冷水机组原理

• 制冷效率（R.E.） • 压缩产热（H.C.）
（压缩机效率）
• 压力增加（Pc - Pb）
降低冷水机组的压升
• 压缩机压升： • 压升指压缩机将工质的压力提高。压升的概念就像供水的 水压头一样。 • 压缩机压升可以通过以下两种方式降低； • 1-提高饱和蒸发温度（SET） • 2-降低饱和冷凝温度（SCT） • 机组的生产商运用机械措施和复杂的控制系统从两方面改 进。 • 现在看饱和蒸发温度（SET）提高时的能耗变化。
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设计步骤
在风机盘管冷水系统的设计中，已经涉及选择冷水机组。 在选型之前，先要了解可用机组的型号和技术参数。只有 了解机组的性能，才能正确地选对型号。
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设计步骤
• • • • • • • • 选择控制区 计算峰值冷热负荷 选择室内风机盘管末端设备 选择末端控制类型 水管路设计 冷凝水管路设计 选择冷水机组 选择辅助设备
• 例： 100ton的机组10F的冷冻水温升和10F的冷却水温降
冷冻水流量 冷却水流量
冷却水流量
=（24 x 100）/10 =240 GPM =（28.8 x 100）/10 =288 GPM
=（30 x 100）/10 =300 GPM
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• 旧的低效机组（25%压缩产热）
冷水机组的能耗和尺寸
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确定水的流量
• 冷水机组用冷吨（tons）来评价（冷负荷） • 冷冻水量
1 ton =12,000 Btu/h tons x 12,000 =500 x 冷冻水量 x 温升 温升=（24 x tons）/ 温升
• 压缩机产生20%的热量
tons x 12,000 x 1.2 =500 X 冷却水量 x 温降 冷却水量 =（28.8 x tons）/温降
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水冷机组基本原理
• • • • • • • • • 下图是一个典型的冷水机组运用冷 却塔运行的系统图。机组由以下七 个基本部件组成： 1-蒸发器 2-压缩机 3-冷凝器 4-节流装置 5-润滑油系统 6-控制中心 7-辅助设备 辅助设备包括电机启动器、油分离 器、油冷却器、储油器、经济器等 等。——这些可能是机组的一部分 也可以在现场增加。 机组可以工厂整装的，也可以现场 拼装。 • • 循环水泵使冷冻水在蒸发器中循环， 将温度由54F降至44F并送至建筑负 荷。 在制冷循环中，机组的作功（压缩 热）加上蒸发器中吸收的热量一起 从冷凝器中排走。 冷凝水泵使水从冷凝器中带走热量， 并由冷却塔将热量释放。在设计条 件下，进入冷凝器的水温85F，出 水温95F。 冷却塔释放热量给大气将水温由 95F降到85F。 现在让我们看机组是如何分类的。
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基本的冷水机组
商用冷水机组类型 风冷或水冷往复式，螺杆式，离心式或吸收式
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冷水机组分类
机组可以按排热方式分类，也可以 • 按提高制冷剂温度的方法分类： • 按排热方式分类： 机组可以有风冷和水冷的冷凝器， 它们称为风冷机组和水冷机组。 • 按提高制冷剂温度的方法分类： 可以通过机械压缩或化学反应来提 高制冷剂温度温度。压缩方法包括： • 1-往复式压缩机 2-螺杆式压缩机 3-离心式压缩机 • 吸收机组是用水做制冷剂的机组。 盐类和水蒸气被用以吸收冷负荷并 由冷却塔释放热量。 • 各种型号的机组的大致容量如下： 风冷 可达250冷吨 水冷 可达8500冷吨 往复式 可达100冷吨 螺杆式 25到1100冷吨 离心式 200到10000冷吨 吸收式 3到1500冷吨 理解机组运行的关键是理解制冷循 环。我们来看看循环中工质在各设 备中的变化。
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蒸发器的基本类型
