冷热源工程课程设计

《冷热源工程》
课程设计计算书
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2011年7月日
目录
1.设计原始资料 (2)
2.确定冷源方案 (3)
2.1方案一 (3)
2.2方案二 (4)
2.3方案三 (5)
2.4方案四 (6)
2.5 技术性分析............................................................ . (7)
2.6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 (19)
7.个人小结 (20)
设计题目
嘉兴市百联服饰城制冷机房设计
二、原始资料
1、空调冷负荷：
为：0.8MW（空调总面积6500m2）
2、当地可用的能源情况：
电：价格：2.5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：6.76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：0.15 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：10 m
2、确定冷源方案
制冷量：0.8 MW*1.2=0.96 MW=960 KW
机组的报价按照活塞式7角l 螺杆和离心按照8角l 溴化锂按照九角l
2.1方案一：采用30HR 系列水冷式半封闭式普通型活塞式冷水机组
表1 30HR-195半封闭式活塞式冷水机组性能参数
1）固定费用
设备初投资：2⨯35=70（万元） 安装费用：25%⨯70=17.5 (万元) 系统总投资费用L=70+17.5=87.5 (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 =151.08万元 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
型号 30HR-195 制冷量(KW)
580 台数 2 单价(万元） 35 电机功率（KW)
150 冷冻水
水量(M3/h) 100 压降(Kpa)
36 冷却水
水量(M3/h) 125 压降(Kpa)
93
设备额定供冷功率为150KW ，台数2台，电费2.5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=150⨯2⨯122⨯24⨯2.5=219.6万元
3)设备年度费用
设备年度费用=固定费用+年度使用费用=151.08+219.6=370.68万元
2.2方案二: 采用SXZ 系列双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组
表2 SXZ-60L.M.H 双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组性能参数
型号 SXZ-60L.M.H
制冷量(KW) 580 台数 2 单价(万元） 45 蒸汽耗量（Kg/h) 780 冷冻水 水量(M3/h) 100 压降(Kpa) 80 接管直径（DN)
125
冷却水 水量(M3/h) 165 压降(Kpa)
120
接管直径（DN)
150
1）固定费用
设备初投资：2⨯45=90（万元） 安装费用：25%⨯90=22.5 (万元) 系统总投资费用L=90+22.5=112.5 (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 =194.24万元
2）年度使用费用
单台设备蒸汽耗量为780kg/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=0.78⨯2⨯80⨯122⨯24=36.54万元3）设备年度费用
设备年度费用=固定费用+年度使用费用=36.54+194.24=230.78万元
2.3方案三：采用BZ-VI系列燃油型溴化锂吸收式冷水机组
表3 BZ-VI50燃油型溴化锂冷水机组性能参数
型号BZ-VI50
制冷量(KW) 581
台数 2
单价(万元）45.07
轻油耗量（Kg/h) 45
低位热值（KJ/Kg) 43054
冷冻水
水量(M3/h) 100 压降(Kpa) 120 接管直径（DN) 125
冷却水
水量(M3/h) 163 压降(Kpa) 120 接管直径（DN) 150
1）固定费用
设备初投资：2⨯45.07=90.14（万元）
安装费用：25%⨯90.14=22.54(万元)
系统总投资费用L=90.14+22.54=112.68 (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 =194.55万元 2）年度使用费用
单台设备轻油耗量为45kg/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6.76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=2⨯122⨯24⨯
84
.04284043054
101⨯⨯⨯6.76=213.13万元
3）设备年度费用
设备年度费用=固定费用+年度使用费用=213.13+194.55=407.68万元
2.4方案四：采用BZ-VI 系列燃气型溴化锂吸收式冷水机组
表3 BZ-VI50燃油型溴化锂冷水机组性能参数 型号 BZ-VI50 制冷量(KW) 581 台数 2 单价(万元） 45.07 天然气耗量（Nm3/h) 43 低位热值（KJ/Kg) 46000 冷冻水 水量(M3/h) 100 压降(Kpa) 120 接管直径（DN)
125
冷却水 水量(M3/h) 163 压降(Kpa) 120 接管直径（DN)
150
1）固定费用
设备初投资：2⨯45.07=90.14（万元） 安装费用：25%⨯90.14=22.54(万元)
系统总投资费用L=90.14+22.54=112.68 (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 =194.55万元 2）年度使用费用
单台设备天然气耗量为43Nm3/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=2⨯122⨯24⨯33450
46000
93⨯⨯2.5=86.57
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=194.55+86.57=281.12万元
2.5 技术性分析
(一)活塞式冷水机组 (1) 优点：
a.用材简单，可用一般金属材料，加工容易，造价低；
b.系统装置简单，润滑容易，不需要排气装置；
c.采用多机头，高速多缸，性能可得到改善；
d.可提供5到12℃左右的冷水，适合于负荷比较分散的建筑群以及制冷量小于580KW 的中小型空调系统；
e.属于有极调节。

