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1、制冷技术课程设计说明书设计题目 某制冷机房工艺设计 设 计 者 同组成员 指导教师 能源与机械工程学院2013年 06月目 录第一章 设计原始数据资料11.1 参数条件11.2 土建资料11.3 室外气象参数11.4 空调负荷与冷热源1第二章 设计方案1第三章 冷水机组的型号与数量的选择23.1 机房总制冷量23.2 制冷剂选取23.3 制冷系统设计工况23.3.1 冷凝温度tk的确定23.3.2 蒸发温度t0的确定33.3.3 过冷温度tg的确定33.3.4 压缩机吸气温度t1的确定33.4 设计工况制冷循环及循环p-h图33.5 冷水机组选型5第四章 制冷机房的布置64.1 制冷机房的设计
2、原则64.2 制冷设备布置原则64.3 制冷剂管路布置原则6第五章 水系统计算与选型75.1 冷冻水系统75.1.1 循环水量计算75.1.2 系统补水量75.1.3 冷冻水泵选择85.2 冷却水系统85.2.1 循环水量计算85.2.2 冷却塔85.2.3 管路阻力计算85.2.4 冷却水泵12第六章 设备及管道保温126.1 防锈层126.2 绝热层126.3 防潮层126.4 保护层136.4 防腐层及识别层13第七章 设备明细13参考文献14第一章 设计原始数据资料1.1 参数条件某制冷机房空调冷负荷。1.2 土建资料机房建筑平面图（附后）。1.3 室外气象参数南京地区地理位置：北纬3
3、200 东经11848；夏季空调室外计算干球温度：35.0；夏季空调室外计算湿球温度：28.3；室外风速：夏季 2.6m/s；风向：夏季 SE1.4 空调负荷与冷热源本建筑空调计算冷负荷：3663kW；根据负荷要求选用冷水机组作为空调冷热源；空调冷冻水参数：供水7，回水12 ；冷却方式可按水冷或风冷考虑。第二章 设计方案制冷系统型式确定是多种因素综合考虑的结果，一般应根据用途、总制冷量、当地环境条件来定。本设计为大型集中空调系统的冷冻站，周围无废气余热可供利用，故采用单机压缩式制冷系统，并优先选用冷水机组。在冷却系统的方式上有水冷、风冷、蒸发冷却等，本设计中水源较为便捷且冷凝负荷较大，故采用水
4、冷方式。制冷压缩机一般包括活塞式、螺杆式、离心式等，本设计选用螺杆式，即采用螺杆式水冷冷水机组。螺杆式与活塞式压缩机相比，具有结构简单，易损部件少，重量轻，单机压缩比大，对湿行程不敏感，振动小，对基础要求低，通常无需采用隔震措施，输气系数高，排气温度低，热效率高，加工件少，压缩机的零件总数只有活塞式的1/10，检修周期长，无故障运行时间可达35万小时，制冷量可在10100%的范围内无极调节，运行稳定、安全。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。在冷量输送方式上采用间接供冷方式，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各个区域，
5、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。第三章 冷水机组的型号与数量的选择3.1 机房总制冷量制冷系统的总制冷量，应该包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身和供冷系统冷损失，可按下式计算：Q=(1+A)Q0=(1+0.10)3663=4029kW （3-1）式中：Q 制冷系统的总制冷量（kW） Q0用户实际所需要的制冷量（kW） A 冷损失附加系数，间接供液，取10%。3.2 制冷剂选取氟利昂是一种
