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空调用制冷技术课程设计指导书

一、 课程设计目的
课程设计是《空调用制冷技术》课程的重要教学环节之一，通过课程设计了解空调用制冷站工艺设计的内容、程序和基本原则，学习设计计算方法和步骤，提高运算和制图能力，增强对制冷站中所应用的冷水机组、水泵、冷却塔等设备的认知，巩固所学理论知识。
并学习运用这些知识解决工程问题。
二、 设计内容和要求
1.制冷站总负荷计算
制冷站总负荷应包括用户实际所需制冷量以及制冷系统本身和供冷系统的冷损
2.制冷机组类型及台数的选择
根据装机容量、运行工况、节能环保、以及负荷变化情况和运行调节要求等因素确定。一般选择同型号2—3台的机组 。
3.水系统设计
（1）确定冷冻水和冷却水系统形式，进行水管路设计，计算并确定管径，拟定系统草图
（2）选择冷冻水泵的规格和台数
（3）冷却水泵和冷却塔的规格和台数
（4）使用分、集水器时，决定分、集水器直径。
（5）选择主要阀门
4.制冷机房设备工艺布置
机房内的设备布置应保证操作维修的方便，同时尽可能是设备布置紧凑以节省建筑面积
（1）制冷机组设备布置。
（2）冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔布置
（3）主要汽水管道布置。
（4）绘制布置简图。
5.制冷机控制安全保护
6.采用溴化锂制冷机时能源供应系统设计
7.编写设计说明书
说明书按设计程序编写，包括方案确定、设计计算、设备选择和设计简图等全部内容；计算部分可用表格形式。
（1）设计成果：包括课程设计说明书、计算书、图纸
（2）课程设计说明书的要求：
①课程设计说明书的内容一般包括冷水机组选型计算及方案比较；主要设备选型；包括冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备型号及台数的选型计算；制冷站内水力计算；等几个部分。
②课程设计说明书文字要通顺、层次清楚、工艺方案选择合理、选定的参数要有依据、计算正确、各种符号应注有文字说明、必要时列出计算数据表格；

8.图纸要求
（1）图纸要求
课程设计图纸绘制要符合现行的制图和空调工程设计相关标准和规范，达到工艺图要求；图纸量一般不少于2张，出图图幅大小根据具体要求确定；课程设计图纸采用CAD制图或手工绘图。

（2）图纸要求
①工艺流程图一张
图中应附有图例、设备表，并标出设备编号及选定的管径，仪表阀门等应标准图例画出，并表明介质流向。
②平面布置图一张
图中制冷机、水泵等主要设备按比例绘制，设备注明编号，从制冷机至水泵、冷却塔、分、集水器的水管也相应绘出。
制冷站建筑图应表明建筑外形和结构形式，各功能房间以及所有门窗位置。应标注柱距、跨度、分隔间等主要尺寸。

