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1、家庭专用中央空调机组设计计算书目 录1. 机组简介32. 设计条件133. 热力计算34. 冷凝器设计计算54.1 有关温度参数及冷凝热负荷确定54.2 翅片管簇结构参数选择与计算64.3 计算冷凝风量74.4 计算空气侧换热系数74.5 计算制冷剂侧换热系数84.6 计算冷凝器总传热系数K95. 室外机风叶电机的选型96. 蒸发器的设计计算106.1 结构规划106.2 翅片管各部分传热面积计算106.3 确定冷却空气的状态变化过程116.4 计算空气侧换热系数126.5 计算管内表面传热系数和传热面积A0137. 风侧阻力计算与内风机选型148. 毛细管的选型159. 配管设计159.1
2、压缩机吸气管管径的计算169.2 压缩机排气管管径的计算179.3 冷凝器到毛细管前的液体管路管径的计算18参考文献：181. 机组简介该XXX机组主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构以及电控系统等组成。它通过直接向空调区域送冷却空气来达到调节室内空气环境的目的，适用于面积在约10-25的办公室、酒店客房、小型营业场所或家居等场所。2. 设计条件1根据GB/T 18836-2002风管送风式空调(热泵)机组的要求，名义制冷工况：室内侧入口空气状态干球温度27，湿球温度19，室外侧入口空气状态干球温度35，湿球温度24。3. 热力计算根据名义制冷工况：室内侧入口空气状态干球温度27，湿球温度1
3、9，室外侧入口空气状态干球温度35，湿球温度24，初步确定：冷凝温度tk为47，对应的冷凝压力Pk为18.12bar（绝对压力，下同）；蒸发温度t0为4，对应的蒸发压力P0为5.66bar，并做如下假设：冷凝器过冷度为6，蒸发器过热度为6，蒸发器出口到压缩机入口的温升为2，冷凝器出口到膨胀阀前的温降为1。压缩机的指示效率i为0.8，忽略系统中的压力损失，循环参数及压焓图如下：图1 制冷循环压焓图421”11543473lgph2s 473441513 制冷循环压焓图1蒸发器出口状态点 1”压缩机吸气状态点2s压缩机排气状态点（理论点） 2压缩机实际排气状态点3冷凝器出口状态点 4节流阀前状态点
4、5蒸发器进口状态点查R22热力性质图表得下表1参数：表1t0tkt1 t1” t2st2t4t3v1” ()() () ()()()()()(m3/Kg)4.00 47.00 10.00 12.00 73.983.5940.00 41.00 0.0435p0pkh1h1”h2sh2h4h3v2(bar)(bar)(kJ/)(kJ/)(kJ/)(kJ/)(kJ/)(kJ/)(m3/Kg)5.6600 18.1200 411.35412.66443.12450.7350 243.82248.550.01593制冷量：Q0=2.6kW压缩机出口处制冷剂的焓：h2= h1”+(h2s-h1”)/i=4
5、50.735单位质量制冷量：q0=h1-h4=411.35-243.82=167.53kJ/单位理论功：w0=h2-h1”=450.735-412.66=38.075kJ/制冷剂循环质量流量：qm=Q0/q0=2.6/167.18=0.0155/s总功：W0= w0 qm =38.0750.0155=0.591 kW 根据制冷量及所耗功率，查找相关产品样本，选用SSS公司的SG184压缩机(50Hz,220V) 4，压缩机在蒸发温度为4，冷凝温度为47时的制冷量为2.8kW,功率为0.65kW。4. 冷凝器设计计算冷凝器采用翅片管式换热器，设计条件为：进风温度ta1=35；冷凝温度tk=47，
