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1、15000m3/h风量双源型全新风除湿机设计报告书南京五洲制冷集团有限公司二零一零年 八月目 录1.设计要求- 1 -2.空气处理过程- 1 -3.设计计算- 2 -3.1进风状态参数- 2 -3.2热管换热器设计- 2 -3.3 表冷器设计- 3 -3.4 冷冻除湿各元件的设计- 4 -3.5机组最低出风参数的校核- 7 -3.6最大补水量的计算- 8 -3.7确定风口尺寸及风机的选配- 8 -4.其他季节工况下机组的校核计算- 10 -4.1夏季最恶劣工况- 10 -4.2过渡季节工况- 11 -4.3冬季工况- 12 -5.机组框架和面板机械强度校核- 12 -6.技术参数表- 12 -
2、7. 配置清单- 13 -8成本核算- 14 -1.设计要求（1） 夏季室外计算工况为DB33/ WB27；（2） 高温冷冻水供回水温度为15/20；（3） 工作电源：AC380V/3P/50Hz；（4） 机组夏季设计送风含湿量不高于8g/kg干；（5） 机组夏季送风温度在1622之间可调；（6） 机组运行补水由自来水提供；（7） 送风量：V1=15000m3/h；（8） 回风量：V2=12000m3/h2.空气处理过程由设计边界条件可知：夏季进风工况：DB33/ WB27，焓值为84.9kJ/kg，含湿量为20.1g/kg干；要求出风工况：16送风温度22，送风含湿量8g/kg干。图1 设计
3、条件分析焓湿图从设计条件分析焓湿图上我们知道，含湿量8g/kg干，16送风温度22，如焓湿图中的阴影区域所示。为了保证送风含湿量8g/kg干，从焓湿图上查得送风含湿量=8g/kg干的蒸发器极限出风状态点应位于等含湿量线AB（dAB=8g/kg干）的左侧区域内，我们以相对湿度95%作为机器露点的参考基准，可得蒸发器极限出风状态点为L点（具体位置如图1中的L点所示），其相关参数如下：表1 蒸发器极限出风状态点（L点）参数干球温度湿球温度露点温度焓相对湿度含湿量空气密度kJ/kg干%g/kg干kg/m311.611.14710.72831.8589581.234L点即为满足出风含湿量8g/kg干的蒸
4、发器极限出风状态点。为了充分保证机组夏季设计出风工况的要求，系统设计时考虑足够的安全余量，同时本着既能满足用户要求，又兼顾设计经济型的原则，我们根据上述焓湿图分析，以相对湿度90%作为机器露点的参考基准，确定双冷源全新风除湿机的蒸发器出风状态点为L2点（具体位置如焓湿图中的L2点所示），其相关参数如下：表2 蒸发器实际出风状态点（L2点）参数干球温度湿球温度露点温度焓相对湿度含湿量空气密度kJ/kg干%g/kg干kg/m31211.1610.4332.13907.931.232夏季室外新风首先通过空气过滤器过滤，再经热管换热器的蒸发段预冷降温，然后经过表冷器初步降温除湿，机器露点达到19，而后
5、再经过直接蒸发冷深度降温除湿，使出风的机器露点达到12，最后经过再热冷凝器加热，通过调节再热冷凝的热负荷，使机组送风参数连续可调，从而达到设计要求的温湿度参数（tDB=1622），送入房间。新风处理过程及焓湿图分析如图2、图3所示。图2：新风处理过程图图3：夏季新风处理焓湿图而室内排风将经过蒸发冷凝器降温、热管换热器冷凝段及散热冷凝器升温后排出机组。排风的利用使热管换热器的热回收得以实现。排风的空气处理过程及焓湿图分析如图4、图5所示。图4：排风处理过程图图5：夏季排风处理焓湿图3.设计计算3.1进风状态参数新风状态参数W(W)：表3BtWWWiWdWtwbWtdpWkPa%kg/m3kJ/k
6、gg/kg10133631.285.5920.412725.18回风状态参数N： 表4BtNNNiNdNtwbNtdpNkPa%kg/m3kJ/kgg/kg10127501.256.0311.2819.515.723.2热管换热器设计经热管热回收器预冷后空气状态A为： 表5BtAAAiAdAtwbAtdpAkPa%kg/m3kJ/kgg/kg10129.676.71.282.0320.4126.2825.17计算显热回收量：QA =V11. 2（tW tA）1.05/3600 =（150001. 2）（33-29.6）1.05/3600 =17.8kW热管换热器设计初步设计热管换热器为： 表6