三、 设计方法与步骤
（一）冷源方案的确定和冷水机主的选型
1、冷负荷的计算
制冷站总负荷应包括用户实际所需制冷量以及制冷系统本身和供冷系统的冷损失，用户实际所需制冷量应由空调、生产工艺给出，冷损失一般用附加值计算直接供冷系统一般附加5%—7%，间接供冷系统一般附加7%—15%。对于空调系统也可以建筑冷指标计算方法计算，冷指标选取可参阅有关设计手册。用该负荷直接进行冷水机组选型，不需附加冷量。
2、冷源方案的确定
根据计算的冷负荷值，综合考虑建筑物用途、负荷分布情况、能源供应情况、环境资源，经济性、环保要求等因素，比较一次投资和全年运行费用确定制冷机组类型提倡新技术和节能环保措施的应用。通过方案比较，选择满足适应建筑冷负荷变化要求及最为经济的方案的冷源方案。
方案比较时应考虑：①本建筑对于冷源的要求设计两种以上方案，并说明各种方案的特点；
②通过年设备费用、年运行费用；最经济有效的方案；
③冷水机组机型选择
根据用户使用要求、冷负荷及全年负荷变化、当地能源供应情况，毕竟制冷机房一次投资和全年运行费用，确定机组类型，包括制冷方式、制冷机种类、冷凝器冷却方式等。
从单位制冷量一次能源消耗的角度来看，电力驱动蒸气压缩式制冷机组比溴化锂吸收式制冷机组能耗要低。若当地电力能源供应紧张，或有热源可以利用，特别是由余热废热可以利用的场合应优先选用吸收式制冷机组。
通过技术经济比较合理时，制冷机组可以采用热泵机组。
从能耗、单机容量和运行调节等方面考虑，选择空调用蒸气压缩实在论机组时，单机名义工况制冷量大于1758kW时宜选用离心式；制冷量在1054kW—1758kW时宜选用螺杆式或离心式；制冷量在700kW—1504kW时宜选用螺杆式；制冷量在116kW—700kW时宜选用螺杆式或往复式；制冷量小于116kW时宜选用蜗旋式。
风冷冷水机组干球温度较低或昼夜温差较大，缺乏水源地区的中小型空调系统。如果冬季还需要供热的中小型系统，也可以考虑空气源热泵。空气源热泵最低室外温度使用范围分别为3℃、-5℃、-7℃、-15℃，适用不同地区的要求。空气源热泵在选用时应注意以下几点①选择热泵机组时，除了将名牌上标准工况（干球温度7℃，湿球温度6℃）下制热量，变为使用工况下制热量外，还应考虑使用工况下结霜除霜的热损失。
②按最佳平衡点温度（热泵供热量等于建筑物耗热量时的室外计算温度）来选择热泵机组的辅助热源。
③对于供热负荷远小于供冷负荷的场合，供热负荷相应的冷负荷部分，有热泵机组承担，其余的冷量由COP值较高的制冷机组供给。
④对于又同时供热供冷场合，可选热会收式制冷机组或水环热泵系统。
在峰谷电价差加大的地区，利用低谷电价时段蓄冷有显著经济效益时，可以采用蓄冷系统。蓄冷系统与一般常规系统比较，一次投资有所增加必须经过技术经济比较。采用蓄冷系统的一般条件是，建筑物逐时 冷负荷峰谷差悬殊，采用常规空调会使制冷机组容量过大，系统经常处于部分负荷下运行；空调负荷高峰与电网高峰时段重合，且点高位低谷时段负荷又小的场合。
对于制冷剂的采用，一般，对直接供冷系统或对卫生安全要求较高的用户应采用氟利昂；而大中型制冷系统对卫生安全要求并不十分严格或间接供冷系统，可以采用氨。目前氨制冷剂主要用于食品冷冻冷藏，空调制冷机组主要采用氟利昂制冷剂。在选用氟利昂制冷剂时，应考虑其对大气臭氧层的危害和禁用时间表。
在选定制冷机组时应校核所选机组名义工况下的COP值，不应低于国家现行的《正气压缩循环冷水（热泵）机组 工商业用和类似用途冷水（热泵）机组》（GB/T18430.1—2001）标准规定，同时还应考虑部分负荷COP值，或采用部分负荷综合值IPLV来衡量全年的综合效益。
IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D
式中 A——100%负荷工况点时COP
B——75%负荷工况点时COP
C——50%负荷工况点时COP
D——25%负荷工况点时COP
3.确定冷水机组的型号及台数
（1）制冷机组选型要熟悉机组的性能、特点，才能林海冷水机组主要性能比较 机组的性能主要包括：制冷量范围性能系数、调节特点等，空调工程中常用的冷水机组的机型有：
①往复式冷水机组
单机组最大制冷量约为1160kW，一般配以多台压缩机，机组制冷效率较其他电动型机组低，往复式冷水机组制冷量调节是靠调节压缩机台数来完成，是有级调节。
②螺杆式冷水机组
该机型在我国制冷空调领域得到越来越广泛的应用，其典型冷量范围是700kW—1000kW。机组制冷效率高于往复式冷水机组。机组的冷量主要有压缩机能量调节机构来实现，调节范围为10%—100%无机调节；多机头机组的能量调节还可由改变压缩机的运行台数来实现。
③离心式冷水机组
离心式冷水机组是大中型工程中用的最多的机型，尤其当单机制冷量在1000kW以上时，设计以优先选用离心机组，它具有比螺杆机更高的性能系数。
（2） 选用制冷机组时台数不宜过多，一般为2—4台，不考虑备用。多机头机组可以选用单台。当采用多台型号相同的机组时，单机容量调节下限常冷量大于最小负荷时，应选用一台小型机组来适应低负荷需要。
确定制冷机组型号后，应记录冷水机组的主要性能参数参数，如下：名义冷量；名义耗功率；名义工况性能系数；冷冻水、冷却水压力损失及水流量，以及机组的外形尺寸运行重量等，为后续设计收集资料。
（二）空调冷冻水系统的设计及水泵的选择
空调冷冻水系统一般选用开式膨胀水箱定压的闭式循环系统。根据空调系统具体情况决定采用一次泵或二次泵系统，二次泵宜设置变频调速装置，冷源侧宜采用定流量运行，负荷侧为变流量系统。一次泵的台数应按冷水机组的台数一对一设置，一般不设备用泵。二次冷水泵台数应根据冷冻水泵大小、各并联环路压力损失的差异程度、使用条件和调节要求，通过技术经济比较确定。
1、冷冻水泵的选择
空调冷冻水泵宜选用低比转数的单级离心泵。一般选用端吸泵流量大于500m3/h宜选用双吸泵。
1）冷冻水泵的流量
一次泵的流量，应为所对应的冷水机组的冷冻水流量；二次泵的流量，应为该区冷负荷综合最大值计算出的流量。计算流量应附加5%—10%的裕量。
2）冷冻水泵的扬程
采用闭式循环一次泵系统冷冻水泵的扬程为管路及管件阻力（可以通过估算）、冷水机组蒸发器阻力和末端设备表冷器阻力之和。计算阻力应附加10%的安全系数。
例如：一幢100m高的高层建筑空调水系统的压力损失的估算
冷水机组的阻力：取80kPa；
管路阻力：取制冷站内的除污器、分、集水器及管路等的阻力为50 kPa；取空调水系统管路沿程阻力约60 kPa；局部阻力为沿程阻力的50%即30 kPa，则空调水系统管路阻力为：60+30+50=140 kPa；
空调末端装置阻力：组合式空调器的阻力取45，空调机组取30 kPa；
二通调节阀的阻力：取40 kPa；
水泵扬程：（80+140+45+40）ⅹ1.1=335 kPa =33.5m
2、水系统补水：空调水系统的补水应经软化处理；仅夏季供冷的系统开采用电子除垢仪进行水处理；补水量为系统水容量的2%；补水点应设在循环水泵的吸入段，补水泵流量取补水量的2.5—5倍，扬程附加30—50 kPa。设备用补水泵。
（三）冷水机组冷凝器冷却方式及冷却水系统的设计及冷却水设备的选择
1、冷水机组冷凝器冷却方式
水源充足的地区应采用水冷冷凝器，由冷却塔循环供水；湿球温度较低、缺乏水源的地区可采用蒸发式冷凝器；干球温度较低、缺乏水源的地区，或不便采用水冷却的中小型系统，可采用风冷式冷凝器。
2、冷却塔选型与布置
蒸气压缩式制冷机组一般采用低温降逆流式玻璃钢冷却塔或横流式冷却塔。

