空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)課程設(shè)計(jì)..演示教學(xué)

1、1設(shè)計(jì)概述該課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是重慶某辦公樓空調(diào)機(jī)房設(shè)計(jì)。重慶某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷為2000KW,冷凍水供水溫度為7C,回水溫度為12C,采用獨(dú)立空調(diào)制冷機(jī)房。根據(jù)計(jì)算的冷負(fù)荷，確定方案，布置制冷機(jī)房，完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；確定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，主要是冷凍水、冷卻水的工作溫度、流量、壓力等，進(jìn)行熱力計(jì)算；選擇冷水機(jī)組型號(hào)，繪制制冷系統(tǒng)工藝流程圖和制冷機(jī)房平、剖面草圖；選擇其他輔助設(shè)備如冷凍水泵、冷卻水泵、除污器、冷卻塔等；確定管道直徑，進(jìn)行水力計(jì)算；2設(shè)計(jì)依據(jù)原始數(shù)據(jù)該設(shè)計(jì)為重慶市某辦公樓的空調(diào)機(jī)房設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)見表2-1表2-1基本參數(shù)經(jīng)緯度北緯2931東經(jīng)10629夏季空調(diào)室外干球溫度（C）35.5

2、夏季空調(diào)室外濕球溫度（C）26.5冷凍水供、回水溫度（C）7、12制冷劑選擇R22空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷KW2000制冷劑的選擇制冷劑是制冷裝置中進(jìn)行循環(huán)制冷的工作物質(zhì)，又稱為“工質(zhì)”。制冷劑的樣式有很多種主要分為有機(jī)化合物（氟利昂）、無機(jī)化合物、混合溶液三大類，每一類中的制冷劑又有很多種。氟利昂是飽和碳?xì)浠衔稃u族衍生物的總稱，是20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的一類合成制冷劑，它的出現(xiàn)解決了對(duì)制冷劑有了各種要求的問題。本設(shè)計(jì)使用到的制冷劑為R22型制冷劑。氟利昂22（R22或HCF22）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、無腐蝕、無刺激性、并且不可燃，廣泛用于空調(diào)用制冷裝置，特別是房間空調(diào)器和單元式空調(diào)器幾乎均采用此種制冷劑

3、，它也可滿足一些需要-15以下較低蒸發(fā)溫度的場(chǎng)合。R22是一種良好的有機(jī)溶劑，易于溶解天然橡膠和樹脂材料；雖然對(duì)一般高分子化合物幾乎沒有溶解作用，但能使其變軟、膨脹和起泡，故制冷壓縮機(jī)的密封材料和采用制冷劑制冷卻的電動(dòng)機(jī)的電器絕緣材料，應(yīng)采用耐腐蝕的氯丁橡膠、尼龍和氟塑料等。另外R22在溫度較低時(shí)與潤滑油有限溶解，且比油重，故需采取專門的回油措施。由于R22屬于HCFC類制冷劑，對(duì)大氣臭氧層稍有破壞作用，其ODP=0.034,GWP=1900,我國將在2030年淘汰R22。確定制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況確定制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況主要指確定蒸發(fā)溫度t0、冷凝溫度tk、壓縮機(jī)吸氣溫度t1和過冷溫度tg等工作參

4、數(shù)。有關(guān)主要工作參數(shù)的確定參考制冷工程設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行計(jì)算。確定冷凝溫度時(shí)，冷凝器冷卻水進(jìn)、出水溫度應(yīng)根據(jù)冷卻水的使用情況來確定。蒸發(fā)溫度（to）的確定蒸發(fā)溫度是制冷劑液體在蒸發(fā)器中汽化時(shí)的溫度。蒸發(fā)溫度的高低取決于被冷卻物體的溫度，另外蒸發(fā)溫度還與蒸發(fā)器的型式有關(guān)。選用滿液臥式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度t0比冷凍水出口溫度低23，取t0=5。冷凝溫度（tk）的確定從制冷工程設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到重慶地區(qū)夏季室外平均每年不保證50h的濕球溫度ts=26.5本制冷系統(tǒng)采用直流式冷卻水系統(tǒng)，冷卻水進(jìn)水溫度按下式計(jì)算：ts1ts26.5冷卻水出冷凝器的溫度ts2，與冷卻水進(jìn)冷凝器的溫度及冷凝器的形式有關(guān)。選用立式殼管式冷

