制冷課程設(shè)計--某建筑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)制冷機房設(shè)計

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

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)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(diào)節(jié)系統(tǒng)制冷機房設(shè)計，空調(diào)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(diào)室外干球溫度

4、為33.5℃，空調(diào)室外濕球溫度為26.4℃。</p><p><b>　　2方案設(shè)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(dá)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(diào)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(dá)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(fù)?？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(fù)荷計算</b></p><p><b>　　3.1制冷機房負(fù)荷</b></p>

6、;<p>　　一般對于間接供冷系統(tǒng)，當(dāng)空調(diào)制冷量小于174KW時，A=0.15~0.20；當(dāng)空調(diào)制冷量為174~1744KW時，A=0.10~0.15；當(dāng)空調(diào)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(shè)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(shè)計工況 </p><p>　　確定制冷系統(tǒng)的設(shè)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(guān)主要工作參數(shù)的確定參考《制冷工程設(shè)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(yīng)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(shè)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(zhì)，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(guān)。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(guān)。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(zhì)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>　?。?）制冷劑質(zhì)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>　?。?）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>　　（7）理論制冷系數(shù)</b></p><p><b>　　=7.85</b></p><p>　?。?）單位質(zhì)量冷凝負(fù)荷</p><p>　

16、　=438.62-236.78=201.84 kJ/kg</p><p><b>　?。?）冷凝器負(fù)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>　　（4-2）</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>　?。?-3）</b></p><p><b>　

20、　式中：—制冷量，</b></p><p><b>　　—單位質(zhì)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(zhì)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>　?。?-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>　　（4-6）</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(shè)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(guān)設(shè)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(fù)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(zhì)﹑運行管理及對制冷量調(diào)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(yīng)根據(jù)設(shè)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(dāng)Pk/P0≤10時，應(yīng)采用單級制冷壓縮機；否則應(yīng)采用兩級壓縮機。對于本設(shè)計制冷系統(tǒng)中，Pk/P0==2.36≤10，因此，本設(shè)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(yīng)根據(jù)制冷劑和冷卻介質(zhì)（水或空氣）的種類及冷卻介質(zhì)的品質(zhì)優(yōu)劣而定。冷凝器的選擇取決于當(dāng)?shù)氐乃疁?、水質(zhì)、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(zhì)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(dá)。在這里取</p><p>　　二、確定冷凝器的換熱面積</p><p>　　冷凝器熱負(fù)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(yīng)將上面計算值放大5%～10%。此外系統(tǒng)中不設(shè)再冷卻器，選用臥式殼管式冷凝器時，應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)根據(jù)制冷劑和載冷劑的種類，以及空調(diào)系統(tǒng)處理室的結(jié)構(gòu)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(shè)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(diào)節(jié)用制冷技術(shù)》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(diào)節(jié)用制冷技術(shù)》，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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)循環(huán)工質(zhì)的1/3~1/2。同時，考慮當(dāng)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(zhì)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(yīng)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(zhì)，如金屬屑、焊渣

49、、氧化皮等。液體過濾器通常設(shè)在節(jié)流閥、熱力膨脹閥、浮球調(diào)節(jié)閥、電磁閥和液泵之前，用以保護閥的嚴(yán)密性和液泵的運轉(zhuǎn)部件。氣體過濾器設(shè)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(shè)備布置應(yīng)保證操作和檢修的方便，同時要盡可能使設(shè)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(yīng)不小于1.5m；制冷機組與制冷機組或與其他設(shè)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(yīng)不小于1m.</p><p>　　大中型制冷壓縮機應(yīng)設(shè)在室內(nèi)，并有減振基礎(chǔ)。其他設(shè)備可根據(jù)具體情況，設(shè)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(shè)備之間必要的高度差。制冷壓縮機及其他設(shè)備的位置應(yīng)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(yīng)考慮有清洗和更換其內(nèi)部換熱管的位置。</p><p>　　冷卻塔應(yīng)布置在通風(fēng)散熱條件良好的屋面或地面上，并遠(yuǎn)離熱源和塵源；冷卻塔之間及冷卻塔與周圍建筑物、構(gòu)筑物之間應(yīng)有一定距離。風(fēng)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(yīng)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(shè)備和管路上的壓力表、溫度計等應(yīng)設(shè)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(shù)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(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(國標(biāo)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(diào)制圖標(biāo)準(zhǔn)》(國標(biāo)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(shè)備工程專業(yè)用制冷技術(shù)》，北京： 機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　馮玉琪主編，《新型空調(diào)

54、制冷設(shè)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(diào)制圖與設(shè)計施工規(guī)范應(yīng)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(diào)節(jié)用制冷技術(shù)》（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(shè)計研究院，《空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊》，北京：中國