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河北建筑工程学院课程设计计算说明书题目名称：空气调节用制冷技术系别：城建系专业：建筑环境与设备工程班级：热专1学号：2011学生姓名：指导教师：曲职称：副教授2013年1月10日目录一设计对象…………………………………………………………………1二原始资料……………………………………………………………………1三设计内容及要求…………………………………………………………1Ⅰ确定制冷系统总制冷量……………………………………………………１Ⅱ．确定制冷剂种类和系统形式………………………………………………１Ⅲ．确定制冷系统设计工况……………………………………………………3Ⅳ选择压缩机和电机功率……………………………………………………5Ⅴ选择蒸发器……………………………………………………………8Ⅵ选择冷凝器……………………………………………………………8Ⅶ选择系统辅助设备并计算制冷剂充灌量…………………………………9Ⅷ确定系统调节控制方案………………………………………………12四附录………………………………………………………………………13五参考文献……………………………………………………………………173制冷课程设计一．设计对象：某校空调实验室改建，原有冷源已不能满足要求，拟定重建一单元制冷系统，供给空调实验台合格的冷冻水（喷雾室和水冷式空气冷却器）。二．原始资料：1．本制冷系统主要为供给实验室教学和科研用冷冻水，冷冻水温度t=5～7℃。空调设计工况冷冻水温度t=5℃，空调回水t=11℃。2．空调冷负荷Q0=53．5KW。最低负荷Qmin=37KW。3．实验室水源为本校自来水网供给的16℃深井水。4．室外气象参数：夏季通风室外干球温度30℃，湿球温度26．5℃，风速1．9米/秒，大气压P=751mmHg；5．实验室现有设备规格：（1）4F-10氟利昂制冷压缩-冷凝机组一台，标准制冷量为28000千卡/时，空调制冷量60000千卡/时，配用压缩机4F10；转数960转/分；配用电机型号JO2-72-6，功率22KW，电压380V，转数970转/分;配冷凝器，卧式壳管式，面积14．4m2（武冷产品）。（2）FW-30型满液式壳管式蒸发器一台，冷却面积30m2,筒外径Φ=400mm;管板间长度1800mm,冷却管径Φ18×2.5mm，管根数138；水通程10；进液管38mm，回气管Dg50mm。（3）玻璃钢逆流式冷却塔一台，型号BNL-20型，冷却水量MW在水温降Δt=5℃时为19．3m3/h,MW在水温降Δt=6℃时为15．9m3/h，风机风量变11400m3/h，转速n=930转/分，功率P=0．8KW，塔高2030mm，直径1350mm,进水直径65mm，出水直径80mm，最大直径为1470mm填料高720mm.三．设计内容和要求：Ⅰ．确定制冷系统总制冷量制冷系统总制冷量包括空调冷负荷和制冷系统的冷量损失，其中空调冷负荷Q0max=53.5KW制冷系统总制冷量可表示为空调冷负荷乘以一个系数Φ0=A·Q0max式中A=1.05～1.15，直接连接时系统冷损失小，A可取小值1.05；间接连接时系统冷失大，A应取大值1.15。该系统为间接连接，所以A=1.15，则Φ0=53.5*1.15=61.525KWⅡ．确定制冷剂种类和系统形式㈠制冷剂种类的选择常用的制冷剂有氟利昂和氨两种，两种制冷剂的主要优缺点有：氟利昂：大多数氟利昂本身无毒、无臭、不然，与空气混合遇火也不爆炸；如果系统中完全不含水分，氟利昂对金属没有腐蚀性；只要不处于缺氧状态，氟利昂对人体没有危害。因此，适用于公共建筑或实验室的空调制冷装置。但是，氟利昂的放热系数低，价格较高，极易渗透又不容易被发现；氟利昂与水几乎不互溶，易出现“冰堵”现象，所以系统中必须设置干燥过滤装置；氟利昂液体和润滑油可以很好的互溶，气体不溶于润滑油，必须设置回油问题。氨：氨的传热性能强，价格便宜。