2.55-1）×（1+0.35）mm=10.704mm
　　其中，翅片参数m为：
　　m===73.8
　　式中：
　　——翅片与流体间的表面传热系数，单位为；
　　——肋片的热导率，单位为；
　　——肋片厚度，单位为m；
　　（2）在凝霜工况下的翅片效率：
　　==0.870
　　式中：
　　——肋片折合高度；
　　m——翅片参数；广东深圳专业医用产品设备外观工业产品设计许宗衡落马深圳解密
　　7．空气侧当量表面传热系数：
　　
　　=1.53×43.32×（）w/()
　　=58.24 w/()
　　五、管内表面传热系数
　　1．计算制冷剂总质量流量：
　　= kg/s=0.0206 kg/s
　　式中：
　　——R134a进入蒸发器的干度；
　　——R134a流出蒸发器的干度；
　　2．计算表面传热系数：
　　由氟利昂在管内沸腾表面传热系数计算公式：=（B=1.380）得：
　　=10.84
　　六、管内传热面积
　　取管内污垢热阻，管外污垢热阻=0.0048（）/w，则管外面积为基准的传热系数为：
　　紫铜管的热导率为=393w/(mK)
　　则：=
　　1．传热温差：
　　℃
　　2．管内的热流密度：
　　由热平衡关系和，可知：
　　=得：=3500w/
　　则蒸发器所需的传热面积为：==0.9577
　　七、传热管长度
　　L===35.47m
　　八、每根管有效管长
　　===0.8868m(略大于规划管长0.76m)则设计合理。

　　九、传热面积核算
　　1．所需管外传热面积：
　　==35.47m×0.44459=15.770
　　2．实际规划的传热面积：
　　=0.76×5×0.44456=160894
　　3．裕度计算：
　　==0.0665(即约为6.65％)则设计合理。

　　十、校核壁温
　　1．由公式得：
　　2．代入数据得：
　　3．整理得：2411.3=8254.6
　　4．解得：=3.42℃
　　广东深圳专业医疗设备外形工业产品设计浅谈高层建筑结构设计5．实际所求的管外壁面温度为：=[(-1)+3.42] ℃=2.42℃，比设定壁温2℃略微升高（设计合理）
　　十一、风侧阻力计算
　　干工况与析湿工况阻力关系为：
　　1．顺排时：。
其中：为阻力增强系数=1.2，干工况下的阻力系数为：
　　=9.81（系数=0.0113）
　　==6.5
　　2．湿工况下：1.2×6.5=7.8
　　3．由于叉排阻力增加20％，则：1.2×7.8=9.36（取10）
　　十二、风机的选择
　　该蒸发器需要配用风机的额定风量=0.2002（即12.01），风机全压：
　　H==10+=10+=13.9
　　式中：
　　——空气的平均密度;
　　——实际的迎面风速；
　　第三节冷凝器的设计计算
　　一、选定冷凝器的结构参数
　　根据生产工艺条件，拟采用每英寸19片的滚轧低肋管作为传热管[1]，其基本设计参数如下表所示：
　　
　　
　　表3.4所选低翅片管的结构参数
　　
　　
　　二、冷凝器传热管的参数计算
　　1．每米肋管长的肋片数n：
　　n===746
　　2．每米管长肋顶面积：
　　=×0.01875×0.25××746=0.011
　　3．每米管长肋片面积：
　　=
　　=0.119
　　4．每米管长肋间基管面积：
　　=
　　=
　　=0.022
　　5．每米肋片管外表面积：
　　=++=（0.119+0.022+0.011）=0.152
　　6．每米肋片管长管内表面积：
　　= = ×0.014=0.044
　　7．肋片当量高度H：
　　H==mm=4.2mm
　　三、制冷剂表面传热系数的计算
　　1．参数集合
　　表3.5R134a的物性集合参数值
　　
　　
　　从表3.6可以看出，由于R134a的冷凝温度为40℃，则选取R134a的物性集合参数值为：B=1516.3。

　　2．低螺纹管的增强系数（取=1）：
　　
　　=
　　=1.453
　　3．取蒸汽流速影响系数=6。

　　4．冷凝器管内R134a冷凝表面传热系数的计算为：
　　
　　=0.725×1516.3××1.45×6×
　　=26954.74
　　式中：
　　——冷凝温度与管外壁面温度之差（℃）；
　　四、水侧表面传热系数的计算
　　由于水的定性温度为30℃，则可以查得水在30℃下的热物理性质[4]，并且列表如下：
　　
　　
　　
　　
　　表3.6水在30℃下的热物理性质
　　
　　
　　1．水的物性温度为30℃，则在此温度下可以求得为：
　　
　　2． 冷凝器所选用管子的直径为：L==0.01585m，并且由以上数据求得运动粘质系数为：
　　=8.05×
　　3．求格拉晓夫数：
　　=
　　=198.92
　　4．由表3.6和以上数据可以求得：
　　=198.92×5.42=1078.15
　广东深圳专业法斯达医疗产品设计公司产品推荐　5．计算水侧换热系数：
　　根据公式：=1078.15所求的数据可以查得C和n的值，得：C=0.6，n=1/3。

　　则水侧换热系数为：
　　
　　=0.6××
　　=239.89
　　五、总的传热系数
　　1．计算所选参数如下表所示：
　　
　　
　　
　　表3.7计算所选参数
　　
　　
　　2．管内外平均直径处面积：
　　= =0.047
　　3．总传热系数K的计算：
　　
　　=
　　=676.78
　　六、管外热流密度
　　公式一：=26954.74=26954.74
　　公式二：
　　=
　　=
　　将上式两式联立整理得：
　　26954.74 =676.78
　　解得：
　　=0.158℃
　　将代入公式一，解得：
　　=26954.74=6755
　　七、所需管子的有效长度
　　1．计算冷凝器所需传热面积：
　　=0.727
　　2．计算所需低翅片管有效总管长L为：
　　=4.78m
　　八、冷凝器的整体结构
　　冷凝器冷凝管采用19mm×1.5mm的低肋的紫铜管，蒸发器的高度设为0.8m，将冷凝管弯曲成型为曲率半径R=125mm的螺旋盘管，每个螺旋盘管的高度约为0.05m，将冷凝器的直径设为0.5m。

　　九、箱体的确定
　　1．箱体里的水加热到50℃需要的热量：由制热功率为4911W，初步确定热水器箱体的体积为157L。

　　=24397
　　2．箱体里的水加热到50℃需要的时间为：
　　所用时间合理，故可以使用容积为157L的热水器箱体。

　　
　　
　　本次设计的主要目的就是通过对热泵热水器的压缩机选型、制冷剂的选择以及蒸发器和冷凝器的设计过程，完成了热泵热水器的设计全过程，最终完成了热泵热水器的选型。

　　
　　参考文献
　　[1] 郑贤德．制冷原理与装置[M]．北京：机械工业出版社．普通高等教育机电类规划教材，2000，28(1)：183-210
　　[2] 繆道平，吴业正．制冷压缩机[M]．北京：机械工业出版社．普通高等教育机电类规划教材，2001，2(2)15-16
　　[3 李淳，丁伟．空气源热泵热水机组设计要点解析[M]．制冷文献，2006
　　[4] 蒋能照．空调用热泵技术与应用[M]．北京：机械工业出版社，1997，4：15-18