制冷工程课程设计

1、制 冷 技 术 课 程 设 计 说 明 书题目：上海某旅馆空调系统制冷机房设计 学院（系）：城市建设与安全工程学院（暖通工程系）年级专业： 环设09级学 号： 19010901*学生姓名： apf指导教师： 陈*2012年6月南京工业大学课程设计（论文）任务书学 号19010901*学生姓名Apf专业（班级） 环设0901设计题目上海市某旅馆空调用制冷站设计设计技术参数1、冷冻水 7/12 2、冷却水 32/37 3、地点：上海4、建筑形式：旅馆 5、建筑面积：8000 m2 6、层高：3.5 m7、层数：5层 8、冷水机组形式: 蒸汽压缩式9、机房面积：根据设计需要自定10、机房位置：地面或

2、楼顶（自定）设计要求1、说明书按南京工业大学课程设计说明书规范撰写；2、图纸共计两张，一张系统图，一张平面图。平面图上至少含有两个主要剖面；3、说明书用A4纸打印；4、图纸用A3纸打印；工作量1、 计算：包括冷负荷计算（用面积冷指标法简单计算）、水力计算；2、 选择：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、补水泵、水箱大小、分水器、集水器、电子水处理仪、软化水系统、膨胀水箱等设备的选择；3、 绘图：采用CAD绘图；工作计划第一周：1、布置设计任务；2、熟悉规范、手册，进行负荷估算、水力计算及设备计算选型。第二周：1、结合说明书编写绘制完成系统图、平剖面图；2、整理说明书。参考资料1周邦宁主编.中央空调设

3、备选型手册.北京：中国建筑工业出版社，19992电子工业部第十设计研究院主编.空气调节设计手册.北京：中国建筑工业出版，20003陈一才主编.现代建筑设备工程设计手册.北京：机械工业出版社，20014陈沛霖等编.空调与制冷技术手册(第二版).上海：同济大学出版社，19995张学助，张朝晖主编.通风空调工长手册.北京：中国建筑工业出版社，19986李先洲主编.暖通空调规范实施手册.北京：中国建筑工业出版社，19997何青主主编.中央空调实用技术.北京：冶金工业出版社，20058中国市政工程西北设计研究院主编.给排水设计手册常用设备（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2002指导教师签字基层教学

4、单位主任签字目 录一 设计题目与原始条件二 方案设计三 负荷计算四 工况确定五 冷水机组选择及校核计算六 水力计算 1 冷冻水循环系统水力计算2 冷却水循环系统水力计算3 冷冻水补水系统水力计算七 设备选择 1 冷却塔的选择 2 冷冻水、冷却水水泵的选择 3 软化水箱的选择 4 补水泵的选择 5 分水器及集水器的选择 6 过滤器的选择 7 电子水处理仪的选择8 定压罐的选择八 参考文献一 设计题目与原始条件上海市某旅馆空气调节用制冷机房设计本工程为上海市某旅馆空调用冷源制冷机房设计。旅馆共5层，建筑面积8000m2，所供应的冷冻水温度为7/12oC。二 制冷循环方案设计与水系统方案2.1制冷循

5、环方案该机房制冷系统为四管制系统，即冷却水供/回水管、冷冻水供/回水管系统。经冷水机组制冷后的7的冷冻水通过冷冻水供水管到达分水器，再通过分水器分别送往旅馆的各个区域，经过空调机组后的12的冷冻水回水经集水器再由冷冻水回水管返回冷水机组，通过冷水机组中的蒸发器与制冷剂换热实现降温过程。 从冷水机组出来的37的冷却水经冷却水供水管到达冷却塔，经冷却塔冷却后降温后再返回冷水机组冷却制冷剂，如此循环往复。 考虑到系统的稳定安全高效地运行，系统中配备补水系统，软化水系统，电子水处理系统等附属系统。2.2 水系统开式和闭式的比较表4-2 水系统比较表类型闭式开式特征管路系统不与大气相接管路系统与大气相通

