建环空调制冷技术课程设计指导书(DOC)

《空调用制冷技术》课程设计指导书

一、熟悉空调冷冻站系统的原始资料：

1.用户要求：包括用户需要冷量及变化情况，供冷方式，供回水温度及及户使用场所和使用安装

方面的内容。

2.水资源资料：指冷冻站附近地面水和在下水的水量、水温和水质等情况。

3.电源情况：

4.气象资料:指当地最高最低气温，大气相对湿度，土壤冻结深度以及全年主导风向和大气压力等。

5.地质资料：土壤等级，承压能力，地下水位和地震度。

6.发展规划：在设计冷冻站时，注意了解近、远期规划，以便在设计中考虑扩建余地。

二、确定制冷系统设计方案

（一）常见制冷系统的特点、设计方法及比较

常见制冷系统的特点及比较

空调工程常用的冷源的制冷方法主要分为两大类：一类是蒸汽压缩式制冷，另一类是吸收式制冷。

压缩式制冷，根据压缩机的形式分为活塞式（往复式）、螺杆式和离心式等，一般利用电能作为能源。

吸收式制冷根据能源利用形式可分为蒸汽型、热水型、燃油型和燃气型等，这类制冷机以热能作为能源。根据冷凝器的冷却方式可分为水冷式、风冷式和风冷热泵式。根据机型结构特点还有压缩机多机头式、模块式等等，下表列出的几种形式和空调用制冷机的负荷范围

在电制冷机组中，涡旋式压缩机单机制冷量较小，要适应大负荷的情况必然要增加机组的台数，在管路设计和运行管理上都带来不便，所以适合比较小的负荷。螺杆压缩机单机由于结构特点制冷量不能

做得太小，也不能太大，所以比较适合中等负荷。离心机由于结构限制单机制冷最大，很少几台就可以满足大负荷的需要。同样，溴化锂机组由于其结构限制也只能适合大负荷下工作。

每一种制冷形式没有绝对的好与坏，适合工程应用、管理方便、节能、环保、节省投资和运行费用才是选择的标准。选择冷源时应遵循下列原则：

(1) 空气调节系统的冷源应首先考虑采用天然冷源；无条件采用天然冷源时，可采用人工冷源

(2) 空气调节系统采用人工冷源时，制冷方式的选择应根据建筑物的性质、制冷容量、供水温度、电源、热源和水源等情况，通过技术经济比较确定。民用建筑应采用电动压缩式和溴化锂吸收式制冷。通过技术经济比较合理时，制冷机可选择热泵型机组。

(3) 制冷机的选择应根据制冷工质的种类、装机容量、运行工况、节能效果、环保安全以及负荷变化情况和运转调节要求等因素确定。

(4) 冷水机组的选型应采用名义工况制冷性能系数（COP）较高的产品，并同时考虑满负荷和部分负荷因素，电机驱动压缩机的蒸汽压缩循环冷水（热泵机组），在额定制冷工况和规定条件下，考虑多种因素以及不同压缩方式的技术特点，对制冷性能系数分别作了不同要求：活塞/涡旋式采用第5级，水冷离心式采用第3级，螺杆机则采用第4级。有条件时，鼓励使用《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577-2004规定的1、2级能效的机组（见表8-3），推荐使用比最低性能系数提高1个能效等级的冷水机组。

由于溴化锂冷水机组以消耗热能作代价达到制冷目的的，所以它的耗电量很小（仅为压缩式的2%

左右），但它的单位制冷量的热耗较大，即其性能系数比较小，国内目前的最高值也仅为1.2左右，而压

缩式机组则在3.5以上。故溴化锂机组只是很少用电，并不能技能。所以这种机组的最佳适用条件是有余热、废热的场合或缺电地区，它的发展不可能取代压缩式制冷，而只能相应发展。

标准的单效溴化锂吸收式制冷机，一般以0.1MPa（表压）左右的低压蒸汽或100℃左右的热水作为驱动热源。由于蒸汽单效机的能效比在0.60~0.75之间，比双效机低（双效机为1.0~1.23），因此只有在无法获得驱动双效机的热源（一般为0.4~0.8MPa表压蒸汽），而只有上述低压蒸汽或热水的场合，才采用单效机。

