集中空调系统制冷机房工艺

2009—2010学年课程设计

集中空调系统制冷（热）机房工艺

学校：天津商业大学

学院：机械工程学院

院系：制冷与空调工程系

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2010年1月15日

1. 绪论

1.1 空调系统的基本组成

主要有冷水机组,冷却塔，冷冻水泵，冷却水泵，分水器，集水器，板式换热器，定压装置，水处理装置，补水系统等。

1.2 常见冷热源系统的组合方式

中央空调冷热源设备主要有燃气直燃机等吸收式机组和离心机等电力制冷机组两大类。吸收式制冷机组根据驱动能源分为直燃型，蒸汽型，热水型机组等。电力制冷机组根据压缩机形式分为活塞式，螺杆式，离心式，冰蓄冷等。

1.2.1 吸收式制冷原理及特点

吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。稀混和溶液在发生器中被加热，分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中，蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结成液态；液态冷剂经过节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，冷剂由液态变为气态，再进入吸收器中；另外，从发生器流出的浓溶液经换热器和节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的冷剂蒸气，吸收过程产生的稀溶液由循环泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷。吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热（采暖）的双重目的。整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。目前，吸收式制冷正在向着小型化、高效化的方向发展，各国对吸收式技术的开发研究主要集中在联合循环、余热利用、吸收式热泵、吸收和发生过程的机理研究、换热结构和换热表面、界面活性剂及缓蚀剂、机组优化设计及经济性分析、系统的特性仿真等方面。吸收式制冷已经成为制冷技术的主要发展方向之一，有着非常广阔的前景。

1.2.2 离心机组的性能特点

离心式制冷机组的主机是离心式制冷压缩机，由于该机械的流动是连续的，其流量比容积式机械要大得多。为了产生有效的动量转换，其旋转速度必须很高。离心式制冷机组又称透平

式制冷机。它具有转速高，单机制冷量大，重量轻，体积小，能经济方便的调节制冷量，通常可在30-100%的负荷范围内无极调节，易于实现自动化操作等特点。

离心式制冷机组不足之处有：不适合小制冷量；结构复杂；环保要求；工况狭隘；易发生喘振。且喘振带给压缩机严重的损坏会导致下列严重后果：使压缩机的性能显著恶化，气体参数产生大幅度脉动；噪声加大；大大加剧整个机组的振动。喘振使压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力；压力失调引起强烈的振动，使密封和轴承损坏；甚至发生转子和定子元件相碰等；叶轮动应力加大；电流发生脉动。

1.2.3 活塞式机组的性能特点

活塞式机组的特点：（1）造价低廉，体积小，多用于家用冷藏，住宅空调，汽车空调及小型商用空调；（2）冷量小；（3）结构复杂，易损件多，对湿行程敏感，负荷调节性差，存在不平衡径向力。

1.2.4 螺杆机组的性能特点

目前螺杆式冷水机组的COP值已经接近离心式冷水机组的水平。加上螺杆机组能耐液击，零件少，运行平稳，其产量在逐步扩大。螺杆式机组适用于高低温范围，包括空调和商业冷冻设备中。

螺杆制冷压缩机的特点之一是单级压缩比大。但随着压比的增大，循环的节流损失增加，机器的泄漏损失也增加，效率急剧下降。为了提高效率，改善性能能，常用螺杆压缩机吸气，压缩，排气为单方向进行的特点，在压缩机的中部设置一个中间补气口，吸入闪发蒸汽。

螺杆式制冷机组不足之处有：加工要求高；工况范围狭小；辅助设备复杂；需要密封；噪音太大；维护不方便。

1.3 设计基础条件

机组冷负荷650kw。夏季设计冷水供水温度7℃，设计供回水温差5℃。冬季设计热水供水温度60℃，设计供回水温差10℃。本课程设计，制冷（热）机房的所在地区均为天津。天津地区夏季（最热平均14h相对湿度65%），夏季空气调节室外计算湿球温度26.9摄氏度。

1.4 系统设计方案比选与所选方案简介

空调冷、热源系统的设计需要遵循一个统一、两个选择和三个原则。所谓一个统一，是指能源的终端用户利益与社会和国家利益之间的协调统一；所谓两个选择是指能源形式的选择和能源利用方式（即设备类型）的选择；所谓三个原则，是指合理利用能源的原则、减少对环境影响的原则和技术经济合理可行的原则。