• • • 蒸发器可分成两种基本结构类型： 满液式： 水沿水管内流动，制冷剂以“浸没”的方式 包围水管。制冷剂吸收通过水管的水的热量 并且在管外沸腾。 通常来说，15PSI或者35ft.的水压降被认为太 高了。水流速达到 12ft/ 秒就可以导致压降超 过40ft. 。因此，8到10ft/秒的速度通常被采用。 离心式冷水机组采用满液式设计。 干式： 制冷剂沿管内流动。管束穿过一些通常由聚 丙烯制成的内部隔板。隔板引导水进入而且 当水从一端流到另一端时使水上上下下通过 管子。这提供了最佳的热交换形式。水流速 度及压降与隔板间距有关。 • • 通常来说， 15PSI或者35ft.的压降被认为太高 了。水流速达到3ft/秒就可导致压降为40ft. 。 因此，1.5到2.5ft/秒的速度通常被采用。 往复式和螺旋式冷水机组都采用这种方案。往 复式和螺旋式压缩机用泵抽取含较多润滑油的 制冷剂。干式蒸发器允许油和制冷剂一起通过 管子内部到一个它能被分离并返回油泵的地方。 满液式蒸发器的油分离是很大的Biblioteka Baidu复杂的设计 问题。 无论那种类型，铜管的每一端被扩大，在蒸发 器的两端对制冷剂和水实现密封隔离。制造商 也提供内螺纹管强化热交换。管子可以从蒸发 器的任何一端换下而且可以从顶端来进行管子 的检查。 两种蒸发器类型的外观见下图。法兰连接的水 进、出口在管壳的顶端。系统冷冻水管将和法 兰连接。蒸发器所有外表面用0.75英寸的闭孔 保温层和隔汽层覆盖，以防止在潮湿的环境条 件下结露。
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冷水机组分类
• 按排热方式分：
-风冷机组 用风做冷媒与冷凝器换热，将热 量带入大气 -水冷机组 用水和冷却塔将热量带入大气 最大250冷吨
最大10,000冷吨
• 按提高制冷剂温度的方法 分：
-机械压缩 -往复式机组 -螺杆式机组 -离心式机组 -化学方法 -吸收式机组 最大100冷吨 25到1100冷吨 70到10,000冷吨 3到1500冷吨
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冷水机组基本循环
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液体离开冷凝器（D）等焓节流至（E）。 制冷剂吸热而蒸发（E到A），过热至（B）。 压缩机提升其温度和压力（B到C）[压缩热] 冷凝热=（冷负荷+压缩热） 制冷剂将冷凝热传给冷却塔，降低过冷热度，再冷凝到 （D）。
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确定水的流量
• • • 例题： 100冷吨、10F温升的蒸发器、10F降温的冷却塔的机 组需要多少水量？ 冷冻水 GPM=（24 X tons）/Rise =（24 X 100）/10 =240GPM 冷凝水 GPM=（28.8 X tons）/ Drop =（28.8 X 100）/10 =288GPM 数据24和28.8的由来： 机组冷量以冷吨来计算。根据定义，一个冷吨是24小 时内制一吨冰所需的冷量。 1ton=（2000 lbs X 144Btu/lb）/24hrs 1ton=12000Btu/h 传入传出水的热量如下计算： 热量Btuh =500 X GPM X Rise 由于1ton=12000Btu/h Tons X 12000Btu/h =500 X GPM X Rise Tons (12000/500)=GPM X Rise Tons X 24=GPM X Rise Tons =(GPM X Rise)/24 GPM=(24 X Tons)/Rise •
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摘要: 提高饱和蒸发温度
• 制造商选项和应用选择 • 通过以下方法来进行: -增加传热系数-"U" -降低水膜热阻 -降低水侧污垢热阻 -降低金属层热阻 -降低制冷剂膜热阻 - 增加热交换面积-”A" - 增加单位长度的翅片数 - 增加给定的热交换器中的管数 - 增大热交换器的断面 - 增加热交换器的长度 • 让我们看着每一项的影响
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目
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标
列出典型的冷水机组的组成部件 计算冷冻水和冷却水的流量 在压焓（P-H）图上画出基本的制冷循环过程 列出3个影响冷水机组能耗和尺寸的因素 了解蒸发器和它的传热 了解冷凝器和它的传热 了解压缩机的压力控制 了解过冷器，闪蒸器和经济器 会选择往复式，螺杆式和离心式冷水机组 了解冷水机组的部分负荷控制
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冷水机组的能耗和尺寸
