1、制冷技術課程設計說明書設計題目 某制冷機房工藝設計 設 計 者 同組成員 指導教師 能源與機械工程學院2013年 06月目 錄第一章 設計原始數據資料11.1 參數條件11.2 土建資料11.3 室外氣象參數11.4 空調負荷與冷熱源1第二章 設計方案1第三章 冷水機組的型號與數量的選擇23.1 機房總制冷量23.2 制冷劑選取23.3 制冷系統設計工況23.3.1 冷凝溫度tk的確定23.3.2 蒸發溫度t0的確定33.3.3 過冷溫度tg的確定33.3.4 壓縮機吸氣溫度t1的確定33.4 設計工況制冷循環及循環p-h圖33.5 冷水機組選型5第四章 制冷機房的布置64.1 制冷機房的設計

2、原則64.2 制冷設備布置原則64.3 制冷劑管路布置原則6第五章 水系統計算與選型75.1 冷凍水系統75.1.1 循環水量計算75.1.2 系統補水量75.1.3 冷凍水泵選擇85.2 冷卻水系統85.2.1 循環水量計算85.2.2 冷卻塔85.2.3 管路阻力計算85.2.4 冷卻水泵12第六章 設備及管道保溫126.1 防銹層126.2 絕熱層126.3 防潮層126.4 保護層136.4 防腐層及識別層13第七章 設備明細13參考文獻14第一章 設計原始數據資料1.1 參數條件某制冷機房空調冷負荷。1.2 土建資料機房建筑平面圖（附后）。1.3 室外氣象參數南京地區地理位置：北緯3

3、200 東經11848；夏季空調室外計算干球溫度：35.0；夏季空調室外計算濕球溫度：28.3；室外風速：夏季 2.6m/s；風向：夏季 se1.4 空調負荷與冷熱源本建筑空調計算冷負荷：3663kw；根據負荷要求選用冷水機組作為空調冷熱源；空調冷凍水參數：供水7，回水12 ；冷卻方式可按水冷或風冷考慮。第二章 設計方案制冷系統型式確定是多種因素綜合考慮的結果，一般應根據用途、總制冷量、當地環境條件來定。本設計為大型集中空調系統的冷凍站，周圍無廢氣余熱可供利用，故采用單機壓縮式制冷系統，并優先選用冷水機組。在冷卻系統的方式上有水冷、風冷、蒸發冷卻等，本設計中水源較為便捷且冷凝負荷較大，故采用水

4、冷方式。制冷壓縮機一般包括活塞式、螺桿式、離心式等，本設計選用螺桿式，即采用螺桿式水冷冷水機組。螺桿式與活塞式壓縮機相比，具有結構簡單，易損部件少，重量輕，單機壓縮比大，對濕行程不敏感，振動小，對基礎要求低，通常無需采用隔震措施，輸氣系數高，排氣溫度低，熱效率高，加工件少，壓縮機的零件總數只有活塞式的1/10，檢修周期長，無故障運行時間可達35萬小時，制冷量可在10100%的范圍內無極調節，運行穩定、安全。該機房制冷系統為四管制系統，即冷卻水供/回水管、冷凍水供/回水管系統。在冷量輸送方式上采用間接供冷方式，經冷水機組制冷后的7的冷凍水通過冷凍水供水管到達分水器，再通過分水器分別送往各個區域，

5、經過空調機組后的12的冷凍水回水經集水器再由冷凍水回水管返回冷水機組，通過冷水機組中的蒸發器與制冷劑換熱實現降溫過程。從冷水機組出來的37的冷卻水經冷卻水供水管到達冷卻塔，經冷卻塔冷卻后降溫后再返回冷水機組冷卻制冷劑，如此循環往復。第三章 冷水機組的型號與數量的選擇3.1 機房總制冷量制冷系統的總制冷量，應該包括用戶實際所需要的制冷量，以及制冷系統本身和供冷系統冷損失，可按下式計算：q=(1+a)q0=(1+0.10)3663=4029kw （3-1）式中：q 制冷系統的總制冷量（kw） q0用戶實際所需要的制冷量（kw） a 冷損失附加系數，間接供液，取10%。3.2 制冷劑選取氟利昂是一種

