制冷專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(家用空調(diào))(論文+DWG圖紙)
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畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生自查表
（中期教學(xué)檢查用）
學(xué)生姓名
專業(yè)
熱能與
動力工程
班級
指導(dǎo)教師姓 名
課題名稱
一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2）
個人作息時 間
上午
自8 時
至 12 時
下午
自 15 時
至 18 時
晚上
自 19 時
至 21 時
工作地點
上午
圖書館
下午
教學(xué)樓
晚上
機房
個人精力實際投入
日平均工作時數(shù)
9
周平均工作時數(shù)
45
迄今缺席天數(shù)
0
出勤
率%
100%
指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù)
3
每周指導(dǎo)
時間（小時）
6
備注
有問題隨時可以找老師咨詢
畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度
已完成的主要內(nèi)容
%
待完成的主要內(nèi)容
%
文獻(xiàn)綜述
英文翻譯
熱力計算
蒸發(fā)器、冷凝器設(shè)計計算
開題報告表、學(xué)生自查表
50%
配件選型
說明書
圖紙
50%
存在問題
1、不清楚空調(diào)器室內(nèi)機和室外機內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝配。
2、管路設(shè)計不合理。
3、毛細(xì)管長度計算不合適。
4、配件的選型不合適。
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
鄭州輕工業(yè)學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
英文翻譯
題 目 在汽車中熱化階段和
冷卻階段的熱舒適性
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
18
在汽車中熱化階段和冷卻階段的熱舒適性
在汽車中熱化階段和冷卻階段的熱舒適性
O. Kaynakli . E. Pulat . M. Kilic
摘要: 大多數(shù)汽車有暖氣通風(fēng)和空調(diào)裝置來控制車輛內(nèi)部的熱環(huán)境。但是在炎熱或者寒冷的冬季里，從汽車啟動到行駛穩(wěn)定很難達(dá)到并且保持熱舒適度，在這些過渡階段，人類有體溫調(diào)節(jié)程序領(lǐng)悟并促使冷暖系統(tǒng)改進和改良。這一項研究呈現(xiàn)出在汽車內(nèi)部環(huán)境和人類身體之間的熱交換作用的模型。模型基于人類身體的熱平衡等式.和定義出漢率和皮膚表面平均溫度的經(jīng)驗公式相結(jié)合，這種模擬已被短暫的情況下使用運行。汽車內(nèi)部熱化和冷卻過程對熱舒適度的影響已經(jīng)被研究。結(jié)果跟現(xiàn)在的測量和文獻(xiàn)資料中可獲得的實驗數(shù)據(jù)相符合。它表明實驗數(shù)據(jù)和模型的協(xié)議結(jié)合非常好。
符號目錄
A 表面區(qū)域,m2 熱傳導(dǎo)率，W
特性熱,J/(kg K) 織物層的外部半徑
CSIG 寒冷信號 R 熱或蒸發(fā)阻力，(m2 K)/W 或者 (m2 KPa)/W
修正常數(shù) S 儲蓄熱，W
傳熱系數(shù),W / (m2 K) t 時間,s (除非在數(shù)分鐘內(nèi)指定)
片段系數(shù) 溫度，
空氣或織物層數(shù) 熱感覺
傳導(dǎo)的傳熱系數(shù),W/ (m K) 空氣流速，m/s
熱負(fù)荷, W / m2 皮膚濕度
身體塊,kg 濕氣比，kg H2O/kg dry air
每單位區(qū)域塊流程率；kg / (s m) 外部工作完成速率，W
熱量制造的新陳代謝率；W WSIG 溫暖信號
nl 分層的數(shù)量 厚度，mm
水蒸氣壓力；KPa
希臘符號
皮膚層塊與身體總塊的比率
滲透效率
下標(biāo)數(shù)字
a 空氣 ex 呼氣
al 空氣層 f 織物
b 身體 int 外部衣物表面和固體的
界面（例如座位或靠背）
bl 血液 max 最大值
cd 傳導(dǎo) n 中間的
cl 衣服 rex 呼吸
cr 核心 rd 輻射
cv 對流 s 飽和的
dif 散布 sk 皮膚
e 易受到對流和輻射的環(huán)境 sw 汗液
ev 蒸發(fā) t 總數(shù)
1介紹
一輛汽車的司機和乘客的舒適感部分取決于車輛內(nèi)部空氣的質(zhì)量和溫度，三個相關(guān)的系統(tǒng)被用于提供所需求的空氣溫度和質(zhì)量。這些是通風(fēng)系統(tǒng)，暖氣通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。一輛車的暖氣通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的作用是為它的乘坐者提供完全的熱舒適。因此，非常必要去了解人身體的熱量方面的情況，以便設(shè)計一個的效的HVAC系統(tǒng)。
為了估計熱舒適水平，環(huán)境熱量方面的準(zhǔn)確信息是必需的。環(huán)境熱量能概略地被汽車內(nèi)部的空氣溫度、速度和濕度表現(xiàn)。在交互作用中，熱量和傳質(zhì)一起發(fā)生。完成人類舒適的模型包括能量平衡液體和材料熱力性能相等，熱量和傳質(zhì)特性，一輛汽車的乘客坐的車廂在冬季中被通過冷卻劑------空氣的熱交換器的循環(huán)熱引擎冷卻加熱以使車廂的空氣暖和。加熱系統(tǒng)被設(shè)計成與空氣流通系統(tǒng)一同操作，以便能提供所需的溫度。
隨著引擎大小的改進變小，從燃料的經(jīng)濟方面和車輛加熱系統(tǒng)的可利用熱量相應(yīng)地減少方面考慮，從考慮市場情況出發(fā)為確保乘客的熱舒適感，甚至在極端的情況下，有一種發(fā)展更有效的系統(tǒng)的興趣為達(dá)到并保持乘客的熱舒適感是很困難的。一些輔助的加熱或冷卻裝置或許極大地減少了需要達(dá)到熱舒適的時間，但是這個裝置的能量需求是很大的。
在嚴(yán)熱的季節(jié)，空調(diào)被應(yīng)用。當(dāng)提起空調(diào)裝置時。腦海里第一個想法是冷卻和清爽的空氣。事實上汽車空調(diào)系統(tǒng)不僅冷卻空氣而且清潔、除溫使空氣流通以使乘客健康舒服，這些程序同加熱和通風(fēng)系統(tǒng)一起運行。
人類的熱舒適感早被認(rèn)為是先前的研究課題，有許多被證明和編成法典的可利用的數(shù)據(jù)[3]。在文獻(xiàn)中，大多數(shù)研究考慮熱量狀況幾乎一致完整地覆蓋乘客的整個身體。在乘客身體被很不均勻和短暫覆蓋的狀況下比較少的注意出現(xiàn)在指向在同一汽車內(nèi)的熱舒適。
Yigit[18]計算了每一個身體部分的熱損失和穿五件不同套裝時整個身體的熱損失。然而身體各個部位的熱損失沒有被考慮，衣物阻擴抗對臺戲熱舒適的影響也沒有被估計。
Mccullough et al[13，14]出版了絕緣價值，典型的衣服套裝蒸發(fā)與熱力模型對比。這些參數(shù)也被用于測量使用熱力裝置加濕的部分織物。一個計算機模型被開了出來用于估計熱傳遞中干燥和蒸發(fā)空氣的阻力。Olesen et al.[15]研究了五套具有相同全部熱力絕緣的不同衣服套裝，但是對16個靜止不動的實驗主題實驗是知身體的上部分到下部分排列，他們的實驗研究將會給測量衣服套裝的熱阻不均勻提供一個方法，并且檢查它是如何影響使當(dāng)?shù)責(zé)崃坎环€(wěn)定。
