棉纺厂空调用制冷系统与机房设计说明

编号：课程设计说明书（课程名称、三号字、加粗、宋体）题目高洋棉纺厂空调用制冷系统及机房设计院（系）：建筑与交通工程学院专业：建筑环境与设备工程学生：吕军思学号： 1101520116指导教师：薛兴2014 年 2 月 26 日目录1 绪论 (1)2 课程设计容和计算选型 (1)2.1 原始材料 (1)2.1.1设计任务及条件 (1)2.1.2地理位置 (1)2.1.3室外空调设计参数 (1)2.1.4室气象参数 (2)2.2 工况确定 (2)2.2.1确定总制冷量 (2)2.2.2制冷剂的选择 (2)2.2.3蒸发温度冷凝温度及过冷度过热度的确定 (3)2.3 状态点的确定和相关热力计算 (5)2.3.1绘制压焓图 (5)2.3.2进行热力计算 (6)2.4 压缩机的选择 (7)2.4.1压缩机形式的选择 (7)2.4.2压缩机级数 (8)2.4.3压缩机的容积功率 (8)2.4.4计算系统的理论输气量与型号选定 (8)2.4.5压缩机功率计算 (9)2.4.6确定压缩机的台数 (10)2.4.7压缩机的校核 (11)2.5 冷凝器的设计计算 (11)2.5.1冷凝器的选择 (11)2.5.2确定冷凝器的换热面积 (11)2.5.3冷凝器的设备选择 (12)2.5.4冷凝器校核 (12)2.5.5冷却水计算 (12)2.5.6动力设施 (13)2.6 蒸发器的选择计算 (16)2.6.1确定蒸发器的型式 (16)2.6.2蒸发器传热面积计算 (16)2.6.3冷冻水系统 (16)2.7 膨胀阀的选择与计算 (17)2.7.1流量系数 (17)2.7.2进入膨胀阀的质量流量 (17)2.7.3阀孔面积 (17)2.8 其他辅助设备的选择 (18)2.8.1油分离器选择计算 (18)2.8.2高压贮液器选择计算 (18)2.8.3气液分离器选择计算 (19)2.8.4不凝性气体分离器选择 (19)2.8.5过滤器和干燥器选择 (20)2.9 设备清单 (20)3 机房布置 (21)3.1 制冷机房的设计原则 (21)3.2 制冷设备的布置原则 (21)3.3 制冷剂管路的布置原则 (21)3.4 冷冻水管的保温 (22)4 制图 (22)5 结论总结 (22)参考文献 (24)1、绪论本次设计的是高洋棉纺厂空调用制冷系统及机房设计。

针对该棉纺厂的功能要求和特点，以及该地区气象条件和空调要求，参考有关文献资料对该厂的制冷系统进行系统规划、设计计算和设备选型。

对其进行了冷、热、湿负荷的计算，还对各室的所需的新风量进行了计算。

根据计算结果，对性能和经济进行比较和分析，对设备的选择、材料的选用，确保了设备在容量、减震、消声等方面满足人们的要求,并使系统达到了经济、节能的目的，按照国家相关政策做到了环境保护。

建筑是人们生活与工作的场所。

现代人类大约有五分之四的时间在建筑中度过。

人们已逐渐认识到，建筑环境对人类的寿命、工作效率、产品质量起着极为重要的作用。

伴随着社会生产力的发展，在生产过程所要求的空气状态及人类自身工作和居住所要求的空气状态不断提高的条件下产生了空调，并得到了很大的发展。

因此随着人民生活的提高，空调的普及率也就日益增高。

所以对于大型公共、民用建筑及一些特殊场所来说，空调是不可缺少的。

但值得注意的是空调在使用过程中耗能量较大，同时，除了空调所具有对生产和人民生活的正面作用外，根据目前的研究表明，它还存在一定的负面作用，例如“病态建筑综合症”等。

