制冷机房课程设计.docx

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制冷机房课程设计

石家庄铁道大学四方学院课程设计

冷冻机房设计

2012 届电气工程系

专业:

 建筑环境与设备工程

学号:

xxxxxxxxx

学生姓名:

x x x

指导教师:

x x x

完成日期2011 年 7 月 7 日

石家庄铁道大学四方学院课程设计

目 录

第一章 设计任务......................................................................................................................................3

1.1 建筑资料..........................................................................................................................................3

1.2 设计任务 .........................................................................................................................................3

1.3 设计步骤..........................................................................................................................................3

第二章  制冷机房....................................................................................................................................4

2.1 制冷机房的位置选择 ...................................................................................................................4

2.2 冷水机组的选择 ...........................................................................................................................4

2.2.1 冷水机组的装机容量............................................................................................................5

2.2.2 冷水机组的台数....................................................................................................................5

2.2.3 冷水机组的类型....................................................................................................................5

2.3 冷却塔的选择 ...............................................................................................................................6

2.4 水泵的选择......................................................................................................................................6

2.4.1 冷冻水泵的选择....................................................................................................................6

2.4.2 冷却水泵的选择....................................................................................................................7

2.5 补水定压装置的选择 ...................................................................................................................7

2.6 分集水器的选择 .............................................................................................................................8

2.7 水处理设备的选择 .........................................................................................................................9

2.7.1 软水器和软化水箱................................................................................................................9

2.7.2 水处理仪................................................................................................................................9

第三章  水力计算..................................................................................................................................10

3.1 沿程阻力........................................................................................................................................10

3.2 局部阻力........................................................................................................................................10

3.3 总阻力............................................................................................................................................10

3.4 水力计算........................................................................................................................................10

3.5 水力计算表格................................................................................................................................11

