制冷課程設計--某建筑空氣調節(jié)系統(tǒng)制冷機房設計

1、<p>　　《空氣調節(jié)用制冷技術》課程設計</p><p>　　題 目：北京某建筑空氣調節(jié)系統(tǒng)制冷機房設計</p><p>　　學 院： 建筑工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 建筑環(huán)境與設備工程 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2015 年 12月15日</p><p><b>　　1原始條件

3、</b></p><p><b>　　1.1工況</b></p><p>　　本工程為北京某建筑空氣調節(jié)系統(tǒng)制冷機房設計，空調建筑所需冷量為1200KW，冷凍水供水溫度7℃，回水溫度12℃。</p><p><b>　　1.2原始資料</b></p><p>　　北京夏季空調室外干球溫度

4、為33.5℃，空調室外濕球溫度為26.4℃。</p><p><b>　　2方案設計</b></p><p>　　該機房制冷系統(tǒng)為四管制系統(tǒng)，即冷卻水供/回水管、冷凍水供/回水管系統(tǒng)。經(jīng)冷水機組制冷后的7℃的冷凍水通過冷凍水供水管到達分水器，再通過分水器分別送往旅館的各個區(qū)域，經(jīng)過空調機組后的12℃的冷凍水回水經(jīng)集水器再由冷凍水回水管返回冷水機組，通過冷水機組中的蒸發(fā)

5、器與制冷劑換熱實現(xiàn)降溫過程。從冷水機組出來的冷卻水經(jīng)冷卻水供水管到達冷卻塔，經(jīng)冷卻塔冷卻后降溫后再返回冷水機組冷卻制冷劑，如此循環(huán)往復?？紤]到系統(tǒng)的穩(wěn)定安全高效地運行，系統(tǒng)中配備補水系統(tǒng)，軟化水系統(tǒng)，電子水處理系統(tǒng)等附屬系統(tǒng)。</p><p><b>　　3負荷計算</b></p><p><b>　　3.1制冷機房負荷</b></p>

6、;<p>　　一般對于間接供冷系統(tǒng)，當空調制冷量小于174KW時，A=0.15~0.20；當空調制冷量為174~1744KW時，A=0.10~0.15；當空調制冷量大于1744KW時，A=0.05~0.07；對于直接供冷系統(tǒng)，A=0.05~0.07。對于間接供冷系統(tǒng)一般附加7%—15%，這里選取10%。</p><p>　　=(1+10%)=1200×(1+10%)=1320kW</

7、p><p><b>　　4設備選擇</b></p><p><b>　　4.1制冷機組</b></p><p>　　4.1.1確定制冷劑種類和系統(tǒng)形式 </p><p>　　考慮到機場對衛(wèi)生及安全的要求較高，宜選用R22為制冷劑，R22的適用范圍和特點如下表4-1所示： </p

8、><p>　　R22適用范圍 表4-1</p><p>　　4.1.2確定制冷系統(tǒng)設計工況 </p><p>　　確定制冷系統(tǒng)的設計工況主要指確定蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、壓縮機吸氣溫度和過冷溫度等工作參數(shù)。有關主要工作參數(shù)的確定參考《制冷工程設計手冊》進行計算。確定冷凝溫度時，冷凝器冷卻水進、出水溫度應根據(jù)冷卻水的

9、使用情況來確定。</p><p>　　冷凝溫度（）：從《制冷工程設計手冊》中查到北京地區(qū)夏季室外平均每年不保證50h的濕球溫度=26.4 ℃，本制冷系統(tǒng)采用直流式冷卻水系統(tǒng)，冷卻水進水溫度按下式計算：=26.4 ℃，選用臥式殼管式冷凝器，其冷卻水進出口溫差為4~7℃?？紤]最不利情況，其進、出口水溫差取5℃，則冷卻水出口溫度+5.0=26.4+5.0=31.4℃，系統(tǒng)以水為冷卻介質，冷凝溫度比冷卻水進口溫度高約7~

10、14℃，比出口溫度高約2~4℃，綜合考慮，取冷凝溫度 =35℃。</p><p>　　蒸發(fā)溫度（）：蒸發(fā)溫度是制冷劑液體在蒸發(fā)器中汽化時的溫度。蒸發(fā)溫度的高低取決于被冷卻物體的溫度，另外蒸發(fā)溫度還與蒸發(fā)器的型式有關。選用滿液臥式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度 比冷凍水出口溫度低2~4℃，取=5℃。</p><p>　　過冷溫度（）：一般情況下，過冷溫度比冷凝溫度低3~5℃，這里取過冷度為5℃。</