5、凝器，其冷卻水進(jìn)出口溫差為47?？紤]最不利情況，其進(jìn)、出口水溫差取5，則：ts2ts1526.5531.5系統(tǒng)以水為冷卻介質(zhì)，冷凝溫度tk比冷卻水進(jìn)口溫度ts1高約714，比出口溫度ts2高約24C,綜合考慮，取冷凝溫度tk=33.5C。過冷溫度（tg）的確定是否采用過冷應(yīng)進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。節(jié)流前液體的過冷可在系統(tǒng)中設(shè)置再冷卻器，或當(dāng)系統(tǒng)中使用臥式殼管式冷凝器時(shí)，增大冷凝器的傳熱面積5%-10%來實(shí)現(xiàn)，一般會(huì)提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，但會(huì)增加設(shè)備的投資，所以要考慮具體條件，合理選擇過冷度。一般情況下，過冷溫度比冷凝溫度低35，這里取過冷度為4，所以tgtk433.5429.5g壓縮機(jī)吸氣口溫

6、度（t1）的確定壓縮機(jī)的吸氣溫度一般與制冷劑種類、吸氣管的長短和保溫情況有關(guān)。以氟利昂為制冷劑的制冷系統(tǒng)一般希望有一定的吸氣過熱度，一則可以提高循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)避免液擊事故的發(fā)生，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。氟利昂過熱度為815，這里取11。故：t1t01116制冷系統(tǒng)理論循環(huán)lgp-h圖出口根據(jù)繪制的p-h圖查表求得各狀態(tài)參數(shù):狀態(tài)點(diǎn)溫度（C）絕對(duì)壓力（Mpa）比始(kg/KJ)比嫡(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

7、.018333.51.321241.81.142一3，301.192236.61.125一450.584206.01.021一4，50.584206.01.021一制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算（1）單位質(zhì)量制冷量（qo）的計(jì)算q0=h1h4=407.9-206.0=201.9kJ/kg（2）單位容積制冷量（qv）的計(jì)算q0201.9,qv=5456.76kJ/m3v10.037(3)制冷劑質(zhì)量流量(Mr)的計(jì)算MrQ2000-=9.91kg/sqo201.9Vr(5)壓縮機(jī)所需的理論功率（Ph ）的計(jì)算PhMr( h2h1)=9.91 卒15.5 406.9)=8.6kw(6)制冷系數(shù)（）的計(jì)算Q2000

8、=0.367m3/sqv5456.76q。0 P_Joc Tk201.90=23.488.6單位冷凝負(fù)荷（qQ的計(jì)算_一_qkh2h3=415,5236.6=178.9kJ/kg（8冷凝器熱負(fù)荷（Qk）的計(jì)算QkMRqk=9.91178.9=1772.9kw（9）逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)（c）的計(jì)算2735一=12.9T026.55（10）熱力完善度（）的計(jì)算9.91=0.7712.92.4制冷壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇制冷壓縮機(jī)是蒸汽壓縮式制冷裝置的一個(gè)重要設(shè)備。制冷壓縮機(jī)的形式很多，根據(jù)工作原理不同，可分為兩大類：容積式制冷壓縮機(jī)和離心式制冷壓縮機(jī)壓縮機(jī)的類型目前，用于大中型制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)主要有三種

9、，分別為活塞式制冷壓縮機(jī)、螺桿式制冷壓縮機(jī)、離心式制冷壓縮機(jī)。三種制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn)和適用條件見表2-2表2-2壓縮機(jī)類型壓縮機(jī)種類活塞式螺桿式離心式單級(jí)最大壓縮比10204.5單機(jī)制冷量（kw）取大排氣壓力（bar）3058015.560273018.5703422210.0最高排氣溫度（C）1201509010575單級(jí)最大進(jìn)、出口壓差（bar）141812.6參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范：制冷量大于1758KW時(shí)直選用離心式；制冷量10541758KW時(shí)直選用螺桿式或離心式；制冷量在7001054KW時(shí)直選用螺桿式；制冷量在116700KW時(shí)直選用螺桿式或往復(fù)式；制冷量小于116KW時(shí)宜選用活塞式或渦

10、旋式。壓縮機(jī)的類型多種多樣，有開啟式、封閉式、半封閉表2-3比較這三種類型優(yōu)缺點(diǎn)。表2-3開啟式、封閉式、半封閉式螺桿壓縮機(jī)的比較序號(hào)項(xiàng)目開啟式封閉式半封閉式1單機(jī)COP值單機(jī)COPW4.65.6,但機(jī)房降溫需消耗額外的能量較低4.65.2較低4.65.22可維修性方便維修小方便維修，如需維修則需破壞壓縮機(jī)外殼。維修之前不方便維修打價(jià)方便維修3系統(tǒng)泄漏因?yàn)殡姍C(jī)與壓縮機(jī)用軸傳動(dòng)，故機(jī)組內(nèi)的冷凍機(jī)油和冷媒/、可避免的產(chǎn)生泄漏問題，需經(jīng)常添加冷媒和冷凍機(jī)油。因電機(jī)和壓縮機(jī)在一個(gè)殼體內(nèi)，不存在泄露問題因電機(jī)和壓縮機(jī)在一個(gè)殼體內(nèi)，不存在泄露問題4是否需要軸封聿亞不需要不需要是否存在軸對(duì)中的問題開啟式壓縮