6、质量流量qm=0.0155kg/s，理想进口焓值h2=450.735kJ/kg，出口焓值h3=248.55 kJ/kg。设计采用平均温差法，首先选择风量和风速，据此设计出换热器尺寸，再算出传热系数，校验传热面积是否足够。4.1 有关温度参数及冷凝热负荷确定各有关温度参数取值见下表2：表2项目参数值()冷凝温度tk47进口空气干球温度ta135进出口空气温差ta2 - ta16出口空气干球温度ta241对数平均温差 =8.66冷凝器热负荷：QK= Q0+W0 =2.6+0.591=3.191 kW4.2 翅片管簇结构参数选择与计算选择70.240.12 mm内螺纹铜管为传热管，选择翅片厚度f=0
7、.1mm的平板形铝制套片，冷凝器结构的初步规划及有关参数：管排方式采用等腰三角叉排排列，管间距s1=12.7mm，排间距s2=20.5mm；肋片间距sf=1.6mm，沿气流方向的管排数n=2。根据铜管加工工艺，胀管后管径增加0.2mm。胀管及套片后管外径为：7.4mm胀管及套片后管内径为：每米管长翅片表面积： = =0. 2717m2/m每米管长翅片间基管外表面积： =3.140.0074(0.0016-0.000095)/(0.0016+0.000095) =0.0205 m2/m每米管长总外表面积：=0. 2717+0.0205=0.2922 /m每米管长管内面积：每米管长的平均面积：肋化
8、系数： 0.2922/0.021113.85净面比： 4.3 计算冷凝风量 进风温度ta1=35,取空气进.出口温差ta2-ta1=6,则出风温度ta2=41。空气平均温度tm=38，取当地大气压PB=98.07kPa，由空气（干空气）热物理性质表，在空气平均温度tm=38条件下，比热容Cpf=1013J/（.K）、热导率f=0.0271W/(m.K)、运动粘度=17.410-6m2/s，空气平均密度f=1.095/m3。所需风量： =0.48m3/s = 1726m3/h4.4 计算空气侧换热系数设计每个换热器管列数24根，单管有效长度B=0.74m，单个换热器高度 H=2420.5=492
9、mm，换热器总外表面积L=2420.740.2922=10.10m2迎面风速：=1.317m/s 则最小截面流速：2.20m/s沿气流方向的肋片长度：当量直径为：2.6918mm长径比：25.4/2.69189.436空气雷诺数：340由小型制冷装置设计指导查表3-18、3-19，用插入法求得： = 0.328,n=0.54,c=1.258,m=-0.246空气流过平套片管的叉排管簇时空气侧换热系数： 1.2580.3280. 0271/0.00269183400.5（9.436）-0.2461.1 61.25W/(m2.K)4.5 计算制冷剂侧换热系数翅片效率 其中，铝片的热导率为 =77.
10、68 =2.77 =2.943所以，0.0099086m=0.84则外表面效率：查文献小型制冷装置设计指导表3-11，R22在tk=47的物性集合系数B=1337.57，氟利昂在管内凝结的表面传热系数为： =2592.79忽略薄壁铜管热阻及管与翅片间的接触热阻，则根据热平衡有： 2592.790.0211（47-=61.250.850.2922（试凑法解得管壁面温度44.7，故铜管内表面传热系数2105.4W/(m2.K)4.6 计算冷凝器总传热系数K根据文献小型制冷装置设计指导，取管壁与翅片间接触热阻, 空气侧污垢热阻，紫铜管热导率，则以管外面积为基准的传热系数为： =34.18 W/(m2
11、.K)所需翅片换热器的面积为：10.786m2，实际冷凝器面积10.10 m2相差6.8%，在合理范围之内，设计满足要求。 5. 室外机风叶电机的选型空气侧流动阻力： =1.1161.3172/2+0.1089.436（1.1162.2）1.7=5.7 Pa对于叉排冷凝器，风阻P=5.71.2=6.8 Pa 根据风量和静压，查找相关样本，选用一个余姚和盛的400轴流风叶。并且根据转速和钣金件框架，选用YDK30-6A电机。6. 蒸发器的设计计算蒸发器采用冷却强制流动空气的蒸发器。设计条件为：室内侧入口空气状态干球温度27，湿球温度19，制冷量Q0为2.6kW，制冷剂为R22，蒸发温度t0为4，