11、p><p>　　吸氣溫度（）：壓縮機的吸氣溫度一般與制冷劑種類、吸氣管的長短和保溫情況有關。以氟利昂為制冷劑的制冷系統(tǒng)一般希望有一定的吸氣過熱度，一則可以提高循環(huán)的經(jīng)濟性，同時避免液擊事故的發(fā)生，保證系統(tǒng)正常運行。氟利昂過熱度為8~15℃，這里取12℃。故+12=17℃</p><p>　　4.1.3制冷系統(tǒng)熱力計算</p><p>　　3′ 3 35℃

12、 2 </p><p>　　4′ 4 5℃ 1 </p><p>　　根據(jù)繪制的p-h圖查表求得各狀態(tài)參數(shù)：</p><p>　　蒸發(fā)壓力p0=0.5747MPa，冷凝壓力pk=1.3548MPa ； </p><p>　　比容：v1=0.04365 m3/kg ，v2=0.02022 m3/k

13、g ；</p><p>　　焓值：h1=415.81kJ/kg ，h2=438.62kJ/kg ；h3=h4= 243.10 kJ/kg；=236.78kJ/kg。</p><p>　?。?）單位質量制冷能力</p><p>　　= =179.03 kJ/kg</p><p>　?。?）單位容積制冷能力</p><p>

14、;　　=4101.49kJ/m3 </p><p>　　（3）制冷劑質量流量</p><p>　　=7.37 kg/s</p><p>　?。?）制冷劑的體積流量</p><p>　　= ==0.321 m3/s</p><p>　　（5）壓縮機單位耗功量</p><p>　?。?）

15、壓縮機理論耗功率</p><p>　　=7.37×(438.62—415.81)=168.11kw</p><p><b>　?。?）理論制冷系數(shù)</b></p><p><b>　　=7.85</b></p><p>　　（8）單位質量冷凝負荷</p><p>　

16、　=438.62-236.78=201.84 kJ/kg</p><p><b>　　（9）冷凝器負荷</b></p><p>　　=7.37×201.84=1487.56 kw</p><p>　?。?0）逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)</p><p><b>　　=</b></p>

17、<p><b>　?。?1）制冷效率</b></p><p><b>　　η===0.85</b></p><p>　　4.1.5制冷壓縮機的計算</p><p>　　壓縮機的容積效率計算公式</p><p><b>　?。?-1）</b></p>&l

18、t;p>　　式中： — 壓縮機的吸氣壓力，MPa ；</p><p>　　— 壓縮機的排氣壓力，MPa ；</p><p>　　—多變指數(shù)，氨：m=1.28，R22：m=1.18</p><p><b>　　壓縮機實際輸氣量</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p

19、><p><b>　　式中：—理論輸氣量</b></p><p><b>　　—實際輸氣量</b></p><p><b>　　壓縮機的制冷量</b></p><p><b>　　（4-3）</b></p><p><b>　

20、　式中：—制冷量，</b></p><p><b>　　—單位質量制冷量，</b></p><p><b>　　—單位容積制冷量，</b></p><p><b>　　指示功率按下式計算</b></p><p><b>　?。?-4）</b>&

21、lt;/p><p>　　式中—制冷劑質量流量，</p><p><b>　　—實際單位耗功率，</b></p><p><b>　　—單位理論耗功率，</b></p><p><b>　　—指示效率</b></p><p><b>　　壓縮機軸功率

22、</b></p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　式中—摩擦效率 </p><p><b>　　電動機的輸出功率</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中

23、： — 傳動效率，直連為1，三角皮帶連接時為0.90～0.95。</p><p>　　，活塞式壓縮機的總效率約為0.65~0.72。</p><p>　　壓縮機的選擇計算，主要是根據(jù)制冷系統(tǒng)的總制冷量及系統(tǒng)的設計工況，確定壓縮機種類、型號和臺數(shù)，最后要校核壓縮機所配置電機的功率。</p><p>　　一、壓縮機類型的選擇</p><p>　　