因此在考虑室气流组织及冷热源、水泵的合理选用就显得格外重要。

2、课程设计容和计算选型2.1、原始材料2.1.1设计任务及条件：高洋棉纺厂该厂空调系统冷负荷为1110Kw，采用间接供冷方式；冷冻水的供水温度为7℃，回水温度为12℃；夏季采用两班工作，工作时间为7:00-23:00，白天空调冷负荷与夜间冷负荷的相差不大；采用独立空调制冷机房,制冷机房与车间及其他办公场地的最小距离为500米；可根据制冷系统的布置需要，确定制冷制房的建筑结构(包括建筑朝向、面积大小、房间高度、门窗等) ，制冷机房设于地上一层。

冷冻水供回水温度：供水温度7℃. 回水温度12℃冷却水：自来水最高温度28℃（市地下水资源约22.7亿立方米，潜水补给水量75%，深层承压水可开采量占25%--出自市地方志办公室）2.1.2、地理位置：，北纬31°10′，东经121°26′，海拔4.5m2.1.3、室外空调设计参数：夏季计算干球温度： 34℃夏季计算湿球温度： 28.2℃冬季计算干球温度：﹣4℃冬季计算相对湿度： 75％夏季平均风速： 3.2m/s冬季平均风速： 3.1m/s夏季大气压力： 1005.3hPa冬季大气压力： 1025.1hPa注释：以上参数出自《暖通空调新技术设计实例图集》（中国建筑工业）2.1.4、室气象参数：夏季:室温度（℃）：22~28；相对湿度（%）：55~80；空气流速（m/s）：0.3；冬季：室温度（℃）：16~24；相对湿度（%）：50~78；空气流速（m/s）：0.2；注释：以上参数出自《建筑环境学》纺织厂的相对湿度控制围表。

2.2 工况确定：2.2.1、确定总制冷量：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：＝(1+12%)×1110Kw＝1243.2 KwQ＝（1+A）×Q式中 Q——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。

于本制冷系统采用间接制冷，制冷量为1110Kw，所以A取0.12，取太大会浪费能源，取太小又可能导致供冷量不足。

2.2.2、制冷剂的选择：常用的制冷剂种类：NH3 、R11、 R123、 R12、 R134a、 R22、 R502今对其进行制冷能力的比较如表一其中R11，R12已经被禁用。

表一：常用制冷剂注释：以上资料来自于《制冷剂应用手册》（美佳空调公司）本系统用于纺织厂，人物活动频繁，对卫生及人身财产安全要求较高，而氨制冷易燃易爆，不符合要求，故本系统不采用。

R22是较为常用的中温制冷剂之一,其沸点为-40.8℃，凝固点为16℃。

常温下的冷凝压力和单位容积制冷量与氨接近，比R12要大，压缩终温接近于氨和R12之间，能制取的蒸发温度达80℃。

R22不燃烧,不爆炸，也是一种较为安全的制冷剂。

R22的流动性比R12要好，传热性能与R12 接近，溶水性比R12略大。

但是，R22对大气臭氧层稍有破坏作用，R22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，目前对它的实用技术比较成熟，而且比较廉价，虽然对大气的臭氧层有一定的破坏，但还是被广泛使用。

综上分析，本制冷装置使用R22。

2.2.3、蒸发温度冷凝温度及过冷度过热度的确定：(1）蒸发温度t的确定：直接蒸发式空气冷却器：t0＝t出2－（6～8℃）用于冷却水或盐水的蒸发器：t0＝t出2－（2～3℃）此系统采用间接供冷方式，以水为载冷剂，冷冻水供水温度t出2=7℃，为获取较好的制冷系统的运行经济性以及增大传热温差，减少蒸发器的初投资，取t出2－t＝3℃，所以t=7-3=4℃其传热温差：△t0m= (t进2－t出2)/㏑[(t进2－t0)/( t出－t0 2)]=(12－7)/㏑[(12－4)/( 7－4)=5℃（2）冷凝温度tk的确定：不同冷凝器冷凝温度的确定方式：风冷式冷凝器： tk ＝t进1＋（10～16℃）水冷式冷凝器： tk ＝t进1＋（7～14℃）蒸发式冷凝器:tk＝夏季室外计算湿球温度＋(8～15℃)且对于使用冷却水塔的循环水系统，冷却水进水温度按下式计算：t进1=ts+△ts=28.2+2.0=30.2 ℃式中：ts—夏季空气调节室外计算湿球温度28.2℃△ts —安全值，对于机械通风冷却塔，△ts=2～4℃。

