制冷课程设计.docx

1、制冷课程设计1、设计任务 32、制冷供冷方案确定 52.1制冷方案 52.2供冷方案 52.3排热方案 53、空调制冷系统的总装机容量的确定及制冷设备的选型 63.1空调制冷系统的总装机容量 63.2制冷机类型的选择 63.3制冷机型号、容量、台数的确定 84、冷却水、冷冻水管路系统的设计及计算 94.1冷却塔的选型 94.1.1冷却塔的种类 94.1.2冷却塔型式、容量、台数的确定 94.2冷冻站的布置 114.3冷冻水、冷却水管路系统的设计计算 124.3.1冷冻水、冷却水系统的水流量 124.3.2冷冻水、冷却水管路系统的水力计算 124.3.3冷冻水泵的选择 164.3.4冷却水泵的选

2、择 165、其它辅助设备的选择 165.1水系统的水质控制 165.2水系统的补水量及补水位置确定 175.3冷冻水系统的定压方式定压设备的选择 175.4分水器、集水器 186、制冷设备和管道的保温 186.1需要保温的设备和管道 186.2设备和管道的保温要求 186.3保温材料的选择 196.4保温层厚度的确定 196.5保温结构的做法 207、制冷机房的通风 207.1 机房通风的规定 207.2机房通风的计算 218、设计总结 219、参考文献 221、设计任务1.1设计题目南京市某公共建筑空调用冷源工程设计1.2设计目的本课程设计是制冷技术课程的重要教学环节之一，通过这一环节达到了

3、 解常规空调用冷源设计的内容、程序和基本原则，学习设计计算的基本步骤和方 法，巩固制冷技术课程的理论知识，熟悉相关的规范，培养独立工作能力和 解决实际工程问题的能力。1.3设计内容和要求整个设计要求完成南京市某公共建筑空调用冷冻站的全部设计，内容包括: 制冷设备选型、容量大小、水力计算、水泵选择、保温材料及厚度的确定等，做 到经济合理，满足冷量的要求；应将设计成果整理成设计计算说明书，其中包括： 原始资料、设计方案、计算公式、数据来源、设备类型、主要设备材料表；设计 成果还应能用工程图纸表达出来,要求绘出该冷冻站的平面布置图、有关的剖面 图及系统原理图。1.4设计原始资料1.某公共建筑需要的冷

4、量：已知该冷冻站为某公共建筑（办公楼、旅馆等） 提供空调用冷源，该建筑物所需要的夏季空调总冷负荷（包括新风和室内冷负 荷），按所服务的（同时使用的）各空气调节区（或房间）逐时冷负荷的综合最 大值（即该建筑各空气调节区或各空调房间的冷负荷逐时进行叠加，以某时刻出 现的最大值即为逐时冷负荷的综合最大值）为：1200KW（分水器末端装置集水器之间压差为 15.5mH20）， 设空调风系统可以用最大送风温差送风，即可以直接用露点温度送风。2.设计参数：末端空气处理设备要求空调设计工况下冷冻水供水温度为 7, 回水温度为 12。3.末端水路分区：该公共建筑空调末端水系统（即分水器末端装置集水 器）共分为

5、三路，分别供标准层风机盘管、标准层新风机组和公共部分的柜式空 气处理机组，各末端水路的冷量分配比例大约为：42%（盘管）：26%（新风）:32% （公共）。4.夏季室外气象参数见室外气象参数资料集。（现直录如下）: 南京：夏季空调室外计算干球温度：34.8，夏季空调室外计算湿球温度 28.1，累年最热月月平均室外空气温度：28.2，最热月月平均室外空气计算 相对湿度：81%，夏季室外平均风速： 2.6（m/s ），夏季最多风向：SSE；1.5设计任务完成南京市某公共建筑空调用冷源工程设计，具体包括：（1）冷冻站冷负荷总容量大小的确定；（2）制冷、供冷方案、制冷机排热方案的设计；（3）制冷机类型