24、目前，用于大中型制冷系統(tǒng)的壓縮機主要有三種，分別為活塞式制冷壓縮機、螺桿式制冷壓縮機、離心式制冷壓縮機。三種制冷壓縮機的特點和適用條件見下表4-2。</p><p>　　壓縮機種類比較 表4-2</p><p>　　參考相關設計規(guī)范：制冷量大于1758kw時宜選用離心式；制冷量在1054~1758kw時宜選用螺桿式或離心式；制冷量在700~10

25、54kw時宜選用螺桿式；制冷量在116~700kw時宜選用螺桿式或往復式；制冷量小于116kw時宜選用活塞式或渦旋式。</p><p>　　開啟式、封閉式、半封閉式螺桿壓縮機的比較 表4-3</p><p>　　綜合考慮經(jīng)濟﹑制冷要求、選用的制冷工質﹑運行管理及對制冷量調節(jié)等方面的因素，本制冷系統(tǒng)選用半封閉螺桿式制冷壓縮機。 </p><

26、;p>　　二、壓縮機級數(shù)的選擇</p><p>　　壓縮機級數(shù)應根據(jù)設計工況的冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比來確定。一般若以氟利昂為制冷劑，當Pk/P0≤10時，應采用單級制冷壓縮機；否則應采用兩級壓縮機。對于本設計制冷系統(tǒng)中，Pk/P0==2.36≤10，因此，本設計制冷系統(tǒng)采用單級壓縮。 </p><p>　　三、壓縮機的選擇計算</p><p>　　壓縮機容積效

27、率計算：</p><p>　　系統(tǒng)所需理論輸氣量計算：</p><p>　　4.1.6冷凝器的選擇及冷卻水系統(tǒng)計算</p><p>　　一、冷凝器的選擇原則</p><p>　　冷凝器型式的選擇應根據(jù)制冷劑和冷卻介質（水或空氣）的種類及冷卻介質的品質優(yōu)劣而定。冷凝器的選擇取決于當?shù)氐乃疁?、水質、水源、氣候條件，以及壓縮機房布置要求等因素。&l

28、t;/p><p>　　臥式殼管式冷凝器的優(yōu)點是傳熱系數(shù)較高，冷卻水用量較少，操作管理方便，但是對冷卻水的水質要求較高。目前大、中型氟利昂和氨制冷裝置普遍采用這種冷凝器。所以采用臥式殼管式冷凝器。制冷劑R22在水流速為1.6~2.8m/s時，傳熱系數(shù)可達。在這里取</p><p>　　二、確定冷凝器的換熱面積</p><p>　　冷凝器熱負荷在熱力計算中已經(jīng)算出： <

29、;/p><p>　　冷凝器傳熱溫差的計算：</p><p>　　式中：—冷卻水出冷凝器的溫度，℃； —冷卻水進冷凝器的溫度，℃；</p><p><b>　　— 冷凝溫度，℃。</b></p><p>　　冷凝器傳熱面積的計算：</p><p>　　式中：K — 冷凝器的傳熱系數(shù)，，由于采用氟利昂臥式

30、殼管式冷凝器，其傳熱系數(shù)，在這里K取。</p><p>　　三、冷凝器實際傳熱面積</p><p>　　計算出所需冷凝器的理論傳熱面積后，考慮到冷凝器使用一段時間后，由于污垢的影響傳熱系數(shù)會降低，因此在選擇冷凝器型號前，應將上面計算值放大5%～10%。此外系統(tǒng)中不設再冷卻器，選用臥式殼管式冷凝器時，應將傳熱面積再放大15%～20%，以保證液態(tài)制冷劑有3～5℃的過冷度。綜合各方面考慮，因污垢

31、影響需放大百分比取10%，不設再冷卻器放大百分比取15%。</p><p>　　則冷凝器的實際傳熱面積：</p><p>　　×(1+0.10)×（1+0.15）=215.96×1.10×1.15=273.19m2</p><p>　　四、冷凝器需要的冷卻水量</p><p><b>　　冷卻

32、水量w確定：</b></p><p><b>　　W==</b></p><p>　　式中： — 冷卻劑的定壓比熱，水為4.186 KJ/Kg.℃；</p><p>　　ρ—水的密度，為1000kg/m3。</p><p>　　五、壓縮機需要的冷卻水量</p><p>　　式中：Pe

33、—壓縮機軸功率；</p><p>　　ξ—冷卻水帶走熱量占全部壓縮機耗功量的百分比，取ξ=0.13～0.18；</p><p>　　△t—冷卻劑出口溫差，取5℃。</p><p>　　所以需要的總冷卻水量為：</p><p>　　255.6+3.47=259.07 </p><p><b>　　六、動力設施&

