制冷课程设计指导书2015

制冷课程设计

一、目的

1、了解冷冻站设计的内容、程序和基本原则； 2、学习设计计算的步骤和方法；

3、巩固所学的理论知识，培养学生运用所学知识解决工程问题的能力。

二、设计任务

市某厂空调楼，空调系统总冷负荷kW，末端装置为风机盘管，要求冷冻水供水温度 ℃，回水温度 ℃，制冷系统以氨为制冷剂。

三、其它原始资料

1．水源：自来水，利用冷却塔实现冷却水循环使用。

2．室外气象参数：冷冻站所在城市夏季空调室外计算干、湿球温度。 3．土建资料：制冷机房、休息室、操作间的面积、高度等具体尺寸由学生自行确定，并提资料给土建专业进行设计。

四、设计内容及要求

（一）制冷压缩机型号、台数的确定 1．确定制冷系统的总制冷量

Q0(1A)Q

式中 Q0——制冷系统的总制冷量(kW)； Q——用户实际所需要的制冷量(kW);

A——冷损失附加系数，由于制冷设备、制冷剂、载冷剂管路等的冷损失而带来的附加系数。一般对于间接供冷系统，空调冷负荷小于174kW时，A＝0.15~0.20; 空调冷负荷为174~1744kW时，A＝0.10~0.15; 空调冷负荷大于1744kW时，A＝0.05~0.07。对于直接供冷系统，A＝0.05~0.07。《制冷技术》，《制冷设计规范》。

2．确定制冷剂种类和系统型式

活塞式制冷系统，氨为制冷剂。 系统型式：多机组并联系统。

3．确定制冷系统的设计工况

根据空调系统对冷冻水温度的要求及当地冷却水源、水质、水温、气象条件，确定蒸发温度te、冷凝温度tc，吸气温度t1、过冷温度tg。在压-焓图上绘制出制冷机的运行工况。 （1）蒸发温度te的确定其值取决于所采用的冷媒种类及蒸发器的形式。

① 以水或盐水为载冷剂，当采用卧式壳管蒸发器时，蒸发温度按对数平均温差计算，即：

tm

tl1tl2

l1eln

tl2te

式中 tm——对数平均温差（℃），对于介质为氨-水的卧式壳管蒸发器取4~6℃；

； tl1——蒸发器入口载冷剂温度（℃）

； tl2——蒸发器出口载冷剂温度（℃）。 te——制冷剂的蒸发温度（℃）

对数平均温差见《制冷技术》P156。

② 以水或盐水为载冷剂，当采用螺旋管式蒸发器时，蒸发温度可根据蒸发器出口载冷剂温度决定，即：

tetl2(4~6)

式中： tl2——蒸发器出口载冷剂温度（℃）。

te须取整。

（2）冷凝温度tc的确定

冷凝温度按照对数平均温差来计算：

tm

ts2ts1

cs1ln

tcts2

式中： ts1——冷凝器入口冷却水温度（℃）； ts2——冷凝器出口冷却水温度（℃）；

tc——制冷剂的冷凝温度（℃）。

冷凝器对数平均温差的取值见《空气调节用制冷技术第二版》P74表4-5，或《制

冷技术》P154表8-1。

对于使用冷却塔的冷却水系统，冷凝器入口冷却水温度按下式计算：

ts1tsts

式中： ts——夏季室外平均每年不保证50h的湿求温度（℃）；

，即冷却塔出水温度与湿球温度之差。对自然通风ts——冷却塔的冷幅高（℃）

冷却塔或喷水池，ts=5~7℃；对机械通风冷却塔，ts=2~4℃。见《制冷技术》P151。

ts1，tc取整。

冷凝器出口冷却水温度ts2按下式确定，见《制冷技术》P151。

立式壳管式冷凝器： ts2ts12~4 卧式或组合式冷凝器： ts2ts14~8 淋激式冷凝器： ts2ts12~3

（3）压缩机吸气温度t1的确定

当系统无回热循环，且吸气管保温良好时，压缩机的吸气温度应根据过热度确定。即：

t1tetr

对于氨制冷剂，tr=5~8℃，见《空调工程中的制冷技术》P25。 （4）再冷温度tg的确定

对于设置再冷却器的制冷系统，通常取再冷温度比冷凝温度低3~5℃，即：

tgtc3~5

本设计不设再冷却器，再冷度忽略不计。 （5）制冷剂压-焓图的绘制

p

注：012345表示空调工况，0’1’2’3’4’5’表示设计工况。标准工况参数查阅《制冷技术》P69。

4．确定压缩机型号、台数，校核压缩机配套电机功率

（1）压缩机型式

常用的制冷压缩机有活塞式、离心式和螺杆式等。中、小型冷冻站多采用活塞式制冷压缩机；大、中型冷冻站一般采用离心式或螺杆式。 （2）压缩级数

应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氨为制冷剂，当pcpe8时，采用单级压缩；当pcpe8时，采用双级压缩。若以R12、R22、R134a为制冷剂，当pcpe10时，采用单级压缩；pcpe10时，采用两级压缩。 （3）压缩机容量及台数

