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制冷系统设计

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2020年4月19日
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一、 设计任务和已知条件
根据要求，在武汉地区，以风机盘管为末端装置，冷冻水温度为7℃，空调回水温度为11℃，总制冷量为400KW，冷却水系统选用冷却塔使用循环水。
二、 制冷压缩机型号及台数的确定
1、确定制冷系统的总制冷量
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：

式中 ——制冷系统的总制冷量（KW）
——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。
2、确定制冷剂种类和系统形式
根据设计的要求，选用氨为制冷剂而且采用间接供冷方式。
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、冷凝温度、压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数。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（）的确定
从《制冷工程设计手册》中查到武汉地区夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（℃）
℃
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：
℃
式中 ——冷却水进冷凝器温度（℃）；
——当地夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（℃）；
——安全值，对于机械通风冷却塔，=2~4℃。
冷却水出冷凝器的温度（℃），与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的形式有关。
按下式确定：
选用立式壳管式冷凝器 =+（2~4）=31.2+3=34.2℃
注意：一般不超过35℃。
系统以水为冷却介质，其传热温差取4~6℃，则冷凝温度为
℃
式中 ——冷凝温度（℃）。
②、 蒸发温度（）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及传热温差，而传热温差与所采用的载冷剂（冷媒）有关。
系统以水为载冷剂，其传热温差为℃，即
℃
式中 ——载冷剂的温度（℃）。
一般对于冷却淡水和盐水的蒸发器，其传热温差取=5℃。
③、 过冷温度（）的确定
在冷凝压力下，制冷剂液体的过冷温度与冷凝温度的差值，称为过冷度。是否采用过冷应进行全面的经济技术分析。
对于一般的空气调节用制冷装置，不采用液体过冷；对于大型的蒸发温度较低
（<—5℃）的制冷装置，在条件许可时使用液体过冷。
对于本设计系统，=2℃，因此不采用液体过冷，即=0℃。
④、 压缩机吸气口温度（）的确定
压缩机的吸气温度根据管道中的传热情况，或根据标准规定的过热度确定。
一般 =+=℃
式中 对于一般氨压缩机，=℃
⑤、 制冷系统理论循环p-h图

根据绘制的p-h图查表求得各状态参数：
确定压力：
比容：
焓值：

⑥、 制冷系统热力计算
⑴、 单位质量制冷量（）的计算

⑵、 单位容积制冷量（）的计算

⑶、 制冷剂质量流量（）的计算

⑷、 单位理论压缩功（）的计算

⑸、 压缩机所需的理论功率（）的计算

⑹、 压缩机吸入制冷剂蒸汽的体积流量（）的计算

⑺、 制冷系数（）的计算

⑻、 单位冷凝负荷（）的计算

⑼、 冷凝器热负荷（）的计算

⑽、 热力完善度（）的计算
逆卡诺循环制冷系数：

热力完善度：

4、选择制冷压缩机和电动机
①、 压缩机形式的选择
②、 压缩机制冷量的计算
查《制冷工程设计手册》选择压缩机，选用4V—12.5型压缩机，其设备规格参数等列于设备清单中，其理论输气量=，根据压缩机的理论输气量不变的原则计算所选定压缩机在设计工况下的制冷量，压缩机设计工况下的制冷量可由压缩机的理论输气量，乘以设计工况下的输气系数和单位容积制冷量来确定，即
从《制冷工程设计手册》查得设计工况下的输气系数=0.769
热力计算中已经求得单位容积制冷量=

③、 压缩机台数的选择
压缩机台数应根据总制冷量来确定：

式中 ——压缩机台数（台）；
——每台压缩机设计工况下的制冷量（）。
因此，选择两台4V—12.5型压缩机
④、 压缩机级数的选择
压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氨为制冷剂，当时，应采用单级压缩机；当时，则应采用两级压缩机。
对于本设计制冷系统中，，因此，本设计制冷系统采用单级压缩。
⑤、 压缩机轴功率及配用电动机功率的计算
⑴、 计算压缩机的质量输气量（）

⑵、 计算压缩机的理论功率（）

⑶、 计算压缩机的指示功率（）
从《制冷工程设计手册》查得指示效率
指示功率

⑷、 计算压缩机的轴功率（）

⑸、 计算配用电动机功率（）

⑥、 配用电动机的校核计算
选用压缩机空调工况下配用电动机功率75KW
75KW>53.27KW 符合要求。
⑦、 压缩机汽缸套冷却水量（）的计算

三、 冷凝器的选择计算
1、冷凝器的选择原则
冷凝器的选择取决于当地的水温、水质、水源、气候条件，以及压缩机房布置要求等因素。一般在冷却水水质较差、水温较高、水量比较充分的地方，宜采用立式冷凝器。武汉地区冷却水温较高，因此选用立式壳管式冷凝器。
2、冷凝器热负荷计算
冷凝器热负荷可按下式计算：