12、流量为G=0.0155/s。 6.1 结构规划传热管采用70.24mm纯铜管，翅片选用f=0.1mm铝片，翅片片距sf=1.6mm，管簇为等腰三角形叉排排列。管间距s1=20.5mm，排间距s2=12.7mm；沿气流方向的管排数N=2，翅片宽度L=25.4mm。 6.2 翅片管各部分传热面积计算根据铜管加工工艺，胀管后管径增加0.22mm胀管及套片后管外径为：8.35mm胀管及套片后管内径为：每米管长翅片表面积：= =0. 455m2/m每米管长翅片间基管外表面积： =3.140.00835(0.0016-0.000095)/(0.0016+0.000095) =0.023 m2/m每米管长总
13、外表面积：=0. 455+0.023=0.479 /m每米管长管内面积：每米管长的平均面积： 肋化系数：0.479/0.024119.9净面比：当量直径为：2.71mm长径比：38.1/2.7114.056.3 确定冷却空气的状态变化过程由给定的进风参数，查i-d图5，得i1= 53.81 kJ/kg，d1=10.45 g/kg，根据风量选择原则2取设计风量为：Va=0.86Q00.195=0.8626000.195=436 m3/h图2空气处理过程的图进口湿空气的比体积1：=0.8652 m3/h空气的质量流量 =503.95 kg/h进出口空气比焓差 i = Q0/Ga=26003.6/5
14、03.95=18.57kJ/kg出口空气的比焓 = 53.81-18.57=35.24kJ/kg设取传热管壁面温度tw=8 (取w100)，查得dw=6.73 g/kg，iw=25.011kJ/kg,得空气处理过程的饱和状态点w，连接1-w与i2线相交于2点，得到蒸发器出口空气状态干球温度t2=14.66，含湿量d2=8.09g/kg。蒸发器中空气的平均比焓im：=42.95 kJ/kg则im线与1-w线相交于m点，同时查得空气的平均状态参数为：tm=19.66，dm=9.1 g/kg，m=1.1905kg/m3，m= 15.010-6 m/s6.4 计算空气侧换热系数取蒸发器管列数为9，单管
15、有效长度B=0.7m，蒸发器高度 H=920.5= 184.5mm。迎面风速 Wg= Va/ Hsin60B=1.0829 m/s最窄通风面风速 =1.8075 m/s雷诺数 =324.37管外空气表面传热系数0= 25.61.163wmax0.55=41.23 W/m2.K析湿系数 =1.5翅片效率 其中，铝片的热导率为=78.06=1.72 =1.82所以，0.003688m=0.973空气侧当量表面传热系数j =60.31 W/m2.K6.5 计算管内表面传热系数和传热面积A0根据制冷循环可知：tk=47,t0=4,t4=40,t1=10氟利昂在管内沸腾表面传热系数计算式：B=1.487
16、，Gd为每根管流量该蒸发器分成2路，故每根管流量Gd=0.0155/2=0.0078/s，则i=1.4870.00780.2qi0.6/0.006820.6=11.22 qi0.6 (1)计算管内传热面积Ai取管内污垢热阻ri=0、管外污垢热阻r0=0.0034(m2.K)/W，则管外面积为基准的传热系数K0为：= = （2）平均传热温差：tm=16.0469由热平衡关系qi=q0和q0= K0tm可得：qi=K0tm=得qi=8250 W/m2代入(1),可得i =2579.91W/（m2.K）代入(2)，可得K0=37.66 W/（m2.K）故可以得管内传热面积Ai= Q0/ qi=260
17、0/8250=0.3152 m2所需传热管长度L= Ai/ai=0.3152/0.0214=14.72m有效管长 L=L/29=14.72/18=0.818m（与规划管长0.7m相当）。所需的管外传热面积 A0=Laof=14.720.292=4.298 m2实际规划的传热面积 A0 A0=290.70.292=3.679 m2=(4.298-3.679)/3.679=0.168（即16.8%）差别在合理范围之内校核壁温，由 得=3.88则管外壁面温度tw=t0+ti=4+3.88=7.88 ,与假定温度8差别2%，设计合理。7. 风侧阻力计算与内风机选型根据干工况与析湿工况阻力关系，顺排时：