3.冷却水泵的选型
（四）溴化锂吸收式制冷系统设计
1.当热源为低于0.2MPa或低于150℃热水时，宜采用单效溴化锂吸收式制冷机组，当热源为大于0.4MPa或高于150℃热水时，宜采用双效溴化锂吸收式制冷机组；直燃型溴化锂吸收式制冷机组夏季可同时供冷和生活热水，冬季可供暖和卫生热水。一般额定供热量是额定供冷量的80%，冬季供热负荷不能满足时可以增大高压发生器，提高机组供热量；当生活热水热负荷很大时，宜另设其他热源供应生活热水。
2.燃油、燃气供应系统
（1）燃油系统
燃油宜采用轻质柴油。
室外储油罐：
1）总容量：V=A.G/ρ m3
式中 G——制冷机房最大日耗油量 (t/d)；
ρ——燃油的密度 (t/ m3)
A——燃油储存天数：货车及轮船运输取20—30d，汽车运输取5—10d，输油管输送取3—5d。
直埋式储油罐容积不宜超过15 m3。
2）室内日用油箱容积不应大于1 m3，应采用钢制密闭式油箱。应设在耐火等级不低于二级的单独房间里并采用甲级防火门。
最低油位应高于燃烧器1—5m，油箱上应设直通室外的通气管，其上设阻火器和防雨设施。还应设将油紧急排放到室外存油设施的管道。
3）油泵
台数——不应少于2台（一用一备），以选用自吸式离心泵或齿轮泵。
流量——应为制冷机房最大小时耗油量，并附加10%的裕量。
扬程——有输油管线总助力和室外储油罐与日用油箱的油位差组成，并附加10%的裕量。
4）油过滤器
油泵入口应设两台（一用一备）8—12目/cm的中过滤器，流通面积为油管的8—10倍。燃烧器入口设不小于20目/cm细过滤器，流通面积为油管的2倍。
（2）燃气系统
宜采用低压（小于5kPa）和中压（5—20kPa）燃气，主要有天然气和液化石油气。燃气管道应采用镀锌钢管，焊接或法兰连接，宜架空敷设。
每台机组干管上应设关闭阀和快速切断阀。每个燃气支管上应设关闭阀，阀后串联两个电磁阀，日燃气管道上应设引至室外的放散管，DN≥20mm，排出口应高于屋脊2m以上，并采取防雨防雷措施。

