空气调节用制冷技术课程设计

1 设计概述 该课程设计设计的是重庆某办公楼空调机房设计。 重庆某办公楼空调系统冷负荷为 2000KW，冷冻水供水温度为 7℃，回水温 度为 12℃，采用独立空调制冷机房。根据计算的冷负荷，确定方案，布置制冷 机房，完成系统方案设计；确定系统运行参数，主要是冷冻水、冷却水的工作温 度、流量、压力等，进行热力计算；选择冷水机组型号，绘制制冷系统工艺流程 图和制冷机房平、 剖面草图； 选择其他辅助设备如冷冻水泵、 冷却水泵、 除污器、 冷却塔等；确定管道直径，进行水力计算； 2 设计依据 2.1 原始数据 该设计为重庆市某办公楼的空调机房设计，设计参数见表 2-1 表 2-1 基本参数 经纬度 夏季空调室外干球温度（℃） 夏季空调室外湿球温度（℃） 冷冻水供、回水温度（℃） 制冷剂选择 空调系统冷负荷 KW 北纬 29°31′东经 106°29′ 35.5 26.5 7、12 R22 2000 2.2 制冷剂的选择 制冷剂是制冷装置中进行循环制冷的工作物质，又称为“工质” 。制冷剂的 样式有很多种主要分为有机化合物（氟利昂） 、无机化合物、混合溶液三大类， 每一类中的制冷剂又有很多种。 2.2.1 氟利昂 氟利昂是饱和碳氢化合物卤族衍生物的总称， 是 20 世纪 30 年代出现的一类 合成制冷剂， 它的出现解决了对制冷剂有了各种要求的问题。本设计使用到的制 冷剂为 R22 型制冷剂。 氟利昂 22（R22 或 HCF22）化学性质稳定、无毒、无腐蚀、无刺激性、并 且不可燃， 广泛用于空调用制冷装置，特别是房间空调器和单元式空调器几乎均 采用此种制冷剂，它也可满足一些需要-15℃以下较低蒸发温度的场合。 R22 是一种良好的有机溶剂，易于溶解天然橡胶和树脂材料；虽然对一般高 分子化合物几乎没有溶解作用，但能使其变软、膨胀和起泡，故制冷压缩机的密 封材料和采用制冷剂制冷却的电动机的电器绝缘材料，应采用耐腐蚀的氯丁橡 胶、尼龙和氟塑料等。另外 R22 在温度较低时与润滑油有限溶解，且比油重， 故需采取专门的回油措施。 由于 R22 属于 HCFC类制冷剂， 对大气臭氧层稍有破坏作用， 其 ODP=0.034， GWP=1900，我国将在 2030 年淘汰 R22。 2.3 确定制冷系统的设计工况 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t 1和过冷温度tg 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。 2.3.1 蒸发温度（t 0 ）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t 0 比冷冻水出口温度低 2~3℃，取t 0 =5℃。 2.3.2 冷凝温度（t k ）的确定 从 《制冷工程设计手册》 中查到重庆地区夏季室外平均每年不保证 50h 的湿 球温度ts=26.5 ℃ 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： t s1 t s  26.5℃ 冷却水出冷凝器的温度t s2 ， 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 5℃，则： t s2 t s1  5  26.5  5  31.5℃ 系统以水为冷却介质，冷凝温度t k 比冷却水进口温度t s1 高约 7~14℃，比出 口温度t s2 高约 2~4℃，综合考虑，取冷凝温度t k =33.5℃。 2.3.3 过冷温度（t g ）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 4℃，所以 t g t k  4  33.5  4  29.5℃ 2.3.4 压缩机吸气口温度（t 1 ）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 11℃。故： t 1 t 0  11  16℃ 2.3.5 制冷系统理论循环 lgp-h图 根据绘制的 p-h 图查表求得各状态参数： 状态点 1 1’ 2 2’ 3 3’ 4 4’ 温度（℃）绝对压力 （Mpa） 比焓（kg/KJ） 比熵 （kg/(KJ· k)） 比容 （m³/kg） 8 5 36 33.5 33.5 30 5 5 0.641 0.584 1.389 1.321 1.321 1.192 0.584 0.584 407.9 406.9 415.5 415.1 241.8 236.6 206.0 206.0 1.740 1.744 1.704 1.706 1.142 1.125 1.021 1.021 0.037 0.040 0.0168 0.018 — — — — 2.3.6 制冷系统热力计算 （1）单位质量制冷量（q 0 ）的计算 q 0 =h 1 h 4 = 407.9-206.0=201.9 kJ/kg （2）单位容积制冷量（q v ）的计算 qv q 0 201.9 =5456.76kJ/m³ 0.037v 1 （3）制冷剂质量流量（M R ）的计算 M R  Q 0 2000 =9.91kg/s q o 201.9 （4）制冷剂的体积流量（V R ）的计算 V R  Q 0 2000 =0.367m3/s q v 5456.76 （5）压缩机所需的理论功率（Pth）的计算 P th M R(h2 h 1 )=9.91×(415.5—406.9)=8.6kw （6）制冷系数（ 0 ）的计算  0 q 0 201.9 =23.48 P th 8.6 （7）单位冷凝负荷（q k ）的计算 q k h 2 h 3 =415,5—236.6=178.9kJ/kg （8 冷凝器热负荷（Q k ）的计算 Q k M R q k =9.91×178.9=1772.9 kw （9）逆卡诺循环制冷系数（ c ）的计算  c  T 0 T k T 0  273  5 =12.9 26.5  5 （10）热力完善度（）的计算   0 9.91 =0.77 12.9c 2.4 制冷压缩机和电动机的选择 制冷压缩机是蒸汽压缩式制冷装置的一个重要设备。制冷压缩机的形式很 多， 根据工作原理不同， 可分为两大类： 容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。 2.3.1 压缩机的类型 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