制冷工程课程设计
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: a pf 指导教师: 陈**
2012年6月
南京工业大学课程设计(论文)任务书
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8000m 2,所供应的冷冻水温度为7/12o C 。
二 制冷循环方案设计与水系统方案
2.1制冷循环方案
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
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
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. 面积热指标
q 为80~90W/m,本设计取q=85 W/m2 [4]P144 2. 建筑面积为8000㎡,根据面积热指标计算冷负荷 Q=85×8000=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t 0,冷凝温度t k ,吸气过热温度和过冷温度。 4.1 蒸发温度t 0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:
t 0=
t s 1+t s 2
-θm (4-1) 2
式中:t s 1—载冷剂进口温度,本方案为12︒C ;
t s 2—载冷剂出口温度,本方案为7︒C ;
θm —蒸发器中平均传热温差,对氟利昂蒸发器取6~8°C ,本方案取 7.5︒C 。
故t 0=
12+7
-7. 5=2 ︒C 2
4.2冷凝温度t k 的确定
对于卧式管壳式冷凝器,冷凝温度计算公式为: t k =
t 1+t 2
+θm (4-2) 2
式中:t 1—冷却水进口温度,本方案为32︒C ; t 2—冷却水出口温度,本方案为37︒C ;
θm —蒸发器中平均传热温差,θm =4~7︒C ,本方案取5.5︒C 故t k =
32+37
+5. 5=40︒C 2
4.3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t x =2+5=7℃ 4.4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l g p -h
表4-2 各状态点参数
单位制冷量:q 0=h0-h 4=406-243=163kJ/kg 单位容积制冷量:q v = q0/v1=163/0.045=3622.2kJ/m3 取压缩机指示效率ηi =0.75
∴ h 2=
h 2s -h 1
+h 1 =444.67kJ/kg
ηi
单位理论功:w 0= h2s -h 1=436-410=26kJ/kg
单位冷凝负荷:q k =h2-h 4=442-243=199kJ/kg 单台机组质量流量:q m =Q0/q0=680/163=4.17kg/s 单台冷凝器热负荷:Q k = qm ×q k =4.17×199=829.83kW 轴功率(取机械效率ηm =0.90):Ne =
q m w 0
ηm
=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ηd 及启动裕量10%~15%来计算,即压缩机配用电动机的功率为:
P =1.10N e =139.5KW (取ηd=0.95)
ηd
制冷系数:
εi = q 0/w 0=163/26=6.27 卡诺循环制冷系数:
εc =T0/(Tk -T 0)=275/(313-275)=7.24 热力完善度:
η=εi /εc =6.27/7.24=0.87 能效比:
EER=
表4—3 热力性能指标计算表
Q 0
=4.87 P
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。[2]P791
所以每台制冷机组制冷量Q’=680÷2=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[1]P233
型号:LSBLG350
注: ①名义制冷量按如下工况确定: ② 工作范围
冷冻水进口温度:12℃ 冷却水出口温度:22~37℃ 冷冻水出口温度:7℃ 冷却水进口温差:3.5~10℃ 冷却水进口温度:32℃ 冷冻水出口温度:5~20℃ 冷却水出口温度:37℃ 冷却水进口温差:2.5~10℃
5.2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流速。 管内流速的假定依据 [2]P340
6.1 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
d =103⨯
4L [2]P816
v
冷冻水量L=60×2÷3600=0.033m3/s, 2台机组总管d 1=187.2mm,取200mm, 则管段内实际流速为v=1.05m/s 6.1.2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=60×2÷3600=0.033m3/s
d =103⨯
4L
=145mm,取150mm, 则管段流速为v=1.87m/s v
6.1.3单台机组的进水管管径的确定:
假定流速为1.2m/s
d =103⨯
4L v
L=60÷3600=0.017m3/s,单台机组管d 1=134mm,取150mm, 则管段流速为v=1m/s 6.1.4单台机组的出水管管径的确定: 假定流速为2m/s
d =103⨯
4L
=104mm,取125mm, 则管段流速为v=1.79m/s v
6.1.5 水力计算
图6-1 冷冻水系统图(参考[2]P798 )
备注
90°弯头,变径,止回
阀
分流三通 90°弯头 90°弯头
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1.9mH 2O
6.2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为1.2m/s
d =103⨯
4L [2]
v
L=75×2÷3600=0.042 m 3/s,2台机组总管d 1=211mm,取200mm, 则管段流速为v=1.33m/s 6.2.2水泵出水管:
假定冷却水的出口流速为1.5m/s
d =103⨯
4L
=183mm,取200mm, 则管段流速为v=1.33m/s v
6.2.3单台机组的进水管:
假定流速为1.2m/s
d =103⨯
4L [2]
v
L=75÷3600=0.021m3/s,单台机组管d 1=149mm,取150mm, 则管段流速为1.22m/s 6.2.4 单台机组的出水管:
假定流速为2.0 m/s
d =103⨯
4L
=115mm,取125mm, 则管段流速为v=1.72m/s[2]
v
图6-1 冷却水系统图(参考[2] )
备注
90°弯头,分流三通
90°弯头
90°弯头,变径
止回阀, 旋塞
变径,合流三通
90°弯头
90°弯头
90°弯头,分流三通,变径
90°弯头,截止阀 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5.4mH 2O 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 ⑴ 补水泵总进水管:
假定补给水泵的进口流速为1.2m/s
d =103⨯
4L v
L=0.033×1%=0.33 ×10-3m 3/s,2台机组总管d 1=18.7mm,取20mm, 则管段流速为v=1.1m/s
⑵ 补水泵总出水管:
假定补给水泵的进口流速为2.0m/s
d =103⨯
4L v