7、项目单位热管迎风面长宽排数列数间距总传热面积风量迎面风速mm排列mmm2m3/hm/s蒸发段220010646282.6316150001.78冷凝段220010646282.6316120001.423.3 表冷器设计经表冷器冷却去湿后空气状态参数L1为： 表5 BtL1L1L1i L1d L1twb L1tdp L1kPa%kg/m3kJ/kgg/kg10119951.252.7513.2418.5418.2计算表冷制冷量：Q L1 =V11. 2（iW iA）/3600 =（150001. 2）（82.03-52.75）/3600 =146.4kW计算表冷除湿量：W L1= V11. 2
8、（d1d2）/1000 =（150001.2）（20.41-13.24） =129.06kg/h计算表冷冷冻水流量：机组冷水供回水温度为15/20,则冷冻水流量为：GL1=25223kg/h=25.2t/h。表冷器设计表冷器逆流设计，空气侧进出风温度29.6/19，水侧进出水温度15/20，则传热温差为： 6.4取传热系数为55W/（m2K），则所需面积为：FL1=146.41000/55/6.4=416m2初步设计表冷器： 表7 迎风面长宽排数列数间距总传热面积迎面风速mm排列mmm2m/s220010648282.64221.78铜管采用15.60.75型，满足设计要求。3.4 冷冻除湿各
9、元件的设计经蒸发器降温去湿后空气状态参数L2为： 表8BtL2L2L2i L2d L2twb L2tdp L2kPa%kg/m3kJ/kgg/kg10112901.232.127.9311.1610.43计算蒸发冷量：QL2 =V11. 2（i L1 i L2）/3600 =（150001. 2）（52.7532.12）/3600 =103.2kW计算蒸发除湿量：W L2= V11. 2（dL1dL2）/1000 =（150001.2）（13.24-7.93）/1000 =95.58kg/h压缩机的选配a蒸发器出风温度t2=12，据此确定蒸发温度 to=3，采用蒸发冷凝器冷凝，确定冷凝温度 t
10、k=40；b按制冷量Qo= 103kW，工质为R134a，选择“Refcomp”SRC-S-163一台，在to=3，tk=40时的制冷量为111kW，对应压缩机输入功率为24.7kW。蒸发器设计蒸发器逆流设计，空气侧进出风温度19/12，蒸发温度为3，传热温差为tm=12.12取传热系数为35W/（m2K），则所需面积为F L2=1031000/35/12.12=243.3m2初步设计蒸发器： 表9迎风面长宽排数列数间距总传热面积迎面风速mm排列mmm2m/s220010646283.5239.21.78采用单系统，铜管为15.60.5型，满足设计要求。再热冷凝器设计按照蒸发温度t0=3，冷凝
11、温度tk=40，查制冷原理与设备第210页图8-2得：冷凝负荷系数C0=1.2，冷凝热负荷Qk=CoQo=1.2103.2=124kW。a.当机组出风温度16时，空气温升t1=16-124，则需再热量为：QS1 =CPV11. 2t/3600=1.05(150001. 2）4/3600=21kW这样，空气经再热冷凝器加热升温，达到要求的机组出风，状态参数S1为： 表10BtS1S1S1i S1d S1twb S1tdp S1kPa%kg/m3kJ/kgg/kg1011669.381.236.227.9312.810.43b.当机组出风温度22时，空气温升t2=22-1210，则需冷凝再热量为：