6、透明、无味、无毒、不易燃烧和爆炸以及化学性能稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟利昂制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷压缩机，以适应不同制冷温度的要求。常用的氟利昂制冷剂有R12、R22、R502及R134a等。其中，R22是家用空调中应用较多的一种氟利昂制冷剂，它的热力学性能与氨相近，但不燃、不爆，中低温冷水机组使用中比氨更安全可靠。R22是一种良好的制冷剂，在空调装置使用R22已很普遍。它的蒸发温度（-40.0）比R12低。R22的单位容积制冷量比R12的高60%，稍小于氨，其导热系数比R12的稍高，比氨的小得多。R22稳定性也好，若R22与金属接触则在135150范围
7、内开始分解；R22不燃烧，也不爆炸；故常用在窗式空调器、冷水机组、立柜式空调机组中。R22破坏臭氧层能力是R12的1/20。所以，在中近期内仍不失为一种可靠代用制冷剂。目前国内外已生产和使用R22的离心式冷水机组。所以，本设计选用R22作为冷水机组制冷工质。3.3 制冷系统设计工况确定制冷系统的设计工况主要指确定冷凝温度、蒸发温度、过冷温度、吸气温度。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，冷冻水要求参数及冷却剂参数应作为选择确定制冷剂系统型式及设计工况参数的依据。3.3.1 冷凝温度tk的确定冷凝温度取决于所采用的冷却介质（水或空气）和冷凝器的结构形式。由于冷凝负荷大，故选用水作
8、为冷却介质并设有冷却塔。则冷凝温度为：tk=(t1+t2)/2+(35) （3-2）式中：t1 冷凝器冷却水进口温度（） t2 冷凝器冷却水出口温度（）一般取t132，冷凝器进出口温差取：立式冷凝器：t2-t1=24卧式冷凝器：t2-t1=48当冷却水进水温度偏高时，温度取下限；进水温度较低，温度取上限。一般根据冷却塔进出水温度t2取37，t1取32。本设计中，冷却系统采用循环水冷却，卧式冷凝器，设置冷却塔，t1取32，t2取37，则冷凝温度tk=(t1+t2)/2+5=(32+37)/2+5=39.53.3.2 蒸发温度t0的确定蒸发温度主要取决于被冷却物体的温度和蒸发器的型式，一般根据用户
9、工艺要求确定。对于冷却液体的蒸发器：t0=t2-(46) （3-3）式中：t2 蒸发器中被冷却液体的出口温度（）。本设计中冷水供水温度为7，回水温度为12，所以蒸发温度t0= t2-3=7-3=43.3.3 过冷温度tg的确定过冷温度取决于冷却介质的温度和过冷器的传热温差。由于过冷器的热负荷较小，可选用较小的温差。通常取过冷温度较相同压力下的冷凝温度低23，则过冷温度tg=tk-3=39.5-3=36.53.3.4 压缩机吸气温度t1的确定压缩机的吸气温度根据低压蒸汽离开蒸发器时的状态及吸气管道中的传热情况来确定。对于氟利昂制冷压缩机通常定为15，本设计的压缩机吸气温度t1取15。3.4 设计
10、工况制冷循环及循环p-h图将设计工况主要参数输入到Solkane 8.0中，得到R22制冷循环p-h图，如图1所示，其中点0为饱和蒸汽点，点1为压缩机吸气口（蒸发器出口），点2为压缩机排气口（冷凝器入口），点3为冷凝器出口，点4为蒸发器进口。2S24301图1 设计工况制冷循环lgp-h图根据绘制的p-h图查表求得各状态参数，表1列出了循环个点参数。表1 设计工况循环各状态点参数状态点0122s34P/Mpa0.5660.5661.5151.5151.5150.566t/4.0015.0066.0476.3236.504.00v/m3.kg-10.02520.04400.01910.01810
11、.00090.0089h/kj.kg-1325.71414.63440.46445.78245.07245.07单位制冷量：=-=169.56 kJ/kg （3-4）单位容积制冷量：=/=3853.64 kJ/m3 （3-5）制冷剂质量流量：=23.76kg/s （3-6）制冷剂体积流量：=23.760.0440=1.0454m3/s （3-7）压缩机耗功：-=25.83 kJ/kg （3-8）制冷压缩机容积效率：=0.8292 （3-9）压缩机指示耗功：=31.15kJ/kg （3-10）冷凝负荷：=4768.9 kW （3-11）制冷系数：=5.44 （3-12）理想循环制冷系数：=11.