6、透明、無味、無毒、不易燃燒和爆炸以及化學性能穩定的制冷劑。不同的化學組成和結構的氟利昂制冷劑熱力性質相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷壓縮機，以適應不同制冷溫度的要求。常用的氟利昂制冷劑有r12、r22、r502及r134a等。其中，r22是家用空調中應用較多的一種氟利昂制冷劑，它的熱力學性能與氨相近，但不燃、不爆，中低溫冷水機組使用中比氨更安全可靠。r22是一種良好的制冷劑，在空調裝置使用r22已很普遍。它的蒸發溫度（-40.0）比r12低。r22的單位容積制冷量比r12的高60%，稍小于氨，其導熱系數比r12的稍高，比氨的小得多。r22穩定性也好，若r22與金屬接觸則在135150范圍

7、內開始分解；r22不燃燒，也不爆炸；故常用在窗式空調器、冷水機組、立柜式空調機組中。r22破壞臭氧層能力是r12的1/20。所以，在中近期內仍不失為一種可靠代用制冷劑。目前國內外已生產和使用r22的離心式冷水機組。所以，本設計選用r22作為冷水機組制冷工質。3.3 制冷系統設計工況確定制冷系統的設計工況主要指確定冷凝溫度、蒸發溫度、過冷溫度、吸氣溫度。有關主要工作參數的確定參考制冷工程設計手冊進行計算，冷凍水要求參數及冷卻劑參數應作為選擇確定制冷劑系統型式及設計工況參數的依據。3.3.1 冷凝溫度tk的確定冷凝溫度取決于所采用的冷卻介質（水或空氣）和冷凝器的結構形式。由于冷凝負荷大，故選用水作

8、為冷卻介質并設有冷卻塔。則冷凝溫度為：tk=(t1+t2)/2+(35) （3-2）式中：t1 冷凝器冷卻水進口溫度（） t2 冷凝器冷卻水出口溫度（）一般取t132，冷凝器進出口溫差取：立式冷凝器：t2-t1=24臥式冷凝器：t2-t1=48當冷卻水進水溫度偏高時，溫度取下限；進水溫度較低，溫度取上限。一般根據冷卻塔進出水溫度t2取37，t1取32。本設計中，冷卻系統采用循環水冷卻，臥式冷凝器，設置冷卻塔，t1取32，t2取37，則冷凝溫度tk=(t1+t2)/2+5=(32+37)/2+5=39.53.3.2 蒸發溫度t0的確定蒸發溫度主要取決于被冷卻物體的溫度和蒸發器的型式，一般根據用戶

9、工藝要求確定。對于冷卻液體的蒸發器：t0=t2-(46) （3-3）式中：t2 蒸發器中被冷卻液體的出口溫度（）。本設計中冷水供水溫度為7，回水溫度為12，所以蒸發溫度t0= t2-3=7-3=43.3.3 過冷溫度tg的確定過冷溫度取決于冷卻介質的溫度和過冷器的傳熱溫差。由于過冷器的熱負荷較小，可選用較小的溫差。通常取過冷溫度較相同壓力下的冷凝溫度低23，則過冷溫度tg=tk-3=39.5-3=36.53.3.4 壓縮機吸氣溫度t1的確定壓縮機的吸氣溫度根據低壓蒸汽離開蒸發器時的狀態及吸氣管道中的傳熱情況來確定。對于氟利昂制冷壓縮機通常定為15，本設計的壓縮機吸氣溫度t1取15。3.4 設計

10、工況制冷循環及循環p-h圖將設計工況主要參數輸入到solkane 8.0中，得到r22制冷循環p-h圖，如圖1所示，其中點0為飽和蒸汽點，點1為壓縮機吸氣口（蒸發器出口），點2為壓縮機排氣口（冷凝器入口），點3為冷凝器出口，點4為蒸發器進口。2s24301圖1 設計工況制冷循環lgp-h圖根據繪制的p-h圖查表求得各狀態參數，表1列出了循環個點參數。表1 設計工況循環各狀態點參數狀態點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單位制冷量：=-=169.56 kj/kg （3-4）單位容積制冷量：=/=3853.64 kj/m3 （3-5）制冷劑質量流量：=23.76kg/s （3-6）制冷劑體積流量：=23.760.0440=1.0454m3/s （3-7）壓縮機耗功：-=25.83 kj/kg （3-8）制冷壓縮機容積效率：=0.8292 （3-9）壓縮機指示耗功：=31.15kj/kg （3-10）冷凝負荷：=4768.9 kw （3-11）制冷系數：=5.44 （3-12）理想循環制冷系數：=11.