Tanebe et al.[16]，用一個模型調(diào)查了人體幾個部分有感覺的潛伏的熱損失。對于身體上每一個考慮過的部分，總的熱傳遞系數(shù)和熱阻力被出現(xiàn)。既使他們的研究是在封閉的環(huán)境中進行，它沒有提供任何熱舒適的結(jié)果。Kaynakli et al.[11]報告一頇研究說人類身體被分成16個部分，在每一個16個身體部位和環(huán)境之間熱交互的計算機模型被開發(fā)出來。隨著模型的使用，坐著和站著時身體的各個部分和整個身體的皮膚濕潤情況和潛在（蒸汗蒸發(fā)，擴散）和有感覺的（傳導(dǎo)、對流、輻射）的熱量損失被計算出來。Kaynakli et al. [12]呈現(xiàn)人體和環(huán)境間和質(zhì)量傳遞的數(shù)學(xué)模型。在他們的研究中，人們在不變的情況下獲得滿足感所需的環(huán)境的個人狀況和總計的有感覺的和潛在的熱損失，皮膚溫度、出漢、預(yù)測的平均贊成率（PMV）和預(yù)測的不滿意百分比（PPD）的價值經(jīng)由模型被計算出來 。
Chakroun和Al-Fahed[7]研究了一輛在科威特夏季數(shù)個月內(nèi)停在太陽下的一輛汽車的溫度變化和熱舒適性。他們也認(rèn)為在汽車內(nèi)部用不同的內(nèi)部材料混合物對溫度有影響。Burch et al.[4]報告了在嚴(yán)寒冬季升溫時期的駕駛狀況下的一系列關(guān)于乘客熱舒適性的試驗結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)安裝在座位和靠背上的小功率電力加熱設(shè)備極大地減少升溫時間可以綜合通過在空氣管道中安裝電加熱器實現(xiàn)，雖然與這種方法有關(guān)的能量需求是很大的，除了他們的實驗研究之后。他們將關(guān)于這個課題的一項分析研究發(fā)表在Burch et al.[5]。
汽車啟動時加熱和降溫期間需要一些時間達(dá)到穩(wěn)定的狀況。在這些時期，乘車者身體熱量分布十分不均。乘客感覺局部寒冷歸究于與一個最初的涼座位或于車輪接觸與環(huán)境不均勻的輻射熱傳遞，局部太陽照射和空氣調(diào)速器的位置，儀表板控制的設(shè)定所決定的不均勻的空氣速率有關(guān)。因此為了達(dá)到保持汽車內(nèi)乘客的熱舒適性的技術(shù)發(fā)展中產(chǎn)生了很大興趣。
這項研究呈現(xiàn)一個人類與汽車內(nèi)環(huán)境之間熱交互的模型。因此部分分析認(rèn)為局部不舒服是由在一個相對狹小空間內(nèi)。衣服隔熱不均勻造成的。比如汽車車廂內(nèi)?，F(xiàn)在的模型是基于被分成16部分的人體的熱力平衡相等結(jié)合Gagge et al.’s[10]和Olesen et al.’s[15]的方法，所有身體部分被看作是二同心圓筒，需要背后數(shù)據(jù)比如身體部分的表面積，它們質(zhì)量從現(xiàn)有文獻(xiàn)中提取，這樣，除了gagge et al.’s[10] 的模型，盡量通過計算身體各個部分的熱交換和皮膚溫度，出漢率來定義局部不舒適性。在短暫的情況下模擬被運行應(yīng)用。汽車內(nèi)部加熱和降溫過程對舒適性的影響已經(jīng)被證明。實驗也指導(dǎo)了冷卻周期，直到汽車達(dá)到熱舒適性，溫度和溫度才發(fā)生改變。司機和乘客被這些變化極達(dá)地影響，為證明現(xiàn)在的模型，模擬結(jié)果和實驗做了比較。
2 數(shù)字模型
從乘客上面流過的環(huán)境空氣的速度從小空間熱舒適性觀點來說非常重要，因為它有很大的加熱和降溫能力，例如在汽車車廂內(nèi)，在司機和乘客上方流動的空氣進入衣服開衩口對于任何乘客身體沒有相同作用。雖然對于典型戶內(nèi)狀況取代平均速度是好的近似值，但以汽車內(nèi)部看來結(jié)果會產(chǎn)生很大的錯誤。坐著的乘客身體上方局部空氣流速被Burch et al.[5] （表1）經(jīng)實驗列出。在這項研究中，測定乘客身體各部分熱損失的因素基于這些速度值。
在這項研究中用的模型是基于Olesen et al.[15]中描述的方法。在這項研究中為了證明冬天和夏天條件下，環(huán)境熱量對于乘客坐者尤其是司機詳細(xì)的影響，考慮身體上衣服和當(dāng)?shù)乜諝饬魉俚挠绊懭梭w被分成16部分。在表2中，表面積和他們身體表面積的各小部分都已給出。
用身體各部分儲存的能量來計算當(dāng)時，溫度變化許多這些身體部分大量的身體部分和他們身體的保各個小部分見表3。
將人體視作一個整體，從熱舒適性觀點看平均皮膚溫度是個不主意，但是四肢例如：手、腳和臉或者裸露和身體部分的溫度可能增加或減少不必要的數(shù)值。通過使用發(fā)展了的模型，影響熱舒適性的每一個身體部分的有感覺的和潛能在熱損失的參數(shù)變化的時間率，皮膚溫度和皮膚出汗率可能被研究。
2．1人類身體的熱力和生理學(xué)模型
兩包廂間過渡性熱量平衡模型被Gagge et al.[10]發(fā)明，將身體描述成兩個同心圓筒，里面的圓筒代表身體核心（骨骼、肌肉、內(nèi)臟）另外一個圓筒代表皮膚層。這個模型考慮到核心和皮膚部分即時的熱量儲存，假定這些部分的溫度隨時間變化。這個熱力模型用一對熱力平衡等式來描述，其中一個適用于任何部分[3]：
式子中，代表熱力產(chǎn)生的新陳代謝率，代表機械工作的熟練程度，呼吸的熱損失率，熱量從體內(nèi)到皮膚的傳輸率，, , 從皮膚層到環(huán)境分別以傳導(dǎo)對流和輻射方式的熱損失率，和表示在體內(nèi)和皮膚層儲存的能量在為些部分引起的瞬時溫度改變。這些效果可用下列等式表示：
代表身體部分質(zhì)量，代表身體特有熱量。和出現(xiàn)在等式2中代表對流和輻射和熱傳遞，可用下列關(guān)系計算：
式中，是暴露到環(huán)境中的身體部分的外表面積總面積除去與座位接觸的面積，靠背面積等等）代表穿衣服的身體部分與裸露的身體部分表面區(qū)域的比率包括平均輻射和周圍空氣溫度如下所示：
熱輻射傳熱系數(shù)取值4.7n/(m2.k)是因為它用于內(nèi)部狀況足夠精確[3]身體各部分的對流熱傳遞數(shù)在de Dear et al.[8]中取值。由于皮膚總的潛熱損失來自蒸發(fā), 表示為：
式中, 是蒸發(fā)比率, 是皮膚溫度的飽和水蒸汽分壓力, 是環(huán)境空氣的水蒸汽分壓力, 是衣物的浸透高效率,LR是蒸發(fā)熱傳遞與對對流熱傳遞系數(shù)的比的路易斯系數(shù).McCullough et al.[14]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通常室內(nèi)衣物浸透系數(shù)平均值=0.34
總皮膚的潮濕度(),包括常規(guī)出汗引起的和通過皮膚擴散的濕度,均由下列式子給出.
最大的蒸發(fā)潛能,當(dāng)皮膚表面完全浸濕(=1)時, 出現(xiàn).
在一輛汽車中身體表面的重要部分(15—20%)是由座位,靠背和方向盤接觸的,這部分不是認(rèn)為以對流、輻射方式散失熱量.由于皮膚熱傳導(dǎo)的熱損失由下式給出：
在兩個節(jié)點模型中,身體中心和皮膚間的熱交換由通過直接接觸和皮膚血液流動發(fā)生的。身體的平均熱電導(dǎo)常量被假定為=5.28W/(m2 k)從身體中心到皮膚的熱流動如下式：
血液的特定熱，是4.187J/(kg k)呼吸熱損失大約是總熱損的10%,呼吸熱損失大約是總熱損的10%。由于呼吸的熱損失如下式：
式中是吸入空氣的流動率, 和分別是出氣溫度和周圍空氣溫度。和分別是呼氣和周圍空氣的濕氣比.蒸發(fā)的熱量是2.43×106J/kg.
皮膚塊與總身體塊的比率()被當(dāng)作身體核心的下述功能與皮膚中血液流動的比的模型:
每單位皮膚面積內(nèi)核心到皮膚的血液流動被表示成:
每單位皮膚區(qū)域的出汗率被估計為:
人體平均溫度能通過皮膚到核心的重要平均溫度預(yù)測:
身體中間溫度能用同樣方法通過皮膚到核心的中間溫度計算.
身體被分成16個統(tǒng)一穿衣物的部分.每個部分的總熱阻和總蒸發(fā)熱阻如下各項.