6、的选择及型号、台数的确定；（4）冷却水系统的设计及计算；（5）冷冻水系统的设计及计算；（6）膨胀水箱、分、集水器及保持水质的水处理设备等辅助设备的选择和 确定；（7）制冷设备和管道的保温设计计算；（8）制冷机房的通风校核。1.6撰写设计计算说明书。1.7绘图：冷冻站平、剖面图，冷却塔平剖面图，冷冻水、冷却水系统原理图。2、制冷供冷方案确定2.1制冷方案根据参考文献 16 空调系统的冷源应首先采用天然冷源。当无条件采用天然 冷源时，可采用人工冷源。当采用人工冷源时，制冷方式的选择应根据建筑物的 性质、制冷容量、供水温度、电源、热源和水源等情况，通过技术经济比较确定。 民用建筑应采用电动压缩式和溴

7、化锂吸收式制冷机组。因此，本工程拟采用电动 压缩式或溴化锂吸收式制冷机组作为本工程的制冷设备。2.2供冷方案冷冻水环路：在制冷机房，经制冷设备产生的 7 冷冻水通过冷冻水供水管 到达分水器，通过分水器分成三路：分别送往公用建筑的标准层风机盘管、标准 层新风机组和公用部分的柜式空气处理机组，经过公用建筑的空调末端装置对空 气进行冷却去湿处理后， 冷冻水升温为 12的回水，回到集水器，经集水器后 通过空调循环水泵（即：冷冻水泵）升压经回水管返回冷水机组，通过制冷机中 的蒸发器与制冷剂换热实现降温过程，产生 7冷冻水再送出，如此周而复始地 循环。2.3排热方案按冷凝器的排热方式分，制冷机的排热可分为

8、：水冷式、空气冷却式、蒸发 式和淋激式等。据参考文献5水源充足的地区应采用水冷冷凝器，由冷却塔循 环供水；当干球温度较低，缺乏水源的地区，或不便采用水冷却的中小型制冷系 统，可采用风冷式冷凝器；当湿球温度较低、水源不足的地区，或采用水源热泵 系统时，可采用蒸发式冷凝器。考虑到本冷源设备需要提供的的总制冷量容量比 较大，且处于长江流域，水源相对充足，用水冷式冷凝器来排热方案比较合适。 根据冷却水系统设计的基本原则：冷却水应循环使用，由冷却塔循环供水。冷却 水环路：从制冷机冷凝器出来的的冷却水经冷却水供水管到达冷却塔，经冷却塔 与空气进行热质交换，冷却降温后通过冷却塔回水管经冷却水泵升压返回到冷水

9、 机组的冷凝器，在冷凝器中，冷却高压高温制冷剂，冷却水带走制冷剂的排热而 升温后再送出如此循环往复。考虑到系统的稳定安全高效地运行，系统中配备定压、补水，电子水处理 等附属设备。3、空调制冷系统的总装机容量的确定及制冷设备的选型3.1空调制冷系统的总装机容量空调冷源设备需要提供的的总供冷量(即制冷系统负荷)应以夏季同时使 用的(包括新风和室内冷负荷)各空气调节区或各空调房间的冷负荷逐时进行叠 加，以某时刻出现的最大冷负荷作为制冷系统选择设备的依据，还应加上其它有 关附加冷负荷。Q总 = (1+k1)(1+ k2)(1+k3)Q式中：k1：风系统冷量附加系数，一般取=5%-10%;k2 ：水系统

10、冷量附加系数，一般取=7%-10%;k3 ：冷热抵消引起的附加冷负荷，用附加系数表示，因采用露点送风，k3 =0;Q：按所服务的(同时使用的)各空气调节区(或房间)逐时冷负荷的综 合最大值，Q=1200KW。Q总=(1+0.08) (1+0.1) 1 1200=1425.6kw3.2制冷机类型的选择根据 HVAC 设计指南,一般选冷水机组作为空调用冷源。冷水机组的选择,一 般依各种型式冷水机组所用制冷剂的种类、性能系数、适用的冷量范围、自动控 制程度及对冷却水源的水质、水量等方面进行综合比较确定。据参考文献5制冷机的选择应根据制冷工质的种类、装机容量、运行工况、 节能效果、环保安全以及负荷变化