12、3 （3-13）實際熱力完善度：=0.4814 （3-14） 3.5 冷水機組選型考慮到制冷機組運行的穩定性、安全性、產品的可信賴程度及過渡季節的使用特性，查取實用制冷工程設計手冊螺桿式冷水機組性能表格，選取負荷設計工況相對應制冷量的冷水機組。選用lsblgf740一臺（名義工況制冷量740kw），lsblg1668二臺（名義工況制冷量1668kw），制冷量比例18%、41%、41%，具體情況如表2所示。表2 螺桿式冷水機組技術參數型號lsblg740lsblg1668名義制冷量（kw）7401668制冷劑r22壓縮機型號半封閉螺桿式功率(kw)152343制冷量調節范圍15100無級調節冷凝

13、器冷卻流量（m3/h）159359進出水管徑dn150dn250水壓降（kpa）100蒸發器冷水量（m3/h）127287接管尺寸dn150dn250水壓降（kpa）100外形尺寸長（mm）43004500寬（mm）17502600高（mm）24402500重量（kg）530011000說明：上表制冷工況為：冷凍進水溫度12，出水7，冷卻進水32，溫差5，即設計工況。三臺機組完全運行時，總制冷量qo=740+16682=4076kw，滿足最大負荷的情況；運行一臺lsblg740和一臺lsblg1668，制冷量為qo=740+1668=2408kw，滿足50%最大負荷的情況；運行二臺lsblg1

14、668，制冷量為qo=16682=3336kw，滿足75%最大負荷的情況。因此，三臺冷水機組具有工況優化的條件。第四章 制冷機房的布置4.1 制冷機房的設計原則（1）制冷機房應位于冷負荷的中心，靠近冷卻水水源和電源，同時應避免日曬。機房的設計應符合采暖通風與空氣調節設計規范、建筑設計防火規范等的有關規定。（2）機房嚴禁設在人員密集的場所和重要部門的上面、下面及主要通道的兩旁。（3）制冷機房應以非易燃材料建筑，就地取材，符合國家的有關規定。（4）制冷機房的屋架下弦標高取3.64.8m.。（5）機房必須有良好的天然采光，其窗孔投光面積和機房地面的比例不應小于1：6。（6）冬季設備停止運行時，機房內

15、值班室的溫度不宜低于5，采暖地區冬季工作的機房，其采暖溫度不宜低于16。（7）制冷機房內的機器間和設備間應保持良好的自然通風狀況。（8）制冷機房的機器間和設備間內，應設有沖洗地面的給水排水設施。（9）各用水設備停止運行后，必須將水排干凈，以防止腐蝕或凍裂。4.2 制冷設備布置原則（1）符合制冷工藝流程，流向通暢、連接管路要短、便于設備的安裝、操作管理，且應留有適當的空間，以便設備部件拆卸檢修。（2）盡可能的使設備安裝緊湊，并充分利用機房空間，以節約建筑面積，降低投資。（3）制冷壓縮機一般布置在室內，并有減振基礎；冷凝器、油分離器、集油器布置在室外；蒸發器、貯液器等布置在室內。（4）制冷壓縮機的