6、仅在系统最高点设置膨胀适宜的空调系统风机盘管和有水有喷水室的系统冷式表冷器的系统优点1.管道与设备不易腐蚀与蓄热水池连接比较简单，冷水箱有一定蓄冷能力，可以减少开启冷冻机的时间，增加能量调节能力，且冷水温度波动可以小一些2.不需克服静水压力，水泵压力，功率均低3.系统简单缺点蓄冷能力小，低负荷时冷冻机也需要经常开动；膨胀水箱的补水有时需要加加压水泵冷水与大气接触；易腐蚀管道；水泵要克服静水压力，耗电大，采用自流回水时回水管径大因而投资较高些另外次空调水系统设计中，为了解决水力平衡，同时考虑到建筑内用风机盘管加新风系统和空调机组内用水冷式表冷器，且闭式水系统水泵的扬程仅需考虑最不利环路的沿程阻力

7、和局部阻力，不需考虑提升高度。所以选用闭式系统表2-1 水泵安装方案比较表连接方式一次泵先串联后并联一次泵后并联后串联二次泵示意图优点控制及运行管理简单，各冷水机组干扰少，水量保证性高效接管相对较方便，机房布置整洁有序1，可实现水泵变流量2，节省输送能耗3，适应供水分区不同压降4，系统总压力低缺点由于水泵与冷水机组布置位置影响，造成管道相对较多，并且尤其要注意，水泵与冷水机组之间的管道放空气问题1， 阀门，附件多2， 要求自动联锁起停的工程3， 电动蝶阀与对应水泵起停顺序将受限，先开水泵后开电动蝶阀1，系统较复杂2，投资稍高比较之下，本系统选择一次泵先串联后并联的链接方式三 负荷计算1.面积热

8、指标q为8090W/m,本设计取q=85 W/m2 4P1442.建筑面积为8000，根据面积热指标计算冷负荷Q=858000=680kW四 工况确定制冷压缩机选择计算时的工况包括蒸发温度，冷凝温度，吸气过热温度和过冷温度。4.1 蒸发温度的确定 对于冷却液体载冷剂的卧式管壳式蒸发器，蒸发温度计算公式为： = （4-1）式中：载冷剂进口温度，本方案为12； 载冷剂出口温度，本方案为7； 蒸发器中平均传热温差，对氟利昂蒸发器取68C，本方案取 75。故=2 4.2冷凝温度的确定 对于卧式管壳式冷凝器，冷凝温度计算公式为： = （4-2）式中：冷却水进口温度，本方案为32； 冷却水出口温度，本方案

9、为37； 蒸发器中平均传热温差，=47，本方案取5.5故=404.3吸气过热温度的确定吸气温度与吸气管路的长短及保温情况有关，取过热度为5故吸气温度tx=2+5=74.4排气温度确定 单级压缩式系统中，截流前液体的过冷是在冷凝器中进行的，一般取过冷度为5，故排气温度t=40-5=35。4.5制冷循环热力计算设计工况制冷循环图如下：图4-1 制冷循环状态点t()P(MPa)v(m3/kg)h(kJ/kg)020.52406170.520.0454102s621.524362771.52 4424351.52243表4-2 各状态点参数单位制冷量：q0=h0h4=406-243=163kJ/kg单

10、位容积制冷量：qv= q0/v1=163/0.045=3622.2kJ/m3取压缩机指示效率=0.75 h2= =444.67kJ/kg单位理论功：w0= h2sh1=436-410=26kJ/kg单位冷凝负荷：qk=h2h4=442243=199kJ/kg单台机组质量流量：qm=Q0/q0=680/163=4.17kg/s单台冷凝器热负荷：Qk= qmqk =4.17199=829.83kW轴功率（取机械效率=0.90）：=120.5kW制冷压缩机配用电动机的功率：对于小型开启式压缩机，电动机的名义功率可按最大功率工况下的轴功率，并应考虑传动效率hd及启动裕量10%15%来计算，即压缩机配用