对于热水型溴化锂冷水机组，通常遇到的热水温度低于100℃，冷水温度≥31℃。在这种情况下，制取＜10℃的冷水是不合适的。若实际情况下只有≤95℃的热水作热源，那么冷水机组只能提供≥10℃的空调水。若要求热水型冷水机组提供7℃的空调冷水，则热水温度不应低于100℃。另外，对于低温热水型机组，其性能系数是很低的，只有普通蒸汽单效机的一般左右（0.35左右）且冷却水量也较大（见表8-4）。所以在可能的情况下，尽量不选用低温热水型机组。

这里要注意，制冷机组的节能并不代表空调系统一定节能，因为系统里还有风机、水泵等还要消耗

大量电能，它们取决于系统的阻力特性，需要计算循环水泵的耗电输冷（热）比

η)/∑Q≤A(B+α∑L)/ΔT

EC(H)R=0.003096∑(G·H/

b

式中EC(H)R—循环水泵的耗电输冷（热）比；

G—每台运行水泵的设计流量，m3/h；

H—每台运兴水泵对应的设计扬程，m；

η—每台运行水泵对应设计工况点的效率；

b

Q—设计冷热负荷，kW；

ΔT—规定的计算供回水温差，℃；

A—与水泵流量有关的计算系数；

B—与机房及用户的水阻力有关的计算系数；

α—与∑L有关的计算系数；

∑L—从冷热机房至该系统最远用户的供回水管道的总输送长度，m。

（二）确定制冷系统类型：

根据空调提出的需要制冷量、冷冻水供水量、冷冻水供水温度和回水温度，以及负荷变化情况、发展规划、能源供应、使用场所等，进行多方案比较，主要是技术和经济方面的比较，以确定制冷系统的型式，确定系统形式。确定制冷机组冷凝器的冷却方式和蒸发器输出冷量的方式。

三、确定制冷系统的总制冷量

总制冷量：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，可按下式计算：Q0=（1+A）Q

式中Q0 ——制冷系统的总制冷量（KW）；

Q——用户所需制冷量（KW）；

A——冷损失附加系数。对于间接供冷系统，当空调制冷工况制冷量小于174KW时，A=0.15—0.2；

当制冷量为174-1744KW时，A=0.10-0.15；当制冷量大于1744KW时，A=0.05—0.07。对于直接供冷系统，A=0.05-0.07。

若我们计算的用户所需制冷量Q为最大小时所需制冷量，则总制冷量应符合下式：

Q0=A1A2A3A4Q

式中A1——同时使用系数，一般在0.6—1.0之间；

A2——冷损失系数，可取1.05-1.15；

A3—事故备用量修正系数。两台机组时，取1.4；三台机组时，取1.12；四台机组以上时，取1.0；

A4——考虑设备传热及出力效率降低系数，有的厂家样本上已提供，可取1.0。

四、确定系统的设计工况

1.冷凝温度根据冷凝器的形式和冷却介质的温度确定。

2.蒸发温度应根据用户使用温度和蒸发器形式确定。

五、选择制冷机组类型、制冷量和台数

选择制冷机组类型、制冷量和台数

1．冷水机组铭牌上的制冷量和耗功率，或样本技术性能表中的制冷量和耗功率是机组名义工况下的制冷量和耗功率，只能作冷水机组初选时参考。冷水机组在设计工况或使用工况下的制冷量和耗功率应根据设计工况或使用工况（主要指冷水出水温度、冷却水进水温度。）按机组变工况性能表、变工况性能曲线或变工况性能修正系数来确定。