12、QS1 =CPV1. 2t/3600 =1.05(150001.2）10/3600=52.5 kW这样，空气经再热冷凝器加热升温，达到要求的机组出风，状态参数S2为： 表11BtS2S2S2i S2d S2twb S2tdp S2kPa%kg/m3kJ/kgg/kg1012247.71.242.377.9315.0910.43 按最大热负荷设计再热冷凝器。逆流布置，空气侧进出风温度12/22，冷凝温度为40，传热温差为：tm=22.6取传热系数为30W/（m2K），则所需面积为：F S2=52.51000/30/22.6=77.4m2初步设计再热冷凝器： 表12 迎风面长宽排数列数间距总传热面
13、积迎面风速mm排列mmm2m/s220010642283.5801.78采用单系统，铜管为15.60.5型，满足设计要求。蒸发冷凝器的设计机组制冷系统包括再热冷凝器，蒸发冷凝器和散热冷凝器。三个冷凝器串联连接。当再热冷凝器热负荷最小时，即当机组送风温度为16时，蒸发冷凝器热负荷最大，这时蒸发冷凝器热负荷为Qk=124-21=103 kW。回风经过蒸发冷凝器前的湿球温度19.5，根据热负荷、进风湿球温度和冷凝温度，确定蒸发冷凝器。总排热量以热负荷为103kW的蒸发式冷凝器为例，水膜表面的温度介于冷凝温度40，与进风湿球温度19.5之间，假设水膜温度一般比进风湿球温度高56度，取水蒸发汽化的最终温
14、度为26，即水在26完全汽化时，最大理论耗水量计算为（26时水的汽化热值为：2440kJ/kg）：1033600/2430153kg/h。而机组的总除湿量为224.6 kg/h，水温为16，即夏季机组不需要补水。蒸发冷凝器的出风参数B为： 表13BtBBBiBdBtwbBtdpBkPa%kg/m3kJ/kgg/kg10127951.282.821.7826.4526.24热管换热器的校核由热管蒸发段的显热回收量计算热管冷凝段的出风参数，考虑有3的热损失。则出风干球为：tc27+17.8（1-3）（1-3）3600/12000/1.2/1.0527431等湿加热后，空气的出风参数为： 表14Bt
15、cccicdctwbctdpckPa%kg/m3kJ/kgg/kg1013175.381.28721.7827.3726.25这样，热管的热效率为:h散热冷凝器的设计在蒸发冷凝器的前面增加两排的散热冷凝器，使高压气态制冷剂首先在此部分被冷却至接近饱和温度，再进入蒸发冷凝器的冷凝盘管冷凝成液态。这样，一方面可充分利用空气带走雾状水滴进行冷却，同时还可以减轻盘管上的结构现象。在冷凝温度40，过热5的情况下，过热区的热负荷约为总热负荷的15，即：QD =Qk0.15 =1240.15=18.6kW。空气被等湿加热，则出风干球为：tD31 +18.63600/12000/1.24.6535.65等湿加
16、热后，空气的出风参数为： 表15 BtDDDiDdDtwbDtdpDkPa%kg/m3kJ/kgg/kg10135.6558.081.291.8921.7828.3926.25则散热冷凝器的传热温差为：tm=21.6取传热系数为30W/（m2K），则所需面积为：F D=18.61000/30/21.4=29m2则初步设计散热冷凝器： 表16迎风面长宽排数列数间距总传热面积迎面风速mm排列mmm2m/s220010641282.652.61.78采用单系统，铜管为15.60.5型，满足设计要求。热力膨胀阀的选配按Qo =103 kW，因有分液头，系统压降较大，故选用外平衡式热力膨胀阀，根据tk、
17、to、p、Q0的具体数值，制冷系统采用单系统，选用“ALCO”的TRAE-30H型热力膨胀阀一个。3.5机组最低出风参数的校核当室外新风温度很低时，表冷器失去意义，机组按50的能量运行。校核机组的最低出风参数。制冷量Q00.5Q0/2=111/2=55.5 kW；保证蒸发器出风参数L2不变，机组进风焓值为i0.5=55.53600/15000/1.232.1211.132.1243.22 kJ/kg；查焓湿图，可得在相对湿度95的情况下，机组进风w0.5的参数为： 表17Btw0.5w0.5w0.5i w0.5d w0.5twbw0.5tdp w0.5kPa%kg/m3kJ/kgg/kg101