假定通過空氣層和衣物層的熱傳遞是以傳導(dǎo)和輻射方式發(fā)現(xiàn),在這種情況下空氣層的熱阻如下式:
式中,Xa是空氣層厚度, Hrd和k的數(shù)值是Hrd=4.9(㎡k)和k=0.024W/(mk)[14]蒸發(fā)熱阻也能寫成相似的等式.空氣層的蒸發(fā)熱阻如下式:
式中a和b是常數(shù).a和b的數(shù)值分別是0.0334(㎡kpa)/W和15mm[14]裸露在環(huán)境中的外表面處理的有一點不同.外層的熱阻為:
外層的蒸發(fā)熱阻通過對流的熱傳遞系數(shù)和路易斯關(guān)系決定:
2.2 熱感覺的預(yù)測
上述等式描述了人體環(huán)境和溫度調(diào)節(jié)裝置間的熱交換.身體E熱能量熱負(fù)荷的組合,影響在身體與環(huán)境間熱量交換中的人熱舒適性.如果身體的熱負(fù)荷(L)幾乎是零,中間狀況或熱舒適性就達(dá)到了.運動.衣服和四個環(huán)境系數(shù)(氣溫,平均發(fā)光溫度,空氣流速和濕度)的組合都影響熱舒適性.應(yīng)用最廣泛的熱舒適參數(shù)是熱感覺(TS),數(shù)值在式27中給出
式中,Ab是身體的總表面積,表4 給出了TS的比值.
2.3 假定和起始狀況
裸露的身體表面積取為Ab=1.75/㎡,體重是80千克,核心和皮膚的初始溫度值分別取為36.8℃和33.7℃
夏季衣物隔熱率,冬季衣物隔熱率,夏季衣物的衣服面積因素,冬季衣物的衣服面積因數(shù)和活動的新陳代謝率分別取為:0.5clo,1.5clo,fcl=1.1,fa=1.15和75W/㎡.[5,6]
身體上的局部空氣速度在表1中給出,加熱和冷卻過程的平均空氣溫度(Ta)見圖1和圖2,加熱階段相關(guān)的溫度取0.35[5],冷卻階段見圖3,平均輻射溫度在加熱階段取為在冷卻階段取為
在加熱階段與身體(Tint)接觸的物體的表面溫度(t從起動開始的以分鐘計的時間)如下式
座位:
與座位接觸的穿衣物的身體面積:0.07㎡.
靠背:
與靠背接觸的穿衣物的身體面積:0.07㎡.
方向盤:
與方向盤接觸的穿衣物的身體面積:0.01㎡.
在冷卻階段,發(fā)現(xiàn)身體有接觸物體的表面溫度(Tint)與運行實驗（t是以分鐘計）的結(jié)果一樣（表5）。
3 結(jié)果與討論
為了證明加熱和冷卻過程對汽車內(nèi)部狀況的影響，數(shù)學(xué)模型部分中的等式運用Delphi6系統(tǒng)語言來指導(dǎo)計算機媒體。在加熱階段，需要靠背和方向盤表面溫度都取自Burch et al.[5]，在他們的實驗研究中，內(nèi)部空氣已經(jīng)被從-20℃加熱到20℃，如圖1所示。
冷卻過程所需要的實驗數(shù)據(jù)在1991年裝有一個2000-cc引擎的豐田汽車被測量。汽車停在日光下，觀察到車內(nèi)氣溫上升到64℃，周圍環(huán)境溫度大的是30℃。稍后，標(biāo)準(zhǔn)的冷卻程序隨空調(diào)器的啟動而開啟。在這個過程中，車內(nèi)溫度，相關(guān)的溫度，座位，靠背和方向盤表面溫度被測量。測量的參數(shù)見圖2和圖3。因為在汽車內(nèi)溫度升到64℃時相關(guān)的濕度從50﹪減少到11﹪，所以在冷卻階段相關(guān)濕度從11﹪開始。
在升溫過程中從身體到環(huán)境的熱損失在圖4中相比較地給出。因為Burch et at.[5]的模型和現(xiàn)在的模型存在一些原則上不同（例如：在Burch的模型中身體被分成4個部分，但在我們的模型中身體被分成16個部分），故一些差別在開始階段出現(xiàn)。除去這些相對小的時間間隔，結(jié)果間達(dá)成的一致也在可接受的范圍內(nèi)。由于與物體表面接觸的身體各部分的面積小于其它身體表面積，故座位、靠背和方向盤的傳導(dǎo)熱損失與總的對流和輻射熱損失相比相當(dāng)?shù)?。在升溫過程的開始階段，因為汽車內(nèi)溫度和內(nèi)部表面溫度相當(dāng)?shù)?，傳?dǎo)、對流和輻射的熱損失很高。甚至這些總的熱損失比熱力過程中的新陳代謝高。因為這個原因，身體核心和皮膚溫度有一點減小。但是皮膚溫度的減小要比核心溫度減小的多。顯然這些熱損失的快速減小歸究與汽車內(nèi)溫度的升高。在這個過程中，身體試圖保持最小限度的呼吸和蒸發(fā)熱損失以便平衡熱損失。
升溫階段相對比的變化的Ts值見圖5，通過圖5的驗證，與Burch et at.[5]有一個好的相吻合處。
這些計算在和分析研究中運行。在他們的實驗中，Ts的數(shù)值由參考數(shù)據(jù)獲得，平均熱舒適性和參考數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差通過時間計算?，F(xiàn)在研究計算結(jié)果在Ts±16范圍內(nèi)，的值取0.62。最初，從身體到環(huán)境的時間熱力損失由于汽車內(nèi)的低溫度緣故一直很高。因此，由于內(nèi)部溫度和外表面溫度升高，熱舒適性得到改善。
指出汽車車廂升溫階段環(huán)境狀況對人舒適的影響的一個參數(shù)是身體表面平均溫度和它隨時間的變化見圖6。在最初幾分鐘內(nèi)，由于車內(nèi)和物體內(nèi)部都很低的溫度，平均皮膚溫度立即下降。隨著車內(nèi)溫度隨時間而升高，在它的值降低到一個最小值32℃后平均皮膚溫度開始升高。雖然平均表面溫度對人類舒適狀況是一個好的信息，但也必須注意人體的局部不識。和固體表面接觸的身體背部、大腳和手的溫度在圖7中給出。內(nèi)部溫度對背部背部和腳的溫度影響不大，故它們的變化不重要。但是手面的溫度減小到17.5℃可以被估計為一個相當(dāng)?shù)偷臏囟?。在文獻(xiàn)中，提到當(dāng)手面溫度達(dá)到20℃時引起認(rèn)為不舒服的寒冷，達(dá)到15℃就極其寒冷[3]。
在冷卻過程中身體上的熱傳遞見圖8。由于在開始車內(nèi)溫度和表面內(nèi)部溫度很高，有感覺的熱流動（傳導(dǎo)、對流、輻射）從環(huán)境到人體發(fā)生。這種情況導(dǎo)致從身體內(nèi)部到皮膚溫度的升高。為繼續(xù)維持身體重要功能和另外確保舒適的狀況，從環(huán)境對身體的熱量和熱力過程的新陳代謝熱量必須被排放到環(huán)境中。因此，身體增加了出汗的次數(shù)，很快身體的很大部分被汗覆蓋。這樣，蒸發(fā)熱損失的增加見圖8。然而呼吸熱損失不受環(huán)境狀況的影響，它保持在大約10W。
Chakroun和 Al-Fashed′s[7]的研究中，冷卻階段的熱舒適性的變化分別在圖9中給出。在Chakroun和 Al-Fashed′s[7]的書中，詳細(xì)的環(huán)境狀況沒有給出，所以我們的模型無法直接應(yīng)用于他們的測量狀況。因此，這一個圖只是一個性質(zhì)上的比較。在他們的研究中，可以肯定停在太陽下的汽車內(nèi)部溫度達(dá)到大約65℃。然后，冷卻程序通過操作A/C開關(guān)研究調(diào)查。但是在相當(dāng)熱的氣候中進行而環(huán)境溫度是45℃。然而在我們的實驗中它是30℃。太陽的輻射也比我們的情景下強。由于這個原因，汽車內(nèi)描述的溫度是不同的，所決定的Ts值也不一樣。在最早的幾分鐘內(nèi)，由于車內(nèi)高溫，熱量通過傳導(dǎo)，對流和輻射從環(huán)境傳到人體。因此，由于身體有一個明顯的熱負(fù)荷，Ts有一個很高的初始值。然后，熱負(fù)荷隨車內(nèi)溫度減小而減小，表面溫度和舒適狀況得到改善。
冷卻過程中身體、腳和手面平均溫度的變動見圖10。但是，直接與空氣接觸的手的溫度的升高比其它部分大。隨著車內(nèi)冷卻時間變化，這個溫度升高度下降。手部最易受到環(huán)境狀況的影響，所以溫度的明顯減小呈現(xiàn)在手上。相似的情形對頭部來說也很有效。既然鞋子是重要的隔熱元素，腳沒從內(nèi)部溫度變化受到影響。由于這一原因，在冷卻過程最后最高的溫度出現(xiàn)在腳部。身體的平均表面溫度在手和腳的溫度間改變。
改變舒適感的一個重要參數(shù)是皮膚濕度，它隨著時間的變化見圖11。在冷卻過程的初始階段，由于車內(nèi)溫度高，出汗率增加，以便增加身體的熱損失。因此皮膚的濕度增加。由于鞋子緣故，最快的增加發(fā)生在腳部。由于頭部沒有衣物阻止出汗的蒸發(fā)，手臂不與方向盤接觸，皮膚濕度在這些身體部分中最低，然而平均身體表面濕度在頭部和腳部濕度中間升高到最大值0.6。
4 結(jié)論
在這項研究中，介紹了內(nèi)部環(huán)境狀況對人類生理學(xué)和加熱和冷卻過程對舒適性的影響。表示體溫控制裝置的基本熱交換等式和經(jīng)驗關(guān)系被用于人體與環(huán)境間的熱質(zhì)傳遞。在這些過程中，考慮到車內(nèi)溫度和相關(guān)濕度和與身體接觸的物體表面的溫度，熱傳遞的變化，身體部分表面溫度和濕度和Ts數(shù)值都給了出來。
在升溫階段的最初幾分鐘，由于車內(nèi)和表面的低溫，從身體到環(huán)境的熱損失很大。在這個時期，蒸發(fā)熱損失通過體溫調(diào)節(jié)裝置保持在最小值。身體的平均皮膚溫度降到32℃，與方向盤接觸的手溫也降到一個很低的值17.5℃。由于從身體到環(huán)境的熱損失變得很重要，Ts值從-4.5開始，然后隨內(nèi)部溫度升高，它開始得到改善。
在冷卻階段的最初幾分鐘，和升溫階段相反，由于車內(nèi)和表面高溫，感覺熱交換從環(huán)境到身體間發(fā)生，由于這個原因，Ts值從一個相當(dāng)高的值8開始，然后隨內(nèi)部溫度升高而下降。為了平衡身體與環(huán)境間的熱交換，出汗過程增加，所以潛在熱損失增加?？紤]到升溫和冷卻階段的呼吸熱損失都不受環(huán)境狀況的影響，隨著出汗過程增加，身體皮膚濕度增加，由于衣服熱絕緣度高，身體表面的皮膚濕度很高，相反，裸露的身體表面（例如頭和手）很低。同理，這些裸露的表面也是受環(huán)境狀況影響最快的部分。
除此之外，也提到了只有一名司機在車內(nèi)的停著的汽車的測量結(jié)果。汽車內(nèi)無人或汽車內(nèi)有乘客都可能影響測量結(jié)果。
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20
一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2）
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-30GW×2）
學(xué)生 姓名
專業(yè) 班級 熱能與動力工程
學(xué) 號
二 零 零 三 年 六 月
院 別
指導(dǎo)老師（職稱）
完成 時間
55
一拖二熱泵型空調(diào)器(KFR-20GW×2)
摘 要
本文簡單介紹熱泵分體式一拖二空調(diào)的設(shè)計中的幾個問題：新型綠色制冷劑的使用，熱力循環(huán)的計算，蒸發(fā)器和冷凝器的計算，空調(diào)器附件的選擇，以及熱泵型房間空調(diào)器的發(fā)展和展望。
空氣調(diào)節(jié)顧名思義是對空氣的參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以便使環(huán)境更適合我們的要求。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的條件要求也在逐步的提高。所以空氣調(diào)節(jié)在日常生活中占有很重要的位置。也使的空調(diào)技術(shù)在不斷的提高，以達(dá)到人們對環(huán)境的要求。熱泵型房間空調(diào)器既可制冷又能制熱，能滿足冬夏兩季節(jié)的要求而得到快速發(fā)展。其的新品種越來越多，性能也越來越優(yōu)良?？照{(diào)器朝著小型化，節(jié)能化，智能化，美觀化，健康化的方向發(fā)展。
近年來，隨著住宅條件的改變，一些用戶出于節(jié)省空間的考慮，開始購買一拖二空調(diào)器，促進拉一拖二空調(diào)器的發(fā)展和改進。
關(guān)鍵詞 熱泵/一拖二空調(diào)/新型制冷劑/節(jié)能/環(huán)保
＂one-drivers-two＂ heat pump air-conditioner
（KFR-20GW×2）
ABSTRACT