2．由于实际工况的水质与机组标准工况所规定的水质可能存在区别，而结垢对机组性能的影响很大。目前，冷水机组产品标准对冷水侧和冷却水侧的污垢系数做出了规定，其数值与美国空调制冷协会的ARI550/590-1998标准相一致，即机组冷水侧的污垢系数为0.0176m2·℃/kW,冷却水侧的污垢系数为0.044 m2·℃/kW。当实际使用的水质与标准工况下所规定的水质条件不一致时，应进行修正。一般来说，机组运行保养较好时，水质条件较好，修正系数可以忽略；当设计时预计到机组的运行保养可能不及时或水质较差等不利因素时，宜采用合理的污垢系数对供冷（热）量进行修正。

3．选择制冷机时，台数不宜过多，一般为2~4台，不考虑备用；多机头制冷机可以用单台。制冷主机台数可根据建筑业主和建筑所备机房情况进行确定。

冷水机组台数选择应按工程大小，负荷变化规律及部分负荷运行的调节要求来确定。当空气调节冷负荷大于528kW时，不宜少于2台。大工程台数也不宜过多。为保证运转的安全可靠性，当小型工程仅设1台时，应选用调节性能优良、运行可靠的机型，如选择多台压缩机分路联控的机组，即多机头联控型机组。

当采用多个相同型号制冷机时，单机容量调节下限的产冷量大于建筑物的最小负荷时，应选一台小型制冷机来适应低负荷的需要。

并联的冷水机组至少应选一台节能显著（特别是部分负荷）、自动化程度高、调节性能好的冷水机组。

六、绘制草图及水利计算

（一）绘制草图

1.绘制制冷机房平面布置

2.绘制制冷机房水系统流程图。

（二）计算

在上述各系统草图基础上进行，其计算内容包括：

1.冷冻水管网水力计算

2.冷却水管网水力计算

七．制冷机房辅助设备

制冷机房主要辅助设备选择

1.冷却塔的选择

（1）冷却塔的主要形式

目前常用的冷却塔是玻璃钢冷却塔，玻璃钢冷却塔分标准型的、低噪声的；玻璃钢冷却塔还可分圆形的、方形的，逆流的、横流的等。当然冷却塔的分类形式还有很多种，在这里不一一列举。

（2）冷却塔结构

典型的圆形逆流冷却塔结构

（3）冷却塔设计选型

冷却塔台数与制冷主机的数量一一对应，可以不考虑备用。

冷却塔的水流量=冷却水系统水量×1.2

举例：假设空调系统冷却水量为160m3/h,那么冷却塔的冷却水量=160×1.2=192 m3/h，根据就近原则，选择冷却塔参数表中冷却水量为200 m3/h的冷却塔。

2.水泵的选择

（1）水泵的主要形式

由于空调水系统属于闭式循环，循环水泵所需克服的阻力不大，所以水泵主要以单极离心泵和管道泵两种形式为主。水泵的型号通常主要分为四部分，如表6所示。

（2）水泵选择的步骤 1）水泵流量的确定

冷却水泵流量：一般按照制冷机组产品样本提供数值选取，并附加5%~10%的裕量；或按照如下公式进行计算，公式中的Q 为制冷主机制冷量。

）（）（）

2.1~15.11.163

℃5~5.4W ()/m (3??=k Q h L

循环水泵流量：在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组，可根据产品样本提供的数值选用，或根据如下公式进行计算，并附加5%~10%的裕量。如果考虑了同时使用率，建议用如下公式进行计算。公式中的Q 为建筑没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。

3()

(m /)(4.5~5)Q kw L h =

?℃ 1.163

式中 L ——所求管段的水流量；

Q ——建筑没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。 2）水系统水管管径计算

在空调系统中所有水管管径一般按照下述公式计算：

D =

式中D ——所求管段的管径，m ；

v ——所求管段允许的水流速，m/s

流速的确定：一般，当管径在DN100到DN250之间时，流速推荐值为1.5m/s 左右，当管径小于DN100时，推荐流速应小于1.0m/s ，管径大于DN250时，流速可再加大。进行计算时应注意管径和推荐流速的对应。

目前管径的尺寸规格有：DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN70、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450、DN500、DN600。

注意：一般，选择水泵时，水泵的进出口管径应比水泵所在管段的管径小一个型号。例如：水泵所在管段的管径为DN125，那么所选水泵的进出口管径应为DN100。 3）水泵扬程的确定

