空气调节用制冷技术课程设计

1、1设计概述该课程设计设计的是重庆某办公楼空调机房设计。重庆某办公楼空调系统冷负荷为 2000KW，冷冻水供水温度为7C,回水温 度为12C，采用独立空调制冷机房。根据计算的冷负荷，确定方案，布置制冷 机房，完成系统方案设计；确定系统运行参数，主要是冷冻水、冷却水的工作温 度、流量、压力等，进行热力计算；选择冷水机组型号，绘制制冷系统工艺流程 图和制冷机房平、剖面草图；选择其他辅助设备如冷冻水泵、冷却水泵、除污器、 冷却塔等；确定管道直径，进行水力计算；2设计依据2.1原始数据该设计为重庆市某办公楼的空调机房设计，设计参数见表2-1表2-1基本参数经纬度北纬 29° 31 '东

2、经 106° 29'夏季空调室外干球温度（C）35.5夏季空调室外湿球温度（C）26.5冷冻水供、回水温度（C）7、12制冷剂选择R22空调系统冷负荷 KW20002.2制冷剂的选择制冷剂是制冷装置中进行循环制冷的工作物质，又称为“工质”。制冷剂的样式有很多种主要分为有机化合物（氟利昂）、无机化合物、混合溶液三大类， 每一类中的制冷剂又有很多种。氟利昂氟利昂是饱和碳氢化合物卤族衍生物的总称， 是 20 世纪 30 年代出现的一类 合成制冷剂， 它的出现解决了对制冷剂有了各种要求的问题。 本设计使用到的制 冷剂为 R22 型制冷剂。氟利昂22 ( R22或HCF22)化学性质稳

3、定、无毒、无腐蚀、无刺激性、并 且不可燃， 广泛用于空调用制冷装置， 特别是房间空调器和单元式空调器几乎均 采用此种制冷剂，它也可满足一些需要-15C以下较低蒸发温度的场合。R22是一种良好的有机溶剂，易于溶解天然橡胶和树脂材料；虽然对一般高 分子化合物几乎没有溶解作用， 但能使其变软、 膨胀和起泡， 故制冷压缩机的密 封材料和采用制冷剂制冷却的电动机的电器绝缘材料，应采用耐腐蚀的氯丁橡 胶、尼龙和氟塑料等。另外 R22 在温度较低时与润滑油有限溶解，且比油重， 故需采取专门的回油措施。由于R22属于HCFC类制冷剂，对大气臭氧层稍有破坏作用，其ODP=0.034, GWP=1900,我国将在

4、2030年淘汰R22。2.3 确定制冷系统的设计工况确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度10、冷凝温度t k、压缩机吸气 温度11和过冷温度t g等工作参数。有关主要工作参数的确定参考 制冷工程设计 手册进行计算。确定冷凝温度时，冷凝器冷却水进、出水温度应根据冷却水的 使用情况来确定。2.3.1 蒸发温度( t 0 )的确定蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。 蒸发温度的高低取决于被 冷却物体的温度，另外蒸发温度还与蒸发器的型式有关。选用满液卧式蒸发器， 蒸发温度t。比冷冻水出口温度低23C，取t°=5C。冷凝温度( t k )的确定从制冷工程设计手册中查到重庆地区夏季室

5、外平均每年不保证 50h的湿球温度t s =26.5 C本制冷系统采用直流式冷却水系统，冷却水进水温度按下式计算：tsi ts 26.5 C冷却水出冷凝器的温度 t s2 ，与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形式有关。 选用立式壳管式冷凝器，其冷却水进出口温差为47C。考虑最不利情况，其进、 出口水温差取5C,贝U：t s2 t s1 526. 5531. 5C系统以水为冷却介质，冷凝温度tk比冷却水进口温度tsi高约714C，比出口温度ts2高约24 C，综合考虑，取冷凝温度t k =33.5 Co过冷温度（ t g ）的确定是否采用过冷应进行全面的经济技术分析。节流前液体的过冷可在系统中设

6、置再冷却器，或当系统中使用卧式壳管式冷凝器时，增大冷凝器的传热面积 5%-10%来实现，一般会提高制冷循环的经济性，但会增加设备的投资，所以要 考虑具体条件，合理选择过冷度。一般情况下，过冷温度比冷凝温度低35C，这里取过冷度为4C,所以tg t k 433. 5429. 5C压缩机吸气口温度（ t 1 ）的确定压缩机的吸气温度一般与制冷剂种类、吸气管的长短和保温情况有关。以氟 利昂为制冷剂的制冷系统一般希望有一定的吸气过热度， 一贝可以提高循环的经 济性，同时避免液击事故的发生，保证系统正常运行。氟利昂过热度为 815C， 这里取11C。故：t1 t0 11 16C2.3.5 制冷系统理论循