式中 —冷凝器的热负荷（KW）
—压缩机实际排气的比焓（KJ/Kg）
=
—压缩机的指示效率

3、冷凝器传热面积计算

—冷凝器的传热面积（）。
—冷凝器的传热系数[].
—制冷剂与冷却介质之间的对数平均温度

立式壳管式氨制冷剂冷凝器K=700～800W/。

—裕量取10%～15%。

由压缩机配套的冷凝器 LN —120 可知，其传热面积为 120 ㎡ ﹥ 109.648 ㎡ 满足要求。
4、冷凝器冷却水量的计算：

5、冷却塔冷却水量计算：

四、 蒸发器的选择计算
1、蒸发器的选择原则
蒸发器形式的选择，应根据制冷剂和载冷剂的种类，以及空调系统处理室的结构形式而确定。若空气处理室使用水冷式表面冷却器，以氨为制冷剂时，宜采用卧式壳管式蒸发器。因此，本设计制冷系统中采用卧式壳管式蒸发器。
2、蒸发器传热面积计算
a、传热温差：
b、传热系数：K 查《制冷技术》 P156 表8 ~ 2 知： K为 500 ~ 550 此处取 K=540
c、传热面积：
考虑到 10%～15% 的富裕量 Ac(s) = 119.65 × (1+ 0.15 ) = 137.5975 ㎡
由压缩机配套的冷凝器DWZ —150 可知，其传热面积为 150㎡ ＞ 137.5975 ㎡ 满足要求。
3、载冷剂水循环量计算：

五、 其它辅助设备的选择计算
1、贮液器的选择计算
贮液器的容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超过每小时制冷剂总循环量的1/3~1/2。同时，应考虑当环境温度变化时，贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，鼓其贮存量一般不超过整个容积的70%~80%。
贮液器的容积按下列公式计算：

由配套的ZA—1.5B 可知其容积为： 1.5 ＞ 1.279 满足要求。
2、油氨分离器的选择计算
油分离器筒体直径：
压缩机配套的 YF—40 直径为273mm ＞215 mm 满足要求。
3、气液分离器的选择计算
汽液分离器的桶体直径按下列公式计算：

配套的 AF—80 桶体直径为： 400mm ＞ 392.33 mm 满足要求。
4、集油器的选择计算
集油器的选择是根据经验，当冷冻站的制冷量为300 ~ 600 KW 时，选用219mm的集 油器一台。型号为：JY—200。
5、不凝性气体分离器的选择计算
一般的，一个系统只选配一台空气分离器，当冷冻站标准工况下的制冷量小于1163KW时，宜采用一台小号（桶体直径为108mm）空气分离器。根据以上条件可知：KF—32B满足要求。
六、 设备清单
序号
名称
单位
型号
规格
数量
1
制冷压缩机
台
4V-12.5
Q=100000Kal/h
2
2
配套电动机
台
JR91-6
P=75KW
1
3
立式冷凝器
台
LN-120
F=120
1
4
卧式蒸发器
台
DWZ-150
F=150
1
5
贮液器
台
ZA-1.5B
V=1.5
1
6
集油器
台
JY-300
D=325mm
1
7
油氨分离器
台
YF-40
D=175mm
1
8
空气分离器
台
KF-32B
D=108mm
1
9
氨液分离器
台
AF-80
D=400mm
1
七、 制冷机房布置方案的确定及说明
制冷机房的布置见系统设计图纸。
八、 制冷系统设计图纸
1、武汉地区400KW氨制冷系统平面图（2号图纸）
2、武汉地区400KW氨制冷系统A-A剖面图（2号图纸）
3、武汉地区400KW氨制冷系统系统图（1号图纸）
九、 参考文献
1、《建筑环境与设备工程专业用制冷技术》 李树林主编 机械工业出版社
2、《空气调节设计手册》 中国建筑工业出版社
3、《制冷工程设计手册》 中国建筑工业出版社
4、《氨制冷系统附属设备》 大连冰山集团
5、《125系列氨制冷压缩机》 大连冰山集团
附录：
1、压缩机规格表
名称
氨制冷压缩机
生产厂家
上海第一冷冻机厂
型号
4V-12.5型
使用工质
NH3
制冷量
标准工况
100000Kcal/h
重量
750Kg
空调工况
250000Kcal/h
汽缸直径
125mm
活塞行程
100mm
汽缸数
4个
主轴转数
960r/min
活塞行程容积
283/h
外型尺寸
长L
1910mm
传动方式
直联
宽W
990mm
配用电动机型号
JO3 250M-6
高H
450mm
配用电动机功率
75KW
2、冷凝器规格表
名称
立式冷凝器
外型尺寸
H
5260mm
型号
LN-150
D
900mm
蒸发面积
149㎡
重量
4915Kg
3、蒸发器规格表
名称
卧式蒸发器
外型尺寸
L
4710mm
型号
DWZ-150
D
1350mm
蒸发面积
150㎡
重量
770Kg
4、贮氨器规格表
名称
贮氨器
筒体尺寸
L
3000mm
型号
ZA-1.5B
D
800mm
类型
Ⅰ型
重量
685Kg
容积
1.632
容器类别
Cm-2
5、不凝性气体分离器规格表
名称
不凝性气体分离器
外型尺寸
L
1593mm
型号
KF-32B
D
108mm
公称直径
32mm
换热面积
0.45㎡
6、氨液分离器规格表
名称
氨液分离器
外型尺寸
H
4710mm
型号
AF-80
D
1350mm
容器类别
Sm-2
重量
150Kg
7、氨油分离器规格表
名称
氨油分离器
外型尺寸
H
984mm
类型
Ⅰ型
D
273mm
型号
YF-40
重量
85Kg
8、集油器规格表
名称
集油器
外型尺寸
H
647mm
类型
Ⅰ型
D
219mm
型号
JY-200
重量
65Kg