11、和运行调节要求等因素确定。即制冷机所用制 冷剂应符合环保要求：ODP均和 GWP要小；其性能系数COP 要高，运行时的调节性能要好等等。各种制冷机 COP值及最佳冷量见表 1。表 1 各种制冷剂冷量范围及等效等级表类型额定制冷量（CC）（KW）能效等级（COP，W/W）12345风冷式或蒸发冷却式CC503.203.002.802.602.4050CC3.403.203.002.802.60水冷式CC5285.004.704.404.102.80528CC11635.505.104.704.304.001163CC6.105.605.104.604.20注：节能型机组要达到表中能效等级 2 级

12、，其他机组最低要达到表中的 5 级，该强制标准已经于 2005年 3月 1日实施。结论：由于电制冷机的 COP明显高于溴化锂吸收式制冷，本工程采用电制冷 冷水机组作为空调用冷源制冷设备。各种冷水机组 COP值及最佳冷量范围表见下表 2。表 2 不同形式冷水机组的制冷量范围、使用工质及性能系数制冷机种类制冷剂单机制冷量（kw）性能系数（COP）压缩式制冷 机活塞式 （模块式）R22、 R134a（ R12 ）5210603.574016涡旋式R222104.004.35螺杆式R22、（R12）35238704.505.56离心式R123（R11）35238704.765.90R134a、（ R1

13、2）25028150R22106035200吸收式蒸气、热水式NH3/ H2O0.6H2O /LiBr（双效）24052791.001.23直燃式H2O /LiBr（双效）24034801.001.33压缩式制冷机性能系数能达到 4左右，而吸收式制冷机仅为 1左右，由于压 缩式制冷机（即电制冷机）的 COP明显高于吸收式制冷，本工程采用压缩式制冷 机作为空调用冷源制冷设备。3.3制冷机型号、容量、台数的确定据参考文献5一般空调用制冷机不考虑备用, 台数不宜过多,一般 2-4 台 为宜，并应于供冷负荷变化情况及运行调节要求相适应。多机头机组可以选用单 台机组。优选 COP值高的、调节性能好的机型

14、。考虑到本工程实际，宜选用电制 冷 2 台冷水机组，以便于适应供冷负荷变化情况及运行调节要求。小容量的对应 选活塞或螺杆机；大容量的对应选螺杆或离心机。表 3 水冷式冷水机组选型范围单机名义工况制冷量（kw）冷水机组类型116涡旋式1161054螺杆式10541758螺杆式离心式1758离心式本工程采用两台制冷机，每台制冷机所需冷量为 712.8kw，根据表 3 选用螺 杆式冷水机组。根据每台制冷机所需冷量为 712.8kw，以及强条规定电制冷机总装机容量与 计算需要的冷负荷比值不超过 1.1，因此根据开利螺杆机技术参数（表 4）选择 开利 23XL220 螺杆机。名牌冷却水进、出水温度为 3

15、0-35，而本设计的室外气象参数的湿球温度 均在 28.1左右，则经冷却塔冷却进冷凝器的进水温度在 32左右，冷却塔不 能提供 30的冷却水，所以要进行修正，冷凝温度每提高1，制冷量减少 1.3%， 根据所给资料， 冷却水进水温度为 30，出水温度为 35时，机组制冷量为 754KW，功率为 140KW，冷水流量为 129m3/h，冷却水流量为 154m3/h，两台机组 制冷量为 1508KW，满足要求。4.冷却水、冷冻水管路系统的设计及计算4.1冷却塔的选型4.1.1冷却塔的种类根据参考文献1可知，冷却水供应系统分为自然通风和机械通风两种，但 自然通风冷却塔因占地面积大，体积大，且冷却效率低