16、主軸拔出端、殼管式換熱器的軸向一側應留有足夠的拔出檢修空間。所有低溫設備在布置時均應注意避免“冷橋”的產生。4.3 制冷劑管路布置原則（1）符合工藝流程，力求簡單，縮短管線，減少部件，以達到減少阻力、泄漏以及降低材料消耗的目的。還應注意切換的靈活性，運行的可靠性和切斷檢修的可能性。（2）管路的布置應便于裝設支架，一般管路盡可能沿墻、柱、梁布置，而且應考慮便于維修，不影響室內采光、通風以及門窗的開閉。（3）制冷壓縮機的吸氣管和排氣管設置在同一支架或者吊架上時，應將吸氣管放在排氣管的下面，數根平行管道之間應留有一定的間距，以便管道的安裝和檢修。一般下管道間的凈間距不小于200mm。（4）除特殊要求

17、外，一般液體管路上不應有局部向上凸起的管段，氣體管路上不應有局部向下凹陷的管段，以避免產生“氣囊”和“液囊”，影響管內流體的流動。（5）從液體主管上接出支管時，一般從主管的底部接出；從氣體主管上接出支管時，一般從主管的頂部接出。（6）管道布置在地溝內時，溝底應有不小于0.01的排水坡度，并應在溝底的最低出設置地漏或者其它排水裝置。（7）管道穿越墻壁和頂棚時，應敷設套管，以便管道因溫度變化而伸縮；低溫管道還要考慮留有足夠間隙以便安裝保溫層；壓縮機排氣管穿越易燃墻壁和樓板時，應采用不燃材料進行隔離。（8）對于氟里昂制冷系統，小尺寸管道（直徑在20mm以下）一般采用紫銅管，對于較大直徑的管道，一般采

18、用無縫鋼管。第五章 水系統計算與選型設計各種管道系統，本設計為水冷冷水機組，主要是冷凍水和冷卻水管道系統。根據管內介質的流動速度計算水系統管徑；根據制冷系統設備和管道實際布置的幾何尺寸，計算各部分沿程阻力和局部阻力；根據泵的流量及揚程選擇合適的泵；計算膨脹水箱的溶劑；選擇相應的冷卻塔。5.1 冷凍水系統5.1.1 循環水量計算循環水量 （5-1）式中：每個蒸發器的熱交換熱量（kw） t2 冷凍水回水溫度（） t1 冷凍水供水溫度（）對于本設計，。5.1.2 系統補水量按循環水量的24計，本設計取3，故系統補水量w補=w3=5.77l/s。5.1.3 冷凍水泵選擇水泵按全系統綜合選用，考慮到20

19、的附加流量，水泵輸送總流量w=（192.45+5.77）（1+20）3.6=856.31m3/h。選取3臺上海上誠泵閥制造有限公司生產的isg 250-315b型水泵，額定流量450m3/h，揚程24mh2o，并聯布置，二用一備。泵的出口依次連接軟連接、調節閥、單向閥、調節閥，入口依次連接軟連接、調節閥。5.2 冷卻水系統5.2.1 循環水量計算冷凝器冷卻水量 （5-2）式中：q 每個冷凝器熱負荷（kw） t2 冷卻水出水溫度（） t1 冷卻水進水溫度（）對于本設計，。5.2.2 冷卻塔按冷卻水量的1.1倍選擇冷卻塔，冷卻水量w=1.1227.803.6=900.10m3/h。選取廈門良機生產

20、的lbcm-450型逆流式圓形冷卻塔（標準水量450m3/h）二臺。5.2.3 管路阻力計算(1)冷卻水系統各級管段管徑確定圖2 冷卻水循環示意圖查動力管道手冊得到的推薦流速如下：表3 各管道推薦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薦流速（m/s）2.43.61.22.11.24.51.53.01.22.11.03.0取值3.01.62.42.32.32.0根據流速取值，算出各管道直徑，匯總于表4：表4 冷卻水系統管徑、流速計算表 編號類別流量m3/s推薦流速m/s計算管徑mm選徑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水泵壓出口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）冷卻水泵揚程的確

22、定1.最不利環路上沿程阻力損失：最不利環路估測長度為50m，查通風與空氣調節工程冷卻水管道單位沿程阻力計算表，確定比摩阻236.22pa/m. hf=236.2250=11761pa=1.2mh2o查新編實用空調制冷設計、選型、調試、維修手冊得阻力系數如下：表5 管道阻力系數截止閥0.3水箱接管進水口1.0出水口0.5變徑減縮0.1漸擴0.3焊接90彎頭dn2002503003504000.720.780.870.890.90過濾器2.5除污器 5.0三通閥0.1止回閥dn501002003003504003.72.40.10.10.10.12.局部阻力計算如下：管段1截止閥1個，90彎頭1個