• 压缩机所消耗的能量是3 个因素的函数： -制冷剂在压缩机中的质量 流量，lb/min（R.E.） -压缩机带来的压力增加 （Pc - Pb） -压缩效率（压缩热） • 任何改善上述3项的设备 都会降低冷水机组的能耗 和尺寸 • 我们先看降低压缩机的压 升“lift” 15
• 制冷循环中压缩机消耗能量，机组的尺寸是下面三项的函数： 1-通过压缩机的工质的质量流量； 2-压缩机中的压力升高“Lift”（Pc-Pb）。这与压缩机的压缩比有关； 3-压缩机的实际效率。 • 在当今的市场中，能源选用和消耗是选购机组前要重点考虑的。廉价 能源的时代已经过去了。小型设备在建筑成本上升价后又被重视。 • 因此，上面三项做改进的任何设备和都可以节能和减小机组尺寸。我 们来看厂商常用的措施。我们将从降低压缩机压升开始。
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冷水机组的基本循环
• • 制冷循环 • 如下图，工质的P-H图是理解机械制冷循环的一 个有工具。基本循环告诉我们能量在机组及其 辅助设备中是如何变化的。这个循环还可以用 于确定蒸发器和冷凝器的水流量。 这是对第一周的商务系统设计课程的一个简要 • 的回顾，现在没必要再详细地讲了。要知道更 多的细节，可参阅课程CSD401。 我们从液体工质离开冷凝器（ D 点）开始循环。 液体经过膨胀阀进入蒸发器，经过膨胀阀时部 • 分液体变成了气体（闪蒸气）。闪蒸气体冷却 了剩余液体最后混合进入蒸发器（E点）。这是 一个等焓过程。 • 在蒸发器中，工质吸收来自冷冻水的热量， 将其从54F冷却到44F。在E到A的过程中液体 完全蒸发，在A到B的过程中过热，至此，冷 负荷都被工质吸收了。这是在约34F的饱和蒸 发温度（SET）下进行的。 气态工质现在从B进入压缩机。压缩机作功提 高工质的压力和温度。这个功叫做压缩热 （H.C.），从P-H图上看到这个过程增加了工 质的焓值。过热的蒸汽在C离开压缩机。 过热蒸汽由C进入冷凝器，在那里与从冷却塔 来的冷却水接触。工质将热量传给冷却水使 水温由85F升至95F。在这个过程中工质先降 低过热度，再冷凝由C返回D 。 这样，冷凝器将冷负荷和压缩机加入的额外 热量释放给冷却塔。压缩机效率越高，释放 的热量就越少。 现在，我们举例看看如何计算冷凝器和蒸发 器的水流量。
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降低冷水机组的压升
• 降低压升的方法： -提高饱和蒸发温度 （SET） -降低饱和冷凝温度 （SCT） • 我们先看提高饱和蒸发 温度（SET）
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摘要: 提高饱和蒸发温度
• 提饱和蒸发温度的潜力与制造商提供的可选择性及设计者 选择的可行方案直接相关。 • 所有的方法与理解热交换过程相关。我们将先详细了解基 本的蒸发器热交换过程，然后再了解那些因素会影响热交 换过程。
冷水机组原理
第一部分
DES700
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目
• 水冷系统的冷源是一台或多台冷水 机组。理解如何从市场中选择不同 的冷水机组并正确使用是必须的。 这部分将给你一个冷水机组的概况 容量大小从 13 冷吨到 10000 冷吨不 等。 • • • •
标
通过这部分你将学会： 1-列出典型水冷机组的部件； 2-计算冷冻水和冷却水流量； 3-在压焓（P-H）图上画出基本的 制冷循环过程； 4-列出3个影响冷水机组能耗和尺 寸的因素； 5-理解蒸发器和它的换热情况； 6-理解冷凝器和它的换热情况； 7-理解压缩机的压力控制； 8-了解过冷器，闪发器和经济器； 9-会选择往复式、螺杆式和离心式 机组； 10-理解机组部分负荷控制。
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如果流过的液体是盐水，那么方程要改变比热和比重： Tons=(GPM X Rise X比热X比重)/24 在冷凝器中，压缩机所带来的热量也要加到冷负荷的 GPM中去。一般认为这里的冷负荷平均会增加20%， 冷凝器所释放的热量变为（12000 X 1.20） =14400Btuh。 方程将变为： Tons X 14400Btuh =500 X GPM X Drop Tons X 28.8=GPM X Drop 冷凝器GPM=(28.8 X Tons)/Drop 注意：老式的机组没有那么好的效率，一般认为冷负 荷经压缩机将有25%的增加。这种情况下方程变为： 蒸发器GPM=[（24 X1.25） X Tons]/Drop =(30 X Tons)/Drop 因此，冷凝器的GPM随压缩机的效率变化而变化。