16、，在制冷系统中已不采用， 冷源常常采用机械通风循环冷却水系统。因此，空调用制冷普遍采用的是用机械 通风循环塔。4.1.2冷却塔型式、容量、台数的确定根据本工程情况,参考常用冷却塔的几种类型,进行技术经济比较（查看表 5），决定选用逆流式冷却塔，其换热效率高，并且可达到节省水资源的效果,冷 却塔容量大小应按冷效和冷幅来选定，台数宜按制冷机台数一对一匹配设计，不 考虑备用，所以选用 2台逆流式冷却塔。由已选择的每台冷水机组的冷凝器的水流量为 154m3/h，查相关资料，确定 冷却塔型号为双良冷却塔 BCNPDG-180（），每台冷却塔相关参数见表 6。表 5 逆流、横流、喷射冷却塔性能比较及适用条

17、件项目逆流式冷却塔横流式冷却塔喷射冷却塔效率冷却水与空气逆流 接触，热交换效率高水量、溶剂散质系数 rv相同，填料容积 要比逆流塔大 15 20%喷嘴喷射水雾的同时， 把空气导入塔内，水和 空气剧烈接触，在t 小，t2 -大时效率高， 反之则较差配水设备对气流有阻力，配水 系统维修不便对气流无阻力影响， 维护检修方便喷嘴将气流导入塔内， 使气流流畅，配水设备 检修方便风阻水气逆向流动，风阻 较大，为降低进风口 阻力降，往往提高进 风口高度以减小进 风速度比逆流塔低，进风口 高，即为淋水装置 高，故进风风速低由于无填料，无淋水装 置，故进风风速大，阻 力低塔高度塔总高度较高填料高度接近塔高， 收

18、水器不占高度，塔 总高低由于塔上部无风机，无 配水装置，收水器不占 高度，塔总高最低占地面积淋水面积同塔面积，占地面积小平面面积较大平面面积大热湿空气回流比横流塔小由于塔身低，风机排 气回流影响大由于塔身低，有一定的回流冷却水温差 t= t1-t2 可 大于 5，(t1-进口温度， t 2 -出口温度)t 可大于 5t=45冷却幅高t2 -可小于 5t 2 -可小于 5气象参数大气温度可大于27可大于 27t 2 - 5 27冷却水进水压力要求 0.1MPa可0.5MPa要求 0.10.2MPa噪声超低噪声型可达55dB(A)低噪声型可达65dB(A)可达 60dB(A)以下表 6 中注：Dg

19、1 为进水管公称直径，Dg2 为出水管公称直径，Dg3 为自动补 水管公称直径，Dg4 为溢流管公称直径，Dg5 为排污管公称直径。表 6 冷却塔参数表型号冷却 水量 m3/h风机电动 机功 率 KW进水 塔水 压 kPa重量Kg噪声 dB（A）风量 万 m3/h直径 mm制品重量运转重量Dm16mBCNPDG-180()1801124005.537199939536355.5型号外形尺寸管径（公称直径）HDh1h2h3h4Dg1Dg2Dg3Dg4Dg5BCNPDG-180()4300375020550580610150175255050基础尺寸12abcL1L2396215002505001

20、04804504.2冷冻站的布置制冷机房设计时，应符合下列规定：1、制冷机房宜设在空调负荷中心；2、宜设置值班室或控制室，根据使用需求也可设置维修及工具间；3、机房内应有良好的通风设备；地下机房应设置机械通风，必要时设置事 故通风；值班室或控制室的室内设计参数应满足工作要求；4、机房应预留安装孔、洞及运输通道；5、机组制冷剂安全阀泄压管应接至室外安全处；6、机房应设电话及事故照明装置，照度不宜小于 100lx，测量仪表集中处应 设局部照明；7、机房内的地面和设备机座应采用易于清洗的面层；机房内应设置给水与 排水设施，满足水系统冲洗、排污要求；机房内设备布置应符合下列规定：1、机组与墙之间的净距

21、不小于 1m，与配电柜的距离不小于1.5m；2、机组与机组或其他设备之间的净距不小于 1.2m；3、宜留不小于蒸发器、冷凝器或低温发生器长度的维修距离；4、机组与其上方管道、烟道或电缆桥架的净距不小于 1m；5、机房主要通道的宽度不小于 1.5m。4.3冷冻水、冷却水管路系统的设计计算4.3.1 冷冻水、冷却水系统的水流量单台冷水机组蒸发器的水流量为 129m3/h=35.8L/s，冷冻水系统总的水流量 为 35.8L/s 2=71.67 L/s ； 单台冷水机组冷凝器的水流 154m3/h=42.78L/s 。所 以冷却水系统总的水流量为 42.78L/s2=85.56L/s。4.3.2冷冻