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第一章 设计任务

1.1 建筑资料

机房为 370 砖墙，内净尺寸 12×15m，屋顶标高 6m，净高 4.8m，房门

1.8×2.5m。

1.2 设计任务

石家庄市某建筑空调设计冷负荷 1450kW，需要提供 7℃/12℃空调冷水，制冷

机房外侧冷冻水系统阻力 0.15MPa,建筑物高度 22.5m，空调面积 8500m2，据此条件

对制冷机房进行设计。

1.3 设计步骤

查阅资料，确定制冷机房设计冷负荷

（1）选择定型冷水机组并确定台数

定型冷水机组有风冷冷水机组和水冷冷水机组两大类，水冷冷水机组又有蒸汽

压缩式冷水机组和吸收式冷水机组两种，通过技术经济分析确定所选用的冷水机组

种类。

（2）选择冷却塔

材质推荐使用玻璃钢，注意冷却塔的设计条件应与冷水机组匹配，否则应进行

修正。

（3）布置冷却水管道、冷冻水管道

确定管径，并进行阻力计算，选择过滤器、电子水处理仪、集水器、分水器（用

户 4 个环路）等。

（4）选择冷却水泵和冷冻水泵

根据流量和扬程进行确定，并考虑备用泵。

（5）选择确定定压补水设备

（6）编写设计计算说明书

（7）绘制机房平面图、系统图和局部详图

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第二章制冷机房

制冷机房是整个中央空调系统的冷（热）源中心,同时又是整个中央空调系统的控

制调节中心。

中央机房一般由冷水机组、冷水泵、冷却水泵、集水缸、分水缸和控制屏、换

热器等装置组成。

2.1制冷机房的位置选择

制冷机房通常靠近空调机房，氟利昂制冷设备可以设置在空调机房内，规模小

的制冷机房一般附设在其他建筑内，规模较大的制冷机房（特别是氨制冷机房）宜单

独修建。

制冷机房应设置在靠近空气调节负荷中心，一般应充分利用建筑物的地下

室。

对于超高层建筑，也可设在设备层或屋顶上。

由于条件所限不宜设在地下室时，

也可以设在裙房或与主建筑分开独立设置。

本设计中采用氟利昂制冷设备，因本工程中有地下室可利用故为节省空间，制

冷机房设置在地下室二层。

2.2冷水机组的选择

冷水机组是整个空调系统的心脏，为整个系统提供冷水且关系到整个空调系统

的日常运行情况。

因此空调系统冷水机组的选择是一个很重要的过程。

一般在选择制冷机时应考虑以下几方面的因素。

机组性能、规格适合使用要求。

如供冷温度、单机制冷量、设备承压能力等。

能源及能耗供应方便和经济。

如电源、热泵或油、气源供应的可能性，电、热、

冷综合利用的可能性、经济性。

对周围环境危害的影响要小。

如噪声、振动的影响范围；所用制冷剂的毒性、

安全性对周围环境的危害程度；ODP 值和 GWP 值要小。

运行可靠、操作围护方便，以及一次性投资和经常运行费用的综合分析比较，

对企业的经济效益高，社会效益好。

所以，选择何种制冷机，应根据项目的具体情况及条件进行综合分析比较。

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2.2.1冷水机组的装机容量

本设计中的冷水系统是间接式系统，系统冷负荷总计 1450kW，对其冷负荷附

加至 1.2。

冷水机组的负荷为

Q=1.1×1450=1595kW

2.2.2冷水机组的台数

制冷机组一般以选用 2~4 台为宜，中小型规模宜选用 2 台，较大型可选用 3 台，

特大型可选用 4 台。

机组之间要考虑其互为备用和轮换使用的可能性。

同一站房内

可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案，以节约能耗。

并联运行的机

组中至少应选择一台自动化程度较高，调节性能较好，能保证部分负荷下能高效运

行的机组。

选择活塞式冷水机组时，宜优先选用多机头自动联控的冷水机组[4]。

综合考虑本设计选用两台冷水机组，每台装机容量为 798kW。

2.2.3冷水机组的类型

常用的冷水机组有压缩式和吸收式。

其中压缩式制冷机组又分为离心式、活塞

式和螺杆式。

考虑到本工程中没有较为方便余热可供利用故本设计选用电动压缩式冷水机组。

冷水机组的冷却方式有风冷冷却和水冷冷却两种方式。

风冷冷水机组宜用于干

球温度较低或昼夜温差较大，缺乏水源地区的中小型空调制冷系统[2]。

故本设计采

用水冷冷水机组。

螺杆式冷水机组还具有结构简单、紧凑、重量轻、易损件少，可靠性高，维修

周期长；在低蒸发温度或高压缩比工况下仍可单机压缩；采用滑阀装置，制冷量可

在 10~100%范围内进行无极调节，并可在无负荷条件下启动；对湿行程不敏感，当

时蒸汽或少量液体进入机内，没有液击的危险；排气温度低，主要由油温控制，对

基础要求通常不需要采用隔振措施等。

参考麦克维尔单螺杆式冷水机组的样本，本设计选则的机组型 PFS-240.2。

