冷热源课程设计---大楼制冷机房设计

《冷热源工程（N）》

课程设计计算书

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2012年9月23日

目录

1.设计原始资料 (2)

2.确定冷源方案 (3)

2.1技术性分析............................................................ . (3)

2.1方案一 (3)

2.2方案二 (4)

2.3方案三 (5)

2.4 方案四............................................................ . (7)

2.5经济性分析 (8)

3. 分水器和集水器的选择 (17)

3.1分水器和集水器的构造和用途. (17)

3.2分水器和集水器的尺寸 (17)

3.2.1分水器的选型计算 (17)

3.2.2集水器的选型计算 (18)

4. 膨胀水箱配置与计算 (16)

4.1膨胀水箱的容积计算 (16)

4.2膨胀水箱的选型 (16)

5.制冷机房水系统设计计算 (9)

5.1 冷冻水系统选型和计算 (9)

5.1.1冷冻水泵的选型和计算 (9)

5.1.1.1水泵流量和扬程的确定 (9)

5.1.1.2 水泵型号的确定 (11)

5.2 冷却水系统的选型和计算 (12)

5.2.1冷却塔的选型 (12)

5.2.2冷却水泵的选型计算 (13)

6.参考资料 (20)

7.个人小结 (21)

设计题目

嘉兴市世贸大楼制冷机房设计

1、原始资料

1、空调冷负荷：

为：2.0 MW（空调总面积15000m2）

2、当地可用的能源情况：

电：价格：0.7元/度

天然气：价格：2.5元/m3；热值：33.45MJ/m3；

蒸汽：价格：80元/吨；蒸汽压力为：0.8MPa

燃油：价格：4.76元/升；低位发热量均为：42840kJ/kg

3、冷冻机房外冷冻水管网总阻力

为：0.35 MPa

4、土建资料

制冷机房建筑平面图（见附图），其中水冷式冷水机组冷却塔高度为：20 m

2、确定冷源方案

2.1 技术性分析

(一)离心式冷水机组

(1)优点：

1.结构简单，运动部件少，易损件少，仅是活塞式的1/10，故障率低，寿命长

2.圆周运动平稳，低负荷运转时无“喘振”现象，噪音低，振动小

3.压缩比可高达20，EER值高

4.调节方便，可在10%~100%范围内无级调节，部分负荷时效率高，节电显著

5.体积小，重量轻，可做成立式全封闭大容量机组

6.对湿冲程不敏感

7.属正压运行，不存在外气侵入腐蚀问题

(2)缺点

1.价格比活塞式高

2.单机容量比离心式小，转速比离心式低

3.润滑油系统较复杂，耗油量大

4.大容量机组噪声比离心式高

5.要求加工精度和装配精度高

(二)双效蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组：

基于溴化锂水溶液在常温下强烈的吸收水蒸气，而在高温下又将其吸收的水分释放出来。同时，水在真空状态下，其沸腾温度在7度以下，蒸发时具有较低的蒸发温度，因而可以采用水作为制冷剂。双效蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组部件组成是在单效机组上增加一个高压发生器、高温热交换器和凝水换热器，目的是维持高压发生器中的压力在大气压下运转，以确保机组的安全，因此，所需

的冷却水量较大，机组造价高，溴化锂溶液充注量大，初投资增加。但是热效率高，运转费用低。

(三)直燃型溴化锂吸收式冷热水机组：

它是在蒸汽溴化锂吸收式冷水机组上发展起来的，以燃油或燃气为能源取代燃煤，以火管锅炉（自带）取代蒸汽锅炉，以直燃方式取代间接供热方式等“三个取代”，完成了溴化锂吸收式冷水机组一次质的飞跃。直燃型机组以水-溴化锂为工质对，实现了吸收式制冷循环喝采暖循环的交替，达到了一机两用的目的。发展直燃型机组，有利于多种能源的使用和补充，有利于缓解部分地区电力的暂时紧张状态，有利于减少供热的中间环节，提高机组效率（热力系数），有利于节省单独的锅炉房设置，给中央空调的设备选型提供了新的选择对象。