22、水、冷却水管路系统的水力计算（1）管径的确定式中： L水流量（ m3 /s ）V 计算流量（ m / s ）（2）管路的阻力计算原理（总阻力=沿程阻力+局部阻力） 沿程阻力： h = l = Rld2式中： h长度为l（m） 的直管段的摩擦阻力（pa） ； 水与管内壁间的摩擦阻力系数；l 直管段的长度（m） ；d 管内径 （ m） ； 水的密度(kg/ m3) ，当4时 1000 kg/ m3 ；R 长度为 1m 的直管段的摩擦阻力（pa/m） 。其中摩擦阻力系数 值与流体的性质、流速、管内径大小和管内壁的粗糙有关， 可以用下式计算：式中： 管内壁的当量绝对粗糙度（m）；推荐水管的 值为：开式

23、系统取0.0005m；闭式系统取 0.0002m。Re 雷诺数，与水的运动粘滞系数，水温，流速和管径有关。 2局部阻力： h = v （Pa）2式中： 局部阻力系数；v 流速（ m/s） ； 密度（ kg/m ）；各管段管径各管段标注如下图：冷冻水冷却水水力计算草图计算结果见表 7，表8，表 9，表10。表 7 冷冻水管水力计算冷冻水管水力计算管 段流量 (L/S)管径 ( mm )管长(m)水流速 v(m/s)比摩阻 R(Pa/m)沿程阻力Py(Pa)局部阻力Pj(Pa)总阻力Py+Pj(Pa)171.672006.52.13220.811435.272268.454.510208.0311

24、643.29235.815015.32.03299.534582.812060.4548241.8012824.61371.6720020.52.13220.814526.612268.458.419054.9823581.59435.81507.52.03299.532246.482 060.457.415247.3317493.81535.815012.52.03299.533744.132 060.4511.523695.1827439.30671.672001.42.13220.81309.132268.451.53402.683711.81管道总阻力损失：Py+Pj=88452.61

25、pa表 8 冷冻水系统局部阻力系数表局部阻力系数表管段类型阻力系数个数管段类型阻力系数个数1蝶阀0.521490弯 头133分流三通1.511.5蝶阀0.510.590弯 头111止回阀3.413.44.5软接0.510.52蝶阀0.510.57.4y 型过滤 器3135软接0.510.5软接0.510.5电动阀7174蝶阀0.510.53分流三 通1.52390弯 头13390弯 头111合流三 通0.510.5软接0.510.511.5止回阀3.413.4690弯 头111蝶阀0.510.5蝶阀0.510.58.41.5表 9 冷却水管水力计算表冷却水管水力计算表管 段流量 (L/S)管径

26、 ( mm )管长(m)水流速 v(m/s)比摩阻 R(Pa/m)沿程阻力Py(Pa)局部阻力Pj(Pa)总阻力Py+Pj(Pa)742.782006.11.2798.94603.53806.454.33467.744071.27885.5625017.21.63120.922079.821 328.4579299.1511378.97942.782001.91.2798.94187.99806.457.56048.386236.361042.7820014.11.2798.941395.058 06.4510.58467.739862.781185.562505.51.63120.92665

27、.061328.453.54649.585314.641242.782008.21.2798.94811.31806.4564838.705650.011385.5625014.21.63120.921717.061 328.4513.517934.0819651.141442.782008.41.2798.94831.10806.456.55241.936073.02管道总阻力损失：Py+Pj=68238.19Pa表 10 冷却水系统局部阻力系数表局部阻力系数表管段类型阻力系数 个数管段类型阻力系数 个数790弯头1331290弯头122增扩变径0.310.3软接0.510.5软接0.510.5y 型过滤 器313蝶阀0.510.5蝶阀0.510.54.36890弯头1771390弯头1557合流三通1.511.59蝶阀0.510.5