但是氨有强烈刺激性，对人体有危害且氨为可燃物，当空气中氨的体积百分比达到16%～25%时，遇明火有爆炸的危险；氨的排气温度比较高，不适合高压缩比运转，也不适合吸气过热度太大的运转；氨会腐蚀铜及其合金、锌等金属材料，所以氨制冷设备中不能有铜及其合金制造的管道和阀件等。4本制冷系统主要为供给实验室教学和科研用提供冷冻水，人员密集且仪器精贵，宜采用氟利昂制冷剂。又因为采用空调机组制冷，蒸发温度比较低，故选用氟利昂R134a制冷剂。㈡系统形式蒸汽压缩式制冷理论循环有节流损失和过热损失，为了使膨胀阀前液态制冷剂有较大的再冷读，同时又能保证压缩机吸入具有一定过热度的蒸汽，常采用蒸汽回热循环。但采用蒸汽回热循环，虽然单位质量制冷能力有所增加，但是压缩机的耗功量ΔωC也增加。因此，该种循环的理论制冷系数是否提高，则与制冷剂上的热物理性质有关。一般来说，对于节流损失大的制冷剂如氟利昂R12、R134a等是有利的，而对氨则不利。由于本设计中选用了氟利昂R134a制冷剂，所以选用回热循环系统形式是合适的。综上所述，制冷剂选用氟利昂R134a，系统形式选用回热循环。1.制冷剂循环系统：回热循环系统主要由制冷系统四大件和辅助设备组成，并用管道将其连接起来。（1）压缩机：本设计采用活塞式制冷压缩机，其构造可以概括为机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进排气阀组、卸载装置、以及润滑系统。压缩机吸入的是过热蒸汽，进行干压缩。当压缩机吸入湿蒸汽时会产生闪发气体占据汽缸有效空间，使制冷量降低。（2）冷凝器：冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化，以便制冷剂在系统中循环使用。该设计系统中采用水冷式冷凝器。（3）蒸发器：蒸发器的作用是通过制冷剂压缩（沸腾），吸收载冷剂的热量，从而达到制冷目的。本设计采用非满液式蒸发器液态制冷剂经膨胀阀进入蒸发器管内，随着在管内流动，不断吸收管外载冷剂的热量，逐渐汽化，故蒸发器内处于汽液共存状态；这种蒸发器虽然克服了满液式蒸发器的缺点，同时非满液式蒸发器能使润滑油很好的返回压缩机。（4）节流阀：节流阀是组成制冷系统的重要部件，其作用为：一方面对高压液态制冷剂液体进行节流，起降温降压的作用；另一方面调节供入蒸发器的制冷剂的流量，适应蒸发器热负荷变化。（5）油分离器：由于在压缩过程，制冷剂处于高温高压的过热状态，润滑油也会发生雾化，将与制冷剂一起进入冷凝器或蒸发器内就会在管壁上凝结一层油膜，影响冷凝及蒸发器的换热效果，故应在压缩机出口设油分离器。（6）干燥器：因为本设计选用的氟利昂系统，在膨胀阀吸入口前设干燥器可以系统中的水分在节流出口处发生“冰堵”现象，影响制冷系统循环。（7）过滤器：分别安装在节流阀处干燥器前和压缩机吸入口前防止杂质堵塞节流装置和保护压缩机汽缸的精度。（8）回热器：利用回热器能使膨胀阀前液态制冷剂有较大的再冷度减少节流损失，同时又能保证压缩机吸入具有较大的过热度制冷剂蒸汽。（9）储液器：本系统储液器安装在冷凝器下边为高压储液器，在系统中起稳定制冷剂流量，并可用来储存液态制冷剂。2．冷冻水系统：按照用户需要情况不同，冷冻水系统可分为闭式系统和开式系统，开式系统需设置冷冻水箱和回水箱，系统水容量大，运行稳定，控制简单。闭式系统与外界空气接触少，可以减缓腐蚀现象，再者闭式系统必须采用壳管式蒸发器，用户侧应采用表面式换热设备，而开式系统则不受这些限制，5当采用水箱式蒸发器时可以用它代替冷冻水箱和回水箱。因该冷冻水系统采用水冷式空气冷却器与外界空气直接接触故选用开式系统。3.冷却水系统：合理地选用冷却水源和冷却水系统对制冷系统的运行费用和初投资具有重要意义。冷却水系统形式可分为直流式、混合式、循环式三种。前两种形式都有冷却水的排放,从环保的角度考虑，应尽量降低制冷系统的水消耗量，故可采取循环式冷却水系统，此种系统就是将来自冷凝器的冷却回水先通入蒸发式冷却装置，使之冷却降温。然后再用水泵送回冷凝器循环使用。这样，只需少量补水即可。