2.2方案一：采用19XL系列半封闭式R22离心式冷水机组

表1 19XL300半封闭式R22离心式冷水机组性能参数

型号19

制冷量(KW) 1055

台数 2

单价(万元）150

电机功率（KW) 211

冷冻水水量(M3/h) 181

压降(Kpa) 67

冷却水水量(M3/h) 219

压降(Kpa) 57

1）固定费用

设备初投资：2?150=300（万元）

安装费用：25%?300=75 (万元)

系统总投资费用L=300+75=375 (万元)

银行年利率i=5.94%

使用年限n=15年

1

)1()1(1-++?=n

n

i i i L L =38.46万元 式中：1L —每年系统折旧费用

L —系统总投资费用，包括设备初投资和安装费用

i —银行年利率

2）年度使用费用

设备额定供冷功率为211KW ，台数2台，电费0.7元/度，供冷月为6-9月份，按照每天24小时供冷计算

年度运行费用=单台供冷功率?台数?时间?电费=110万元 3)设备年度费用

设备年度费用=固定费用+年度使用费用=38.46+98=136.46万元

2.3方案二: 采用SXZ8系列双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组

表2 SXZ8-116D 双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组性能参数

型号 SXZ8-116D 制冷量(KW) 1160 台数 2 单价(万元） 186 蒸汽耗量（Kg/h) 1450 冷冻水 水量(M3/h) 200 压降(Kpa) 100 接管直径（DN)

150

冷却水 水量(M3/h) 305 压降(Kpa)

90

接管直径（DN)

200

1）固定费用

设备初投资：2?186=372（万元） 安装费用：25%?372=93 (万元) 系统总投资费用L=372+93=465 (万元) 银行年利率i =5.94% 使用年限n=15年

1

)1()1(1-++?=n

n

i i i L L =47.69万元 2）年度使用费用

单台设备蒸汽耗量为1450kg/h ，台数2台，蒸汽价格为80元/吨，供冷月为6-9月份，按照每天24小时供冷计算

年度运行费用=蒸汽耗量?台数?时间?单价=85.03万元 3）设备年度费用

设备年度费用=固定费用+年度使用费用=47.69+85.03=132.72万元

2.4方案三：采用ZXLR 系列燃油型溴化锂吸收式冷水机组

表3 ZXLR-115燃油型溴化锂冷水机组性能参数 型号 ZXLR-115 制冷量(KW) 1163 台数 2 单价(万元） 215 轻油耗量（Kg/h) 81 低位热值（KJ/Kg) 43054 冷冻水 水量(M3/h) 200 压降(Kpa) 88 接管直径（DN)

150

冷却水

水量(M3/h) 301 压降(Kpa) 88 接管直径（DN)

200

1）固定费用

设备初投资：2?215=430（万元） 安装费用：25%?430=107.5(万元) 系统总投资费用L=430+107.5=537.5 (万元) 银行年利率i =5.94% 使用年限n=15年

1

)1()1(1-++?=n

n

i i i L L =55.13万元 2）年度使用费用

单台设备轻油耗量为81kg/h ，台数2台，轻油密度为0.84公斤/升，低位发热量为42840KJ/Kg,轻油价格为4.76元/升，供冷月为6-9月份，按照每天24小时供冷计算年度运行费用=轻油耗量?台数?时间?单价=336.83万元 3）设备年度费用

设备年度费用=固定费用+年度使用费用=55.13+336.83=391.96万元

2.5方案四：采用ZXLR 系列燃气型溴化锂吸收式冷水机组

表3 ZXLR-115燃气型溴化锂冷水机组性能参数 型号 ZXLR-115 制冷量(KW) 1163 台数 2 单价(万元） 215 天然气耗量（Nm3/h) 74 低位热值（KJ/Kg) 46000 冷冻水 水量(M3/h) 200 压降(Kpa) 88 接管直径（DN)

150

冷却

水量(M3/h) 301 压降(Kpa) 88 接管直径（DN)