12、3 （3-13）实际热力完善度：=0.4814 （3-14） 3.5 冷水机组选型考虑到制冷机组运行的稳定性、安全性、产品的可信赖程度及过渡季节的使用特性，查取实用制冷工程设计手册螺杆式冷水机组性能表格，选取负荷设计工况相对应制冷量的冷水机组。选用LSBLGF740一台（名义工况制冷量740kW），LSBLG1668二台（名义工况制冷量1668kW），制冷量比例18%、41%、41%，具体情况如表2所示。表2 螺杆式冷水机组技术参数型号LSBLG740LSBLG1668名义制冷量（kW）7401668制冷剂R22压缩机型号半封闭螺杆式功率(kW)152343制冷量调节范围15100无级调节冷凝
13、器冷却流量（m3/h）159359进出水管径DN150DN250水压降（KPa）100蒸发器冷水量（m3/h）127287接管尺寸DN150DN250水压降（KPa）100外形尺寸长（mm）43004500宽（mm）17502600高（mm）24402500重量（Kg）530011000说明：上表制冷工况为：冷冻进水温度12，出水7，冷却进水32，温差5，即设计工况。三台机组完全运行时，总制冷量Qo=740+16682=4076kW，满足最大负荷的情况；运行一台LSBLG740和一台LSBLG1668，制冷量为Qo=740+1668=2408kW，满足50%最大负荷的情况；运行二台LSBLG1
14、668，制冷量为Qo=16682=3336kW，满足75%最大负荷的情况。因此，三台冷水机组具有工况优化的条件。第四章 制冷机房的布置4.1 制冷机房的设计原则（1）制冷机房应位于冷负荷的中心，靠近冷却水水源和电源，同时应避免日晒。机房的设计应符合采暖通风与空气调节设计规范、建筑设计防火规范等的有关规定。（2）机房严禁设在人员密集的场所和重要部门的上面、下面及主要通道的两旁。（3）制冷机房应以非易燃材料建筑，就地取材，符合国家的有关规定。（4）制冷机房的屋架下弦标高取3.64.8m.。（5）机房必须有良好的天然采光，其窗孔投光面积和机房地面的比例不应小于1：6。（6）冬季设备停止运行时，机房内
15、值班室的温度不宜低于5，采暖地区冬季工作的机房，其采暖温度不宜低于16。（7）制冷机房内的机器间和设备间应保持良好的自然通风状况。（8）制冷机房的机器间和设备间内，应设有冲洗地面的给水排水设施。（9）各用水设备停止运行后，必须将水排干净，以防止腐蚀或冻裂。4.2 制冷设备布置原则（1）符合制冷工艺流程，流向通畅、连接管路要短、便于设备的安装、操作管理，且应留有适当的空间，以便设备部件拆卸检修。（2）尽可能的使设备安装紧凑，并充分利用机房空间，以节约建筑面积，降低投资。（3）制冷压缩机一般布置在室内，并有减振基础；冷凝器、油分离器、集油器布置在室外；蒸发器、贮液器等布置在室内。（4）制冷压缩机的
16、主轴拔出端、壳管式换热器的轴向一侧应留有足够的拔出检修空间。所有低温设备在布置时均应注意避免“冷桥”的产生。4.3 制冷剂管路布置原则（1）符合工艺流程，力求简单，缩短管线，减少部件，以达到减少阻力、泄漏以及降低材料消耗的目的。还应注意切换的灵活性，运行的可靠性和切断检修的可能性。（2）管路的布置应便于装设支架，一般管路尽可能沿墙、柱、梁布置，而且应考虑便于维修，不影响室内采光、通风以及门窗的开闭。（3）制冷压缩机的吸气管和排气管设置在同一支架或者吊架上时，应将吸气管放在排气管的下面，数根平行管道之间应留有一定的间距，以便管道的安装和检修。一般下管道间的净间距不小于200mm。（4）除特殊要求
17、外，一般液体管路上不应有局部向上凸起的管段，气体管路上不应有局部向下凹陷的管段，以避免产生“气囊”和“液囊”，影响管内流体的流动。（5）从液体主管上接出支管时，一般从主管的底部接出；从气体主管上接出支管时，一般从主管的顶部接出。（6）管道布置在地沟内时，沟底应有不小于0.01的排水坡度，并应在沟底的最低出设置地漏或者其它排水装置。（7）管道穿越墙壁和顶棚时，应敷设套管，以便管道因温度变化而伸缩；低温管道还要考虑留有足够间隙以便安装保温层；压缩机排气管穿越易燃墙壁和楼板时，应采用不燃材料进行隔离。（8）对于氟里昂制冷系统，小尺寸管道（直径在20mm以下）一般采用紫铜管，对于较大直径的管道，一般采
