家用电器节能系统设计说明书.doc
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1、家用电器节能系统设计说明书设计者:张林营指导教师:王志坤德州学院,机械设计制造及其自动化工程,08机本三班 作品内容简介通过实验设计了一套空调与电热水器联合节能系统,实现家庭、酒店、理发店医院等同时需要制冷与制热包括制热水系统的节能。通过对空调系统的改良实现,空调废热利用,节约热水器耗能。把热水器变成空调系统的一个冷凝器,在夏天使用空调时顺便加热热水,热水器不耗电;春秋冬通过热泵原理,利用空调设备,用电能取得大量热量,实现节能。1 研制背景及意义空调与热水器是家庭的必备家电,目前大中城市普遍采用的是电热水器,酒店既大量使用空调有需要大量热水,夏天空调制冷产生的大量废热,如果能利用这些废热来加热
2、水可提供大量生活热水。春秋冬季节需要大量生活热水,如果用电热水器来加热,能耗很到,空调设备也根本闲置,如果能利用空调装置与热水器装置构成一个热泵,既可实现空调装置的有效利用,也能实现热水器的节能。对于家庭、酒店、理发店或医院等系统来说,同时购置空调与热泵热水器可实现有效节能,但是热泵热水器投资巨大,节能却不省钱。没有经济意义。因此,我们致力于研发尽量少的的增加设备投资的情况下实现系统的节能。2 设计方案空调热水器设计如图1所示1 室内换热器 2 热水器换热器冷凝器 3 室外换热器4 压缩机 5 毛细管节流阀 6、7 四通阀8、9 截止阀 10 可调节三通阀图1 空调热水器系统设计图空调热水器原
3、理图如图21 室内换热器 2 热水器换热器冷凝器 3 室外换热器4 压缩机 5 毛细管节流阀 6、7 四通阀8、9 截止阀 10 可调节三通阀图2 空调热水器原理图制冷、制热水循环:关闭阀门8,翻开阀门9,四通阀6,7通电,当水温较低时,阀门10调节流量是工质全部流向2热水器换热器加热水,当水温升高32度调节阀门10减小流向2的流量,让一部份工质流经3室外换热器,当水温超过40度,只让工质流经3。 1 室内换热器蒸发器 2 热水器换热器冷凝器 3 室外换热器冷凝器4 压缩机 5 毛细管节流阀 6、7 四通阀8、9 截止阀 10 可调节三通阀图3 制冷制热水循环制热、制热水循环:关闭阀门9,翻开
4、阀门8,四通阀6,7失电,此时3室外换热器充当蒸发器,1室内换热器、2热水器换热器充当冷凝器, 通过阀门10可以实现仅制热,或者仅制热水,同时制热与制热水将受室外换热器负荷限制。1 室内换热器冷凝器 2 热水器换热器冷凝器 3 室外换热器蒸发器4 压缩机 5 毛细管节流阀 6、7 四通阀8、9 截止阀 10 可调节三通阀图4 制热制热水循环设计时考虑的主要问题:1.热水器与空调的工况差异大,在水温的不同阶段由于工况的漂移,压缩机负荷急剧变化,致使机组无法有效运行,如何在不影响空调性能的前提下,实现空调的热量利用?2.空调热水器能否实现的四季均可利用?3.热水器换热器怎么在空调中一直充当冷凝器?
5、电路控制1. 空调控制系统十分复杂,修改难度大,同时改动本钱也高。因此我们根本不对空调控制系统的进展修改。2. 根据水温调节阀门开度,市场有该控制电路成品,采用这种产品。我们可以实现对阀门10的控制。3. 还需要另外设计的控制包括阀门8、9与四通阀7,注:四通阀6在空调控制系统中下面设计对阀门8、9与四通阀7进展的控制设计:这些阀门只存在两种状态:状态一:阀门8关,阀门9开,四通阀7得电;状态二:阀门8开,阀门9关,四通阀7失电。所有阀门的两种状态对应相反。阀门8、9均为得电翻开,因此控制电路设计就比拟简单。图5 电磁阀控制开关向右,电磁阀9得电翻开,电磁阀8失电关闭,实现制冷制热水循环;开关
6、向左,电磁阀8得电翻开,电磁阀9失电关闭,实现制热制热水循环3 理论设计计算1.空调工况计算:考虑到目前主要使用的制冷剂为R22,有必要对原有设备进展节能改造,本设计计算采用R22做制冷剂计算,但R22对臭氧层有破坏作用,属于将要淘汰的制冷剂之一。故在日后新产品的设计制造中考虑使用R134a等环保制冷剂。空调制冷系统,工质为R22,需要制冷量=5kW,空调用冷气温度为=15C,蒸发器端部传热温差为 =10C,冷却水温度为=32C,冷凝器端部的传热温差取 = 8C,液体过冷度=5C,有害过热度=5C,压缩机的输气系数为=0.8,指示效率=0.8。分析:绘制制冷循环的压-焓图,如右图所示 根据条件
7、,得出制冷剂的工作温度为: =+=32+8=40C =-=10-5=5C =-=40-5=35C =+=5+5=10C查R22表得到各循环特征点的状态参数如下:点号PMPatChkJ/kgv/kg051104122446335250热力计算:(1) 单位质量制冷量(2) 单位容积制冷量(3) 理论比功=-=446-412=34kJ/kg(4) 指示比功=/(5) 制冷系数=/=/(6) 冷凝器单位热负荷(7) 所需工质流量=/s(8) 理论输气量 =/ /s实际输气量 = /s(9)压缩机消耗的理论比功 =34=1.08 kW压缩机消耗的指示功率 =/ (10)冷凝器的热负荷 =204.5=6
8、.50 kW(11)热力学完善度卡诺循环制冷系数指示热力学完善度 =/2.热水器换热器设计计算:经分析:该换热器在空调中一直起着水冷式冷凝器的作用,下面按照水冷式冷凝器的设计方法设计换热器。设计要求:热负荷 QkKW; 冷凝温度 tk=40oC;制冷剂 R22(1) 冷凝器的构造形式:卧式壳管式冷凝器(2) 冷却水温 t , 温升t , t1=32oC;在卧式冷凝器中,一般取t=35oC,取t=4 oC , 冷却水出口温度 t = t1+t=36 oC(3) 冷凝器中污垢热阻管外热阻 ro-4m2.oC/W管内热阻 ri= -4m2.oC/W(4) 冷凝器的设计计算 冷却水流量 qvs 与平均
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