200

水 1）固定费用

设备初投资：2?215=430（万元） 安装费用：25%?430=107.5(万元) 系统总投资费用L=430+107.5=537.5 (万元) 银行年利率i =5.94% 使用年限n=15年

1

)1()1(1-++?=n

n

i i i L L =55.13万元 2）年度使用费用

单台设备天然气耗量为74Nm3/h ，台数2台，天然气价格为2.5元/m3，热值为33.45MJ/m3,供冷月为6-9月份，按照每天24小时供冷计算 年度运行费用=轻油耗量?台数?时间?单价=187.23万元 3）设备年度费用

设备年度费用=固定费用+年度使用费用=55.13+187.23=242.36万元

2.6 经济性分析

通过比较各个方案的设备年度费用，可以发现方案二的设备年度费用最低，所以设计采用两台SXZ8-116D 双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组。

3、分水器和集水器的选择 3.1分水器和集水器的构造和用途

用途：在中央空调及采暖系统中，有利于各空调分区流量分配和灵活调节。 构造如图所示：

图3 分水器和集水器构造图

3.2分水器和集水器的尺寸

3.2.1分水器的选型计算

根据Q=CM t ?,制冷量Q=1160?2=2320KW,水的比热C=4.2, 温差t ?=5 C

0,则

M=

t

C Q

?=138.1kg/s 换算成体积流量V=

ρ

M

=0.1381m 3/s ，水的密度ρ=1000 m 3/Kg.

取流速v 为0.8m/s,则

D=

v

V

??π4=0.469 m 因取公称直径为DN500.

将分水器分3路供水，分管流速取1.2 m/s,则3个供水管的尺寸计算如下：

D1=D2=D3=

v

V

???π34=0.22 m

因此取公称直径为DN250.

L1=D1+60=310mm,L2=D1+D2+120=620mm,L3=D2+D3+120=620mm,L4=D3+60=310mm. 3.2.2集水器的选型计算

集水器的直径、长度、和管间距与分水器的相同，只是接管顺序相反。

4、膨胀水箱配置与计算4.1膨胀水箱的容积计算

根据V

P =

tV

?

α，其中

t?=30 C0

根据《暖通空调常用数据手册》有关规定：

C

L0/

0006

.0

=

α

取系数为1.3L/㎡

V

=1.3?15000/1000=19.5m3

V

P

=0.35m3

4.2膨胀水箱的选型

对应采暖通风标准，查得膨胀水箱的尺寸如下：

表12 膨胀水箱性能参数水箱形式圆形型号 1 公称容积0.3 m3有效容积0.35m3

外形尺寸(mm) 内径（d ）900 高 H 700

水箱配管的公称直径DN 溢流管40 排水管32 膨胀管25 信号管20 循环管20

水箱自重（Kg) 127

5、制冷机房水系统设计计算

5.1 冷冻水系统选型和计算

5.1.1冷冻水泵的选型和计算

5.1.1.1水泵流量和扬程的确定

选择水泵所依据的流量Q和压头（扬程）H按如下确定：

Q=β

1Q

max

（m3/s）

式中 Q

max

—按管网额定负荷的最大流量，m3/s；

β

1—流量储备系数，对单台水泵工作时，β

1

=1.1；两台水泵并联工

作时，β

1

=1.2。

H=β

2H

max

(kPa)

式中 H

max

—管网最大计算总阻力，kPa；

β

2—扬程（压头）储备系数，β

2

=1.1-1.2。

制冷机房的布置平面简图如下：

取最不利环路如下所示，由L1、L2、L3、L4组成。

图1 冷冻水系统最不利环路图

从机房平面图上可以看出，冷冻水供回水管路都由两段不同管径的管路组成。 L1=8424mm,L2=5423mm,L3=19454mm,L4=8190mm. L1管段直径D1=250mm, 管段流量V=200 m 3/h,则

v1=

2

4D V

??π=1.34m/s

取L2管段流速v2=1.85m/s,管段流量V=400 m 3/h,则

D2=

v

V

??π4=0.3m 因此取D2公称直径为DN300.