(2) 缺点：
a.零部件多，易损件多，维修复杂，频繁，维护费用高；
b.压缩比低，单机制冷量小；
c.单机头部分负荷下调节性能差，卸缸调节，不能无级调节；
d.属上下往复运动，振动较大；
e.单位制冷量重量指标较大 (3) 可用冷热源情况：电力
(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。

2.6 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SXZ-60L.M.H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=580⨯2=1160KW,水的比热C=4.2, 温差t ∆=5 C
0,则
M=
t
C Q
∆=55.24kg/s 换算成体积流量V=
ρ
M
=0.05524m 3/s ，水的密度ρ=1000 m 3/Kg.
取流速v 为0.8m/s,则
D=
v
V
⨯⨯π4=0.297 m 因取公称直径为DN300.
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=0.14 m
因此取公称直径为DN150.
L1=D1+60=210mm,L2=D1+D2+120=420mm,L3=D2+D3+120=420mm,L4=D3+60=210mm. 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 =0tV ∆α，其中
t ∆=30 C 0
根据《暖通空调常用数据手册》有关规定：
C L 0/0006.0=α
取系数为1.3L/㎡
V 0=1.3⨯6500/1000=8.45m 3 V P =0.0006⨯8.45⨯30=0.153m 3
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 2
公称容积0.3 m3
有效容积0.33m3
外形尺寸(mm) 内径（d ）800 高 H 800
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) 119.4
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；
β1—流量储备系数，对单台水泵工作时，β1=1.1；两台水泵并联工作时，β1=1.2。

H=β2H max (kPa)
式中 H max —管网最大计算总阻力，kPa ；
β2—扬程（压头）储备系数，β2=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=4805mm,L2=23596mm,L3=5105mm,L4=7917mm. L1管段直径D1=125mm, 管段流量V=100 m ³/h,则
v1=
2
4D V
⨯⨯π=2.26m/s
取L2管段流速v2=2.0m/s,管段流量V=420 m ³/h,则
D2=
v
V
⨯⨯π4=0.27m 因此取D2公称直径为DN280.
L3管段直径D3=125mm, 管段流量V=100 m ³/h,则
v3=
2
4D V
⨯⨯π=2.26m/s
取L4管段流速v4=2.0m/s, 管段流量V=420m ³/h,则
D4=
v
V
⨯⨯π4=0.27m 因此取D4公称直径为DN280.
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 3 3 83.8
900弯头 9 1.8 截止阀
4 28 L2
三通 1 1 82
900弯头 10 2 四通 2 4 截止阀 4 28 止回阀
3 6 L3
三通 3 3 83.8
900弯头 9 1.8 截止阀
4 28 L4
900弯头 5 1 30
截止阀
2
14
各管段的沿程阻力和总阻力计算如下：
Rm=6.25/100000000
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 4805 100 125 2.26 1540 7.4 83.8 91.2 L2 23596 420 280 2.0 1080 24.48 82 106.48 L3 5105 100 125 2.26 1540 7.86 83.8 91.66 L4 7917 420 280 2.0 1080 8.55 30 38.55 冷冻水压降为80 KPa，冷冻机房外冷冻水管网总阻力为0.15MPa，则
最不利环路的总阻力△P=91.2+106.48+91.66+38.55+80+150=557.94 KPa
根据H=β
2Hmax ，取β
2
=1.1，则H=613.534KPa，即扬程H=62.3m.
根据Q=β
1Q
max，
Q
max
=210 m³/h，两台水泵并联工作时，β
1
=1.2，
则Q=252 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 冷冻水泵性能参数
型号8SH-9 流量Q m³/h 288
L/s 80
总扬程H（m）62.5
转速n（r/min）2950
功率N(kW)
轴功率62 电动机功率75 泵效率η（%）79
允许吸上真空高度HN 4.5 叶轮直径D(mm) 240
泵重量W（kg）265
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165m³/h。