冷却水出冷凝器的温度t出1，与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形式有关。

选用卧式壳管式冷凝器。

按下式确定：t出1= t进1+(3～5)=30.2+5.0=35.2℃本系统采用水冷式卧式壳管冷凝器，冷凝温度与冷却水进口温度差取7℃则冷凝温度为：t k = t进1+(7～14)=30.2+7=37.2℃其传热温差:△t km= (t出1－t进1)/㏑[(t k－t进1)/( t k－t出1)]=(35.2-30.2)/㏑[(37.2-30.2)/(37.2-35.2)] =4℃则冷凝器制冷剂的温度tk ′=tk+△tm=41.2℃（3）过冷度的确定；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℃，即过冷度温tgl ： tgl＝tk－（3～5℃）液体过冷可以减少节流损失，有助于提高单位制冷量和制冷系数，但是过冷温度过低对设备的要求提高，不利于经济效益的提高。

这里取过冷度为4℃。

过冷温度为t gl ＝tk－（3～5℃）=tk-4=37.2-4=33.2℃(4)过热度的确定过热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。

氟利昂过热温度为tgr≤t+15℃。

这里取过热度为t=10℃。

综上，汇总如下表表二：蒸发温度（℃）过热度（℃）冷凝温度（℃）过冷度（℃）4 10 37.2 42.3、状态点的确定和相关热力计算：2.3.1、绘制压焓图：lg-p (MPa) 3′ 3 38.2℃ 2 2′4′ 4 4℃ 1 1′4/4 1 1/表三：根据绘制的p-h图查表求得各状态参数2.3.2、进行热力计算：（1）、单位质量制冷量（q 0）的计算：q 0 = h 1—h 4/= 410.77 – 245.07 = 165.7 kJ/kg （2）、单位容积制冷量（q v ）的计算：Q v==='05057.07.16510v q 2875.24 kJ/m 3（3）、制冷剂质量流量（M r ）的计算 M r =0q Q = 7.1652.1243 = 7.502 kg/s （4）、制冷剂的体积流量（V r ）的计算： V r = '⨯v Mr 1= 7.502×0.05057 = 0.38m 3/s （5）、压缩机所需的理论功率P th 的计算：P th = M r (h 2—h 1/) = 7.502×(426.02-404.42)=162.0432Kw （6）、制冷系数（ε0）的计算：ε0 = th P Q 0 =/12/41h h h h --= 42.40402.42607.24577.405--=7.44 （7）、单位冷凝负荷（q k ）的计算：q k = h 2—h 3/ = 426.02 – 245.07 = 180.95 KJ/kg （8）、冷凝器热负荷（Q k ）的计算：Q k = M r × q k = 7.502 × 180.95 = 1357.4869 Kw （9）、逆卡诺循环制冷系数的计算 ε/c =0T T T k - =)15.2734()15.2732.37(415.273+-++= 8.35 （10）、热力完善度（η）的计算 η= /0cεε= 35.844.7= 0.89 2.4、 压缩机的选择： 2.4.1、压缩机形式的选择：已知：压缩比：p k /p o =949.7/343.7=2.76 压缩机理论功率：P th =173.5776 kw 总制冷量：Q 0=1243.2kw单位容积制冷量：q v =2875.24 kJ/m3常用的制冷压缩机有活塞式制冷压缩机﹑螺杆式制冷压缩机﹑离心式制冷压缩机。