双冷源冷水机组设计.docx

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双冷源冷水机组设计

毕业设计

院系名称机械与汽车工程学院

2015年06月12日

摘要:

本课题是关于对24匹（60

）风冷/蒸发压缩式双冷源冷水机组机房空调的循环流程的设计，其中设计的主要流程包括关键部件的论证、压缩机选型、换热器计算、制冷剂选择以及制热量的选择方案。

随着信息时代的发展，整个社会信息化程度的不断提高，对于数据中心机房空调的需求也越来越大，在有限的空间内IT设备的密度和业务都不断增大，随之而来的是用电负荷的逐渐加大，热流密度的不断提高，这就要求我们不断探索新的空调解决方案。

作为数据中心空调的集中冷源，冷冻水系统与各自独立的直接膨胀式空调系统相比，制冷效率更高，设备更集中，运行更稳定，故障率和维护成本更低，国外众多大型数据中心普遍使用冷冻水空调系统。

本设计采用双冷源冷水机组在于充分利用室外冷空气对高温回水进行直接冷却，减少压缩机的启动时间，从而达到节约资源。

其中它与普通冷水机组最大的区别在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却热交换盘管，优先利用环境冷空气冷却盘管内的回水。

通过冷冻水循环管路的精心设计以及控制逻辑的优化，实现与机房内部空调气流组织的完美匹配，并且可以根据室内热负荷以及室外环境的变化，对冷冻水流量进行灵活的调节，将自然冷却的效益发挥到最大，始终使机组保持高效运行

。

关键字：

双冷源冷水机组；机房空调；自然冷源；风冷

Abstract:

Themaintopicisaboutthecirculationflow24（60kw）air/vaporcompressionchillersdoublecoldsourceofdesign,processdesign,includingthemainargumentofcriticalcomponents,compressorselection,calculationoftheheatexchanger,refrigerantselectionandheatingcapacityoptions.

Withthedevelopmentoftheinformationage,thewholesocietytocontinuouslyimprovethelevelofinformation,datacenterdemandforroomair-conditioningisalsogrowing,inalimitedspacedensityITequipmentandservicesareincreasing,andtheattendantelectricityloadisgraduallyincreased,andcontinuouslyimproveheatflux,whichrequiresustoconstantlyexplorenewairconditioningsolutions.Asacentralizeddatacenterairconditioningcoolingsource,chilledwatersystems,comparedwithindependentdirectexpansionairconditioningsystems,highercoolingefficiency,thedeviceismoreconcentrated,morestable,lowerfailurerateandmaintenancecosts,manylargedatacentersabroadwidespreaduseofchilledwaterairconditioningsystem.Doublecoldsourcechillersthattakefulladvantageofthisdesignuseshigh-temperatureoutdoorcoldbackwaterdirectcooling,reducingstart-uptimeofthecompressor,soastoachievetheconservationofresources.Whereitiswithordinarychillerbiggestdifferenceisthatitisinstalledbeforethecondensingcoilnaturalcoolingheatexchangercoil,designedtopreferentiallyusebackwaterenvironmentinsidethecoldaircoolingcoil.Bycarefuldesignoffrozenwatercirculationpipingandcontrollogicoptimizedtoachieveaperfectmatchwiththeroomairdistributioninsideandcanchangeaccordingtotheindoorandoutdoorenvironment,theheatloadonthechilledwaterflowforflexibleadjustment,naturalcoolingtomaximizeefficiency,andalwayskeeptheunitrunningefficiently.

Keyword:

Doublecoldsourcechiller;CRAC;Naturalcoolingsource

Air-cooled

1绪论

1.1引言

制冷技术在国民经济中应用极为广泛，几乎没有一个部门不应用这一技术。

在食品工业方面，制冷技术应用最早。

目前，在商业流通中冷库设施、冷藏船、冷藏列车、冷藏汽车以及冷藏柜台、冰箱等装置的使用逐渐普及，而冷藏库的服务范围，随着社会经济、科学技术的发展以及人民生活水平的提高，空调技术越来越广泛应用于日常生活及各种社会场所。

尤其是随着信息时代的快速发展，催生了更多的数据机房的建设，与此同时，机房产生的大量的热量急需排出室内，以保证机房的机器能够安全的运行，为了让机房的机器能保证在一定的温度范围内运行，需要利用制冷技术来解决当前问题，通过机房空调的建设，可以实现数据机房的温度、湿度以及洁净度保持在一定的范围内，这样可以实现恒温恒湿环境，使得机房的机器能够正常的运行。

1.2发展状况及前景

信息产业和数字化时代的快速发展，推动了数据机房的建设和数量，随着机房空调的建设，机房空调在机房的能耗的比例越来越高，由于机房的机器需要全年运行在一定温度范围内才能保证其安全性，这使得机房空调需要一年四季连续运行，尤其是在室内设定温度低于室外侧温度的季节，特别是在寒冷的北方，常规的空调系统仍需要继续运行压缩式制冷系统，传统的压缩式制冷系统工作效率不是很高，而且在工作容易出现故障，所以，新的制冷系统应运而生