23、pj1=pa=0.23mh2o管段2截止閥1個，三通閥1個pj2824pa=0.08mh2o管段3截止閥1個，三通閥1個，90彎頭2個pj3pa=0.42mh2o管段4截止閥2個，三通閥1個，90彎頭3個pj4pa=0.51mh2o管段4變徑pj5pa=0.03mh2o管段5三通閥1個，90彎頭2個pj6pa=0.37mh2o管段6三通閥1個pj7pa=0.019mh2o管段7三通閥1個pj8pa=0.06mh2o管段890彎頭1個，調節閥3個，單向閥1個pj9pa=0.25mh2o管段990彎頭1個，三通閥1個，截止閥1個pj10pa=0.39mh2o管段10三通閥1個，截止閥1個pj11p

24、a=0.11mh2o管段11、1290彎頭2個，三通閥1個pj12pa=0.37mh2o管段13三通閥1個pj13pa=0.022mh2o管段14三通閥3個，90彎頭1個pj14pa=0.35mh2o3.冷水機組阻力損失：hz=0.078mpa=7mh2o4.冷卻塔水的提升高度：ht=5mh2o5.冷卻塔噴嘴壓力：hp=4mh2ohxmax=pj=hf+hz+ht+hp=3.3+1.2+7+5+4=20.5mh20則冷卻水泵的揚程為：h=1.1hmax=20.5mh2o5.2.4 冷卻水泵本設計中冷卻水為循環式，增設冷卻塔，水泵按全系統綜合選用，考慮到20的附加流量，水泵輸送總流量w=227.

25、803.6（1+20）=984.10m3/h。選取4臺上海上誠泵閥制造有限公司生產的isg 200-315（i）b型水泵，額定流量346m3/h，揚程24mh2o，并聯布置，三用一備。泵的出口依次連接軟連接、調節閥、單向閥、調節閥，入口依次連接軟連接、調節閥。第六章 設備及管道保溫設備與管道的低溫部分應有保溫措施，以保證有良好的經濟性，一般需保溫的部分有：蒸發器、回氣管、冷媒水箱及水管。保冷設備和保冷管道的外層結構由內至外，按功能和層次由防銹層、保冷層、防潮層、保護層、防腐蝕及識別層組成，其中保冷層、防潮層、保護層稱之為保冷結構。dn100及以上的，保溫層厚度為25mm；dn65dn80的，保

26、溫層厚度為22mm，dn50及以下的，保溫層厚度為19mm。6.1 防銹層將防銹材料涂敷在保冷設備及采用碳鋼或鐵素體合金鋼的保冷管道的外表面，防止其因受潮而腐蝕生銹。保冷設備及保冷管道在采用不銹鋼、有色金屬及非金屬材質時不存在生銹腐蝕問題，也就不需設置防銹層。由于制冷裝置工作時，在絕熱層內被絕熱物體表面的溫度最低，水分就會凝附于表面之上，若無防銹層，就會腐蝕金屬，而要始終保持絕熱層內設有水量是極困難的。不但在施工之前絕熱材料不能做到充分干燥，而且在制冷裝置長年的運行過程中，只要防銹層有局部失敗，空氣中的水分就會進入絕熱層，最后凝結在冷表面上。因此，在敷設絕熱層之前，必須先涂一層防銹層。這里選用的防銹層材料是涂刷兩遍冷底子油。6.2 絕熱層是保冷結構的核心層，將絕熱材料敷設在保冷設備及管道外表面，阻止外部環境的熱流進入，減少冷量損失，維持保冷功能。6.3 防潮層是保冷層的維護層，將防潮材料敷設在保冷層外，阻止外部環境的水蒸氣滲入，防止保冷層材料受潮后降低保冷功效乃至破壞保冷功能。常用作防潮層的材料有兩種，一種以瀝青為主，另一種以聚乙烯薄