以水冷螺杆机组为例，冷冻水循环水泵扬程的组成：

①制冷机组蒸发器水阻力：由机组制造厂提供，一般为25~7mH O （具体值可参看产品样本）； ②末端设备（空气处理机组、风机盘管等）表冷器或蒸发器水阻力：由机组制造厂提供，一般为25~7mH O （具体值可参看产品样本）

； ③回水过滤器阻力：一般一个为23~5mH O ； ④分水器、集水器阻力：一般一个为23mH O ；

⑤制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：根据最不利环路水力计算确定，一般为27~10mH O ； 为了保证运行参数，一般还要考虑附加5﹪~10﹪的裕量。 故此，冷冻水循环泵的扬程为：

12345()H h h h h h β=++++ 裕量系数β一般为1.05~1.1。

综上所述，冷冻水循环泵扬程为226~35mH O ，一般为232~36mH O 。 注意：扬程的计算要根据制冷系统的具体情况而定，不可照搬经验值！ 冷却水泵扬程的组成：

①制冷机组冷凝器水阻力：由机组制造厂提供，一般为25~7mH O （具体值可参看产品样本）； ②冷却塔喷头喷水阻力：一般为22~3mH O ；

③冷却塔（开式冷却塔）接水盘到喷嘴的高差：一般为22~3mH O ； ④回水过滤器阻力：一般为23~5mH O ；

⑤制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：绘制冷却水草图根据最不利环路水力计算确定，一般为

25~8mH O ；故此，冷却水循环泵的扬程为：

12345()H h h h h h β=++++

综上所述，冷却水循环泵扬程为217~26mH O ，一般为221~25mH O 。

当设计流量在设备的额定流量附近时，上面所提到的阻力可以套用，更多的是往往都大过设备的额定流量很多。同样，水管的水流速计算后，建议查表取实际阻力值。

水泵总是在一个管路系统中运行的，水泵的工作点取决于管路特性，不同的管路特性决定了不同的工作点。如果水泵的裕量比较大，根据水泵特性曲线，水泵的工作点右移，效率降低，轴功率增加。设计选取的水泵扬程过大，将使得富裕的扬程换取流量的增加，流量增加还使得水泵电机负荷加大，电流加大，发热加大，加剧轴承磨损，甚至烧毁电机。同时流量增加也使得水泵噪声加大。 （3）水泵并联和串联运行

当制冷机组为多台时，为了适应负荷变化，一般设计运行的水泵台数与制冷机组台数相同。制冷机组并联运行时，水泵也就并联运行。

并联以后，水泵的压力特性不变，由于管道阻力特性不变，因此流量并不能成倍增加。表7给出了多台水泵并联运行流量的损失情况。

由表7见，水泵并联运行时，流量有所衰减；当并联台数超过3台时，衰减尤为厉害。故强烈建议：1）选用多台水泵时，要考虑流量的衰减，留有余量；2）空调系统中水泵并联不宜超过3台，即进行制冷主机选择时也不宜超过3台。

一般，冷冻水泵和冷却水泵的台数应和制冷主机一一对应，并考虑一台备用。在高层建筑中设计不作分区的系统，一定要校核循环水泵的承压。

循环水泵承受的压力为水泵扬程与系统最高点至水泵入口高差之和。 冷却水泵承受的压力为水泵扬程与冷却塔溢流口至水泵入口高差之和。 3.补水水泵选择计算

补水水泵需克服的阻力为系统最高点距补水泵接管处的垂直距离和补水管路的沿程阻力损失和局部阻力损失，选取补水泵的扬程是在此基础上附加30~50kPa。

mH O。

沿程阻力损失和局部阻力损失一般为3~5

2

闭式系统补水量取系统水容量的2%。

闭式系统补水水泵的流量为系统水容量的2.5~5倍。

冷却塔补水量为循环水量的2%左右。

空调水系统的单位水容量见表8

补水泵一般按照一用一备的原则选取。

4.电子水处理仪、水过滤器的选择

（1）产品主要形式

电子水处理仪是一种对水质的物理处理方法，不能从根本上改变水质，而是短时间内改变了分子状态，从而使盐分不会从水中析出。但是，它只适合于常温下对水的处理，所以，在采暖系统中不能使用。