This article simply introduced the heat pump＂one-drivers-two＂room air-conditioner in design several questions: New green refrigerant use，the calculation of the thermodynamic energy circulation, evaporator and condenser computation，air-conditioner appendix choice, as well as heat pump room air-conditioner development and forecast.
The air conditioning is as the name suggests carries on the adjustment to the air parameter, in order to cause the environment to suit our request. With development of our country national economy and the improvement of the people's lives level，people's living conditions condition request also in gradually enhancement. Therefore the air conditioning holds the very important position in the daily life. Also causes the air conditioning technology in the unceasing enhancement, achieves the people to the environment request. The heat pump room air-conditioner both can make cold and heat, can satisfy the requests of the winter and summer, so it gets a fast development. The air-conditioner is facing the miniaturization, the energy conservation, the intellectualization, is artistic, the health direction develops.
In recent years, along with the housing condition change, some users stemming from saved spatial the consideration, started to purchase ＂one-drivers-two＂ air-conditioners, the promotion pulls as soon as tows two air-conditioners the development and the improvement.
KEY WORDS The heat pump , One-drivers-two air-conditioner, New green refrigerant,
Energy conservation, Environmental protection
目 錄
中文摘要---------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要---------------------------------------------------------------Ⅱ
緒 論---------------------------------------------------------------1
1熱力循環(huán)計算--------------------------------------------------------8
1.1設(shè)計工況的選擇------------------------------------------------8
1.2熱 力 計 算----------------------------------------------------8
1.2.1 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)計算---------------------------8
1.2.2 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)計算---------------------------11
1.2.3 R22在制冷工況下熱力循環(huán)計算-----------------------------13
1.2.4 R22在制熱工況下熱力循環(huán)計算 ----------------------------15
2 換熱器設(shè)計計算----------------------------------------------------17
2.1 冷凝器的設(shè)計計算-------------------------------------------17
2.2 蒸發(fā)器的設(shè)計計算-------------------------------------------23
3 毛細(xì)管的設(shè)計計算-------------------------------------------------30
4 輔助元件的選型 --------------------------------------------------32
4.1壓縮機的選型--------------------------------------------------32
4.2軸流風(fēng)機的選型-----------------------------------------------34
4.3貫流風(fēng)機的選型-----------------------------------------------35
4.4 四通換向閥的選型-------------------------------------------35
4.5截止閥的選型 ------------------------------------------------36
4.6單向閥的選型-------------------------------------------------37
4.7干燥過濾器的選型--------------------------------------------38
5兩種熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的對比研究--------------------------------39
5.1 無氟替代的必然性------------------------------------------39
5.2 方案論證-----------------------------------------------------40
5.2.1制冷劑R22與R407c的分析比較------------------------40
5.2.2 R407C與R22兩種制冷劑系統(tǒng)的比較-----------------------42
5.3 結(jié)論---------------------------------------------------------44
總 結(jié)--------------------------------------------------------------45
致 謝 -----------------------------------------------------------46
參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------47
（附錄）------------------------------------------------------------48
附錄1 制冷系統(tǒng)流程圖-------------------------------48
附錄2 電器控制接線圖-------------------------------48
附錄3 冷凝器設(shè)計計算程序---------------------------49
緒 論
近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)器的使用已經(jīng)越來越普及，新品種越來越多，性能也越來越優(yōu)良。
房間空氣調(diào)節(jié)器是一種用于向房間(或封閉空間、區(qū)域)提供處理空氣的機組。它的功能是使該房間(或封閉空間、區(qū)域)內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數(shù)保持在人體舒適或工藝過程要求的范圍內(nèi)。
房間空氣調(diào)節(jié)器主要是一個制冷、除溫（有的還可兼作熱泵使用）的機組。根據(jù)需要，它還可包含空氣加熱、加溫、空氣循環(huán)通風(fēng)、空氣凈化、除臭、加香等設(shè)備。通常，空調(diào)器有整體式(即一個箱形整體)和分體式(分為室內(nèi)機組和室外機組)兩類。根據(jù)室內(nèi)機組結(jié)構(gòu)和安裝方式的不同，它們又可分成窗式、掛壁式、吊頂式、埋入式、嵌入式、柜式及落地式。
空調(diào)器將有以下發(fā)展趨勢
（1）品種多樣化
空調(diào)器品類繁多．僅小型空調(diào)就有兩大類．10多個品種．
第一種類型是整體型空調(diào)器，有窗式和柜式兩種。窗式有普通式和單窗式(指標(biāo)準(zhǔn)窗戶型)，這類空調(diào)產(chǎn)量最多，銷路也最好 。
第二種類型是分體型空調(diào)器．有壁掛式，落地式，吊頂式，多支路式等四種。壁掛式和落地式廣泛用于會客廳、餐廳、辦公室、商場等場所．銷路最好．分體式空調(diào)器具有多功能、低噪聲、易使用、外形美觀等諸多優(yōu)點，已成為種類變化最快和家用空調(diào)器市場的主流機型。分體式空調(diào)器室內(nèi)機的噪聲一般低于50dB，目前性能較好的空調(diào)器室內(nèi)機噪聲僅35dB左右，而整體式空調(diào)器運轉(zhuǎn)時的噪聲一般都在60dB以上，顯然，從使用角度看，分體式空調(diào)更受到人們的歡迎，
另外，廠家開發(fā)出的一拖二分體式空調(diào)兩個室內(nèi)機可分裝在不同的位置，更方便了用戶的使用。
（2）品量列化、標(biāo)準(zhǔn)化
空調(diào)器品種繁多必然給生產(chǎn)管理和維修帶來麻顫．為此，生產(chǎn)廠家必須注意產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，以減少零件生產(chǎn)的種類和工裝模具的數(shù)量、擴大零件的通用性。面板、機殼等零部件實現(xiàn)了通用，使空調(diào)器的外形尺寸達(dá)到了系列化 標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)中模具的組合也得以實現(xiàn)．因此 大大加快了產(chǎn)品的更新速度，且通用件產(chǎn)量的增加也方便了生產(chǎn)管理．提高了生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品成本下降，為產(chǎn)品的市場競爭創(chuàng)造了有利條件．
（3）高效率、低噪聲
高效率是指空調(diào)器制冷量大、耗電量小 ，從而選到降溫快，節(jié)能，運行費用低的目的。這不僅為廣大顧客所歡迎，也為打開國際市場的銷路創(chuàng)造了有利條件，為此，空調(diào)器廠家要把提高產(chǎn)品的散熱率放在首位 其中重點是提高制冷壓縮機和換熱器的教率．如用效率高的旋轉(zhuǎn)式壓縮機取代往復(fù)活塞式壓縮機；換熱器的散熱片采用高傳熱效率的波紋式肋片．穿孔式肋片、穿孔波紋式肋片等，國外已有許多廠家采用能增加內(nèi)傳熱效率的鋸齒形截面?zhèn)鳠峁埽?