34、lt;/b></p><p>　　（1） 冷卻塔的計算：</p><p>　　冷卻塔的選擇主要由所需要的冷卻水的水量和室外的溫度決定的。</p><p><b>　　冷卻水流量為：</b></p><p>　　V=259.07×(1+0.1)=284.98 m3/h ，</p><p&

35、gt;　?。?） 冷卻水泵的計算：</p><p>　　同樣根據(jù)冷卻水的流量確定水泵的型號</p><p>　　V=259.07×(1+0.1)=284.98 m3/h</p><p>　　冷卻水泵所需揚程計算式：</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　式中

36、： —冷卻水系統(tǒng)總的沿程阻力和局部阻力損失,</p><p><b>　　—設備阻力損失</b></p><p>　　—冷卻塔中水的提升高度，約為1.2m</p><p>　　—冷卻塔噴嘴噴霧壓力，約為5m</p><p>　　冷卻水系統(tǒng)沿程和局部阻力損失約為50kpa，冷凝器阻力為37kpa，</p&g

37、t;<p>　　=5+3.7+1.2+5=14.9</p><p><b>　　取1.1安全系數(shù)</b></p><p>　　Hp=14.9×1.1=16.39</p><p>　　冷卻水泵的揚程選擇16.39。</p><p>　　水泵的選擇可根據(jù)所需的流量和揚程，確定水泵的型號及數(shù)量。水泵的揚

38、程由輸水高度和管道的總壓力損失確定，制冷系統(tǒng)的供水系統(tǒng)常用離心水泵。</p><p>　　4.1.7蒸發(fā)器的選擇及冷凍水系統(tǒng)計算</p><p>　　一、確定蒸發(fā)器的型式</p><p>　　蒸發(fā)器形式的選擇，應根據(jù)制冷劑和載冷劑的種類，以及空調系統(tǒng)處理室的結構形式而確定。若空氣處理室使用水冷式表面冷卻器，以R22為制冷劑時，宜采用臥式殼管式蒸發(fā)器。所以，本設計制冷

39、系統(tǒng)中采用臥式殼管式蒸發(fā)器。</p><p>　　二、蒸發(fā)器傳熱面積計算</p><p><b>　　蒸發(fā)器傳熱溫差：</b></p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　傳熱系數(shù)K:查《

40、空氣調節(jié)用制冷技術》知： K為 500～600 這里取K=570。 考慮到 10%～15% 的富裕量，在這里富裕量取11％，所以蒸發(fā)器的實際傳熱面積為： </p><p>　　= 578.95×(1+ 0.11) = 636.84</p><p><b>　　三、冷凍水系統(tǒng)</b></p><p><b>　　循環(huán)水量：&l

41、t;/b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　總需冷凍水量為：</b></p><p>　　= + ×2% =231.58 </p><p>　　其中2%為系統(tǒng)補水量。</p><p><b>　　冷凍水管徑的確定

42、：</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　式中：——載冷劑的流速，參照《空氣調節(jié)用制冷技術》，得水速v=1～1.5 m/s，這里取1.1 m/s。</p><p><b>　　冷凍水泵的選擇：</b></p><p>　　同樣根據(jù)冷凍水的流量確定水泵的型號

43、 =231.58，考慮流量的附加率為20%，所以</p><p>　　=×(1+20%)=277.9。</p><p>　　4.1.8膨脹閥的選擇</p><p>　　膨脹閥的容量是隨工況而變的，因此選擇膨脹閥時應考慮蒸發(fā)溫度、膨脹閥液體進口溫度和膨脹閥前后的壓差等因素對容量的影響。因為熱力膨脹閥是通過蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑過熱度控制膨脹閥開度的，廣泛應用于

44、氟利昂系統(tǒng)，所以我選用熱力膨脹閥。</p><p>　　4.1.9其他輔助設備的選擇</p><p>　　一、油分離器選擇計算</p><p><b>　　油分離器筒體直徑：</b></p><p><b>　　D</b></p><p>　　式中: — 壓縮機的理論排氣量

45、，；</p><p>　　— 壓縮機的容積效率，為0.791；</p><p>　　— 油分離器內(nèi)蒸汽的流速，為0.8～1.0m/s，這里取1.0m/s。</p><p>　　二、高壓貯液器選擇計算</p><p>　　貯液器的容積按制冷劑循環(huán)量進行計算，其貯存量可容納系統(tǒng)最大的小時制冷量對應循環(huán)工質的1/3~1/2。同時，考慮當環(huán)境溫度變化