。

目前较为常见的机房空调使用的制冷装置系统采用风冷冷水机组、水冷冷水机组，若能利用室内外的温差来提供室内的冷量，这将大大减少空调系统的能耗和运行成本,即为机房空调提供集中冷源的冷水机组需要常年运行即便在室外温度很低的条件下也需要空调继续运行，当室外温度较低的条件下，我们可以利用室外的冷空气来冷却高温回水，这样我们就可以实现在不适用压缩机的情况下，实现制冷效果，这种方法我们称之为自然冷却，不需要开启压缩机制冷系统，即压缩机处于关闭状态，其中此冷水机组与常规的冷水机组的最大区别在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却盘管内的回水。

从而实现了根据室外温度的不同切换制冷系统的运行方式。

在自然冷却冷水机组的基础上，相继提出了全新的数据中心的机房空调解决方案，如阿尔西提出的数据中心自然冷却冷冻水系统，它通过冷冻水循环管路的精心设计以及控制逻辑的优化，实现与机房内部空调气流组织的完美匹配，并且可以根据室内热负荷以及室外环境的变化，对冷冻水流量进行灵活的调节，将自然冷却的效益发挥到最大，始终使机组保持高效运行。

又如目前较为先进的处理方案就是基于热管技术的机房空调解决方案，主要是利用了热管实现了相变制冷，其制冷效果比常规的制冷效果高出很多

。

相信在不远的未来，机房空调的解决方案能够得到进一步提升，这样就能节约更多的资源。

2制冷系统设计

2.1方案确定

根据论文设计要求，本次设计采用双冷源冷水机组设计

，其原理图见图2-1

2-1复合型机房空调模块方案图

1-节流结构2-制冷单元冷凝器3-制冷单元压缩机4-壳管式换热器

5-旁通电磁阀6-室外冷凝器7-室内末端装置8-液泵

原理：

根据选用的双冷源冷水机组设计要求，此设计夏季采用制冷压缩循环，室内高温回水与制冷剂在壳管式换热器里面进行热交换，被冷却的低温冷水继续进入室内，在室内末端装置处与室内高温空气进行换热，将热量带出室内，这样就可以实现室内温度保证在一定的范围内。

高温高压的制冷剂通过铜管到达室外，经过室外风冷冷凝器，与室外实现热交换，变成低温高压的制冷剂，在通过节流阀的作用，变成低温低压的液体，这样实现了机械制冷循环。

冬季时，当室外温度较低时，此时，可以关闭机械制冷系统，室内高温回水直接通过三通阀，到达室外冷凝器，直接与室外冷风进行换热，然后冷却的高温回水又进入房间，实现无压缩机制冷，此制冷方式为自然冷却。

该冷水机组的特点：

（1）采用自然冷源，当室外温度一定低的时候，可以关机机械制冷循环，实现无压缩式制冷，此方案可以实现更多的节能，重要的是可以延长压缩机的寿命。

（2）采用此方案，可以使系统工作在三个工作区，当室外温度较高时，采用机械制冷循环，当室外温度处于一定范围时，可以开启自然冷却系统循环，室内高温回水可以先通过室外翅片式冷凝器进行风冷，带走一部分热量，接下来水在与制冷剂进行换热，这样可以实现一定量的节能。

当室外温度足够低时，可以完全关闭机械制冷系统，直接用室外冷风进行冷却，可以实现无压缩制冷。

2.2本设计的题目与数据

2.2.1设计题目：

60kw风冷/蒸发压缩式双冷源冷水机组设计

2.2.2设计工况：

制冷量为60kw，运行环境（-10~50

），并参考相关标准

2.2.3研究内容：

本次课题研究主要是研究风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组的基本工作流程设计，论证关键部件、制冷剂（R410a）的选择方案，并分析系统的先进性。

设计内容包括：

热力计算、压缩机选择、换热器设计，附件选择，系统集成。

2.3相关参数设定

2.3.1制冷单元性能工况

按GB17758-2001里面的规定，制冷单元性能工况见表2-1

所示

表2-1制冷单元性能工况

工况条件

室内侧空气状态（

）

室外侧空气状态（

）

干球

湿球

干球

湿球

使用工况

2.3.2蒸发温度和冷凝温度确定

（1）蒸发温度

确定:

冷冻水进口温度

=

，出口温度

，则根据公式可确定蒸发温度

为：

；

其中

为蒸发器中平均传热温差，对于氟利昂等制冷剂蒸发器取6-8

，为了使机房运行时空调机组不产生冷凝水，提高机房空调的安全性，则本次设计空调的冷水供回水温度由

提升到

。

冷水温度的提升，可以使冷水机组的

值可以更高，则系统节能效应更好；

（2）冷凝温度

确定