“Y”形过滤器使用纱网过滤水中的杂质，纱网的孔目与过滤效果和阻力都有关系。

这两种设备都要求按正确的方向安装。

（2）电子水处理仪和过滤器的选择

空调水系统中使用到的电子水处理仪和水过滤器一般都按照设备所在管段的管径进行选择。

冷却水系统属于开式系统，必须使用电子水处理仪。

冷冻水系统属于闭式系统，要求不是那么严格，可以在冷冻水系统管路中或膨胀水箱进水管路中安装电子水处理仪。

5全自动软化水装置的选择

当工程所在地树枝较硬或是系统较大的时候，空调系统的循环水和补水最好也是软化水，该空调系统必须配置水软化装置，一般选用全自动软化水装置。

全自动化软化水装置的选用一般按照系统补水量进行选择。补水装置可以根据实际情况来选（装置小，系统补水时间长；装置大，系统补水时间短）。

6.膨胀、定压装置的选择

膨胀水箱一般按照冷冻水系统管路总水容量的2%~3%选择一般，一万平方米左右建筑空调水系统膨m。闭式冷冻水系统应设置膨胀水箱，以容纳系统内的水的体积增量

胀水箱的容积为2~43

?V=(1/ρ2- 1/ρ1)V L

ρ1\ρ 2 —系统运行前后水的密度 kg/L

V—冷（热）媒水系统的总水量，一般根据建筑面积按下表估算。膨胀水箱的容积取1.5?V

分水器、集水器是为了连接通向各个环路的许多并联管道而设置的，采用分、集水器的目的是有利于各空调分区的流量分配和调节，亦有利于系统的维修和操作，在一定程度上还起均压的作用。

直径D 的确定：

（1）按经验公式估算：

max 3~5.1d D ）（= 其中max d 为分、集水器上最大管径。 （2）按经验公式确定D ：

ρ

v G

D 595

.0= 式中 G ----通过的总水流量，h

t ；

v ----筒身水流速，s

m v 1.0=；

8. 管道的保冷与保温

空调设备、风道与冷水管道的保冷、保温设计，是为了保持供冷、供热生产能力以及输送能力，减少冷热量的损失，节省能源。另外，对于供冷设备及其管道，保冷还是为了防结露；对于表面温度过高的管道或设备，保温还可防止人被烫伤、或辐射强度过高而造成对人体的损害。

工程中常使用的保温材料有：膨胀珍珠岩、岩棉、矿渣棉、玻璃纤维棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯发泡材料、发泡橡胶材料等。

.设备和管道的保冷、保温层厚度计算

（1）供热或冷热共用时，按文献 [4] 中附录J 选用，也可按文献 [8] 中经济厚度或防止表面凝露保

冷厚度方法计算确定；

（2）供热时，按文献中 [8] 经济厚度方法计算确定；

（3）凝结水管，按文献 [4] 中附录J 选用，也可按文献 [8] 中防止表面凝露保冷厚度方法计算确定； （4）目前工程中，空调水管常采用发泡橡胶塑料，其厚度必须根据环境空气的参数进行计算，不能

轻易地按产品样本上的推荐值取用。

八.制冷设备及机组的布置

布置原则：

制冷机房的位置应靠近空气调节负荷中心。一般应充分利用建筑物的地下室，对于超高层建筑。也可设在设备层或屋顶上。由于条件所限不宜设在地下室时，也可设在裙房中或与主建筑分开独立设置。当有合适的蒸汽热源时，宜用汽轮机驱动的离心制冷机，其排气作为吸气机的热源，使离心制冷机与溴化锂吸收制冷机联合运行，提高能源利用率。机房内的设备布置应保证操作和检修的方便，同时尽可能使设备布置紧凑，节省建筑面积冷热源机房布置时需注意以下几点：