11、機(jī)由于電機(jī)軸與壓縮機(jī)軸溫度不同造成不同膨脹量而引起軸不對(duì)中、破壞軸封的問題不存在不存在5主機(jī)房降溫處理措施因?yàn)殚_啟式壓縮機(jī)的電機(jī)冷卻是靠空氣冷卻，電機(jī)散發(fā)的熱量全部散入到主機(jī)房，考慮到機(jī)組的只需要做普通的通風(fēng)處理，以供給新風(fēng)只需要做普通的通風(fēng)處理，以供給新風(fēng)運(yùn)行和操作人員的原因，故主機(jī)房必須做降溫和通風(fēng)處理。如550RT的機(jī)組輸入功率370KW,電機(jī)效率90%,則發(fā)熱量為37KW,需要給機(jī)房配15HP的空調(diào)來降溫6電機(jī)冷卻力式空氣冷卻，效率不穩(wěn)定，不穩(wěn)定且電機(jī)容易污損封閉型電機(jī)采用獨(dú)立的制冷劑回路冷卻電機(jī)，效率局而且電機(jī)工作溫度低而穩(wěn)定，更好地保證了機(jī)組的穩(wěn)定性，延長了電機(jī)壽命，同時(shí)根本解決了

12、困擾開啟式電機(jī)的漏油、漏氟和軸不對(duì)中等一系列問題封閉型電機(jī)采用獨(dú)立的制冷劑回路冷卻電機(jī)，效率局而且電機(jī)工作溫度低而穩(wěn)定，更好地保證了機(jī)組的穩(wěn)定性，延長了電機(jī)壽命，同時(shí)根本解決了困擾開啟式電機(jī)的漏油、漏氟和軸不對(duì)中等一系列問題8對(duì)電網(wǎng)的沖擊啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，需用戶增加價(jià)格昂貴的軟啟動(dòng)或變頻裝置來降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小9運(yùn)轉(zhuǎn)噪音因電機(jī)外露，噪首大噪首較小噪音小10在市場(chǎng)上所占份額非主流產(chǎn)品，市場(chǎng)上只有1到2家做非主流產(chǎn)品，市場(chǎng)上只后1到2家做主流產(chǎn)品，占市場(chǎng)80%以上綜合考慮經(jīng)濟(jì)、制冷要求、選用的制冷工質(zhì)、運(yùn)行管理及對(duì)制冷量調(diào)節(jié)等方面的因素，本制冷

13、系統(tǒng)選用半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)。壓縮機(jī)級(jí)數(shù)選擇壓縮機(jī)級(jí)數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)工況的冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比來確定。一般若以氟利昂為制冷劑，當(dāng)兔10時(shí)，應(yīng)采用單級(jí)制冷壓縮機(jī)；否則應(yīng)采用雙級(jí)壓縮機(jī)。P0P.1321對(duì)于本設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)中，-=2.26W10,因此，本設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)米P00.584用單級(jí)壓縮2.3.3壓縮機(jī)選擇計(jì)算壓縮機(jī)的容積效率: TOC o 1-5 h z iiPun1.321E0.940.085(-)10.940.08010.862P00.584式中:P。壓縮機(jī)的吸氣壓力，MPa;Pk壓縮機(jī)的排氣壓力，MPa;n制冷劑的壓縮指數(shù)，制冷劑為R717時(shí)，n=1.28,制冷機(jī)為R12時(shí),n=1.13,

14、制冷劑為R22時(shí)，n為1.18。系統(tǒng)所需理論輸氣量計(jì)算：VhVrQV1q。2000 0. 037201. 90.86236001530. 68m3 / h冷凝器選擇及冷卻水系統(tǒng)計(jì)算冷凝器選擇原則冷凝器的作用是將制冷壓縮機(jī)推出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑予以冷卻、使之液化，以使制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)使用。根據(jù)冷卻劑種類的不同，冷凝器可歸納為四類，即：水冷、風(fēng)冷、水一空氣冷卻（蒸蒸發(fā)式和淋水式）一級(jí)靠制冷劑或其他工藝介質(zhì)進(jìn)行冷卻的冷凝器。空氣調(diào)節(jié)用制冷裝置中主要使用前三類冷凝器。水冷式冷凝器是用水冷卻高溫高壓氣態(tài)制冷劑而使之冷凝的設(shè)備。冷卻水可以是地下水、地表水、經(jīng)冷卻后再利用的循環(huán)水，后者使用最為廣泛。由于