噪聲是空調(diào)器的一個重要技術(shù)指標(biāo)，它關(guān)系到人們的工作與休息．降低空調(diào)器的噪聲．產(chǎn)品就能占領(lǐng)市場，就能獲得人們的喜愛．為此．日本、美國，德國等國家都在研究高效率、低噪聲的空調(diào)器．在保證風(fēng)量的前提下，盡量降低風(fēng)機的轉(zhuǎn)速．以降低風(fēng)機葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的過度噪聲和空氣渦流的噪聲。
（4）品小型化、輕量化、薄型化、外形設(shè)計藝術(shù)化
目前空調(diào)器產(chǎn)品有一個明顯的趨勢就是體積小型化、重量輕量化。首先．熱交換器采用了新型翅片結(jié)構(gòu)和內(nèi)螺紋高效傳熱管．使產(chǎn)品體積縮小25％以上；其次是采用了體積?。亓枯p的渦旋式壓縮機，使機體結(jié)構(gòu)緊湊；第三，采用了質(zhì)量輕的材料(如鋁、工程塑料等)制造空調(diào)器的零件；第四，在結(jié)構(gòu)上更多的采用多體式設(shè)計 使室內(nèi)外機組體積減少，重量減輕，更易于安裝和維護。
目前，市場上的空調(diào)器，特別是家用分體式空調(diào)器，其室內(nèi)機都采用了大寬度薄形設(shè)計，外觀也由過去千篇一律的平面型前面板變成了大圓弧形的前面板結(jié)構(gòu)設(shè)計，這兩種設(shè)計方案使得室內(nèi)機蒸發(fā)器的迎風(fēng)面積增大，從而增大了換氣面積，機組運轉(zhuǎn)效率更高，同時使室內(nèi)機體積減小，占用空間也縮小了許多，成為室內(nèi)的—件藝術(shù)裝飾品。
（5）采用變頻調(diào)速技術(shù)
采用變頻技術(shù)的空調(diào)器近幾年已開始廣泛地進 市場．變頻技術(shù)是在壓縮機運行中通過改變電源頻率來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，空調(diào)啟動初始時空調(diào)器的壓縮機高速運轉(zhuǎn)，快速地達(dá)到設(shè)定的溫度；達(dá)到設(shè)定溫度后，再控制電機低速運轉(zhuǎn)以維持設(shè)定的溫度．這種運行狀態(tài)可以降低耗電量，同時避免了壓縮機反復(fù)啟開停，從而減少多次啟停造成的能量損耗及對電壓的沖擊，使空調(diào)器運轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)，使用壽命延長．
（6）采用智能控制技術(shù)
微電子技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來了巨大的影響．空調(diào)器的控制部分目前已廣泛地采用了智能控制技術(shù)。空調(diào)器利用傳感器獲得環(huán)境的溫度、濕度等數(shù)據(jù)資料，空調(diào)器內(nèi)的智能搬電腦系統(tǒng)選擇較優(yōu)的運行技術(shù)，適時地調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、風(fēng)量等參量．使環(huán)境保持已設(shè)定的溫度和濕度條件．完全不需手工改變運行模式．采用微電腦智能控制的空調(diào)器，在控制方式上也更為靈活，不僅可以采用一般的遙控器方式控制其工作狀態(tài)，還可以通過電話等手段實現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控，使您一進家門就可享受到舒適的環(huán)境[1]．
（7）發(fā)展環(huán)保型空調(diào)器
目前大多數(shù)房間空調(diào)器都使用R22制冷劑，但是它對大氣臭氧層有破壞作用，歐洲已經(jīng)從2000年起逐步停止使用，日本、美國等將在2020年逐步停止使用。日本一些大的空調(diào)器公司正在積極開發(fā)對臭氧層無破壞作用的環(huán)保型房間空調(diào)器，目前較有效的是在房間空調(diào)器中使用R407C和R410A制冷劑。
熱泵技術(shù)
熱泵技術(shù)就是能有效地降低礦物質(zhì)能源提高能源利用率的建筑節(jié)能新技術(shù)。熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。顧名思義，熱泵也就是像水泵那樣，可以把不能直接利用的低位熱源(如空氣、土壤、水中所含的熱能，太陽能，工業(yè)廢熱等)轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能(如煤、燃?xì)狻⒂?、電?的目的。
1 熱泵的發(fā)展歷史
1852年湯姆遜(Thomoson)第一個提出了一個正式的熱泵系統(tǒng)，那時稱為“熱量倍增器”。l927年霍爾丹(Haldatie)在蘇格蘭安裝與實驗的家用熱泵，用空氣作熱源，是現(xiàn)代蒸汽壓縮式熱泵的真正原型。到l940年美國已安裝了l 5臺大型商業(yè)用熱泵，并且大都以井水為熱源。l 9 4 5年美國卡雷公司研制成了溴化鋰
圖1熱泵系統(tǒng)的基本能量轉(zhuǎn)換關(guān)系
水吸收式制冷機，70年代的石油危機促使吸收式熱泵的研究與開發(fā)得到了很大的發(fā)展。熱泵研究在我國也有數(shù)十年歷史，50年代，天津大學(xué)的一些學(xué)者已開始從事熱泵的研究工作。60年代開始在我國暖通空調(diào)中應(yīng)用熱泵。但是，由于我國能源價格的特殊性，以及一些其他因素的影響，熱泵空調(diào)在我國的應(yīng)用與發(fā)展始終很緩慢。直至70年代末期，才又為熱泵空調(diào)的發(fā)展與應(yīng)用提供了機遇。80年代初至90年代末在我國暖通空調(diào)領(lǐng)域掀起一股熱泵熱。熱泵空調(diào)在我國的應(yīng)用日益廣泛，它的發(fā)展前景肯定是光明的。
2、熱泵的分類
熱泵按工作原理分為，壓縮式熱泵和吸收式熱泵。按利用能源的方式不同分為第一類熱泵和第二類熱泵。按利用能源類別不同分為太陽能熱泵、土壤源熱泵、水源熱泵和空氣源熱泵。按照熱泵制冷機(壓縮機)工作方式又可分壓縮式、噴射式、吸收式等。
空氣源熱泵：空氣源(風(fēng)冷)熱泵目前的產(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器，商用單元式熱泵空調(diào)機組和I熱泵冷熱水機組。家用熱泵空調(diào)器在夏季，制冷劑通過壓縮機循環(huán)，吸收室內(nèi)空氣的熱量后排放到室外；而在冬天，空調(diào)通過電磁換向閥改變制冷劑循環(huán)流動的方向，制冷劑就可吸收室外空氣的熱量，然后釋放到室內(nèi)，加熱室內(nèi)空氣，達(dá)到保持室內(nèi)溫度的目的。熱泵空調(diào)器已占到家用空調(diào)器銷量的40～50％，年產(chǎn)量為400余萬臺。熱泵冷熱水機組自90年代初開始， 在夏熱冬冷地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計，部分城市中央宅調(diào)冷熱源采用熱泵冷熱水機組的已 到20～3O％ ，而且應(yīng)用范圍逐漸繼續(xù)擴大趨勢?？諝庠礋岜枚竟徇\行時，最大的一個問題就是當(dāng)事外氣溫較低時，室外側(cè)換熱器翅片表面會結(jié)霜。而除霜會消耗熱量使熱泵供能下降，這是空氣源熱泵發(fā)展受限之一；另一個由于氣源熱泵以空氣為熱源，空氣熱容最小，冬季時空氣溫度又低，熱泵低供熱能力下降，這也是空氣源熱泵發(fā)展受限之一。針對除霜的問題，現(xiàn)在研究出不少新的工藝系統(tǒng)，解決空氣源熱泵除霜問題。針對空氣源熱泵在冬季空氣溫度低的問題，又提出空氣---水雙級耦合熱泵系統(tǒng)。這都是我們熱泵工作者所作的貢獻(xiàn)。再一個空氣源熱泵在夏季時將建筑的余熱散熱至建筑物附近使其周圍的環(huán)境質(zhì)量進一步降低以及建筑物上熱泵的噪聲也是應(yīng)該考慮的問題[2]。
3、熱泵的工作原理[3]
單從名字上看，熱泵和水泵有相似之處，只不過水泵是將水從低處送到高處，而熱泵則是將熱量從低溫?zé)嵩此偷礁邷責(zé)嵩吹囊环N裝置。