18、15.8951.243.1910.7715.3815.01这时候蒸发器的传热温差为tm0.5=10.8取传热系数为35W/（m2K），则所需面积为：F 0.5=55.51000/35/10.8=146.8 m2，远小于蒸发器设计面积239.2 m2，机组可以正常运行。当蒸发器出风参数为保证不结霜的状态时，即表18BtL2minL2minL2mini L2mind L2mintwpL2mintdpL2minkPa%kg/m3kJ/kgg/kg1018901.223.296.057.276.54这时候压缩机SRC-S-163在蒸发温度0，冷凝温度35时，制冷量为104.8kW，对应的输入功率为22
19、.1 kW。这样机组进风焓值为：i0.5=104.8/23600/15000/1.223.2910.4823.2933.77 kJ/kg查焓湿图，可得在相对湿度90的情况下，机组进风wmin的参数为： 表19Bt wminw minwmini wmind wmintwbwmintdpwminkPa%kg/m3kJ/kgg/kg10112.5921.233.788.3911.8411.25这样，蒸发器的传热温差为：tmmin=10.3取传热系数为35W/（m2K），则所需面积为：Fmin=104.8/21000/35/10.3=145.4 m2，远小于蒸发器设计面积239.2 m2，机组可以正常
20、运行。3.6最大补水量的计算当机组工作在进风很干燥的工况，这时表冷器的进、出风露点接近冷冻水的进水温度15，表冷器进行干降温过程，机组全部的冷凝水来自蒸发器，压缩机、蒸发器全负荷运行，蒸发器出风参数不变。这样，由露点15，焓值52.75 kJ/kg得出表冷器的出风参数，即蒸发器的进风参数为： 表20BtL1L1L1i L1d L1twb L1tdp L1kPa%kg/m3kJ/kgg/kg1012553.961.252.7510.818.5415.05这时，机组的冷凝水量，即蒸发除湿量为：W L2= V11. 2（dL1dL2）/1000 =（150001.2）（10.8-7.93）/1000
21、 =51.66kg/h而蒸发冷凝器的理论最大蒸发量为151kg/h，这样机组的最大补水量为：W补153-52100 kg/h。3.7确定风口尺寸及风机的选配风口尺寸及风速如下表： 表21风量风量风速限制实际风速尺寸m3/hm/sm/smmmm新风口15000344.210001000送风口15000565.21000800回风口12000564.21000800排风口15000344.210001000按照要求：a. 工作电源：AC380V/3P/50Hz；b. 蜗壳风机；c. 机外余压400Pa；送风机15000 m3/h，全压900Pa。选用rosenberg的DKNB09-630，如图6
22、所示：图6：送风机曲线参数图排风机12000 m3/h，全压500Pa。选用rosenberg的DKNB09-630，如图7所示：图7：排风机曲线参数图4.其他季节工况下机组的校核计算在夏季最恶劣工况、过渡季节、冬季对机组进行校核计算，保证机组在不同的进风参数下正常运行。4.1夏季最恶劣工况变表冷器冷冻水流量，定出水温度、定风量表22 夏季最恶劣工况下新风处理过程一中各状态点参数表状态点ttwbtdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3W3230.6430.33103.419027.781.2W3230.6430.33103.419027.781.2A30.3330.3330.33101.5
