关于空调制冷机房课程设计.docx
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关于空调制冷机房课程设计
关于空调制冷机房课程设计
空调制冷机房课程设计3篇
空调制冷机房课程设计篇1
《空气调节用制冷技术》课程设计
题目:
北京某建筑空气调节系统制冷机房设计
学院:
建筑工程学院
专业:
建筑环境与设备工程
姓名:
陈兰东
学号:
__106
指导教师:
刘焕胜
2015年12月15日
1原始条件1.1工况
本工程为北京某建筑空气调节系统制冷机房设计,空调建筑所需冷量为1200KW,冷冻水供水温度7℃,回水温度12℃。
1.2原始资料
北京夏季空调室外干球温度为33.5℃,空调室外湿球温度为26.4℃。
2方案设计
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。
3负荷计算3.1制冷机房负荷
一般对于间接供冷系统,当空调制冷量小于174KW时,A=0.15~0.20;当空调制冷量为174~1744KW时,A=0.10~0.15;当空调制冷量大于1744KW时,A=0.05~0.07;对于直接供冷系统,A=0.05~0.07。
对于间接供冷系统一般附加7%—15%,这里选取10%。
=(1+10%)=1200×(1+10%)=1320kW
4设备选择4.1制冷机组
4.1.1确定制冷剂种类和系统形式
考虑到机场对卫生及安全的要求较高,宜选用R22为制冷剂,R22的适用范围和特点如下表4-1所示:
R22适用范围表4-1
4.1.2确定制冷系统设计工况
确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数。
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。
冷凝温度():
从《制冷工程设计手册》中查到北京地区夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度=26.4℃,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:
=26.4℃,选用卧式壳管式冷凝器,其冷却水进出口温差为4~7℃。
考虑最不利情况,其进、出口水温差取5℃,则冷却水出口温度+5.0=26.4+5.0=31.4℃,系统以水为冷却介质,冷凝温度比冷却水进口温度高约7~14℃,比出口温度高约2~4℃,综合考虑,取冷凝温度=35℃。
蒸发温度():
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,蒸发温度比冷冻水出口温度低2~4℃,取=5℃。
过冷温度():
一般情况下,过冷温度比冷凝温度低3~5℃,这里取过冷度为5℃。
吸气温度():
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,一则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8~15℃,这里取12℃。
故+12=17℃
4.1.3制冷系统热力计算
3′335℃2
4′45℃1
根据绘制的p-h图查表求得各状态参数:
蒸发压力p0=0.5747MPa,冷凝压力pk=1.3548MPa;
比容:
v1=0.04365m3/kg,v2=0.02022m3/kg;
焓值:
h1=415.81kJ/kg,h2=438.62kJ/kg;h3=h4=243.10kJ/kg;=236.78kJ/kg。
(1)单位质量制冷能力
==179.03kJ/kg
(2)单位容积制冷能力
=4101.49kJ/m3
(3)制冷剂质量流量
=7.37kg/s
(4)制冷剂的体积流量
===0.321m3/s
(5)压缩机单位耗功量
(6)压缩机理论耗功率
=7.37×(438.62—415.81)=168.11kw
(7)理论制冷系数
=7.85
(8)单位质量冷凝负荷
=438.62-236.78=201.84kJ/kg
(9)冷凝器负荷
=7.37×201.84=1487.56kw
(10)逆卡诺循环制冷系数
=
(11)制冷效率
η===0.85
4.1.5制冷压缩机的计算
压缩机的容积效率计算公式
(4-1)
式中:
—压缩机的吸气压力,MPa;
—压缩机的排气压力,MPa;
—多变指数,氨:
m=1.28,R22:
m=1.18
压缩机实际输气量
(4-2)
式中:
—理论输气量
—实际输气量
压缩机的制冷量
(4-3)
式中:
—制冷量,
—单位质量制冷量,
—单位容积制冷量,
指示功率按下式计算
(4-4)
式中—制冷剂质量流量,
—实际单位耗功率,
—单位理论耗功率,
—指示效率
压缩机轴功率
(4-5)
式中—摩擦效率
电动机的输出功率
(4-6)
式中:
—传动效率,直连为1,三角皮带连接时为0.90~0.95。
,活塞式压缩机的总效率约为0.65~0.72。
压缩机的选择计算,主要是根据制冷系统的总制冷量及系统的设计工况,确定压缩机种类、型号和台数,最后要校核压缩机所配置电机的功率。
一、压缩机类型的选择
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下表4-2。
压缩机种类比较表4-2
参考相关设计规范:
制冷量大于1758kw时宜选用离心式;制冷量在1054~1758kw时宜选用螺杆式或离心式;制冷量在700~1054kw时宜选用螺杆式;制冷量在116~700kw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。
开启式、封闭式、半封闭式螺杆压缩机的比较表4-3
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式制冷压缩机。
二、压缩机级数的选择
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Pk/P0≤10时,应采用单级制冷压缩机;否则应采用两级压缩机。
对于本设计制冷系统中,Pk/P0==2.36≤10,因此,本设计制冷系统采用单级压缩。
三、压缩机的选择计算
压缩机容积效率计算:
系统所需理论输气量计算:
4.1.6冷凝器的选择及冷却水系统计算
一、冷凝器的选择原则
冷凝器型式的选择应根据制冷剂和冷却介质(水或空气)的种类及冷却介质的品质优劣而定。
冷凝器的选择取决于当地的水温、水质、水源、气候条件,以及压缩机房布置要求等因素。
卧式壳管式冷凝器的优点是传热系数较高,冷却水用量较少,操作管理方便,但是对冷却水的水质要求较高。
目前大、中型氟利昂和氨制冷装置普遍采用这种冷凝器。
所以采用卧式壳管式冷凝器。
制冷剂R22在水流速为1.6~2.8m/s时,传热系数可达。
在这里取
二、确定冷凝器的换热面积
冷凝器热负荷在热力计算中已经算出:
冷凝器传热温差的计算:
式中:
—冷却水出冷凝器的温度,℃;—冷却水进冷凝器的温度,℃;
—冷凝温度,℃。
冷凝器传热面积的计算:
式中:
K—冷凝器的传热系数,,由于采用氟利昂卧式壳管式冷凝器,其传热系数,在这里K取。
三、冷凝器实际传热面积
计算出所需冷凝器的理论传热面积后,考虑到冷凝器使用一段时间后,由于污垢的影响传热系数会降低,因此在选择冷凝器型号前,应将上面计算值放大5%~10%。
此外系统中不设再冷却器,选用卧式壳管式冷凝器时,应将传热面积再放大15%~20%,以保证液态制冷剂有3~5℃的过冷度。
综合各方面考虑,因污垢影响需放大百分比取10%,不设再冷却器放大百分比取15%。
则冷凝器的实际传热面积:
×(1+0.10)×(1+0.15)=215.96×1.10×1.15=273.19m2
四、冷凝器需要的冷却水量
冷却水量w确定:
W==
式中:
—冷却剂的定压比热,水为4.186KJ/Kg.℃;
ρ—水的密度,为1000kg/m3。
五、压缩机需要的冷却水量
式中:
Pe—压缩机轴功率;
ξ—冷却水带走热量占全部压缩机耗功量的百分比,取ξ=0.13~0.18;
△t—冷却剂出口温差,取5℃。
所以需要的总冷却水量为:
255.6+3.47=259.07
六、动力设施
(1)冷却塔的计算:
冷却塔的选择主要由所需要的冷却水的水量和室外的温度决定的。
冷却水流量为:
V=259.07×(1+0.1)=284.98m3/h,
(2)冷却水泵的计算:
同样根据冷却水的流量确定水泵的型号
V=259.07×(1+0.1)=284.98m3/h
冷却水泵所需扬程计算式:
(4-7)
式中:
—冷却水系统总的沿程阻力和局部阻力损失,
—设备阻力损失
—冷却塔中水的提升高度,约为1.2m
—冷却塔喷嘴喷雾压力,约为5m
冷却水系统沿程和局部阻力损失约为50kpa,冷凝器阻力为37kpa,
=5+3.7+1.2+5=14.9