熱力學(xué)第二定律告訴我們，熱量不可能自發(fā)地由低溫物體傳遞給高溫物體，因此必須借助一定的設(shè)備(如熱泵)，在外界對其做功的情況下把熱量從低溫處傳遞到高溫處。當(dāng)然熱量的這種傳遞轉(zhuǎn)移必須依靠一個載體，這個載體稱為工質(zhì)(制冷劑)。
熱泵中的工質(zhì)通過壓縮機驅(qū)動，在閉合的管道回路中不斷循環(huán)(見圖2)，簡單地說就是制冷劑通過壓縮機的驅(qū)動在蒸發(fā)器(與低溫?zé)嵩唇佑|)膨脹蒸發(fā)吸收熱量，變成高溫低壓氣體，經(jīng)壓縮機加壓后變成高溫高壓氣體，然后進入冷凝器(與高溫?zé)嵩唇佑|)放出相變潛熱，成為低溫高壓液體，此后又經(jīng)節(jié)流器絕熱節(jié)流成為低溫低壓液體再回到低溫?zé)嵩刺庍M入下一次工作循環(huán)。經(jīng)過制冷劑的循環(huán)，高溫?zé)嵩刺幉粩嗟玫綗崃繌亩_(dá)到制熱的目的。在整個過程中，工質(zhì)只是把從低溫?zé)嵩刺幬盏降臒崃窟B同壓縮機對其所做的功傳遞給高溫?zé)嵩?，所以并未違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。
圖2 熱泵循環(huán)回路示意圖
一拖二分體式空調(diào)器
一拖二分體空調(diào)器在國內(nèi)是剛剛興起的新產(chǎn)品。它是用一臺室外機組帶動兩臺室內(nèi)機組工作，從而使一臺空調(diào)器“相當(dāng) 兩臺空調(diào)器使用。這種空調(diào)器室內(nèi)機組和室外機組的結(jié)構(gòu)，分別與普通“一拖一 分體空調(diào)器基本相同，不同之外是增加了一個室內(nèi)機組。
類型：
一拖二分體空調(diào)器又稱為復(fù)合式空調(diào)器，從制冷工作過程來看，主要有三大類型(見圖3)：
圖3 一拖二分體空調(diào)器的類型
（4）一拖二分體空調(diào)器的類型
1．單容量壓縮機式。圖3a為單容量壓縮機控制方式。室外機組內(nèi)含一臺不可調(diào)的單容量壓縮機．并拖動兩臺室內(nèi)機組。
2．單容量雙壓縮機式。圖3b為單容量雙壓縮機制冷控制方式 室外機組訪有互相獨立的兩臺單容量壓縮機．每臺壓縮機對應(yīng)拖動一臺室內(nèi)機組，而兩臺室內(nèi)機組
也是互相獨立運行。這種類型空調(diào)器相當(dāng)于兩臺一拖二空調(diào)器，只是把商用室外機組合二為一。
3．可調(diào)節(jié)容量壓縮機式。圖3c為可調(diào)節(jié)容量壓縮機控制方式。室外機組只有一臺壓縮機，但其容量可以調(diào)節(jié)，并拖動兩臺室內(nèi)機組。這種方式可根據(jù)房間空調(diào)
負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)壓縮機的容量，實現(xiàn)各個房同的制冷控制。這種空調(diào)器的電氣控制系統(tǒng)一般都采用變頻調(diào)速方式來調(diào)節(jié)壓縮機容量[4]。
本設(shè)計是熱泵式單壓縮機一拖二空調(diào)器，采用兩臺室內(nèi)機采用一臺壓縮機、一只冷凝器、一臺室外風(fēng)機、一只四通換向閥和毛細(xì)管，通過四通換向閥控制室內(nèi)機的制冷與制熱轉(zhuǎn)換。
1熱力循環(huán)計算
1.1設(shè) 計 工 況 的 選 擇
所謂工況，是指制冷系統(tǒng)的工作條件。用來作為比較制冷機型能參考狀態(tài)的工況一般應(yīng)包括制冷機的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過冷溫度、過熱溫度、吸氣過熱溫度等。與名義參數(shù)相應(yīng)的溫度條件稱為名義工況。我國標(biāo)準(zhǔn)“JB/T7666—95 制冷和空調(diào)設(shè)備名義工況一般規(guī)定”規(guī)定了容積式制冷壓縮機及機組和壓縮冷凝機組、容積式和離心式冷水機組、單元式空調(diào)機、房間空調(diào)器等的名義工況。為了使用方便，一般都給出了這些名義工況的參數(shù)，這些參數(shù)為客戶提供了參考依據(jù)和制冷機或制冷壓縮機的性能參數(shù)。
所以根據(jù)國家提供的名義工況初步擬定本設(shè)計的空調(diào)的工作條件。所用的制冷劑為R407C，工況初步定為to=7.2℃; tk=54.4℃; 過冷度為3.5℃；過熱度11℃；吸氣溫度為18℃[5] [6]。
1. 2 熱 力 計 算
循環(huán)過程p-h圖如下圖所示：
1.2.1 R407C在制冷工況下熱力循環(huán)計算
R407C在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)如下表所示[7]:
P
/bar
T
/℃
V
/(m3/kg)
H
/(kJ/kg)
S
/(kJ/kg﹒k)
0
5.78
7.2
0.04156
417.51
1.785
1
5.78
18
0.04378
426.88
1.818
2
21.8
86.6
0.0127
472.37
1.850
2s
21.8
77
0.01195
461.45
1.818
2v
21.8
54.4
434.96
1.74
3
21.8
49.5
282.71
1.272
4
21.8
46
275.7
5
5.78
2.8
275.7
1.275
R407C在制冷工況下的熱力循環(huán)計算[8] [9]:
單位質(zhì)量制冷量：
（1-1）
單位容積制冷量：
（1-2）
單位理論功：
（1-3）
點2狀態(tài)的焓值：
（1-4）
式中指示效率取
單位冷凝熱:
（1-5）
制冷劑的質(zhì)量流量：
（1-6）
壓縮機理論功率：
（1-7）
壓縮機的指示功率：
（1-8）
理論制冷系數(shù)：
（1-9）
實際制冷系數(shù)：
（1-10）
冷凝器熱負(fù)荷：
（1-11）
壓縮機實際輸氣量：
（1-12）
壓縮機理論輸氣量：
（1-13）
式中輸氣系數(shù)取
壓縮機軸功率：
（1-14）
式中機械效率取
電動機的功率：
（1-15）
電動機效率取
性能系數(shù)：
（1-16）
熱力完善度：
（1-17）
1.2.2 R407C在制熱工況下熱力循環(huán)計算
R407C在制熱工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)表:
P
/bar
T
/℃
V
/(m3/kg)
H
/(kJ/kg)
S
/(kJ/kg﹒k)
0
4.35
-1
0.05487
412.99
1.794
1
4.35
10
0.05782
422.40
1.827
2
16.4
76
0.01707
467.97
1.859
2s
16.4
65.7
0.01621
457.03
1.827
2v
16.4
43
0.01402
432.89
1.754
3
16.4
37.5
259.76
1.201
4
16.4
33.5
253.47
5
4.35
-6
253.47
1.202
R407C在制熱工況下的熱力循環(huán)計算:
單位質(zhì)量制冷量：
（1-18）
單位容積制冷量：
（1-19）
單位理論功：
（1-20）
點2狀態(tài)的焓值：
（1-21）
式中指示效率取
單位冷凝熱:
（1-22）
制冷劑的質(zhì)量流量：
（1-23）
冷凝器熱負(fù)荷：
（1-24）
壓縮機理論功率：
（1-25）
壓縮機的指示功率：
（1-26）
理論制冷系數(shù)：
（1-27）
實際制冷系數(shù)：
（1-28）
壓縮機實際輸氣量：
（1-29）
壓縮機理論輸氣量：
（1-30）
式中輸氣系數(shù)取
壓縮機軸功率：
（1-31）
式中機械效率取
電動機的功率：
（1-32）
電動機效率取
性能系數(shù)：
（1-33）
熱力完善度：
（1-34）
1.2.3 R22在制冷工況下熱力循環(huán)計算
R22在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)表:
P
/bar
T
/℃
V
/(m3/kg)
H
/(kJ/kg)
S
/(kJ/kg﹒k)
0
6.25