7、环 lgp-h 图根据绘制的p-h图查表求得各状态参数:状态点温度（C）绝对压力（Mpa）比焓(kg/KJ )比熵(kg/(KJ -k)比容（m3/kg）180.641407.91.7400.0371'50.584406.91.7440.0402361.389415.51.7040.01682'33.51.321415.11.7060.018333.51.321241.81.142一3'301.192236.61.125一450.584206.01.021一4'50.584206.01.021一236制冷系统热力计算（1）单位质量制冷量（q。）的计算q0 = g

8、h4 = 407.9-206.0=201.9 kJ/kg（2）单位容积制冷量（qv）的计算q。201.9qv0=5456.76kJ/m3v,0. 037（3）制冷剂质量流量（Mr ）的计算Mrq。2000201. 9=9.91kg/s（4）制冷剂的体积流量（Vr ）的计算Vr=0.367m3/s 5456. 76(5) 压缩机所需的理论功率(Rh )的计算RhMr( h2hi)=9.91)(415.5 406.9)=8.6kw(6) 制冷系数(o)的计算q。Rh201. 9=23.488.6(7) 单位冷凝负荷(qQ的计算qk h2h3=415,5 236.6=178.9kJ/kg(8冷凝器热

9、负荷(Qk )的计算QkMRqk =9.91 >178.9=1772.9 kw(9)逆卡诺循环制冷系数(；)的计算T°TkT02732655 =12.95(10)热力完善度()的计算9. 9112T9=0.772.4制冷压缩机和电动机的选择制冷压缩机是蒸汽压缩式制冷装置的一个重要设备。制冷压缩机的形式很 多，根据工作原理不同，可分为两大类：容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。压缩机的类型目前，用于大中型制冷系统的压缩机主要有三种， 分别为活塞式制冷压缩机、 螺杆式制冷压缩机、离心式制冷压缩机。三种制冷压缩机的特点和适用条件见表2-2表2-2压缩机类型压缩机种类活塞式螺杆式离心式

10、单级取大压缩比10204.5单机制冷量（kw）305806027307034222最大排气压力（bar）15.518.510.0最高排气温度（C）1201509010575单级最大进、出口压差（bar）141812.6参考相关设计规范：制冷量大于 1758KW时宜选用离心式；制冷量 10541758KW时宜选用螺杆式或离心式；制冷量在 7001054KW时宜选用螺杆 式；制冷量在116700KW时宜选用螺杆式或往复式；制冷量小于 116KW时宜 选用活塞式或涡旋式。压缩机的类型多种多样，有开启式、封闭式、半封闭表2-3比较这三种类型优缺点。表2-3开启式、封闭式、半封闭式螺杆压缩机的比较序号项

11、目开启式封闭式半封闭式1单机COP值单机COP较高4.65.6，但机房降温需消耗额外的能量较低 4.65.2较低 4.65.22可维修性方便维修不方便维修，如需 维修则需破坏压缩机外壳。维修之 前不方便维修打价方便维修3系统泄漏因为电机与压缩机用轴传动，故 机组内的冷冻机油和冷媒不可避 免的产生泄漏问题，需经常添加 冷媒和冷冻机油。因电机和压缩机 在一个壳体内，不 存在泄露冋题因电机和压缩机 在一个壳体内，不 存在泄露冋题4是否需要轴封需<不需要不需要是否存 在轴对 中的问 题开启式压缩机由于电机轴与压缩 机轴温度不冋造成不冋膨胀量而 引起轴不对中、破坏轴封的问题不存在不存在5主机房降温

12、处理措施因为开启式压缩机的电机冷却是 靠空气冷却，电机散发的热量全 部散入到主机房，考虑到机组的 运行和操作人员的原因，故主机 房必须做降温和通风处理。如550RT的机组输入功率 370KW， 电机效率90%，则发热量为37KW，需要给机房配置一台 15HP的空调来降温只需要做普通的通风处理，以供给新风只需要做普通的通风处理，以供给新风6电机冷 去卩方式空气冷却，效率不稳定，不稳定且电机容易污损封闭型电机采用 独立的制冷剂回 路冷却电机，效率咼而且电机工作 温度低而稳定，更好地保证了机组 的稳定性，延长了 电机寿命，同时根 本解决了困扰开 启式电机的漏油、漏氟和轴不对中 等一系列问题封闭型电机