11、电动机的功率为： =139.5KW （取hd=0.95）制冷系数：i= =163/26=6.27卡诺循环制冷系数：c=T0/(Tk-T0)=275/（313-275）=7.24 热力完善度：=i /c=6.27/7.24=0.87 能效比：EER= =4.87表43 热力性能指标计算表项目计算公式单位计算值单位质量制冷量q0=h0h4 （2-3）kJ/kg163单位容积制冷量qv= q0/v1 （2-4）kJ/m33622.2单位指示功W=h2h1 （2-5）kJ/kg26单位冷凝热qk=h2h4 （2-6）kJ/kg199制冷剂质量流量qm=Q0/ q0 （2-7）kg/s4.17制冷系数i

12、= q0/wi （2-8）6.27卡诺循环制冷系数c=T0/(Tk-T0)（2-9）7.24热力完善度=i /c （2-10）0.87压缩机输入电功率（2-11）kW139.5冷凝器负荷Qk= qmqk （2-12）kW829.83能效比EER= Q0/P （2-13）4.87五 冷水机组选择及校核计算5.1 选择鉴于螺杆式冷水机组结构简单、紧凑，质量轻，易损件少，可靠性高，维修周期长，对于建筑负荷适应性好，热效率高，以及其适用性和经济性能相对出色等特点，本设计选取由重庆通用工业集团有限责任公司生产的LSBLG系列水冷式半封闭式双螺杆式冷水机组。根据标准，属于小型规模建筑，考虑到能量调节可靠性

13、和安全等方面，宜取制冷机组2台，而且2台机组的容量相同。2P791所以每台制冷机组制冷量Q=6802=340 kW根据制冷量选取制冷机组具体型号如下：名称：LSBLG系列水冷式半封闭式双螺杆式冷水机组1P233型号：LSBLG350名义制冷量KW350冷凝器型式卧式壳管式压缩机数量2水压降Kpa100配给功率Kw90水流量m/h75使用制冷剂R22管径mm2-DN80制冷剂填充量Kg452蒸发器型式卧式壳管式外型尺寸长mm3700水压降Kpa100宽mm1000水流量m/h60高mm1700管径mm2-DN100注： 名义制冷量按如下工况确定： 工作范围 冷冻水进口温度：12 冷却水出口温度：

14、2237 冷冻水出口温度：7 冷却水进口温差：3.510 冷却水进口温度：32 冷冻水出口温度：520 冷却水出口温度：37 冷却水进口温差：2.5105.2校核计算此压缩机在名义工况下的制冷量为实际制冷量，即350kw。相对误差=（350-340）/350=2.8 （5），因此此压缩机的选择合理。六 水力计算水力计算的目的：由于所使用的水是实际流体，在流动的过程中会存在阻力，水力计算可以校核确定所用水泵的型号，并且也可以确定管道管径，以此确定定性和定位尺寸。计算中采用假定流速法，虽然流速大，却可以减小管径，节省管材投资；同时阻力会变大，耗电量会变大，管径太大则会使造价变高，因此要采用如下推荐

15、流速。管内流速的假定依据 2P340 DN/mm=250出水管的流速m/s1.52.02.02.5进水管的流速m/s1.01.21.21.66.1 冷冻水循环系统水力计算6.1.1水泵总进水管管径的确定：假定冷冻水的进口流速为1.2m/s 2P816 冷冻水量L=6023600=0.033m3/s, 2台机组总管d1=187.2mm,取200mm,则管段内实际流速为v=1.05m/s6.1.2水泵总出水管管径的确定：假定冷冻水的出口流速为2m/s水流量L=6023600=0.033m3/s =145mm,取150mm,则管段流速为v=1.87m/s6.1.3单台机组的进水管管径的确定：假定流速

16、为1.2m/s L=603600=0.017m3/s,单台机组管d1=134mm,取150mm,则管段流速为v=1m/s6.1.4单台机组的出水管管径的确定：假定流速为2m/s=104mm,取125mm,则管段流速为v=1.79m/s6.1.5 水力计算 图6-1 冷冻水系统图（参考2P798 ）标号流量管径长度RPy局部阻力动压Pj管段阻力备注m3/s(m)(m/s)(Pa/m)(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)0-10.033DN20011.6 1.1 58.0 672.8 13.0 604.0 7166.3 7839.1 90弯头，变径，止回阀2-30.033DN1504.9 1.9 26