考虑到机械通风冷却塔具有冷却效率高，结构紧凑，使用范围广，并具有定型产品可选用的优点，故蒸发式冷却装置选机械通风冷却塔。机械通风冷却循环系统采用机械通风冷却塔，冷凝器的冷却回水由上部北喷淋在冷却塔内的填充层上，以增大水与空气的接触面积，被冷却后的水从填充层流至下部水池内，通过水泵再送回冷却水机组的冷凝器中循环使用。冷却塔顶部装有通风机，使室外空气以一定的流速紫霞通过填充层，以增加冷却效果。4.润滑油系统润滑油是活塞式压缩机必不可少的润滑剂，而在压缩机高速运转时时高温的气缸壁会使一部分润滑油在高温下雾化，并随高速的制冷剂气流离开压缩机进入制冷循环系统，如果进入泠凝器和蒸发器等换热设备，就会传热面上形成油膜，使得传热性能恶化，而且压缩机内绝对不能缺少润滑油，为此系统中必须设置独立的油循环路径使润滑油很好的返回到压缩机的曲轴箱。Ⅲ．确定制冷系统设计工况㈠制冷循环参数1.确定蒸发温度t0因为已知冷冻水出口温度为t2=5℃，空调回水温度即冷冻水进口温度为t1=11℃。蒸发温度t0比被冷却液体的出口温度低4～6℃，此处取5℃。则蒸发温度t0=5-5=0℃2.确定冷凝温度tk由原始资料查得该地区夏季空气湿球温度为ts=26.5℃，又冷却水进口温度比其高3～5℃，此处取3.5℃，则冷却水进口温度为tw1=26.5+3.5=30℃。而冷凝温度与冷却水进口温度又有7～14℃的温差，此处取10℃则冷凝温度tk=30+10=40℃3.确定过热度总过热度是又由热力膨胀阀过热度和回热器过热度组成的，即Δtsh=Δtsh‘+Δtsh’‘，取12～18℃。其中热力膨胀阀过热度Δtsh‘=t1‘-t1’‘=3～5℃，若取4℃，则t1’＇=t1‘+4=0+4=4℃，若取总过热度为16℃，则回热器过热度为12℃，则t1=t1‘+16=16℃4、回热循环系统压焓图各状态点如下所示：6（二）制冷循环过程1＇～1为过热过程：其中1＇～1＇＇为热力膨胀阀的过热过程，发生在蒸发器内，1＇＇～1为回热器的过热过程；1＇点表示出蒸发器出口时的饱和状态；1＇＇点为进入回热器的过热蒸汽状态；１点为压缩机进口处的过热蒸气状态。1～2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程；2点为压缩机出口的制冷剂蒸汽状态点。2～3为制冷剂的放热过程：其中2～3‘过程为制冷剂在冷凝器中的降温冷凝过程；3～3’为制冷剂在回热器中的过冷过程；在整个放热过程中制冷剂的压力保持不变且等于冷凝温度下饱和压力。3点为热力膨胀阀前液体制冷剂的状态点。3～4表示制冷剂在节流过程中压力和温度的降低，但焓值保持不变，且进入两相区；4点为蒸发器入口制冷剂的状态。4～1‘表示制冷剂在蒸发器中的沸腾吸热过程。（三）根据压焓图查得图中各状态点的参数如下表所示状态点温度（℃）绝对压(MPa)比焓（KJ/Kg）比熵（KJ/Kg·K）比容（m3/Kg）1‘00.2933991.730.069311‘＇40.2934041.740.071421160.2934121.780.0704072581.01664381.780.021743‘401.01662561.150.0006673361.01662481.140.000656400.2932481.120.0163（四）根据各状态点参数值进行制冷理论循环的热力计算：1、根据回热器热力平衡：h1-h1’＇=h3’-h3,∴h3=h3’-(h1-h1’),得h3=248KJ/Kg,由节流前后焓值不变得:h4=h3=248KJ/Kg72、单位质量制冷能力:q0=h1＇＇-h4=404-248=156KJ/Kg3、总制冷量：0=1.15Q0=1.15×53.5=61.525KW4、制冷剂质量流量：Mr=00qΦ=156525.61=0.39kg/s5、冷凝器热负荷:Φk=Mr(h2-h3’)=0.39*(438-256)=70.98KW6、压缩机理论耗功率：Pth=Mr(h2-h1)=0.39*(438-412)=10.14KW7、理论制冷系数：εth=th0PΦ=14.10525.61=4.8Ⅳ选择压缩机和电机功率压缩