进行方案设计，首先应考虑空调工程的使用性质和具体使用要求，然后因地制宜，全面分析，进行综合评价，选择能源结构合理、能源利用率高、对环境影响最小的设计方案。

方案首先对冷源（风冷、水冷）形式进行比较：

（1）风冷制冷机组适用于所处地域水源紧张的中、小系统；对年运行时数越长的制冷系统采用风冷制冷机组越有利；风冷制冷机组的年度综合费用低于水冷系统，但水冷系统若管理得法，补水量控制在3%以下，则风冷制冷机组较水冷制冷机组所增加的初投资很难回收。

（2）考虑到大型制冷机组的风冷冷凝器数量偏多，通常很难布置，另一方面，过小的水冷制

冷机组也不利于使用，因而对中等容易的风冷制冷机组和与之相同冷量的水冷制冷机组进行比较。

（3）风冷制冷机组的初投资较高，单位制冷量的耗电量也略高于水冷机组，但风冷机组的年度综合费用与水冷机组基本持平稍低。技术经济分析结果表明，对于中、小型冷水机组配置风冷冷凝器是合理的。冷水机组年运行时间越长，对风冷机组不利。水冷机组冷却水补水量的多少是影响其费用的重要因素。加强维护管理，减少水耗量是降低水冷机组费用的重要方面。

风冷同水冷相比，具有以下缺点：

不需要占用专门的机房，并且无需安装冷却塔及泵房，维修简单，运行方便，无需专业人员维护；

无冷却水系统，无冷却水系统，无冷却水系统动力消耗，无冷却水损耗；

但存在热岛效应，使得外界局部空间环境条件恶化；

当空气温度低于零度时，机组效率下降，并且当温度低于-5℃时，机组效率极低，甚至无法开机，需要附加辅助热源；

冬季室外机组需要除霜，浪费能源，相关文献显示除霜损失约占热泵总能耗损失的10%左右；

一次性投资费用：就一次性投资费用而言，风冷机要比水冷机花钱多，但是水冷机造价加上冷却塔、冷却水泵、管道和水处理等费用，水冷机的一次性投资费用并不比风冷机少太多，况且冷却水系统中冷却塔、水管路和水泵等设备的维护保养费、水处理费、冷凝器清洗费等均较风冷机组高。机组年运行时间越长，对风冷机组越有利，风冷机组与水冷机组相比较的初投资回收期短，所以，南方地区用于空调的冷水机组更适合采用风冷机组，从冷却条件看，南方地区湿球温度高，也对水冷机组不利。

考虑本机房在天津（北方地区），本方案首选水冷机组。

一般来说，离心式压缩机和螺杆式压缩机适用于大、中型制冷空调设备，活塞式压缩机常用于中小型制冷空调设备。所以考虑本设计方案制冷量（1200KW）首选螺杆式水冷机组。

螺杆式压缩机是一张回转容积式压缩机，其冷媒通常采用R22和R134a。螺杆式冷水机组的主要优点是结构简单、紧凑，质量轻，易损件少，可靠性高，维修周期长；在低蒸发温度或高压比工况下仍可单级压缩；采用滑阀装置，制冷量可在10％～100％范围内进行无级调节，并可在无负荷条件下启动，低负荷下的能效比较高，这对于建筑空调负荷有很好的适应性；排气温度低，热效率高；运转平稳等。因此在空调制冷行业中，螺杆式制冷机已成为其他种类制冷机的有利竞争者，尤其是在负荷不太大的高层建筑进行空调制冷，更能显示出它的优越性。其缺点是噪声相对较高，油路系统较复杂，耗油量大。

该机房制冷（热）系统为双管制系统，系统中的供回水管，在夏季供冷运行时，给空气处理组、末端装置供应冷冻水；冬季采暖运行时，给空气处理机组、末端装置供应热水。其中经冷水机组制冷后的7℃的冷冻水，通过冷冻水供水管到达分水器，再通过分水器分别送往建筑物的各个区域，经过空调机组中的蒸发器实现降温过程。从冷水机组出来的37℃的冷却水经冷却水供水管到达冷却塔，经冷却塔冷却后返回冷水机组，如此循环往复。

来自城市热网供水管的高温水，进入设置在机房内的板式换热器，通过换热器提供热能传递