L3管段直径D4=300mm, 管段流量V=400 m 3/h,则

v3=

2

4D V

??π=1.85m/s

取L4管段流速v4=1.34m/s, 管段流量V=200m 3/h,则

D4=

v

V

??π4=0.25m 因此取D4公称直径为DN250.

根据各段管径、流速查水管路计算图，计算各管段局部阻力如下：

Pj ?=ξpvv/2

表5 冷冻水管段局部阻力计算表

管段 名称 个数 ξ Pj ?（KPa ）

L1

三通 1 1.5 7.18

900弯头 1 1 截止阀 1 5 蝶阀 1 0.2 变径管

1 0.3 L2

三通 1 1.5 19.68

900弯头 1 1 蝶阀 1 0.2 截止阀 2 10 变径管

1 0.3 L3

三通 3 4.5 67.08

900弯头 6 6 四通 2 4 截止阀 4 20 蝶阀 1 0.2 止回阀 1 7.5 水泵入口

1 1 L4

900弯头 1 1 7

三通 1 1.5 截止阀 1 5 蝶阀 1 0.2 变径管

1

0.1

各管段的沿程阻力和总阻力计算如下：

表6 冷冻水管段阻力汇总表

管段

管长

（mm）

流量

m3/h

直径

(mm)

流速

(m/s)

比摩阻

(Pa/m)

沿程阻

力

（KPa)

局部阻

力

(KPa)

总阻力

（Kpa）

L1 8424200 250 1.34 69.29 0.58 7.18 7.76 L2 5423400 300 1.85 103.76 0.56 19.68 20.24 L3 19454400 300 1.85 102.98 2 67.08 69.08 L4 8190200 250 1.34 68.63 0.56 7 7.56 冷冻水压降为110 KPa，冷冻机房外冷冻水管网总阻力为0.35MPa，则

最不利环路的总阻力△P=564.6 KPa

根据H=β

2Hmax ，取β

2

=1.1，则H=621.06KPa，即扬程H=62.2m.

根据Q=β

1Q

max，

Q

max

=200 m3/h，两台水泵并联工作时，β

1

=1.2，

则Q=240 m3/h.

5.1.1.2水泵型号的确定

根据流量和扬程查暖通空调常用数据手册，查得水泵型号如下：

表7 ISG冷冻水泵性能参数

型号250-500B 流量Q m3/h 250

L/s 91.4

总扬程H（m）65.2

转速n（r/min）1450

电动机功率132

泵效率η（%）73

必需汽蚀余量 5.5

泵重量W（kg）780

5.2、冷却水系统的选型和计算

5.2.1冷却塔的选型

根据所选制冷机组的性能参数选择冷却塔，进出口温度为37℃→32℃，拟选用2台冷却塔，则单台冷却塔流量为305m3/h。通过查找中央空调设备选型手册，选择LBCM-LN-300低温差标准型逆流式冷却塔。

其规格如下表：

表8 冷却塔性能参数

机型LBCM-LN-300

标准水量（m3/h）WB28℃300 WB27℃345

外形尺寸(mm) 高度H 5310 外径D 5580

送风装置

电机KW 11.2 风叶直径D 3380

配管尺寸（DN）

温水入管200

冷水出管200

排水管50

溢水管100 补给水管自动50

手动50

5.2.2冷却水泵的选型计算

取最不利环路如下所示，由L1、L2、L3、L4组成。

图2 冷却水系统最不利环路图

从机房平面图上可以看出，冷却水供回水管路都由两段不同管径的管路组成。 L1=8019.6mm,L2=16718.9mm,L3=15672.4,L4=7359mm. L1管段直径D1=300mm,管段流量V=305 m 3/h ，则

v1=

2

4D

V

??π=1.41m/s 取L2管段流速v2=2m/s, 管段流量V=610m 3/h ，则

D2=

v

V

??π4=0.34m 因此取D2公称直径为DN350.

L3管段直径D3=350mm, 管段流量V=610 m 3/h ，则