（五）制冷站工艺布置
1.对制冷机房的要求
制冷机方应布置在全区夏季主导风向的下风侧；在动力站内，一般应布置在乙炔站、锅炉房、煤气站、堆煤场上风侧，以保证制冷机房的清洁。位置应尽可能靠近冷负荷中心以缩短冷冻水和冷却水管网。
空调用制冷机房主要包括主机房、水泵房、变配电间和值班室等。高度不应低于3.2—4m，设备间也不应低于2.5m。
由于设备运行时如变压器、开启式离心冷水机组、溴化锂吸收式制冷机组等都有较大的热量产生，水泵房还有余湿，制冷机房应有良好的通风，制冷机房应有每小时不少于3次换气的自然通风。此外对电动型冷水机组、燃气型溴化锂吸收式制冷机组还应考虑事故通风。当机房工作环境一般较差，尤其是地下室内配置溴化锂吸收式制冷机组、开启式离心冷水机组散热量很大，造成机房室温过高，常超过40℃。在这种情况下可以考虑己方设计空调降温。
制冷机房应采用二级耐火材料建造，机房最好设为单层建筑，设有两个出入口，机房门窗应向外开启，机房应预留能通过最大设备的安装口。
2.制冷机房的设备布置
机房内设备布置应保证操作和检修的方便，同时应尽可能使设备布置紧凑，以节省建筑面积，制冷机组的主要通道宽度以及制冷机组与配电柜距离不应小于1.5m；制冷机组之间或与其他设备之间净距离不小于1.2m；机组与墙壁之间以及与其上方管道或电缆桥架的净距离不小于1m。
冷却塔应布置在通风散热条件良好的屋面或地面上，并远离热源和尘源，冷却塔之间及冷却塔与周围建筑物应有一定间距
水泵的布置应便于接管、操作和维修；水泵之间通道一般不小于0.7m。mm
（六） 制图要求
课程设计完成热力系统图1张，设备布置图1张，图幅为2号图纸。课程作业只需完成相应的简图。
⒈制冷站工艺流程图
工艺流程图应绘制全部制冷和辅助设备、连接管道、阀门及附件，并表明管径和设备编号，附上图例。
设备按规定的图形符号绘制。管道以规定代号表示，管道附件以有关标准规定的图形符号和管道附件的规定代号表示。对于标准中没有规定的管道与附件，可采用常用表示方法或参考标准中的表示方法自行决定，但应在图例中标明。
管道直径可只标注课程设计中要求计算管径的水管道，可用公称直径表示，例如DN20.
工艺流程图的图面布置应使图面均匀，线条清晰。通常在图面的制冷机组布置位置与平面图中一致，并按一定的比例，水泵等设备集中布置各种管道应放在周边的明显部位。管道断开处或流向不易判明的管段，应标出介质流向，必要时加文字说明。
各设备需要连接管道的所有对外接口，包括只有排水或排汽接管的接口，在工艺流程图上都应表示清楚。
同类设备建立横向联系，以达到互为备用的目的，并应使任一台设备能从系统中切出检修或投入运行。如各台给水泵、给水箱和循环泵，各自之间应有横向连接管道和相应的阀门。
⑷ 设备的纵向联系应保证主要设备的工作，次要设备建立旁通。如初级加热器、减压阀和疏水阀等应有旁通管道和阀门，在这些设备故障或检修时，不致使主要设备停止工作。疏水阀的旁通还在系统暖管和设备启动是作手动排水用。疏水阀的前后装设冲洗阀和检查阀，以便冲洗管道和检查疏水阀工作情况。
⑹ 尽量减少在主管道上连接支管道，且应在靠近主管道的支管道上装关断阀，以免任一支管道上的设备和管道附件的事故或检修而影响整个系统的工作。
⑺ 应尽量简化系统，减少管道和附件，以节省建设费用；系统连接方式应尽量减少设备的动力消耗。
⒉ 设备布置图
布置图中应包括各种设备和主要管道，相关的建筑和构筑物也应绘出。各种设备和管道必须有定位尺寸，建筑物应标注主要尺寸，如柱距或开间、跨度等。
制图方法可根据图纸类别执行不同的制图标准。对于建筑物、构筑物、设备布置图，执行建筑制图标准；对制冷设备及管道执行暖通空调制图标准。
制图时以工艺部分为重点。对于工艺设备和管道，根据需要可采用粗、中或细线绘制。对于建筑物和构筑物，一般用细线绘制。
设备图形一般以外形表示。制冷设备应能表示出机组种类。冷却塔图形中应包括风机、喷水口、接水盘及设备外形、。水泵图形中应表示出基础外形，水泵和电动机位置。
图中设备应标出定位及外形尺寸。至建筑物一侧的尺寸界线，可取建筑轴线。设备定位尺寸有纵向和横向两个尺寸。外形对称的设备可取中心线作为定位线，其余情况根据设备特点决定。
建筑图应有定位轴线及其编号。定位轴线与墙、柱和楼板的关系又有关标准规定，课程设计中也可参考图例确定。各定位轴线间距都应标注，剖面中也应标注。
设备布置图中的设备均应标注设备编号。设备明细表可放在设备平面布置图中。
⒊ 图标
图标绘在图纸右下角，图标形式参见我院标准格式。