n

式中：n——压缩机台数（台）；

Q0

Q0g

Qog——单台压缩机设计工况下的制冷量（kW）。

压缩机容量及台数应满足：①制冷量满足负荷要求；②对与大、中型制冷装置，不宜少于2台，且应选择相同系列的压缩机；③台数不宜过多，一般不考虑备用。

活塞式制冷压缩机设计工况下制冷量的计算方法有两种： 1）直接计算法

Q0gVthqv

式中：Vth——压缩机的理论体积输气量（m³/s）；

； qv——设计工况下单位容积流量制冷剂的制冷能力（kJ/m³）

——压缩机设计工况下的输气系数，见《制冷技术》P61,62。

2）换算法

同一台压缩机不同工况下的制冷量不同。压缩机铭牌上的制冷量，一般是指名义工况或标准工况下的制冷量。将设计工况下所须的制冷量换算为标准工况下的制冷量，计算公式如下：

Qo标Q0

式中：Qo标——标准工况下的制冷量（kW）；

； Q0——设计工况下的制冷量（kW）

标qv标

qv

标——压缩机标准工况下的输气系数；

。 qv标——标准工况下单位容积流量制冷剂的制冷能力（kJ/m³）

（4）校核压缩机配用电机功率

制冷压缩机所需轴功率Pe（kW）按下式计算：

pe

Vthh2h1

v1im

式中：i——指示效率，计算式见《空调工程中的制冷技术（第二版）》P48，公式3-35；

m——机械效率，见《制冷技术》P65。

制冷压缩机的配用电动机功率P（kW）可按下式计算：

p1.10~1.15

式中：d——电机效率，见《制冷技术》P66。 （5）压缩机气缸冷却水量

冷却压缩机气缸套的冷却水量可按下式计算：

'

qm,s

pe

d

pe

4.186t

'

式中：qm； ,s——压缩机气缸套冷却水量（kg/s）

——冷却水带走的热量占全部热量的百分比，一般取0.13～0.18；

t——气缸水套进、出水的温度差，一般为5～10℃。

（二）冷凝器与蒸发器的选择

1．冷凝器的选择

根据制冷剂种类、系统运行工况、冷却剂种类及温度、冷凝器负荷大小等确定冷凝器的型式，计算所需冷凝器传热面积，确定冷凝器型号及台数，并给出所需冷却水量。 （1）冷凝器热负荷

QcmRh2sh3

式中：

Qc——冷凝器的热负荷（kW）

；

； mR——冷凝器的制冷剂质量流量（kg/s）

h3——冷凝器出口制冷剂比焓（kJ/kg）

； h2s——冷凝器入口制冷剂比焓（kJ/kg）

。

冷凝器的负荷也可以按照下式计算：

QcQ0pi

式中：Q0——制冷剂在蒸发器中吸收的热量，即计算工况下的制冷量（kW）；

Pi——压缩机在计算工况下的指示功率（kW）。 （2）冷凝器传热面积

冷凝器的传热计算公式如下：

Ac1.10~1.15Qc/(Ktm)

