南京某制冷机房工艺设计

一.参数条件 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 32°00′ 东经 118°48′; 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 SE 1.4 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。

二. 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 3~5 万小时,制冷 量可在 10~100%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,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, 经冷却塔冷却降温后再返回冷水机组冷却制冷剂,如此循环往 复。

三、设计步骤 (一)制冷压缩机型号与数量的选择 冷源设备的选择计算主要是根据工艺的要求和系统的总制冷量确定,是在制冷量的基 础上进行的。

冷源设备选择的恰当与否,将会影响到整个制冷源装置的运行特性。

1、确定机房的总制冷量 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: 白天: Q0=(1+A)Q=(1+0.15)×1370= 1575.50KW 晚上: Q0=(1+A)Q=(1+0.15)×1370/3= 525.17KW 式中 Q0——制冷系统的总制冷量(KW),Q——用户实际所需要的制冷量(KW),A— —冷损失附加系数 一般对于间接供冷系统,当空调制冷量小于 174KW 时,A=0.15~0.20;当空调制冷量为 174~1744KW 时,A=0.10~0.15;当空调制冷量大于 1744KW 时,A=0.05~0.07;对于直接供 冷系统,A=0.05~0.07。

为保证候机楼冷负荷在最不利情况下得到充分补充,这里选取最大 值 15%。

2、确定制冷剂种类和系统形式 考虑到机场对卫生及安全的要求较高,宜选用 R22 为制冷剂,R22 的适用范围和特点 如下表所示: 制冷剂 R22 适用范围 温度(℃) 0 ~ -80 压缩机形式 特点和用途 活塞式、 离心式、 压力和制冷能力与 R717 的相 回转式 同,制冷能力比 R12 的高, 备注 过渡性物质

广泛适用于冷藏、空调、化 学工业。

根据桂林的气候条件及周边水系、水质情况,冷凝器宜采用水冷立为卧壳管式冷凝器。

载冷剂、冷却剂选用水,蒸发器宜采用满液卧式壳管式蒸发器。

3、确定制冷系统设计工况 确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度 t 0 、冷凝温度 t k 、压缩机吸气温度 t1 和 过冷温度 t g 等工作参数。

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。

确定冷凝温度时,冷凝器冷却水进、出水温度应根据冷却水的使用情况来确定。

①、冷凝温度(tk)的确定 从《制冷工程设计手册》中查到桂林地区夏季室外平均每年不保证 50h 的湿球温度(℃) ts=27.0 ℃ 据两江机场周边地理环境资料得知, 本制冷系统采用直流式冷却水系统, 冷却水进水温 度按下式计算: ts1=ts=27.0 ℃ 冷却水出冷凝器的温度 ts2,与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形式有关。

选用立式 壳管式冷凝器,其冷却水进出口温差为 4~7℃。

考虑最不利情况,其进、出口水温差取 4℃, 则: ts2= ts1+5.0=27.0+5.0=32.0℃ 系统以水为冷却介质,冷凝温度 tk 比冷却水进口温度 ts1 高约 7~14℃,比出口温度 ts2 高约 2~4℃,综合考虑,取冷凝温度 tk =35℃。

②、 蒸发温度(t0)的确定

蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。

蒸发温度的高低取决于被冷却物体的 温度,另外蒸发温度还与蒸发器的型式有关。

选用满液卧式蒸发器,蒸发温度 t0 比冷冻水 出口温度低 2~3℃,取 t0=4.5℃。

③、 过冷温度(tg)的确定 是否采用过冷应进行全面的经济技术分析。

节流前液体的过冷可在系统中设置再冷却 器,或当系统中使用卧式壳管式冷凝器时,增大冷凝器的传热面积 5%-10%来实现,一般会 提高制冷循环的经济性,但会增加设备的投资,所以要考虑具体条件,合理选择过冷度。

一 般情况下,过冷温度比冷凝温度低 3~5℃,这里取过冷度为 5℃。

④、 压缩机吸气口温度(t1)的确定 压缩机的吸气温度一般与制冷剂种类、 吸气管的长短和保温情况有关。

以氟利昂为制冷 剂的制冷系统一般希望有一定的吸气过热度, 一则可以提高循环的经济性, 同时避免液击事 故的发生,保证系统正常运行。

氟利昂过热度为 8~15℃,这里取 12℃。

故: t1=t0+12=16.5℃ 4、制冷系统理论循环 lgp-h 图 lgp (MPa) 3/ 3 35 ℃ 2 4/ 4 5 ℃ 1 1/

h4/ h4 h1 h1/ h2 h(kJ/kg) 根据绘制的 p-h 图查表求得各状态参数: 蒸发压力 p0=0.5747MPa,冷凝压力 pk=1.3548MPa ; 比容:v1=0.04098 m3/kg ,V1/=0.04365 m3/kg ,v2=0.02022 m3/kg ; 焓值:h1=406.98kJ/kg ,h1 =415.81kJ/kg ,h2=438.62kJ/kg ,h3=h4= 243.10 kJ/kg, / h3/=h4/=236.78kJ/kg。

5、制冷系统热力计算 ⑴、单位质量制冷量(q0)的计算 q0=h1—h4/= 406.98—236.78=170.20 kJ/kg ⑵、单位容积制冷量(qv)的计算 qv= q 0 170 .20 = =3899.20 kJ/m3 v1/ 0.04365 ⑶、制冷剂质量流量(MR)的计算 MR = Q0 1575.50kw  =9.26 kg/s q 0 170.20kJ / kg ⑷、制冷剂的体积流量(VR)的计算 VR = Q0 1575.50 kw = =0.404 m3/s 3 q v 3899 .20 kJ / m ⑸、压缩机所需的理论功率( pth )的计算

Pth= MR(h2—h1/)=9.26×(438.62—415.81)=211.22kw ⑹、制冷系数(ε0)的计算 / Q0 h1  h4 406.98 - 236.78 ε0=  =7.46  / Pth h2  h1 438.62 - 415.81 ⑺、单位冷凝负荷(qk)的计算 qk=h2—h3/=438.62-236.78=201.84 kJ/kg ⑻、冷凝器热负荷(Qk)的计算 Qk=MRqk=9.26×201.84=1869.04 kw ⑼、逆卡诺循环制冷系数的计算 εc/= T0 273 .15  4.5  =9.10 35 — 4.5 Tk  T0 ⑽、热力完善度(η )的计算 η =  0 7.46 = =0.82  c/ 9.10 6、选择制冷压缩机和电动机 压缩机的选择计算, 主要是根据制冷系统的总制冷量及系统的设计工况,确 定压缩机种类、型号和台数,最后要校核压缩机所配置电机的功率。

① 、 压缩机类型的选择 目前,用于大中型制冷系统的压缩机主要有三种,分别为活塞式制冷压缩机、螺杆式制 冷压缩机、离心式制冷压缩机。

三种制冷压缩机的特点和适用条件见下表。

压缩机种类 活塞式 螺杆式 离心式

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