17、0.0 1274.0 1.5 1802.0 2622.7 3896.7 分流三通3-40.017DN1504.0 1.8 237.0 948.0 1.0 1617.0 1602.1 2550.1 90弯头5-60.017DN1504.0 1.0 75.0 300.0 1.0 499.0 500.0 800.0 90弯头6-70.033DN20025.6 1.1 58.0 1484.8 4.5 604.0 2480.6 3965.4 91弯头，合流三通表6-1 冷冻水系统水力计算表冷冻水系统总阻力为19.03kpa，即1.96.2冷却水循环系统水力计算6.2.1水泵总进水管：假定冷却水的进口流速

18、为1.2m/s 2L=7523600=0.042 m3/s,2台机组总管d1=211mm,取200mm,则管段流速为v=1.33m/s6.2.2水泵出水管：假定冷却水的出口流速为1.5m/s=183mm,取200mm,则管段流速为v=1.33m/s6.2.3单台机组的进水管：假定流速为1.2m/s 2L=753600=0.021m3/s,单台机组管d1=149mm,取150mm,则管段流速为1.22m/s6.2.4 单台机组的出水管：假定流速为2.0 m/s=115mm,取125mm,则管段流速为v=1.72m/s2 图6-1 冷却水系统图（参考2 ）标号流量管径长度RPy局部阻力动压Pj管段

19、阻力备注m3/s(m)(m/s)(Pa/m)(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)0-10.02DN12521.0 1.72 270.0 5670.0 4.5 1445.0 6656.4 12326.4 90弯头，分流三通10-10.02DN12512.3 1.72 270.0 3321.0 1.0 1445.0 1479.2 4800.2 90弯头1-20.04DN20012.2 1.33 86.0 1049.2 1.1 844.0 972.9 2022.1 90弯头，变径2-30.04DN20010.6 1.33 86.0 911.6 10.5 844.0 9286.7 10198.3 止回阀,

20、旋塞3-40.02DN1504.0 1.22 108.0 432.0 3.6 720.0 2679.1 3111.1 变径，合流三通3-50.02DN1508.0 1.22 108.0 864.0 1.0 720.0 744.2 1608.2 90弯头8-60.02DN1508.0 1.22 108.0 864.0 1.0 720.0 744.2 1608.2 90弯头8-70.02DN1507.0 1.22 108.0 756.0 4.6 720.0 3423.3 4179.3 90弯头，分流三通，变径9-80.04DN20019.8 1.33 86.0 1702.8 8.0 844.0 7

21、075.6 8778.4 90弯头，截止阀11-90.02DN1508.4 1.22 108.0 907.2 4.6 720.0 3423.3 4330.5 90弯头，合流三通，变径表6-2 冷却水系统水力计算数据冷却水系统总阻力为53.9kpa，即5.4 6.3 冷冻水补给水计算空调用户在用水是不可避免的会存在水量的损失，假设存在1的水量损失1 补水泵总进水管：假定补给水泵的进口流速为1.2m/sL=0.0331%=0.33 10-3m3/s,2台机组总管d1=18.7mm,取20mm,则管段流速为v=1.1m/s2 补水泵总出水管：假定补给水泵的进口流速为2.0m/sL=0.0331%=0

22、.33 10-3m3/s ,2台机组总管d1=14.5mm,取20mm,则管段流速为v=1.1m/s3 单台水泵的进水管：假定流速为1.0 m/sL=0.0171%=0.1710-3m3/s,单台机组管d1=14.7mm,取15mm,则管段流速为v=1m3/s 4 单台水泵的出水管：假定流速为1.5 m/sL=0.0171%=0.1710-3m3/s,单台机组管d1=12.3mm,取15mm,则管段流速为v=1m/s图3-3 补水系统图 标号流量管径长度RPy局部阻力动压Pj管段阻力备注m3/s(m)(m/s)(Pa/m)(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)0-10.00033 DN203.0 1