（1）制冷机组的主要通道宽度以及制冷机组与配电柜的距离应不小于1.5m ；制冷机组与制冷机组

或其他设备之间的净距离不小于1.2m ；制冷机组与墙壁之间以及与其上方管道或电缆桥架的净距离应不小于1m 。

（2）冷水机组的四周均应按样本要求留足间距，特别是在机组的一端应有足够的空间能对管壳式

换热器进行清洗和换管。

（3）水泵的布置应便于接管、操作和维修；水泵之间的通道一般不小于0.7m。水泵宜集中布置一处，以便管理和排水。

（4）机组和水泵的基础四周应有排水沟，将冷凝水、渗漏水排至地漏或集水坑。

（5）分、集水器的中心安装标高为0.9m左右。

（6）机房高度方向应有一个预先布置。在机组的顶部和梁下之间应考虑通风送、排风管（或排烟管）和多层水管的布置高度。

（7）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、构筑物应有一定距离。

（8）设备和管路上的压力表、温度计等应设在便于观察的地方。

九. 绘制图纸、编制设计说明书

（一）. 绘制图纸

1.图纸内容要求

图纸内容正确完整，图面布置合理，力求用工程语言表达工程设计、线型清晰、分明、符合制图标准及有关规定，图纸标签及签名填写齐全，图面文字书写工整。要求CAD绘制2张，手绘1张。

本设计要求图纸内容、规格如下：设计施工说明，主要材料、设备明细表。制冷站的管道设备平面布置图剖面图各1张(3号)；制冷系统的工艺流程图1张(2号)，可不按比例绘制，应绘出设备、仪表、部件和各种管道之间的相互关系。各种管道应标管径和介质流向。

2.图纸绘制要求

（1）制冷系统流程图

包括制冷机组、冷冻水系统、冷却水系统、热水系统的原理和流程，可不按比例绘制。图中要求设备以示意图画出形状，列表编号说明；应表明冷冻水、冷却水系统的输送方式，各种管道、设备、仪表、部件之间的关系；各种管道应标注管径、介质流向及坡度。图纸表示不清楚地方，可加必要的说明内容。

（2）机房平、剖面图

a.平、剖面图按1：50或1：100比例绘制

b.平面图应按本层平顶以下俯视绘出，剖面图应在其平面图上选择能反映该系统全貌的剖位直立剖面，剖切的视向宜向上或向左。

c.水管管径标在水管上方，焊接钢管用“DN×××”

d.平面图中包括制冷设备及辅助设备的平面布置，设备底座和基础尺寸，各种定位尺寸及距墙尺寸。

e.平、剖面图中应绘出建筑的轮廓线，标出定位轴线、编号及与机房冷源系统有关的门、梁、柱等建筑构配件。

f.剖面图上应注明设备和管道中心（或管底）标高。

g.平、剖面图中各设备、部件应注明编号，其编号应与系统原理图一致。

h.如需要，图纸中可加必要的说明内容。

（二）编制设计说明书

1.设计说明书要求：设计说明书是对设计内容及过程进行详细的说明，包括工程概况、方案选择、热力计算、设备选择等。要求层次清楚，语句流畅、数据准确、图表清晰，包括封面、参考文献等。装订：A4纸打印，加封面，左侧装订。

2.设计说明书文字格式

主标题：三号字、居中、宋体、加黒，段后为自动。正文：全文宋体、小四号字、段前段后0、字间距1.5，首行缩进2个字符（包括各级标题）。编码：采用中式“一、 1. （1） 1）”编码形式，不得采用自动生成格式。其中“一、 1.”做为标题，加黒，单独成行。“（1） 1）”可以做标题，也可以不做标题，如果做标题，需单独成行，做还是不做标题，均不需要加黒。

图表：图表文字及说明等均采用五号宋体。表格要有表头（表头包括表号、表名），表头在表的上面并居中加黑。图要有图号、图名，在图的下面并居中，不需加黒。公式：采用公式编辑器编写，要规范，必要时要编号，编号要写在公式的尾部。

参考文献

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