L=0.033×1%=0.33 ×10-3m 3/s ,2台机组总管d 1=14.5mm,取20mm, 则管段流速为v=1.1m/s
⑶ 单台水泵的进水管:
假定流速为1.0 m/s
d =103⨯
4L v
L=0.017×1%=0.17×10-3m 3/s,单台机组管d 1=14.7mm,取15mm, 则管段流速为v=1m3/s
⑷ 单台水泵的出水管:
假定流速为1.5 m/s
d =103⨯
4L v
L=0.017×1%=0.17×10-3m 3/s,单台机组管d 1=12.3mm,取15mm, 则管段流速为v=1m/s
图3-3 补水系统图
备注
变径,分流三通
闸阀,90°弯头
闸阀,90°弯头
闸阀,90°弯头
闸阀,90°弯头 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 (t w1-t w2)[3]P31 △tw = tw1- tw2=37-32=5℃ Q c =1.3 Q
其中 Q c —冷却塔冷却热量(KW ), 对压缩机制冷机取1.25-1.3Q 0(Q 0为制冷量)这里取1.3;
C P ——为水的比热容4.2(KJ/(Kg.K)) 则 Q c =1.3×350=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 /(C P △tw )=3600×455/(4.2×5)=78000kg/h=78m3/h 风量计算: Q=
3600Q c
c (I s 1 I s 2)
其中 I s1 I s2 对应于下列温度的饱和空气焓;
t s2 t s1 为室外空气的进出口湿球温度;
t s2—上海市夏季空气调节室外计算湿球温度, 查得28.2℃。[2]P11 t s1 = ts2 + 5 =33.2℃
I s1 =117.16 KJ/Kg I s2 =90.5 KJ/Kg
G=3600×455/4.2×(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:[7]P406
2 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:[3]P31
H=H1 + H2 + H3+ H4 H —冷却水泵的扬程
H 1—冷却水系统的沿程及局部阻力水头损失5.4m(由上面计算)
H 2—冷凝器内部阻力水头损失(m ), 这里取10m (冷凝器水压降<100kpa ) H 3—冷却塔中水的提升高度(m ), 这里取21m H 4—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=(1.10~1.15)H 则Hmax=1.1×41.4=43.54m [6]P1180 (2)流量的确定:
由制冷机组性能参数得板式冷凝器水量为75m 3/h,考虑到泄漏,附加10%的余量即为,75×(1+10%)=82.5 m3/h [6]P1180 (3)冷却水泵的选择:[8]P10P16
[8]P7P16 or [1]p655
根据以上所得流量和扬程,选择三台(二备)IS 系列型号为100-65-200A 水泵:
(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:[3]P31
H=H1 + H2 + H3 H —冷冻水泵的扬程
H 1—冷冻水系统的沿程及局部阻力水头损失3.4m(由上面计算)
H 2—冷凝器内部阻力水头损失(m ), 这里取10m (蒸发器水压降<100kpa ) H 3—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 =34.4m Hmax=(1.10~1.15)H 则Hmax=1.1×34.4=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:[8]P7P16
3软化水器的选择
根据补水流量选用JMR 系列全自动软水器 [5]P729
4 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=60×2×1%=1.2 m3/h, 补水箱的大小满足补水泵能连续运行1.5~2.5h,这里取2.5h, 则V=Q1×2.5=3 m3
补给水泵的流量 Q2=60×2×1%=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) [8]P3P12 or [1]p655
5 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 [4]P385 假定集水器的流速为0.5m/s
d =103⨯
4L v
[2]P811
L=2×60=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/s
D=228.2 mm,取250mm, 则速度为0.75m/s
所选集水器的特性:[1]P650
所选分水器的特性:
(2)分水器和集水器的长度计算[4]P385 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+18×2=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) L1=D1+60=210 mm, L2=D1+D2+120=420 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+18×2=1196 mm 集水器和分水器一般会设置排污口的直径取DN40 mm
6 过滤器的选择;
根据管路直径选择对应的Y 型过滤器。
冷冻水泵进水口直径d=200mm, 所以过滤器选Y-200mm
冷却水泵进水口直径d=200mm, 所以过滤器选Y-200mm 螺纹联接Y 型过滤器 补给水泵进水口直径d=20mm, 所以过滤器选Y-20mm
7电子水处理仪的选择;
根据冷冻水泵压出管直径d=150mm和冷却水泵压出管径d=200mm选用电子水处理仪
表7-7 电子水处理仪性能规格参数表
8膨胀水箱的选择;[1]P660
作用:当空调水系统为闭式系统时,为使系统中的水温变化而引起的体积膨胀给予余地以及有利于系统中空气的排除。
容积: V P =αΔt VS m 3 式中 V P -----膨胀水箱有效容积, m 3; α-----水的膨胀系数, α=0.0006
,L/0C Δt-----最大的水温变化值, 0C ;
V S ----系统内的水容量, m 3,即系统中管道和设备内总容水量。
可根据冷冻水补水量进行选择,由上面可得补水量为1.32m 3/h,可选择 圆形 型号8膨胀水箱。其具体性能参数如下
表7.9 膨胀水箱特性表
七 参考文献
[1]周邦宁主编. 中央空调设备选型手册. 北京:中国建筑工业出版社,199 9
[2]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,2000 [3]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,2001 [4]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,1999 [5]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,1998 [6]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,1999 [7]何青主主编. 中央空调实用技术. 北京:冶金工业出版社,2005
[8]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