23、310027.781.2L11918.5418.252.759513.241.2L21211.1610.4332.13907.931.2S11612.810.4336.2269.387.931.2S22215.0910.4341.3747.77.931.2表23 夏季最恶劣工况下排风处理过程一中各状态点参数表状态点ttwptdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3N2719.515.756.025011.281.2B2726.4526.2482.89521.781.2C2926.9126.2584.984.5521.781.2D33.6527.9626.2589.7964.921.781.2
24、表24夏季最恶劣工况下机组的主要参数表一 型 号性 能 数 据CS15X-A/12总 冷 量kW356总除湿量kg/h357显热回收量kW8.9表冷制冷量kW245蒸发制冷量kW103冷凝热回收量kW2070冷冻水流量t/h42.2 压缩机功率kW24.7 由上分析可知，在夏季最恶劣进风参数下，机组可以正常运行，这时表冷器的负荷加大，冷冻水流量增加。定表冷器冷冻水流量，变出水温度、定风量如果在保证表冷器最大负荷及最大冷冻水流量不变，再重新校核机组如下。当状态A 的空气经过表冷器降温除湿后，L1的焓值为：i=101.53-1463600/15000/1.2101.53-29.272.33 kJ/
25、kg表冷器全负荷运行，取传热系数为55W/（m2K），换热面积为422 m2，则传热温差为：tm=1461000/55/4226.29这样，计算表冷器的出风温度t表25 夏季最恶劣工况下新风处理过程二中各状态点参数表状态点ttwbtdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3W3230.6430.33103.419027.781.2W3230.6430.33103.419027.781.2A30.3330.3330.33101.5310027.781.2L124.523.9823.7372.39518.691.2L2141.2S11612.810.4336.2269.387.931.2S2221
26、5.0910.4341.3747.77.931.2表26 夏季最恶劣工况下排风处理过程二中各状态点参数表状态点ttwptdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3N2719.515.756.025011.281.2B2726.4526.2482.89521.781.2C2926.9126.2584.984.5521.781.2D33.6527.9626.2589.7964.921.781.2表27夏季最恶劣工况下机组的主要参数表二 型 号性 能 数 据CS15X-A/12总 冷 量kW356总除湿量kg/h357显热回收量kW8.9表冷制冷量kW146蒸发制冷量kW103冷凝热回收量kW207
27、0冷冻水流量t/h25.2 压缩机功率kW24.7 定表冷器冷冻水流量，定出水温度、变风量4.2过渡季节工况表25 过渡季节工况下新风处理过程中各状态点参数表状态点ttwbtdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3W1817.0116.3547.949011.751.2W1817.0116.3547.949011.751.2A1817.0116.3547.949011.751.2L11817.0116.3547.949011.751.2L21211.1610.4332.13907.931.2S11612.810.4336.2269.387.931.2S22215.0910.4341.3747
28、.77.931.2表26 过渡季节工况下排风处理过程中各状态点参数表状态点ttwptdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3N2719.515.756.025011.281.2B2726.4526.2482.89521.781.2CD表27过渡季节工况下机组的主要参数表 型 号性 能 数 据CS15X-A/12总 冷 量kW79.1总除湿量kg/h68.8显热回收量kW0表冷制冷量kW0蒸发制冷量kW79.1冷凝热回收量kW2070 冷冻水流量t/h0压缩机功率kW30.2 该工况下，热管换热器、表冷器不工作，压缩机部分负荷运行，通过调节制冷剂管路上的比例三通阀，来调节再热量，从而保证要求的