23、.10 1126.0 3378.0 3.6 604.0 2178.0 5556.0 变径，分流三通1-20.00017 DN153.0 1.00 1400.0 4200.0 2.5 499.0 1250.0 5450.0 闸阀，90弯头1-30.00017 DN153.0 1.00 1400.0 4200.0 2.5 499.0 1250.0 5450.0 闸阀，90弯头2-40.00017 DN153.0 1.00 1400.0 4200.0 2.5 499.0 1250.0 5450.0 闸阀，90弯头3-40.00017 DN153.0 1.00 1400.0 4200.0 2.5 49

24、9.0 1250.0 5450.0 闸阀，90弯头4-50.00033 DN2013.6 1.10 5410.0 3378.0 4.6 1992.0 2783.0 6161.0 90弯头，变径，合流三通表3-3 补水系统水力计算冷冻水补水系统总阻力为33.5kpa，即管段阻力为3.40m水柱。七 设备选择1冷却塔的选择冷却塔的选择：冷却塔选用开放式逆流式冷却塔，特点是安装面积小，高度大，适用于高度不受限制的场合，冷却水的进水温度为32，出水温度为37，冷却塔的补给水量为冷却塔的循环水量的1%3% 冷却塔的冷却水量和风量的计算G=3600Qc/CP （tw1-tw2）3P31 tw= tw1-

25、tw2=37-32=5 Qc=1.3 Q其中 Qc冷却塔冷却热量（KW）,对压缩机制冷机取1.25-1.3Q0（Q0为制冷量）这里取1.3；CP为水的比热容4.2（KJ/(Kg.K)）则 Qc=1.3350=455KW每台制冷机配一台冷却塔，所以冷却塔冷却水量为： G=3600 Qc/（CPtw）=3600455/(4.25)=78000kg/h=78m3/h风量计算：Q=其中 Is1 Is2 对应于下列温度的饱和空气焓；ts2 ts1 为室外空气的进出口湿球温度；ts2上海市夏季空气调节室外计算湿球温度,查得28.2。2P11ts1 = ts2 + 5 =33.2Is1 =117.16 KJ

26、/Kg Is2 =90.5 KJ/KgG=3600455/4.2（117.16-90.5）=14628.66kg/h=12190.54 m3/h(空气密度1.2kg/m3)选用两台同型号CDBNL3系列超低噪声逆流玻璃钢冷却塔，参数如下：7P406 型号冷却水量总高风量风机直径进水压力直径（m3/h）mm(m3/h)mm（kpa）mCDBNL3-8080440343400160030.32.52 冷冻水和冷却水水泵的选择；图七 水泵外形和安装尺寸图（一） 冷却水泵的选择（开式系统）（1）扬程的计算：3P31H=H1 + H2 + H3+ H4 H冷却水泵的扬程H1冷却水系统的沿程及局部阻力水头

27、损失5.4m(由上面计算)H2冷凝器内部阻力水头损失（m）,这里取10m（冷凝器水压降100kpa）H3冷却塔中水的提升高度（m）,这里取21mH4冷却塔的喷嘴雾压力水头，常取5m因此冷却水泵所需的扬程 H=H1 + H2 + H3+ H4 =41.4m。Hmax=（1.101.15）H 则Hmax=1.141.4=43.54m 6P1180（2）流量的确定： 由制冷机组性能参数得板式冷凝器水量为75m3/h，考虑到泄漏，附加10%的余量即为，75（1+10%）=82.5 m3/h 6P1180 （3）冷却水泵的选择：8P10P16根据以上所得流量和扬程，选择三台（二备）IS系列型号为100-