18、用无缝钢管。第五章 水系统计算与选型设计各种管道系统，本设计为水冷冷水机组，主要是冷冻水和冷却水管道系统。根据管内介质的流动速度计算水系统管径；根据制冷系统设备和管道实际布置的几何尺寸，计算各部分沿程阻力和局部阻力；根据泵的流量及扬程选择合适的泵；计算膨胀水箱的溶剂；选择相应的冷却塔。5.1 冷冻水系统5.1.1 循环水量计算循环水量 （5-1）式中：每个蒸发器的热交换热量（kW） t2 冷冻水回水温度（） t1 冷冻水供水温度（）对于本设计，。5.1.2 系统补水量按循环水量的24计，本设计取3，故系统补水量W补=W3=5.77L/s。5.1.3 冷冻水泵选择水泵按全系统综合选用，考虑到20
19、的附加流量，水泵输送总流量W=（192.45+5.77）（1+20）3.6=856.31m3/h。选取3台上海上诚泵阀制造有限公司生产的ISG 250-315B型水泵，额定流量450m3/h，扬程24mH2O，并联布置，二用一备。泵的出口依次连接软连接、调节阀、单向阀、调节阀，入口依次连接软连接、调节阀。5.2 冷却水系统5.2.1 循环水量计算冷凝器冷却水量 （5-2）式中：Q 每个冷凝器热负荷（kW） t2 冷却水出水温度（） t1 冷却水进水温度（）对于本设计，。5.2.2 冷却塔按冷却水量的1.1倍选择冷却塔，冷却水量W=1.1227.803.6=900.10m3/h。选取厦门良机生产
20、的LBCM-450型逆流式圆形冷却塔（标准水量450m3/h）二台。5.2.3 管路阻力计算(1)冷却水系统各级管段管径确定图2 冷却水循环示意图查动力管道手册得到的推荐流速如下：表3 各管道推荐流速部位水泵出口水泵入口主干管一般管道排水管向上立管推荐流速（m/s）2.43.61.22.11.24.51.53.01.22.11.03.0取值3.01.62.42.32.32.0根据流速取值，算出各管道直径，汇总于表4：表4 冷却水系统管径、流速计算表 编号类别流量m3/s推荐流速m/s计算管径mm选径mm流速m/s1一般0.09972.32352502.032一般0.1442.32823002.
21、033主干0.2442.43594001.944向上立管0.1222.02793001.734一般0.1222.32602502.495主干0.2442.43594001.946一般0.2442.33684001.947水泵压出口0.1624.03622503.308水泵吸入口0.0821.62552501.679一般0.0822.32132002.6010一般0.1622.33003002.3011一般0.2442.33684001.9412主干0.2442.43594001.9413一般0.1442.32823002.0314一般0.09972.32352502.03（2）冷却水泵扬程的确
22、定1.最不利环路上沿程阻力损失：最不利环路估测长度为50m，查通风与空气调节工程冷却水管道单位沿程阻力计算表，确定比摩阻236.22Pa/m. Hf=236.2250=11761Pa=1.2mH2O查新编实用空调制冷设计、选型、调试、维修手册得阻力系数如下：表5 管道阻力系数截止阀0.3水箱接管进水口1.0出水口0.5变径减缩0.1渐扩0.3焊接90弯头DN2002503003504000.720.780.870.890.90过滤器2.5除污器 5.0三通阀0.1止回阀DN501002003003504003.72.40.10.10.10.12.局部阻力计算如下：管段1截止阀1个，90弯头1个
23、pj1=Pa=0.23mH2O管段2截止阀1个，三通阀1个pj2824Pa=0.08mH2O管段3截止阀1个，三通阀1个，90弯头2个pj3Pa=0.42mH2O管段4截止阀2个，三通阀1个，90弯头3个pj4Pa=0.51mH2O管段4变径pj5Pa=0.03mH2O管段5三通阀1个，90弯头2个pj6Pa=0.37mH2O管段6三通阀1个pj7Pa=0.019mH2O管段7三通阀1个pj8Pa=0.06mH2O管段890弯头1个，调节阀3个，单向阀1个pj9Pa=0.25mH2O管段990弯头1个，三通阀1个，截止阀1个pj10Pa=0.39mH2O管段10三通阀1个，截止阀1个pj11P
24、a=0.11mH2O管段11、1290弯头2个，三通阀1个pj12Pa=0.37mH2O管段13三通阀1个pj13Pa=0.022mH2O管段14三通阀3个，90弯头1个pj14Pa=0.35mH2O3.冷水机组阻力损失：Hz=0.078MPa=7mH2O4.冷却塔水的提升高度：Ht=5mH2O5.冷却塔喷嘴压力：hp=4mH2OHxmax=pj=hf+hz+ht+hp=3.3+1.2+7+5+4=20.5mH20则冷却水泵的扬程为：H=1.1Hmax=20.5mH2O5.2.4 冷却水泵本设计中冷却水为循环式，增设冷却塔，水泵按全系统综合选用，考虑到20的附加流量，水泵输送总流量W=227.