15、水的溫度比較低，所以，采用水冷式冷凝器可以得到較低的冷水溫度，對(duì)制冷系統(tǒng)的制冷能力和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性均有利。常用的水冷式冷凝器有殼管冷凝器、套管式冷凝器呵焊接板式冷凝器。其中管殼式冷凝器又分為臥式管殼冷凝器和立式管殼式冷凝器。冷凝器的選擇計(jì)算主要是確定冷凝器的傳熱面積、選擇適用的冷凝器并計(jì)算冷凝器的冷卻水用量。對(duì)于重慶市某辦公樓所滿足的條件，選用臥式管殼式冷凝器。確定冷凝器的換熱面積冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算:Qo1.1620002320KW式中:冷凝器熱負(fù)荷系數(shù)，它與蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、氣缸冷卻方式以及制冷劑種類有關(guān)，其值隨蒸發(fā)溫度的降低和冷凝溫度的升高而增加。這里取=1.16。冷凝器傳熱溫差tm的計(jì)算:

16、tmt w2t w1lntt w1t w233,526. 5。5. 59 C,33. 5 26.5 ln 33. 5 31.5式中:t w2一冷卻水出冷凝器的溫度,C；t W1 一冷卻水進(jìn)冷凝器的溫度,C；tk-冷凝溫度，C。23201200冷凝器傳熱面積的計(jì)算:1000c“2345.86m25.59式中:K冷凝器的傳熱系數(shù),W/( m2k),由于采用氟利昂臥式管殼式冷凝器,其傳熱系數(shù)10001500 W/(m2 k),在這里 K 取 1200 W/( m2 k)。2.4.3冷凝器冷卻水量的計(jì)算冷凝器冷卻水量Mk可用下式計(jì)算:23204.2 (31.526. 5)110. 48( kg / S

17、)式中Cw冷卻水的比熱容，kJ/(kgK),取Cw=4.2kJ/(kgK)；twi，tw2一冷凝器進(jìn)出水溫度，蒸發(fā)器的選擇及冷凍水的計(jì)算在制冷循環(huán)過程中，液態(tài)制冷劑經(jīng)過節(jié)流后在蒸發(fā)器中汽化吸熱，使被冷卻介質(zhì)的溫度降低，達(dá)到制冷目的。按供液方式的不同，蒸發(fā)器可以分為滿液式、非滿液式、循環(huán)式和噴淋式等。滿液式蒸發(fā)器的沸騰放熱系數(shù)大，缺點(diǎn)是需要加入大量的制冷劑。屬于滿液式的油立管式、螺旋管式和臥式管殼蒸發(fā)器。非滿液式蒸發(fā)器主要用于氟利昂制冷系統(tǒng)，其傳熱系數(shù)比滿液式差，但充液量少，潤滑油容易返回壓縮機(jī)。屬于非滿液式的有管殼式蒸發(fā)器和直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。循環(huán)式蒸發(fā)器是依靠泵強(qiáng)迫制冷劑在蒸發(fā)器中循環(huán)，因

18、此沸騰放熱系數(shù)較高并且潤滑油不易在蒸發(fā)器中積存。由于循環(huán)式蒸發(fā)器的設(shè)備費(fèi)用高，所以目前只在大中型冷庫中使用。噴淋式蒸發(fā)器是用泵把制冷劑送至噴嘴后的噴淋在傳熱表面上，這樣可減少制冷劑的充液量，又能消除靜液高度對(duì)蒸發(fā)溫度的影響，但因設(shè)備費(fèi)用高而較少使用。按被冷卻的介質(zhì)種類，蒸發(fā)器可分為冷卻液體的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。冷卻液體的蒸發(fā)器主要有立管式和臥式管殼蒸發(fā)器。立管式蒸發(fā)器由數(shù)個(gè)管組成，裝在矩形的水箱內(nèi)，在蒸發(fā)管組中制冷劑下進(jìn)上出，循環(huán)良好，所以其傳熱效果好。蒸發(fā)器形式的選擇臥式管殼式蒸發(fā)器是現(xiàn)在空調(diào)用冷水機(jī)組中最為廣泛的蒸發(fā)器，適用于閉式冷凍水系統(tǒng)。它具有傳熱效率高，占地面積小，與臥殼式冷凝