式中：Ac——冷凝器的传热面积（m2）；

K——冷凝器的传热系数[W/(m·K)] ，《制冷技术》P154；

《制冷技术》P154。 tm——冷凝器中制冷剂与冷却剂间的对数平均传热温差，

（3）冷却水流量

2

V

式中：Qc——冷凝器的热负荷（kW）；

3600Qc

Cpt

——冷却水密度（kg/m3）；

； Cp——冷却水比热（kJ/kg·℃）

t——冷凝器进、出口冷却水温差（℃）。

2．蒸发器的选择

根据制冷量、制冷剂及载冷剂的种类、制冷系统的型式等，确定蒸发器的型式，计算所需蒸发器换热面积，确定蒸发器型号及台数，并给出所需冷冻水量。 （1）蒸发器传热面积

蒸发器的传热面积可按下式计算：

Ae1.10~1.15

式中：Ae——蒸发器的传热面积（m2）；

Q0

Ktm

K——蒸发器的传热系数[W/(m·K)] ，《制冷技术》P155；

2

，《制冷技术》P155。 tm——蒸发器中制冷剂与载冷剂间的对数平均温差（℃）

（2）冷冻水流量

冷冻水量根据蒸发器的冷负荷及冷冻水进、出口温差确定：

V

式中：Qe——蒸发器的冷负荷（kW）；

3600Qe

Cpt

——冷冻水密度（kg/m3）；

； Cp——冷冻水比热（kJ/kg·℃）

t——蒸发器进、出口冷冻水温差（℃）。

冷冻水系统与冷却水系统的循环水泵选择及相关水环路布置，在本设计中可不予考虑。

（三）其它辅助设备的选择

1．油分离器

d

式中：d——油分离器接管直径（m）；

； Vth——压缩机理论输气量（m³/s）； v1——压缩机吸气比容（m³/kg）

——压缩机的输气系数；

； v2——压缩机排气比容（m³/kg）

——油分离器进气管内的气流速度，一般取10~25m/s。

《制冷技术》P156，《制冷工艺设计》P60。

2．高压贮液器

满足20分钟到30分钟制冷剂体积流量。

11mv

V~RR3600

32

式中：V——高压贮液器的容积（m3）；

； mR——系统制冷剂质量流量（kg/s）

； vR——冷凝压力下液态制冷剂的比容（m3/kg）

——氨液充满度，一般取0.7~0.8。

《制冷技术》P156。 3．集油器

目前国内生产的集油器有三种规格，其筒体直径分别为159mm、219 mm、325 mm。当制冷系统制冷量小于250~300kW时，采用159mm集油器；当制冷量为300~600kW时，采用219mm集油器；当制冷量大于600kW时，采用325mm集油器。

《大冷样本》P32，《制冷技术》P157。 4．氨液分离器

D

式中： D——气液分离器筒体直径（m）；

； Vth——压缩机理论输气量（m³/s）

——压缩机的输气系数；

——气液分离器内气体速度，一般要求不高于0.5m/s。

《大冷样本》P44，《制冷技术》P157。

5．紧急泄氨器；目前生产的紧急泄氨器品种较少，多为SA-25型，筒体直径D=108mm，任何规模的氨制冷系统均可采用。

《大冷样本》P46，《制冷技术》P157。

6．空气分离器；不凝性气体分离器一般不进行计算，而是根据经验选用。目前生产的不凝性气体分离器主要有两种规格，其筒体直径分别为108mm(小号)和219mm（大号）。当冷冻站总制冷量小于1163kW时，宜采用一台小号不凝性气体分离器；当冷冻站制冷量大于1163kW时，则应采用一台大号的不凝性气体分离器。

《大冷样本》P45，《制冷技术》P157。

7．过滤器；过滤器用来清除制冷剂中的机械杂质，氨系统用的过滤器一般是由2~3层的网孔为0.4mm的钢丝网组成，结构简单，一般制造厂都成套配给。

《大冷样本》P48，《空调工程中的制冷技术》151。

8. 调节站与充氨站

2

2'

h

（四）冷冻站布置

1．制冷系统主要设备布置； 2．制冷工艺管路布置；

3．各种附件、阀件及自控装置的布置。

冷冻站及设备布置的具体要求见《制冷技术》P158。 （五）编写设计说明书

说明书应按设计程序编写，它应包括设计任务、原始资料、工况确定、设备选择、冷冻站布置方案的说明及相关设计草图等内容。 （六）制图

课程设计图2张

1．制冷系统原理图（1号图纸一张）。内附图例及设备表。

2．冷冻站平面布置图（2号图纸一张）。平面布置图中应绘出设备底座和基础的外形及主要管路的布置，标明各设备的主要尺寸及定位尺寸等。冷冻机房的建筑图绘制要求简单标明建筑外形尺寸、跨度、门窗位置、门的开启方向等。

五、参考文献

1、严启森等，空气调节用制冷技术（第4版），中国建筑工业出版社，2010 2、李树林等，制冷技术，机械工业出版社，2003

3、陆亚俊等，空调工程中的制冷技术，哈尔滨工程大学出版社，1997 4、陆耀庆等，实用供热空调设计手册，中国建筑工业出版社，2008 5、冷库设计规范，GB 50072－2010，2010 6、制冷工程实例图集

7、采暖通风与空气调节设计规范，GB 50736—2012，2012 8、制冷设备样本 9、制冷工艺设计