46、時，貯液器內(nèi)的液體制冷劑因受熱膨脹造成的危險，其貯液量一般不超過整個容積的70%~80%。</p><p>　　貯液器的容積按下列公式計算：</p><p>　　V=()==15.03m3</p><p>　　式中：M—系統(tǒng)制冷劑小時循環(huán)量kg/h ；—溫度下的液態(tài)工質比容，查表得知=0.0008496 m3/kg。</p><p>　　三、

47、氣液分離器選擇計算</p><p>　　氣液分離器是用來分離蒸發(fā)器出口的低壓蒸氣中的液滴，防止制冷壓縮機發(fā)生濕壓縮甚至液擊現(xiàn)象。</p><p>　　氣液分離器的筒體直徑按下列公式計算：</p><p><b>　　D</b></p><p>　　而選擇氣液分離器時，應保證筒體橫截面積的氣流速度不超過0.5m/s，故由&

48、lt;/p><p><b>　　V </b></p><p><b>　　推出</b></p><p><b>　　D</b></p><p>　　四、過濾器和干燥器選擇</p><p>　　制冷劑的過濾器用于清除制冷劑中游離的水分的機械雜質，如金屬屑、焊渣

49、、氧化皮等。液體過濾器通常設在節(jié)流閥、熱力膨脹閥、浮球調節(jié)閥、電磁閥和液泵之前，用以保護閥的嚴密性和液泵的運轉部件。氣體過濾器設在壓縮機的吸入口，用于保護壓縮機的氣缸和閥片，避免磨損。干燥器用于氟利昂系統(tǒng)吸附制冷劑游離的水分，以免流道狹窄處造成冰塞，通常氟利昂系統(tǒng)干燥器和過濾器做成一體，稱為干燥過濾器。</p><p><b>　　4.2機房布置</b></p><p&g

50、t;　　機房內(nèi)的設備布置應保證操作和檢修的方便，同時要盡可能使設備布置緊湊，以節(jié)省建筑面積。制冷機組的主要通道寬度以及制冷機組與配電柜的距離應不小于1.5m；制冷機組與制冷機組或與其他設備之間的靜距離不小于1.2m；制冷機組與墻壁之間以及與其上方管道或電纜橋架的靜距離應不小于1m.</p><p>　　大中型制冷壓縮機應設在室內(nèi)，并有減振基礎。其他設備可根據(jù)具體情況，設置在室內(nèi)、室外或敞開式建筑內(nèi)，但是要注意保證

51、某些設備之間必要的高度差。制冷壓縮機及其他設備的位置應使連接管路短，流向通暢，并便于安裝。</p><p>　　臥式殼管冷凝器和蒸發(fā)器布置在室內(nèi)時，應考慮有清洗和更換其內(nèi)部換熱管的位置。</p><p>　　冷卻塔應布置在通風散熱條件良好的屋面或地面上，并遠離熱源和塵源；冷卻塔之間及冷卻塔與周圍建筑物、構筑物之間應有一定距離。風冷式冷凝器和蒸發(fā)冷凝器也有與冷卻塔同樣的要求。</p&g

52、t;<p>　　水泵的布置應便于接管、操作和維修；水泵之間的通道一般不小于0.7m；此外，設備和管路上的壓力表、溫度計等應設在便于觀察的地方。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　郭慶堂主編，《實用制冷工程技術手冊》，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994</p><p>　　中國計劃出版社主編，《采暖通

53、風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(國標GBJ50019-2003)，北京：中國計劃出版社，2003</p><p>　　中國計劃出版社主編，《暖同空調制圖標準》(國標GB/T 50114-2001)，北京：中國計劃出版社，2001</p><p>　　李樹林主編，《建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)用制冷技術》，北京： 機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　馮玉琪主編，《新型空調

54、制冷設備及配件選用手冊》，北京：人民郵電出版社，1999</p><p>　　何耀東主編，《暖通空調制圖與設計施工規(guī)范應用手冊》，北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999</p><p>　　彥啟森、石文星、田長青編著，《空氣調節(jié)用制冷技術》（第三版），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004</p><p>　　8． 電子工業(yè)部第十設計研究院，《空氣調節(jié)設計手冊》，北京：中國