19、器一起配合使用可以充分利用空間布置。但要注意以下幾個(gè)問題：1.被冷卻介質(zhì)是淡水時(shí)應(yīng)設(shè)溫度控制器作保護(hù)，避免水溫過低而結(jié)冰；若是冷卻鹽水作為載冷劑，應(yīng)注意蒸發(fā)溫度與鹽水濃度的關(guān)系，鹽水的凍結(jié)點(diǎn)應(yīng)該比蒸發(fā)溫度低10Co2.和臥殼式冷凝器一樣，在設(shè)計(jì)機(jī)房時(shí)，應(yīng)給他們留有足夠的清洗距離。立式冷水箱適用于大型空調(diào)裝置，在開式冷凍水系統(tǒng)中一般優(yōu)先考慮此種冷水箱。它具有傳熱系數(shù)高、水量大、蓄冷能力強(qiáng)、制冷工況穩(wěn)定等突出優(yōu)點(diǎn)，而且不需要另設(shè)水池和便于水泵啟動(dòng)的高位水箱，既可減少投資又使系統(tǒng)簡化。直接蒸發(fā)式空氣冷卻器主要用于冷庫，在空調(diào)系統(tǒng)用來冷卻空氣。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，它只適用于以氟利昂作為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，以防由

20、于泄露使得空氣受到污染。因此在空調(diào)裝置中，這種空氣冷卻器已只限于在小型空調(diào)器中使用，大中型裝置已采用冷水式表冷器。綜上所訴，本設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)中采用臥式殼管式蒸發(fā)器。蒸發(fā)器傳熱面積的計(jì)算蒸發(fā)器傳熱溫差計(jì)算:tmt s1 t s2lnsis212 73.99 C,12 5In -7 5蒸發(fā)器傳熱面積:20001000580 3.99864. 23( m2)傳熱系數(shù)K：查空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)P105表4-11知：K為500600這里取K=58d蒸發(fā)器冷凍水量計(jì)算冷凍水量為：0. 0952m3 / s 342. 72m3 / hMlQ2000lCp(tS1ts2)10004.2(127)系統(tǒng)的補(bǔ)給水量可以

21、按2%來計(jì)算即MbM02%342.722%6.85m3/h綜上所訴:系統(tǒng)總的補(bǔ)給水量為：M0MlMb342.726.85349.57m3/h輔助設(shè)備的計(jì)算與選用膨脹閥的選擇與計(jì)算節(jié)流機(jī)構(gòu)是組成制冷系統(tǒng)的重要部件，被稱為制冷系統(tǒng)四大部件之一，其作用為：1）對(duì)高壓液態(tài)制冷劑進(jìn)行節(jié)流降壓，保證冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差，以使蒸發(fā)器中液態(tài)制冷劑在要求的低壓下蒸發(fā)吸熱，從而達(dá)到制冷降溫的目的；同時(shí)使冷凝器中的氣態(tài)之咯鞫及，在給定的高壓下放熱冷凝。2）調(diào)節(jié)供入蒸發(fā)器的制冷劑流量，以適應(yīng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷變化，從而避免因部分制冷劑在蒸發(fā)器中未及氣化，而進(jìn)入制冷壓縮機(jī)，一起濕壓縮甚至沖缸事故；或因供液不足，至使蒸發(fā)器的傳熱面積未充分發(fā)揮作用，引起制冷壓縮機(jī)吸氣壓力降低，制冷能力下降。由于截留機(jī)構(gòu)有控制進(jìn)入蒸發(fā)器制冷劑流量的功能，也稱為流量控制機(jī)構(gòu)；又由于高壓液態(tài)制冷劑劉靜此部件后，節(jié)流降壓膨脹為濕蒸汽，故也稱為節(jié)流閥或膨脹閥。常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有手動(dòng)膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥、電子膨脹閥和毛細(xì)管等。毛細(xì)管一般只適用于小型的制冷裝置或空調(diào)器中。在大、中型制冷裝置中應(yīng)用的節(jié)流機(jī)構(gòu)為節(jié)流閥。常用的節(jié)流閥有三種，即手動(dòng)膨脹閥、浮球調(diào)節(jié)閥和熱力膨脹閥，后兩種為自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)流閥。手動(dòng)膨脹閥是通過手輪調(diào)節(jié)閥門的開啟度的大小。其缺點(diǎn)是不能隨蒸發(fā)器負(fù)荷的變化而自動(dòng)適應(yīng)，全憑經(jīng)驗(yàn)依據(jù)制冷系統(tǒng)的反應(yīng)進(jìn)行手工操作。目