⒋ 制图要求
设计图纸执行制图标准的规定。设备布置图采用比例以1：50或1：100为宜。
图面要整洁。书写工整，字体端正，排列整齐，笔画清楚。汉字宜用仿宋字体。
图纸打印前应交与教师审阅。
（七）设计说明书的编制
⒈ 说明书中应说明设备、系统、方案的选择依据、理由和结论，设计计算公式、公式中各符号的意义和数据、以及计算结果。论述时必须结合自己的设计题目，标明自己的观点，切忌泛淡一般设计方法。
⒉ 说明书要求字迹清楚，标题编排合理，用纸前后一致。计算部分也可以用表格形式，但表中必须包括公式、符号、数据和结果，且序号符合设计顺序。
简图可以用铅笔绘制，不要求有严格的比例，但线条和字迹必须清楚。
⒊ 说明书应装订成册，并有封面、目录和页次。
4. 设计完成后，对设计中出现的问题，如前后设备和数据的更改，已发现但来不及修改的各种问题，以及有必要说明的其他事项，可在说明说明书最后的结束语中说明。

四、 设计进度安排
课程设计时间共两周，安排如下：
序号
内容及要求
天数
1
冷水机组选型计算及方案比较，要求设计出三种不同方案，并进行技术经济比较得出最佳方案；
4
2
主要设备选型，包括冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备型号及台数的选型计算；
2
3
制冷站内水力计：算通过比摩阻法进行冷冻水、冷却水系统水力计算，确定水管直径；
2
4
绘图
4
5
整理计算书
2
合计

10天

五、 主要参考资料
1、实用供热空调设计手册 陆耀庆主编 中国建筑工业出版社
2、中华人民共和国国家标准 暖通空调制图标准 GB/T 50114-2001中国计划出版社
3、采暖通风与空气调节设计规范2003
4、《暖通空调 * 动力》全国民用建筑工程设计技术措施
5、《空气调节用制冷技术》（第三版） 彦启森主编 中国建筑工业出版社
6. 公共建筑节能设计标准 GB50189-2005