28、65-200A水泵：8P7P16 or 1p655型号流量扬程效率转速功率kw电机型号汽蚀余量吸入口直径mmm3/hmr/min轴功率电动机功率IS100-65-200A93.54474%290015.1518.5160L-23.6150外形尺寸mmmmmm安装尺寸压出口直径mmaHH1H2L1L5B1B2mmmmmmmmmmmmmmmm129050023510023541533512901385490540125（三）冷冻水泵的选择本设计选用IS单级单喷清水离心泵。（1）扬程的计算：3P31H=H1 + H2 + H3H冷冻水泵的扬程H1冷冻水系统的沿程及局部阻力水头损失3.4m(由上面计算

29、)H2冷凝器内部阻力水头损失（m）,这里取10m（蒸发器水压降100kpa）H3冷冻水的提升高度（m）,这里取21m因此冷冻水泵所需的扬程 H=H1 + H2 + H3 =34.4mHmax=（1.101.15）H 则Hmax=1.134.4=37.8m（2） 流量的计算由制冷机组性能参数得板式冷凝器水量75 m3/h，考虑到泄漏，附加10%的余量即为，75（1+10%）=82.5 m3/h根据以上所得流量和扬程，选择三台（二用一备）IS系列型号为100-55-200水泵：8P7P16型号流量扬程效率转速功率kw电机型号汽蚀余量吸入口直径mmm3/hmr/min轴功率电动机功率IS100-55

30、-200B86.63872%290012.5315160M-23.6150外形尺寸mmmmmm安装尺寸压出口直径mmaHH1H2L1L5B1B28-dmmmmmmmmmmmmmmmmmm1630660865140235415335129013854905408-17.51253软化水器的选择根据补水流量选用JMR系列全自动软水器 5P729型号产水量（m3/h）树脂填量（t）周期盐耗（mm）安装尺寸（mm）进出管径mm180/480D2-60022004-60.75472550110025001004 软化水箱及补水泵的选择；(1)冷冻水的补给水量为冷冻水总循环水量的1%取1%则补水量Q1=6

31、021%=1.2 m3/h, 补水箱的大小满足补水泵能连续运行1.52.5h,这里取2.5h, 则V=Q12.5=3 m3补给水泵的流量 Q2=6021%=1.2m3/h ，扬程H冷冻水泵的扬程所以选择型号规格如下的泵两个：(一用一备) 8P3P12 or 1p655型号流量扬程效率转速功率kw电机型号汽蚀余量吸入口直径mmm3/hmr/min轴功率电动机功率IS50-32-2003.7513.175%14500.75802-42.050外形尺寸mmmmmm安装尺寸压出口直径mmaHH1H2L1L5B1B24-dmmmmmmmmmmmmmmmmmm85036041580235415325820

32、8503203604-17.5325 分水器及集水器的选择；分水器和集水器的流速选择范围为0.5-0.8m/s 4P385 假定集水器的流速为0.5m/s 2P811L=260=120m3/h=0.033m3/s ,D=289.9mm,取300mm，分集水器内流速为v=0.48m/s支管流量Ll=0.033/2=0.017 m3/s, 假定分水器的流速为0.8m/sD=228.2 mm,取250mm, 则速度为0.75m/s所选集水器的特性：1P650内径(mm)管壁厚（mm）封头壁厚（mm）支架（角钢）支架（圆钢）250612L50512所选分水器的特性：内径(mm)管壁厚（mm）封头壁厚（

33、mm）支架（角钢）支架（圆钢）300614L60514（2）分水器和集水器的长度计算4P385集水器的长度：D1=200 mm，D2=150 mm，D3=150 mm ，D4=100mm(D1为冷冻水泵进水管直径，D2和D3为用户管路直径，D4为旁通管直径)L1=D1+60=260 mm，L2=D1+D2+120=470 mm，L3=D2+D3+120=420 mm，L4=D3+D4+120=370mm，L5=D4+60=160mm总长度为L=L1+L2+L3+L4+L5+182=1716 mm分水器的长度：D1=150 mm，D2=150 mm，D3=150 mm ，D4=100mm(D1为冷冻水泵出水管直径，D2和D3为用户管路直径，D4为旁通管直径