通过查找中央空调设备选型手册，选择LBCM-LN-200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-200
标准水量（m3/h）WB28℃200 WB27℃230
外形尺寸(mm) 高度H 4750 外径D 4440
送风装置
电机KW 7.46 风叶直径D 2970
配管尺寸（DN）
温水入管200
冷水出管200
排水管50
溢水管50 补给水管自动32
手动32
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=9751mm,L2=27969mm,L3=9393,L4=28703mm. L1管段直径D1=150mm,管段流量V=163 m ³/h ，则
v1=
2
4D
V
⨯⨯π=2.56m/s 取L2管段流速v2=2.3m/s, 管段流量V=670 m ³/h ，则
D2=
v
V
⨯⨯π4=0.32m 因此取D2公称直径为DN320.
L3管段直径D3=150mm, 管段流量V=163 m ³/h ，则
v3=
2
4D
V
⨯⨯π=2.56m/s 取L4管段流速v4=2.3m/s, 管段流量V=670 m ³/h ，则
D4=
v
V
⨯⨯π4=0.32m
取D4公称直径为DN320.
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：
表9 冷却水管段局部阻力计算表
管段名称个数ξPj
∆（KPa）
L1
截止阀 4 28
102.89 900弯头7 1.4
三通 2 2
L2
四通 2 4
110.03 900弯头13 2.6
三通 1 1
截止阀 4 28
止回阀 3 6
L3
截止阀 4 28
102.89 900弯头7 1.4
三通 2 2
L4 900弯头 6 1.2
24.33 三通 1 1
截止阀 1 7
各管段的沿程阻力和总阻力计算如下：
表10 冷却水管段阻力汇总表
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 9751 163 150 2.56 1510 14.72 102.89117.61 L2 37969 670 320 2.3 1050 39.87 110.03 149.9 L3 9393 163 150 2.56 1510 14.18 102.89117.07 L4 38703 670 320 2.3 1050 40.64 24.33 64.93
冷却水压降为120KPa，冷却塔高度分别为10m，则最不利环路的总阻力△P=117.61+149.9+117.07+64.93+120+98=667.51KPa
根据H=β
2Hmax ，取β
2
=1.1，则H=734.26KPa，即扬程H=74.9 m.
根据Q=β
1Q
max，
Q
max
=335 m³/h，两台水泵并联工作时，β
1
=1.2，
则Q=402 m³/h.
根据流量和扬程查暖通空调常用数据手册，得水泵型号如下：
表11 冷却水泵性能参数
型号12SH-6A 流量Q m³/h 560
L/s 210
总扬程H（m）78
转速n（r/min）1470
功率N(kW) 轴功率212 电动机功率260
泵效率η（%）74 允许吸上真空高度HN 4.7 叶轮直径D(mm) 510 泵重量W（kg）857
6、参考资料
1、采暖通风与空气调节设计规范GB50019－2003
2、实用供暖空调手册·陆耀庆编·中国建筑工业出版社
3、【中央空调设备选型手册】（周邦宁）·中国建筑工业出版社
4、暖通空调常用数据手册·中国建筑工业出版社（02年第二版）
5、空调冷热源·机械工业出版社
6、暖通空调制图标准GB/T50114-2001
7、个人小结
在这次课程设计之前，我对制冷系统的流程只停留在初步阶段，能够了解冷冻水系统和冷却水系统的流程，但对于管路的连接及机房的具体布置还比较生疏。

在设计过程中，我从理解这次设计的目的和任务到确定设计方案，以及机房的设备布置，从迷茫到清晰，从翻阅各种规范和图集到计算分析，从同学之间互相讨论到一次一次地更改，期间真的很累，这让我深刻体会到原来做设计这么不容易。

这无疑是一次重要实践训练，通过这一实践性教学环节，我掌握了《冷热源工程》课程的基本理论和基本设计程序和步骤，加深了对制冷系统的理解，同时也学会了查阅和使用设计资料的方法，培养和提高了运用所学课程知识分析并解决工程问题的能力。

不仅如此，也培养了团队之间的合作精神。