25、803.6（1+20）=984.10m3/h。选取4台上海上诚泵阀制造有限公司生产的ISG 200-315（I）B型水泵，额定流量346m3/h，扬程24mH2O，并联布置，三用一备。泵的出口依次连接软连接、调节阀、单向阀、调节阀，入口依次连接软连接、调节阀。第六章 设备及管道保温设备与管道的低温部分应有保温措施，以保证有良好的经济性，一般需保温的部分有：蒸发器、回气管、冷媒水箱及水管。保冷设备和保冷管道的外层结构由内至外，按功能和层次由防锈层、保冷层、防潮层、保护层、防腐蚀及识别层组成，其中保冷层、防潮层、保护层称之为保冷结构。DN100及以上的，保温层厚度为25mm；DN65DN80的，保
26、温层厚度为22mm，DN50及以下的，保温层厚度为19mm。6.1 防锈层将防锈材料涂敷在保冷设备及采用碳钢或铁素体合金钢的保冷管道的外表面，防止其因受潮而腐蚀生锈。保冷设备及保冷管道在采用不锈钢、有色金属及非金属材质时不存在生锈腐蚀问题，也就不需设置防锈层。由于制冷装置工作时，在绝热层内被绝热物体表面的温度最低，水分就会凝附于表面之上，若无防锈层，就会腐蚀金属，而要始终保持绝热层内设有水量是极困难的。不但在施工之前绝热材料不能做到充分干燥，而且在制冷装置长年的运行过程中，只要防锈层有局部失败，空气中的水分就会进入绝热层，最后凝结在冷表面上。因此，在敷设绝热层之前，必须先涂一层防锈层。这里选用
27、的防锈层材料是涂刷两遍冷底子油。6.2 绝热层是保冷结构的核心层，将绝热材料敷设在保冷设备及管道外表面，阻止外部环境的热流进入，减少冷量损失，维持保冷功能。6.3 防潮层是保冷层的维护层，将防潮材料敷设在保冷层外，阻止外部环境的水蒸气渗入，防止保冷层材料受潮后降低保冷功效乃至破坏保冷功能。常用作防潮层的材料有两种，一种以沥青为主，另一种以聚乙烯薄膜作防潮材料。多年实践证明，使用沥青施工时较容易达到质量要求，防潮层能长期保持有效。所以本次设计选用沥青为主的防潮材料。6.4 保护层是保冷结构的维护层，将保护层材料敷设在保冷层或防潮层外部，保护保冷结构内部免遭水分侵入或外力破坏，使保冷结构外形整洁、
28、美观，延长保冷结构使用年限。绝热结构的保护层主要是保护防潮层和绝热层不受机械损伤。本设计选用镀锌薄钢板，用0.5mm钢板，外表面应刷两道油。6.4 防腐层及识别层在保护层外面，应刷一层能防止保护层被腐蚀的材料作为防腐蚀层，应当根据不同的保护层材料和不同的防腐蚀要求，选择防腐蚀层材料。当采用镀锌薄钢板做保护层时，为了延长材料的使用年限，可在外表面涂刷12层油漆。本设计采用各色醇酸磁漆。第七章 设备明细本设计设备选型汇总于表6：表6 设备明细编号名称型号数量备注1冷却塔LBCM-45022冷却泵ISG 200-315（I）B4三用一备3冷冻泵ISG 250-315B3二用一备4冷水机组1LSBLG
29、74015冷书机组2LSBLG16682参考文献【1】制冷工程设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1978年【2】郭庆堂等.实用制冷工程设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1994年【3】彦启森、石文星等.空气调节用制冷技术.北京：中国建筑工业出版社，2004年6月【4】岳孝方、陈汝东.制冷技术与应用.北京：同济大学出版社，1992年1月【5】彦启森.空气调节用制冷技术.北京：中国建筑工业出版社，第二版【6】陈沛霖、岳孝方等.空气与制冷技术手册.北京：同济大学出版社，1990年7月【7】郭庆堂、吴进发等.简明空调用制冷设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1997年4月【8】郑贤德.制冷原理与装置.北京：机械工业出版社，2003年3月【9】路诗奎、姚寿广.空调制冷专业课程设计指南.北京：化学工业出版社，2005年7月【10】陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京：建筑工业出版社，1993年【11】关震荣.采暖通风工程制图.北京：高等教育出版社，1991年【12】暖通空调设计规范.北京：建筑工业出版社，2000年