29、出风参数。4.3冬季工况冬季热管换热器、表冷器，压缩机不工作，送风机和排风机工作，机组运行通风功能。表28 冬季工况下新风参数表状态点ttwbtdpid kJ/kg%g/kg干kg/m3W52.890.2714.62703.871.2W52.890.2714.62703.871.25.机组框架和面板机械强度校核6.技术参数表CS15X-A/12双源型全新风除湿机技术参数表 型 号性 能 数 据CS15X-A/12总 冷 量kW250总除湿量kg/h224总 功 率kW33.7空气过滤器型式初效板式中效袋式热管换热器类型铜管套铝片显热回收量kW17.8热回收效率表 冷 器类型铜管套铝片制冷量kW
30、146冷冻水量m3/h25.2接管管径mmDN65蒸发冷凝器补水量kg/h100蒸 发 器类型铜管套铝片制冷量kW103除湿量kg/h95再热冷凝器类型铜管套铝片冷凝热回收量kW2070制 冷 剂类型R134a充注量kg35节流方式热力膨胀阀压 缩 机型式半封闭螺杆式功率kW24.7送 风 机型式无涡壳功率kW5.5送 风 量m3/h15000回 风 机型式无涡壳功率kW3.8回 风 量m3/h12000补 风 量m3/h3000机外余压Pa400噪 音dB（A）85电 源型式380V、50Hz、三相四线制外形尺寸长mm3800宽mm2500高mm2500重 量kg44007. 配置清单CS1
31、5X-A/12双源型全新风除湿机配置表序号部 件 名 称品 牌“备 注1压缩机“Refcomp”半封螺杆2热力膨胀阀“Alco”3干燥过滤器“Alco”可拆卸式4电磁阀“Castel”5单向阀“Castel”6压力控制器“Sanginomiya”7热管换热器“五洲”美国“OAK”设备加工8表冷器“五洲”美国“OAK”设备加工9蒸发冷凝器“BAC10蒸发器“五洲”美国“OAK”设备加工11再热冷凝器“五洲”美国“OAK”设备加工12散热冷凝器“五洲”美国“OAK”设备加工13外壳部件“五洲”日本“AMADA”设备加工14风机“rosenberg”15风机电机“siemens”16风阀执行器“Be
32、limo”17变频器“schneider”18初效过滤器“Camfil”19中效过滤器“Camfil”20电动比例积分调节器及执行机构“schneider”21PLC“siemens”22人机界面（HMI）“siemens”23温湿度传感器“siemens”24空气开关“schneider”25交流接触器“schneider”26热继电器“schneider”8成本核算项目部件单价数量价格备注元/个个热管换热器表冷器蒸发器再热冷凝器散热冷凝器蒸发冷凝器压缩机送风机排风机热力膨胀阀储液器铝合金框架门板9.机组控制思路工作原理：当机组出风无需再热时时，制冷系统运行降温除湿工况，压缩机排出的高温高压
33、气体经散热冷凝器冷凝后直接进入贮液器，不经过再热冷凝器，并经膨胀阀节流进入蒸发器，最后回到压缩机，完成整个制冷循环。制冷系统的冷凝负荷全部由散热冷凝器承担。此时空气的状态变化过程是：空气通过蒸发器冷却去湿，成为低温、低绝对湿度、高相对湿度空气，而此时没有制冷剂经过再热对其再热升温。当机组出风需要再热时时，制冷系统运行调温除湿工况，压缩机排出的高温高压气体先经散热冷凝器冷凝，再经过再热冷凝器过冷后进入贮液器，并经膨胀阀节流进入蒸发器，最后回到压缩机，完成整个制冷循环。制冷系统的冷凝负荷由散热冷凝器和再热冷凝器共同承担。此时空气的状态变化过程是：空气通过蒸发器冷却去湿，成为低温、低绝对湿度、高相对湿度空气，再经过再热冷凝器部分再热升温，成为温度较高、相对湿度低的空气。双冷源全新风除湿机进入贮液器和再热冷凝器的通路通路通过制冷剂三通比例调节阀来控制，可以精确地控制进入再热冷凝器的制冷剂流量，进而调节出风温度。在此过程中，双冷源全新风除湿机
