制冷课程设计.docx

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制冷课程设计

1、设计任务3

2、制冷供冷方案确定5

2.1制冷方案5

2.2供冷方案5

2.3排热方案5

3、空调制冷系统的总装机容量的确定及制冷设备的选型6

3.1空调制冷系统的总装机容量6

3.2制冷机类型的选择6

3.3制冷机型号、容量、台数的确定8

4、冷却水、冷冻水管路系统的设计及计算9

4.1冷却塔的选型9

4.1.1冷却塔的种类9

4.1.2冷却塔型式、容量、台数的确定9

4.2冷冻站的布置11

4.3冷冻水、冷却水管路系统的设计计算12

4.3.1冷冻水、冷却水系统的水流量12

4.3.2冷冻水、冷却水管路系统的水力计算12

4.3.3冷冻水泵的选择16

4.3.4冷却水泵的选择16

5、其它辅助设备的选择16

5.1水系统的水质控制16

5.2水系统的补水量及补水位置确定17

5.3冷冻水系统的定压方式定压设备的选择17

5.4分水器、集水器18

6、制冷设备和管道的保温18

6.1需要保温的设备和管道18

6.2设备和管道的保温要求18

6.3保温材料的选择19

6.4保温层厚度的确定19

6.5保温结构的做法20

7、制冷机房的通风20

7.1机房通风的规定20

7.2机房通风的计算21

8、设计总结21

9、参考文献22

1、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：

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）11200=1425.6kw

3.2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）

1

2

3

4

5

风冷式或蒸发冷

却式

CC≤50

3.20

3.00

2.80

2.60

2.40

50

3.40

3.20

3.00

2.80

2.60

水冷式

CC≤528

5.00

4.70

4.40

4.10

2.80

528

5.50

5.10

4.70

4.30

4.00

1163

6.10

5.60

5.10

4.60

4.20

注：

节能型机组要达到表中能效等级2级，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）

52～1060

3.57～4016

涡旋式

R22

<210

4.00～4.35

螺杆式

R22、（R12）

352～3870

4.50～5.56

离心式

R123（R11）

352～3870

4.76～5.90

R134a、（R12）

250～28150

R22

1060～35200

吸收式

蒸气、热水式

NH3/H2O

<210

>0.6

H2O/LiBr（双效）

240～5279

1.00～1.23

直燃式

H2O/LiBr（双效）

240～3480

1.00～1.33

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。

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

116～1054

螺杆式

1054～1758

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30-35℃，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，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（Ⅱ），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Δt小，t2-τ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

Δt=t1-t2可大于5℃，（t1-进口温度，t2-出口温度）

Δt可大于5℃

Δt=4～5℃

冷却幅高

t2-τ可小于5℃

t2-τ可小于5℃

气象参数

大气温度τ可大于

27℃

τ可大于27℃

t2-τ≧5℃τ<27℃

冷却水进水压力

要求0.1MPa

可≤0.5MPa

要求0.1～0.2MPa

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：

Dg1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

Dm

16m

BCNPDG-180（Ⅱ）

180

11

2400

5.5

37

1999

3953

63

55.5

型号

外形尺寸

管径（公称直径）

H

D

h1

h2

h3

h4

Dg1

Dg2

Dg3

Dg4

Dg5

BCNPDG-180（Ⅱ）

4300

3750

205

50

580

610

150

175

25

50

50

基础尺寸

φ1

Φ2

a

b

c

L1

L2

3962

1500

250

500

10

480

450

4.2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=71.67L/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/s×2=85.56L/s。

4.3.2冷冻水、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=Rl

d2

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1000kg/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/m³）；

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）

ζ

局部阻力

Pj（Pa）

总阻力

Py+Pj（Pa）

1

71.67

200

6.5

2.13

220.81

1435.27

2268.45

4.5

10208.03

11643.29

2

35.8

150

15.3

2.03

299.53

4582.81

2060.45

4

8241.80

12824.61

3

71.67

200

20.5

2.13

220.81

4526.61

2268.45

8.4

19054.98

23581.59

4

35.8

150

7.5

2.03

299.53

2246.48

2060.45

7.4

15247.33

17493.81

5

35.8

150

12.5

2.03

299.53

3744.13

2060.45

11.5

23695.18

27439.30

6

71.67

200

1.4

2.13

220.81

309.13

2268.45

1.5

3402.68

3711.81

管道总阻力损失：

ΣPy+ΣPj=88452.61pa

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ζ

个数

∑ζ

管段

类型

阻力系

数ζ

个数

∑ζ

1

蝶阀

0.5

2

1

4

90°弯头

1

3

3

分流三

通

1.5

1

1.5

蝶阀

0.5

1

0.5

90°弯头

1

1

1

止回阀

3.4

1

3.4

4.5

软接

0.5

1

0.5

2

蝶阀

0.5

1

0.5

7.4

y型过滤器

3

1

3

5

软接

0.5

1

0.5

软接

0.5

1

0.5

电动阀

7

1

7

4

蝶阀

0.5

1

0.5

3

分流三通

1.5

2

3

90°弯头

1

3

3

90°弯头

1

1

1

合流三通

0.5

1

0.5

软接

0.5

1

0.5

11.5

止回阀

3.4

1

3.4

6

90°弯头

1

1

1

蝶阀

0.5

1

0.5

蝶阀

0.5

1

0.5

8.4

1.5

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（mm）

管长

（m）

水流速v（m/s）

比摩阻R（Pa/m）

沿程阻力

Py（Pa）

ζ

局部阻力

Pj（Pa）

总阻力

Py+Pj（Pa）

7

42.78

200

6.1

1.27

98.94

603.53

806.45

4.3

3467.74

4071.27

8

85.56

250

17.2

1.63

120.92

2079.82

1328.45

7

9299.15

11378.97

9

42.78

200

1.9

1.27

98.94

187.99

806.45

7.5

6048.38

6236.36

10

42.78

200

14.1

1.27

98.94

1395.05

806.45

10.5

8467.73

9862.78

11

85.56

250

5.5

1.63

120.92

665.06

1328.45

3.5

4649.58

5314.64

12

42.78

200

8.2

1.27

98.94

811.31

806.45

6

4838.70

5650.01

13

85.56

250

14.2

1.63

120.92

1717.06

1328.45

13.5

17934.08

19651.14

14

42.78

200

8.4

1.27

98.94

831.10

806.45

6.5

5241.93

6073.02

管道总阻力损失：

ΣPy+ΣPj=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ζ

个数

∑ζ

管段

类型

阻力系数ζ

个数

∑ζ

7

90°弯头

1

3

3

12

90°弯头

1

2

2

增扩变径

0.3

1

0.3

软接

0.5

1

0.5

软接

0.5

1

0.5

y型过滤器

3

1

3

蝶阀

0.5

1

0.5

蝶阀

0.5

1

0.5

4.3

6

8

90°弯头

1

7

7

13

90°弯头

1

5

5

7

合流三通

1.5

1

1.5

9

蝶阀

0.5

1

0.5