其性

能参数如下：

表 2-1 PFS-240.2 机组技术参数

制冷量（kW）冷冻水流量

（l/s）

冷冻水压降

（kPa）

冷却水流量

（l/s）

冷却水压降

（kPa）        制冷剂

833.539.924.346.727.4R134a

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2.3冷却塔的选择

冷却塔是制冷系统中将热量转移到大气的设备，选用时应根据其热工性能和周

围环境对噪声、漂水等方面的要求总和分析比较。

常用的冷却塔有玻璃钢和钢筋混

凝土两种。

玻璃钢冷却塔具有冷效高，占地面积小，轻巧，节能等优点，目前应用

广泛[6]。

中小型制冷剂的冷却水量一般在 65~500m3/h 之间，在冷却塔系列中属于中等水

量，而逆流式冷却塔热交换率高于横流式，故多选用逆流式冷却塔[2]。

因此本设计采用逆流式玻璃钢冷却塔，将冷却塔防置在屋顶。

根据选用的冷水机组得出其冷却水量为 46.7l/s，即 168.12m3/h。

据此参照宜兴

市裕泰华有限公司的电子样本，本设计选用型号为 DBNL3-200 低噪声型逆流玻璃钢

冷却塔。

其技术参数如下：

表 2-2 DBNL3-200 低噪声型逆流式玻璃钢冷却塔技术参数

冷却水量（m3/h）风量（m3/h）进水压压力（104Pa）电机功率（kW）直径（m）

2001120003.015.52.8

2.4 水泵的选择

2.4.1冷冻水泵的选择

泵的选择应依据泵的流量和扬程进行选择，对于一次冷水泵的流量应为所对应

的冷水机组的冷水量，并附加 5%~10%的富裕量。

泵的台数应按冷水机组的个数一

一对应。

闭式循环一次泵的扬程为管路、管件阻力、冷水机组的蒸发器和末端设备

的表冷器阻力之和，并应附加 5%~10%的富裕量。

本设计中有两台冷水机组，故选用两台冷冻水水泵。

单机冷水机组的冷水量为

39.9l/s 即 143.64 m3/h 考虑附加 5%，则每台泵的流量为 Q=1.05×143.64=150.8m3/h

本设计中最不利环路的损失 150kPa，冷水机组蒸发器的损失为 24.3kPa，机房

的损失为 46.7 kPa，考虑附加 10%，则水泵的扬程为

H=1.1×（150+46.7+24.3）=243.1 kPa

即泵的扬程为 24.31m 水柱

参照广州恒星冷冻机械制造有限公司的电子样本，本设计选用的冷却水泵的型

号为 HD150-50，两台使用，一台备用，其技术参数如下

表 2-3 HD150-50A 型水泵技术参数

流量（m3/h）扬程（m）效率（%）电机功率（kW）转速（r/min）必需汽蚀余量（m）

20044753014802.8

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2.4.2冷却水泵的选择

冷却水泵的台数宜按冷水机组一一对应，流量应按冷水机组技术资料确定，并

附加 5%~10%的富裕量。

冷却水泵的扬程由冷却水系统阻力（管道、管件、冷凝器阻

力之和），冷却塔积水盘水位（设置冷却水箱时为水箱最低水位）至冷却塔布水器的高

差，冷却塔布水器所需压力组成，并附加 5%~10%的富裕量[1]。

本设计选用两台冷却水泵，单机冷水机组的冷却水流量为 46.7l/s，即 168.12

m3/h，考虑 5%的附加，则每台泵的流量为

Q=1.05×168.12=176.53m3/h

冷却水系统的阻力为 24.3 kPa，冷凝器阻力为 27.4 kPa，冷却塔进水压力为 30.5

kPa，冷却塔积水盘至布水器的高差为 3.5m，考虑泵扬程附加 10%，则冷却泵的扬

程为

H=1.1×（24.3+27.4+30.5+35）=128.92 kPa

即 12.89m 水柱，参照广州恒星冷冻机械制造有限公司的电子样本，本设计选用

的冷却水泵的型号为 HD150-32，其技术参数如下：

表 2-4  HD150-32 型水泵技术参数

流量（m3/h）扬程（m）效率（%）电机功率（kW）转速（r/min）必需汽蚀余量（m）

200327722.6314804.5

2.5补水定压装置的选择

（1）一般采用开式膨胀水箱定压方式。

膨胀水箱的有效容积为膨胀水量

水量Vt 之和。

V p

与调节

膨胀水量

V p

=α×Vc×Δt

估算时膨胀量p ：

冷水约 0.1L/kW；热水取 0.3L/kW

式中，α ——水的膨胀系数，取 0.0005；

VC ——系统水容量（L）；

∆t ——水的平均温差，冷水取 15℃，热水取 45℃。

V

调节水量Vt 为补水泵 3min 的流量，且保持水箱调节水位不小于 200mm；

最次水位应高于系统最高点 0.5m 以上

膨胀管应接在循环泵吸入侧总管上，膨胀管上不应有任何截断装置 ，膨胀管按

下表确定

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系统冷负荷