7.2
407.86
1.741
1
6.25
18
0.04
416.1
1.770
2
21.4
96
0.01388
459.2
1.799
2s
21.4
85
0.013
448.87
1.770
2v
21.4
54.4
418.02
1.680
3
21.4
54.4
269.53
1.227
4
21.4
50
263.20
5
6.25
7.2
263.20
1.225
R22在制冷工況下的熱力循環(huán)計算:
單位質(zhì)量制冷量：
（1-34）
單位容積制冷量：
（1-35）
單位理論功：
（1-36）
點2狀態(tài)的焓值：
（1-37）
式中指示效率取
單位指示功：
（1-38）
單位冷凝熱:
（1-39）
制冷劑的質(zhì)量流量：
（1-40）
冷凝器熱負(fù)荷：
（1-41）
理論制冷系數(shù)：
（1-42）
實際制冷系數(shù)：
（1-43）
壓縮機理論功率：
（1-44）
壓縮機的指示功率：
（1-45）
壓縮機實際輸氣量：
（1-46）
壓縮機理論輸氣量：
（1-47）
式中輸氣系數(shù)取
壓縮機軸功率：
（1-48）
式中機械效率取
電動機的功率：
（1-49）
電動機效率取
性能系數(shù)：
（1-50）
熱力完善度：
（1-51）
1..2.4 R22在制熱工況下熱力循環(huán)計算
R22在制熱工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)表:
P
/bar
T
/℃
V
/(m3/kg)
H
/(kJ/kg)
S
/(kJ/kg﹒k)
0
4.81
-1
404.86
1.753
1
4.81
10
0.05155
412.92
1.782
2
16.5
86
0.01810
455.89
1.811
2s
16.5
74.2
0.017
445.58
1.782
2v
16.5
43
416.94
1.695
3
16.5
43
253.79
1.179
4
16.5
39
248.39
5
4.81
-1
248.39
1.178
R22在制熱工況下的熱力循環(huán)計算:
單位質(zhì)量制冷量：
（1-52）
單位容積制冷量：
（1-53）
單位理論功：
（1-54）
點2狀態(tài)的焓值：
（1-55）
式中指示效率取
單位指示功：
（1-56）
單位冷凝熱:
（1-57）
制冷劑的質(zhì)量流量：
（1-58）
冷凝器熱負(fù)荷：
（1-59）
理論制冷系數(shù)：
（1-60）
實際制冷系數(shù)：
（1-61）
壓縮機理論功率：
（1-62）
壓縮機的指示功率：
（1-63）
壓縮機實際輸氣量：
（1-64）
壓縮機理論輸氣量：
（1-65）
式中輸氣系數(shù)取
壓縮機軸功率：
（1-66）
式中機械效率取
電動機的功率：
（1-67）
電動機效率取
性能系數(shù)：
（1-68）
熱力完善度：
（1-69）
2 換熱器設(shè)計計算[8] [10] [11] [12]
2.1 冷凝器的設(shè)計計算
設(shè)計一臺冷量4kw的R407制冷劑分體式空調(diào)器的冷凝器。其工作條件為冷凝器溫度為50℃，進風(fēng)溫度為35℃，出口溫度為43℃。 根據(jù)材料，工藝設(shè)備狀況和推薦標(biāo)準(zhǔn)，采用傳熱管為∮10mm×0.5mm純銅管，肋片為平直套片（鋁片），片厚f=0.15mm，片寬為L=44mm。
（1）冷凝器熱負(fù)荷的確定：根據(jù)其制冷量循環(huán)的蒸發(fā)溫度t0=7.2℃的要求 ，查圖（《制冷原理與裝置》）6-18得 C0=1.252，冷凝器的熱負(fù)荷：
Qk =C0Q0=4000*1.252=5008 W （2-1）
（2）冷凝器的結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及有關(guān)參數(shù)： 管排采用正三角形排列，管間距S1=25mm，排間距S2=21.65mm，肋片間距Sf=1.8mm，沿氣流方向的管排數(shù)n=2，因此：各部分單位管長的面積為：
肋片面積：
（2-2）
肋間基管表面積：
（2-3）
肋管外總表面積：
（2-4）
肋管內(nèi)表面積：
（2-5）
肋化系數(shù)：
（2-6）
（3）空氣進出冷暖器的溫差及風(fēng)量：
溫差： （2-7）
風(fēng)量： （2-8）
式中，取當(dāng)?shù)卮髿鈮篜B=98.07 KPa,由空氣（干空氣）熱物理性質(zhì)表，在空氣平均溫度
條件下，比熱容，熱導(dǎo)率，
運動黏度，在進風(fēng)溫度為35℃條件下，空氣平均密度。
（4）肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)：根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的最小流通面積與迎風(fēng)面積之比：
（2-9）
考慮降噪，節(jié)能等因素，取迎風(fēng)面的風(fēng)速。則最小流通面風(fēng)速：
（2-10）
當(dāng)量直徑：
（2-11）
空氣雷諾數(shù)：
（2-12）
單元空氣流道長徑比：
（2-13）
根據(jù)附表（《制冷原理與裝置》）E-1之二空氣通過整張平直套片的換熱計算公式中：
（2-14）
（2-15）
（2-16）
（2-17）
所以管外的傳熱系數(shù)：
（2-18）
對于叉排管有：
，其中， （2-19）
所以得
肋片當(dāng)量高度：
（2-20）
肋片特性參數(shù) :
（2-21）
其中為鋁片的熱導(dǎo)率。
其肋片效率：
（2-22）
冷凝器外表面效率：
（2-23）
（5）管內(nèi)R407C冷凝時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：
首先設(shè)壁溫℃，則平均溫度℃，根據(jù)R407C蒸汽在管內(nèi)冷凝換熱有關(guān)計算式的相關(guān)參數(shù)要求，查表得：
，，代入式中得：
（2-24）
（6）由熱平衡關(guān)系求解管壁溫度：忽略薄壁銅管熱阻與肋片間接觸熱阻，則管內(nèi)外熱平衡關(guān)系為：
（2-25）
即
整理得
由試湊法得=49.65℃時，上述等式成立。此值與所設(shè)定的℃近似相等。
（7）計算所需的傳熱面積：以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)
（2-26）
式中
（2-27）
取，
則 （2-28）
（8）求平均溫差：
℃ （2-29）
（9）所需的管外傳熱面積及結(jié)構(gòu)參數(shù)：
管外面積：
（2-30）
取 11m2
所需的肋片管總長度：
（2-31）
若取冷凝器每列管數(shù)16根?？偢鶖?shù)2×16=32根。以單管有效長度為0.7m計算,其總有效長度為36×0.7=25.2m。冷凝器的高度為16×25=400mm。冷凝器的迎風(fēng)面積為,實際的迎風(fēng)風(fēng)速為，與所設(shè)風(fēng)速相符。
（10）空氣的流動阻力及風(fēng)機選配：光管肋片A=0.007，粗糙肋片A=0.0133）
阻力：
（2-32）
取26Pa
則該冷凝器需要配用風(fēng)機的額定風(fēng)量
風(fēng)機全壓：
（2-33）
風(fēng)機采用電動機直接傳動，則傳動效率；取風(fēng)機全壓效率，則電動機輸入功率：
（2-34）
2.2 蒸發(fā)器的設(shè)計計算
制冷量為,空氣進口參數(shù)：干球溫度為℃，濕球溫度℃，以R407C為制冷劑，℃，流量。
1、結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃：
傳熱管選用紫銅管，肋片選用縫隙式鋁片，肋片節(jié)距。管簇為正三角形排列，管間距；沿氣流方向的管排數(shù)N=2排，側(cè)肋片寬度L=44mm。
2、肋片管各部分傳熱面積計算：
（1）管外肋片面積：
（2-35）
（2）肋間管外表面積：
（2-36）
（3）管外總表面積
（2-37）
（4）管內(nèi)表面積：
（2-38）
（5）肋化系數(shù)：
（2-39）
（6）當(dāng)量直徑：
（2-40）
