说明书模板-家用电器节能系统设计说明书(仅供参考)

家用电器节能系统设计说明书

设计者：张林营张三

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和制热（包括制热水）系统的节能。通过对空调系统的改进实现，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

空调和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，空调设备也基本闲置，如果能利用空调装置和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，同时购买空调和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

2.1机械控制

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

空调热水器原理图如图2

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2 空调热水器原理图

制冷、制热水循环：

关闭阀门8，打开阀门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，打开阀门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，同时制热和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.热水器和空调的工况差异大，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？

2.2电器部分（电路控制）

1. 空调控制系统十分复杂，修改难度大，同时改动成本也高。因此我们基本不对空调控制系统的进行修改。

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和四通阀7，（注：四通阀6在空调控制系统中）下面设计对阀门8、9和四通阀7进行的控制设计：

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均为得电打开，因此控制电路设计就比较简单。

图5 电磁阀控制

开关向右，电磁阀9得电打开，电磁阀8失电关闭，实现制冷制热水循环； 开关向左，电磁阀8得电打开，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行节能改造，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

Q =5kW ，空调用冷气温度为c t

=15°C ，蒸发器

端部传热温差为∆k t =10°C ，冷却水温度为w t

=32°C ，冷凝器端部的传热温差取 ∆k t = 8°C ，

液体过冷度△g

t =5°C ，有害过热度△r t

=5°C ，压缩机的输气系数为λ=0.8,指示效率ŋi =0.8。

分析：绘制制冷循环的压-焓图，如右图所

示

根据已知条件，得出制冷剂的工作温度为：

k t =w t +∆k t =32+8=40°C 0t =c t -∆0t =10-5=5°C

3t =k t -∆g t =40-5=35°C 1t =0t +∆r t =5+5=10°C

热力计算：

(1) 单位质量制冷量

0q =0h -4h =407.143-250=157.143kJ/kg

(2) 单位容积制冷量

v q =0q /1v =157.143/0.043=3654.5kJ/3m

(3) 理论比功

0w =2h -1h =446-412=34kJ/kg

(4) 指示比功

i w =0w /ŋi =34/0.8=42.5kJ/kg

2s h =1h +i w =412+42.5=454.5kJ/kg

(5) 制冷系数

ε0=0q /0w =157.143/34=4.62 εi =0q /i w =157.143/42.5=3.70 (6) 冷凝器单位热负荷

k q =2s h -3h =454.5-250=204.5kJ/kg

(7) 所需工质流量

m q =0Q /0q =5.0/157.143=0.0318kg/s

(8) 理论输气量 vh q =vs q /λ=1.37×310/0.8=1.71×310 3m /s 实际输气量 vs q =m q 1v =0.0318×0.043=1.37×310 3m /s (9)压缩机消耗的理论比功 0p =m p 0w =0.0318×34=1.08 kW