（kW）<350

膨胀管

（DN）20

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表 2-5 膨胀管的选取

350～1800   1801～3500   3501～7000     >7000

25          40          50          70

（2）当采用开式膨胀水箱有困难时，可设置闭式隔膜膨胀水罐或补水泵变频定压

方式。

（3）系统的小时泄漏量为系统水容量的 1%,系统补水量取系统水容量的 2%，全空

气冷冻水系统的系统水容量为 0.40~0.55l/m2 ，取 1，则水容量为

L=1×8500=8500L

系统补水量为

Q=8500×2%=170l/h 即 0.17m3/h

补水点宜设在循环水泵的吸入段，补水泵流量取补水量的 2.5~5 倍，补水泵的

扬程应比系统静止时的补水点压力高 30—50KPa。

取补水量的 3 倍则补水泵的流量

为

Q=3×0.13=0.39 m3/h

扬程为

H=22.5+4=26.5m

开式膨胀水箱的有效容积为 0.106m3

对于闭式膨胀水箱，总容积为

V = Vt （1 - β ）

（2-1）

式中，Vt ——调节水量，取补水泵 3min 的水量

β ——系数一般取 0.65~0.85，

取 β =0.7，则 V=0.52/20/（1-0.7）=0.087 m3

参照陕西三维能源设备有限公司的样本，选取落地式膨胀水箱的型号为

GSP0.8×1-40×2×3，其相关参数如下：

表 6-7 GSP0.8×1-40×2×3 型落地式膨胀水箱参数

泵流量（m3/h）泵扬程（m）调节容积（m3）供水管径

6.2350.4DN89

2.6 分集水器的选择

分水器起到向各分路分配水流量的作用。

集水器起到由各分路、环路汇集水流

量的作用。

分水器和集水器是为了便于连接各个水环路的并联管道而设置的，起到

均压作用，以使流量分配均匀。

分集水器的直径应按总流量通过时的断面流速

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（0.5~1.0m/s）初选，并应大于最大接管开口直径的 2 倍。

本设计中总流量为 150.8×2+0.85=302 m3/h，假定流速为 0.5 m/s 则，分集水器

直径为

D = 2 ⨯

302

3600 ⨯ 0.5 ⨯ 3.14 =0.462m=462mm

取 DN=500mm

2.7 水处理设备的选择

2.7.1软水器和软化水箱

空调补水应经软化处理，并宜设软化水箱，储存补水泵 0.5~1.0h 的水量[1]。

根据补水量，参照陕西三维能源设备公司的样本，不设计选用的是 SN-0.5A-

BLL-T 型全自动软水器，软水流量为 0.85m3/h。

软化水箱储存 1.0h 补水泵的水量则其容积为 Q=0.85m3 选用南京贝特暖通空调

设备公司容积为 1m3 的水箱。

2.7.2水处理仪

根据冷冻水的流量和冷却水的流量，参照南京贝特暖通空调设备公司的样本，

均选用型号为 TTD-250F 的全自动电子处理仪。

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第三章水力计算

3.1 沿程阻力

m=×l/d× 2×ρ/2=l×R

式中，——沿程摩擦阻力系数；

l——管道长度，m；

d——管道直径，m；

——流体密度，kg/m3；

——管道断面平均流速，m/s；

R——单位比摩阻，Pa/m。

3.2 局部阻力

水流动时遇弯头、三通及其他配件时，因摩擦及涡流耗能而产生的局部阻力为：

j=ξ×ρ× 2/2

式中，——局部阻力系数

3.3 总阻力

△

 Pm

 Pj

3.4 水力计算

首先对管段进行编号（管段编号图见附录），测量出各管段长度，在水力计算器

输入各管段流量，计算算出局部阻力损失和沿程阻力损失。

在系统图中标出各管路

的管径。

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3.5 水力计算表格

序

号负荷（kW）

表 3-1 水管水力计算表

流量   管径    管长

△Py（Pa） 动压（Pa）

 Py+△Pj（Pa）

11993342.3DN30022.3321.264910597961045

2994170.4DN2005.8341.28783638183400

31982340.8DN30012.1371.2649683796697

41115192DN2501.9931.028419352888

580140DN2003.9221.0553210552210

61625280DN25016.4441.586142511231414

7812140DN2005.4681.1532