13、采用 独立的制冷剂回 路冷却电机，效率咼而且电机工作 温度低而稳定，更好地保证了机组 的稳定性，延长了 电机寿命，同时根 本解决了困扰开 启式电机的漏油、漏氟和轴不对中 等一系列问题8对电网的冲击启动电流大，对电网冲击大，需 用户增加价格昂贵的软启动或变 频装置来降低对电网的冲击启动电流小，对电 网冲击小启动电流小，对电 网冲击小9运转噪音因电机外露，噪首大噪首较小噪音小10在市场 上所占 份额非主流产品，市场上只有1到2家做非主流产品，市场 上只有1到2家做主流产品，占市场80%以上综合考虑经济、制冷要求、选用的制冷工质、运行管理及对制冷量调节等方 面的因素，本制冷系统选用半封闭螺杆制冷压缩

14、机。232压缩机级数选择压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氟利昂为制冷剂，当咅 10时，应采用单级制冷压缩机；否则应采用双级压缩机。P0对于本设计制冷系统中，P1 321窗=2迹10因此'本设计制冷系统采用单级压缩压缩机选择计算压缩机的容积效率：1Pk n0.940. 085(-)Po式中：111 321 180.940. 08510.5840.862P。压缩机的吸气压力，MPa ；Pk压缩机的排气压力，MPa ；n制冷剂的压缩指数，制冷剂为 R717时，n = 1.28,制冷机为R12时，n = 1.13,制冷剂为R22时，n为1.18。系统所需理论输气

15、量计算：Vr业-200036001530.68m3 / hq。201.9 0.8622.4冷凝器选择及冷却水系统计算冷凝器选择原则冷凝器的作用是将制冷压缩机推出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化，以使制冷剂在系统中循环使用。根据冷却剂种类的不同，冷凝器可归纳为四类，即：水冷、风冷、水一空气冷却(蒸蒸发式和淋水式)一级靠制冷剂或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。空气调节用制冷装置中主要使用前三类冷凝器。水冷式冷凝器是用水冷却高温高压气态制冷剂而使之冷凝的设备。冷却水可以是地下水、地表水、经冷却后再利用的循环水，后者使用最为广泛。由于水的 温度比较低，所以，采用水冷式冷凝器可以得到较低的冷水温度，

16、对制冷系统的 制冷能力和运行经济性均有利。常用的水冷式冷凝器有壳管冷凝器、套管式冷凝器呵焊接板式冷凝器。其中 管壳式冷凝器又分为卧式管壳冷凝器和立式管壳式冷凝器。冷凝器的选择计算主要是确定冷凝器的传热面积、选择适用的冷凝器并计算 冷凝器的冷却水用量。对于重庆市某办公楼所满足的条件，选用卧式管壳式冷凝器。242确定冷凝器的换热面积冷凝器的热负荷计算:Q 1. 1620002320 KW式中:冷凝器热负荷系数，它与蒸发温度、冷凝温度、气缸冷却方式以及制冷剂种类有关，其值随蒸发温度的降低和冷凝温度的升高而增加。这里取=1.16。冷凝器传热温差t m的计算:式中:tmt w2t w1ln t kt w

17、1t kt w233.526. 5。5. 59 C ,33. 526.5In -33. 531.5tw2冷却水出冷凝器的温度,t W1 冷却水进冷凝器的温度,tk 冷凝温度，C。冷凝器传热面积的计算:232012001000345. 86 m25. 59式中:K冷凝器的传热系数,W/( m2k),由于采用氟利昂卧式管壳式冷凝器,其传热系数10001500 W/(m2 k)，在这里 K 取 1200 W/( m2 k)。243冷凝器冷却水量的计算冷凝器冷却水量Mk可用下式计算:Mkq2320110.48( kg / s)Cw(t w2t w1 )4. 2 (31.526.5)式中Cw -冷却水的

18、比热容，kJ /( kg K)，取Cw =4.2 kJ /( kg K)；t w1 , t w2 冷凝器进出水温度，°C。2.5蒸发器的选择及冷冻水的计算在制冷循环过程中，液态制冷剂经过节流后在蒸发器中汽化吸热，使被冷却介质的温度降低，达到制冷目的。按供液方式的不同，蒸发器可以分为满液式、非满液式、循环式和喷淋式等。 满液式蒸发器的沸腾放热系数大，缺点是需要加入大量的制冷剂。属于满液式的 油立管式、螺旋管式和卧式管壳蒸发器。非满液式蒸发器主要用于氟利昂制冷系 统，其传热系数比满液式差，但充液量少，润滑油容易返回压缩机。属于非满液 式的有管壳式蒸发器和直接蒸发式空气冷却器。循环式蒸发器