18、 为阻力增强系数 =1.2，干工况下的阻力系数，系数A=0.0113Pd =9.810.01139.436(1.19051.8075)1.7=3.85 Pa故湿工况下Pw =1.23.85=4.6Pa叉排阻力增加20% 即Pw=1.24.6=5.54Pa需要风机全压H=1.2Pw=1.25.54=6.65 Pa根据风量和全压，查找相关样本，选用慈溪仕兴公司的SX125-134塑料离心风轮2个，并且根据转速和钣金件框架，选用YSK12-4-50 GC电机1个。8. 毛细管和加液量根据试验，确定制冷毛细管规格为2.61.0300，制热毛细管规格为2.61.0(300+600)。系统氟利昂R22冲注
19、量为1000g。9. 配管设计在设计制冷系统时，管道内径是根据管内流体流动的速度及管道总压力损失的许可值计算的。表3列出了使用R22的制冷系统的常用流速及总压力损失许可值2、3，这些许可值对吸气管道而言，相当于制冷剂的饱和温度降低1；对排气管道而言，相当于制冷剂的饱和温度升高12。表3管道名称速度(m/s)总压力损失许可值(kPa)压缩机吸气管8151020压缩机排气管10182141冷凝器到节流阀前的液体管路0.51.520在选定了管内流速后，管子直径用下式计算： 式中 d管子内径，m；流体在工作压力和工作温度下的比容，m3/kg；流体的质量流量，kg/s；流体速度，m/s。按上述公式算出管
20、子内径后，还要核算其压力里损失是否超过许可值。管道的压力损失按下式计算：式中是流体的密度，是管长，是沿程阻力系数，为当量直径。9.1 压缩机吸气管管径的计算压缩机制冷剂质量流量：qm= 0.0155/s吸气状态下制冷剂比容：v=0.0435m3/。根据表3选取流速u=12m/s，则压缩机吸气管管径：=0.0085m 根据公司现有的铜管规格，选用9.520.75(mm)的铜管。di=0.00802m,又运动粘度=12.0910-6m/s则实际流速： =13.35m/s此时管内雷诺数：=8855，处于紊流粗糙区沿程阻力系数：=0.066回气管直段长度为0.85m，局部阻力压力损失折合成当量长度le
21、=0.35m，则吸气管道总阻力：=20kPa在设计允许压力损失范围内，满足要求。9.2 压缩机排气管管径的计算排气状态下制冷剂比容：v=0.01593m3/。根据表3选取流速u=10m/s，则压缩机排气管管径：=0.0056m 根据公司现有的铜管规格，选用80.75(mm)的铜管。di=0.0065m,又运动粘度=14.8810-6m/s则实际流速： =7.4 m/s此时管内雷诺数：=3250，属于紊流光滑区沿程阻力系数2：=.0.042排气管直段长度为0.45m，排气管局部阻力损失折合成当量长度l=1m则吸气管道总阻力：=16.2kPa小于设计允许压力损失，满足要求。9.3 冷凝器到毛细管前
22、的液体管路管径的计算冷凝器出口状态下制冷剂比容：v=0.00087m3/。根据表3选取流速u=1.0m/s，则液体管路管径：=0.0041m 根据公司现有的铜管规格，选用60.6(mm)的铜管。di=0.0048m,又运动粘度=150.310-6m/s则实际流速： =0.75 m/s此时管内雷诺数：=24，处于层流区，沿程阻力系数：=2.67直管道长l =0.1m液管阻力= 18kPa在允许压力损失范围之内，满足要求。参考文献：1 GB/T 18836-2002风管送风式空调(热泵)机组2 郑贤德制冷原理与装置北京：机械工业出版社，20013 吴业正制冷原理及设备西安：西安交通大学出版社,19874 GMCC旋转式空调压缩机产品手册5 赵荣义，范存养，薛殿华等空气调节北京：中国建筑工业出版社，1999年6 COPELAND制冷手册,19997 吴业正小型制冷装置设计指导北京：机械工业出版社，1998