取1.1安全系数
Hp=14.9×1.1=16.39
冷却水泵的扬程选择16.39。
水泵的选择可根据所需的流量和扬程,确定水泵的型号及数量。
水泵的扬程由输水高度和管道的总压力损失确定,制冷系统的供水系统常用离心水泵。
4.1.7蒸发器的选择及冷冻水系统计算
一、确定蒸发器的型式
蒸发器形式的选择,应根据制冷剂和载冷剂的种类,以及空调系统处理室的结构形式而确定。
若空气处理室使用水冷式表面冷却器,以R22为制冷剂时,宜采用卧式壳管式蒸发器。
所以,本设计制冷系统中采用卧式壳管式蒸发器。
二、蒸发器传热面积计算
蒸发器传热温差:
传热面积:
==
传热系数K:
查《空气调节用制冷技术》知:
K为500~600这里取K=570。
考虑到10%~15%的富裕量,在这里富裕量取11%,所以蒸发器的实际传热面积为:
=578.95×(1+0.11)=636.84
三、冷冻水系统
循环水量:
==
总需冷冻水量为:
=+×2%=231.58
其中2%为系统补水量。
冷冻水管径的确定:
==
式中:
——载冷剂的流速,参照《空气调节用制冷技术》,得水速v=1~1.5m/s,这里取1.1m/s。
冷冻水泵的选择:
同样根据冷冻水的流量确定水泵的型号=231.58,考虑流量的附加率为20%,所以
=×(1+20%)=277.9。
4.1.8膨胀阀的选择
膨胀阀的容量是随工况而变的,因此选择膨胀阀时应考虑蒸发温度、膨胀阀液体进口温度和膨胀阀前后的压差等因素对容量的影响。
因为热力膨胀阀是通过蒸发器出口气态制冷剂过热度控制膨胀阀开度的,广泛应用于氟利昂系统,所以我选用热力膨胀阀。
4.1.9其他辅助设备的选择
一、油分离器选择计算
油分离器筒体直径:
D
式中:
—压缩机的理论排气量,;
—压缩机的容积效率,为0.791;
—油分离器内蒸汽的流速,为0.8~1.0m/s,这里取1.0m/s。
二、高压贮液器选择计算
贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算,其贮存量可容纳系统最大的小时制冷量对应循环工质的1/3~1/2。
同时,考虑当环境温度变化时,贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险,其贮液量一般不超过整个容积的70%~80%。
贮液器的容积按下列公式计算:
V=()==15.03m3
式中:
M—系统制冷剂小时循环量kg/h;—温度下的液态工质比容,查表得知=0.__m3/kg。
三、气液分离器选择计算
气液分离器是用来分离蒸发器出口的低压蒸气中的液滴,防止制冷压缩机发生湿压缩甚至液击现象。
气液分离器的筒体直径按下列公式计算:
D
而选择气液分离器时,应保证筒体横截面积的气流速度不超过0.5m/s,故由
V
推出
D
四、过滤器和干燥器选择
制冷剂的过滤器用于清除制冷剂中游离的水分的机械杂质,如金属屑、焊渣、氧化皮等。
液体过滤器通常设在节流阀、热力膨胀阀、浮球调节阀、电磁阀和液泵之前,用以保护阀的严密性和液泵的运转部件。
气体过滤器设在压缩机的吸入口,用于保护压缩机的气缸和阀片,避免磨损。
干燥器用于氟利昂系统吸附制冷剂游离的水分,以免流道狭窄处造成冰塞,通常氟利昂系统干燥器和过滤器做成一体,称为干燥过滤器。
4.2机房布置
机房内的设备布置应保证操作和检修的方便,同时要尽可能使设备布置紧凑,以节省建筑面积。
制冷机组的主要通道宽度以及制冷机组与配电柜的距离应不小于1.5m;制冷机组与制冷机组或与其他设备之间的静距离不小于1.2m;制冷机组与墙壁之间以及与其上方管道或电缆桥架的静距离应不小于1m.
大中型制冷压缩机应设在室内,并有减振基础。
其他设备可根据具体情况,设置在室内、室外或敞开式建筑内,但是要注意保证某些设备之间必要的高度差。
制冷压缩机及其他设备的位置应使连接管路短,流向通畅,并便于安装。
卧式壳管冷凝器和蒸发器布置在室内时,应考虑有清洗和更换其内部换热管的位置。
冷却塔应布置在通风散热条件良好的屋面或地面上,并远离热源和尘源;冷却塔之间及冷却塔与周围建筑物、构筑物之间应有一定距离。
风冷式冷凝器和蒸发冷凝器也有与冷却塔同样的要求。
水泵的布置应便于接管、操作和维修;水泵之间的通道一般不小于0.7m;此外,设备和管路上的压力表、温度计等应设在便于观察的地方。
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