19、是依靠泵强迫制冷 剂在蒸发器中循环，因此沸腾放热系数较高并且润滑油不易在蒸发器中积存。由于循环式蒸发器的设备费用高，所以目前只在大中型冷库中使用。喷淋式蒸发器 是用泵把制冷剂送至喷嘴后的喷淋在传热表面上，这样可减少制冷剂的充液量， 又能消除静液高度对蒸发温度的影响，但因设备费用高而较少使用。按被冷却的介质种类，蒸发器可分为冷却液体的蒸发器和冷却空气的蒸发 器。冷却液体的蒸发器主要有立管式和卧式管壳蒸发器。立管式蒸发器由数个管 组成，装在矩形的水箱内，在蒸发管组中制冷剂下进上出，循环良好，所以其传 热效果好。蒸发器形式的选择卧式管壳式蒸发器是现在空调用冷水机组中最为广泛的蒸发器，适用于闭式冷冻水

20、系统。它具有传热效率高，占地面积小，与卧壳式冷凝器一起配合使用可以充分利用空间布置。但要注意以下几个问题：1.被冷却介质是淡水时应设温度 控制器作保护，避免水温过低而结冰；若是冷却盐水作为载冷剂，应注意蒸发温 度与盐水浓度的关系，盐水的冻结点应该比蒸发温度低 10C。2.和卧壳式冷凝器 一样，在设计机房时，应给他们留有足够的清洗距离。立式冷水箱适用于大型空调装置，在开式冷冻水系统中一般优先考虑此种冷 水箱。它具有传热系数高、水量大、蓄冷能力强、制冷工况稳定等突出优点，而 且不需要另设水池和便于水泵启动的高位水箱，既可减少投资又使系统简化。直接蒸发式空气冷却器主要用于冷库，在空调系统用来冷却空气

21、。根据设计 规范，它只适用于以氟利昂作为工质的制冷系统， 以防由于泄露使得空气受到污 染。因此在空调装置中，这种空气冷却器已只限于在小型空调器中使用， 大中型 装置已采用冷水式表冷器。综上所诉，本设计制冷系统中采用卧式壳管式蒸发器。蒸发器传热面积的计算蒸发器传热温差计算:tmInt s1 t s 2ts1 tt s21273.99 C,125In -75蒸发器传热面积:20005803.991000864.23( m2)传热系数K:查空气调节用制冷技术P105表4-11知：K为500600这 里取K=580b蒸发器冷冻水量计算冷冻水量为: 综上所诉：MiQCp(t S1t S2)2000100

22、0 4. 2 (12 7)0. 0952m / S342. 72m / h系统的补给水量可以按2%来计算即MbM02%342. 722%6. 85m3 / h系统总的补给水量为：M0 Ml Mb 342. 72 6. 85 349. 57m3 / h2.6 辅助设备的计算与选用2.6.1 膨胀阀的选择与计算节流机构是组成制冷系统的重要部件， 被称为制冷系统四大部件之一， 其作 用为：（1）对高压液态制冷剂进行节流降压， 保证冷凝器与蒸发器之间的压力差， 以使蒸发器中液态制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的； 同时使冷凝器中的气态之咯鞥及，在给定的高压下放热冷凝。（2）调节供入蒸

23、发器的制冷剂流量，以适应蒸发器热负荷变化，从而避免 因部分制冷剂在蒸发器中未及气化， 而进入制冷压缩机， 一起湿压缩甚至冲缸事 故；或因供液不足， 至使蒸发器的传热面积未充分发挥作用， 引起制冷压缩机吸 气压力降低，制冷能力下降。由于截留机构有控制进入蒸发器制冷剂流量的功能，也称为流量控制机构； 又由于高压液态制冷剂刘静此部件后， 节流降压膨胀为湿蒸汽， 故也称为节流阀 或膨胀阀。常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨 胀阀和毛细管等。毛细管一般只适用于小型的制冷装置或空调器中。 在大、中型制冷装置中应 用的节流机构为节流阀。 常用的节流阀有三种， 即手动膨胀阀、 浮球调节阀和热 力膨胀阀，后两种为自动调节的节流阀。手动膨胀阀是通过手轮调节阀门的开启度的大小。 其缺点是不能随蒸发器负 荷的变化而自动适应， 全凭经验依据制冷系统的反应进行手工