（7）最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比：
（2-41）
3、確定空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器時的狀態(tài)變化過程：
又給定的進風(fēng)參數(shù)查i-d圖，得，。根據(jù)風(fēng)量選擇原則
取設(shè)計風(fēng)量為：
圖-4 濕空氣處理的i-d圖
（1）進口濕空氣的比體積：
（2-42）
（2）空氣的質(zhì)量流量
（2-43）
（3）進出口空氣的比焓差：
（2-44）
（4）出口空氣的比焓：
（2-45）
設(shè)取傳熱管壁面溫度=12.5℃，=10g/kg，查得=35kJ/kg。（取）得空氣處理過程的飽和狀態(tài)點w，連接1-w與相交于2點，得到蒸發(fā)器出空氣狀態(tài)干球溫度=16.5℃，=9.6 g/kg。
（5）蒸發(fā)器中空氣的平均比焓
（2-46）
則線與1-w線相交于m點，同時查得空氣的平均狀態(tài)參數(shù)為：=20℃，=10.2g/kg，=1.162kg/ m3，=15.7×10-6㎡/s，=0.0250w/(mk)
4、計算空氣側(cè)換熱系數(shù)
取蒸發(fā)器管列為10，單管有效長度為B=0.65m，蒸發(fā)器的高度H=10×25=250mm=0.250m
（1） 迎面風(fēng)速：
（2-47）
低于表6-9中迎面風(fēng)速推薦值，有利于降低室內(nèi)氣流噪聲。
（2）最窄通風(fēng)面風(fēng)速
（2-48）
（3）雷諾數(shù)
（2-49）
（4）管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算。按《制冷原理與裝置》附錄E-1之二強制
通風(fēng)肋片管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式：
（2-50）
（5）析濕系數(shù)
（2-51）
（6）肋片效率
其中 （2-52）
由于叉排時翅片可視為六角形，且此時翅片的長對邊距離和短對邊距離之比，且，故
（2-53）
所以
（2-54）
（7）空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：
（2-55）
5、計算管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：
其循環(huán)量為54.4℃ 7.2℃ 18℃ 46℃
根據(jù)《制冷原理與裝置》附錄E-2之二中氟利昂在沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式
，B=1.542，則
——每根管流量單位kg/s
——管內(nèi)單位面積熱流量 w/m2
（2-56）
6、計算管內(nèi)的傳熱面積：
取管內(nèi)污垢熱阻，管外污垢熱阻，則以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：
（2-57）
（1）平均傳熱溫差：
（2-58）
（2） 計算：由熱平衡關(guān)系和可得：
（2-59）
解方程得：
從而求得所需的換熱面積：
（2-60）
7、求所需傳熱管的長度：
（2-61）
8、計算有效管長：
（2-62）
9、所需的管外傳熱面積Ao：
（2-63）
實際規(guī)劃的傳熱面積
（2-64）
10、校核壁溫
由
（2-65）
℃，比設(shè)計壁溫12.5℃略有升高，設(shè)計合理。
11、風(fēng)側(cè)阻力計算：
干工況與析濕工況阻力的關(guān)系為：
順排時：，為阻力增強系數(shù)=1.2，干工況下的阻力系數(shù)：
系數(shù)A=0.0113
（2-66）
故濕工況下
叉排 阻力增加20%即
風(fēng)機采用電動機直接傳動，則傳動效率；取風(fēng)機全壓效率，則電動機輸入功率：
（2-66）
3 毛細(xì)管的設(shè)計計算
毛細(xì)管廣泛應(yīng)用于空調(diào)，冰箱中，主要起節(jié)流作用。毛細(xì)管是一種小管徑，直徑大約在0.5mm~2.5mm之間，長度不超過3m。相對于其他的節(jié)流裝置，毛細(xì)管是一種非常實用的節(jié)流裝置。它不僅價格便宜，而且節(jié)流效果也很好。
毛細(xì)管的節(jié)流原理
當(dāng)制冷劑液體通過一個狹長的小孔時，制冷劑在小孔前的靜壓力將轉(zhuǎn)換為小孔后的動壓力，使其壓力下降，流速增加。當(dāng)壓力降至相應(yīng)溫度下的飽和壓力時，制冷劑將產(chǎn)生閃發(fā)降溫現(xiàn)象，并且隨著壓力降低其溫度也相應(yīng)降低。這是毛細(xì)管節(jié)流減壓降溫的摹本原理。
毛細(xì)管中制冷劑壓力及狀態(tài)變化
毛細(xì)管中制冷劑壓力及狀態(tài)變化如圖5，毛細(xì)管是依靠其流動阻力沿長度方向產(chǎn)生壓力降、來控制制冷劑的流量和維持冷凝器與蒸發(fā)器的壓力差的。當(dāng)有一定過冷度的制冷劑液體進入毛細(xì)管后，會沿著流動方向產(chǎn)生壓力和狀態(tài)變化，先是過冷液體隨壓力的逐步降低，變?yōu)橄鄳?yīng)壓力下的飽和液體，這一段稱液體段，其壓力降不大，且呈線性變化。從出現(xiàn)第一個氣泡開始至毛細(xì)管末端，均為氣液共存段，也稱兩相流動段，該段內(nèi)飽和蒸汽含量沿流動方向逐步增加， 此，壓力降呈非線性變化。越接近毛細(xì)管的末端，其單位長度上的壓力降就越大。當(dāng)壓力降低至相應(yīng)溫度下的飽和壓力時，就要產(chǎn)生閃發(fā)現(xiàn)象，使液體自身蒸發(fā)降溫。也就是隨著壓力的降低，制冷劑的溫度也相應(yīng)降低，即降低至相應(yīng)壓力下的飽和溫度。毛細(xì)管的流量是重要參數(shù)之一[15]。
圖5 毛細(xì)管的節(jié)流原理及狀態(tài)變化
毛細(xì)管的計算
制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的流動過程中，進入毛細(xì)管時的狀態(tài)與在毛細(xì)管中的流動時的狀態(tài)不同。所以。毛細(xì)管的計算方法也相對復(fù)雜。目前多采用計算法，圖解法和同類產(chǎn)品比較法。
下面用計算法計算毛細(xì)管的長度[16]：
毛細(xì)管計算的經(jīng)驗公式如下：
式子中，代表壓力差（），單位Pa
代表雷諾數(shù)
代表毛細(xì)管長度，單位m
代表制冷劑流速，單位m/s
代表制冷劑密度，單位kg/m3
代表毛細(xì)管內(nèi)徑，單位m。
制冷循環(huán)的毛細(xì)管長度：
已知：，查制冷劑R407C飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)表，發(fā)現(xiàn)溫度對液體比體積的影響不大，本設(shè)計所取溫度為冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的平均值，即t=30.8℃，查得液體比體積，其密度為，30.8℃下黏度為。已知制冷工質(zhì)循環(huán)量，選用內(nèi)徑為1.5mm的毛細(xì)管，則制冷劑流速按下式計算：
雷諾數(shù)為：
則毛細(xì)管長度：
4 輔助元件的選型
4.1 壓縮機的選型
隨著能源的緊缺和保護環(huán)境的呼聲越來越高，人們對家用電器中占重要地位的空調(diào)器提出了節(jié)能、降低對環(huán)境直接污染和間接污染等要求。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機作為房間空調(diào)器一種常用的、效率較高的壓縮機形式，它與往復(fù)式壓縮機相比，具有容積效率高，往復(fù)運動部件少，振動小，不需要內(nèi)部懸掛支撐彈簧，零部件少等優(yōu)點。據(jù)統(tǒng)計，相對于往復(fù)式壓縮機，轉(zhuǎn)子式壓縮機體積減少40－50％，重量輕40－50
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