一、目的
1、 了解冷凍站設計的內容、程式和基本原則；
2、 學習設計計算的步驟和方法；
3、 鞏固所學的理論知識，培養學生運用所學知識解決工程問題的能力。
二、設計任務
市某廠空調樓，空調系統總冷負荷 kw，末端裝置為風機盤管，要求冷凍水供水溫度 ℃，回水溫度 ℃，製冷系統以氨為製冷劑。
三、其它原始資料
1．水源：自來水，利用冷卻塔實現冷卻水迴圈使用。
2．室外氣象引數：冷凍站所在城市夏季空調室外計算幹、溼球溫度。
3．土建資料：製冷機房、休息室、操作間的面積、高度等具體尺寸由學生自行確定，並提資料給土建專業進行設計。
四、設計內容及要求
（一）製冷壓縮機型號、台數的確定
1． 確定製冷系統的總製冷量
式中 q0——製冷系統的總製冷量(kw)；
q——使用者實際所需要的製冷量(kw);
a——冷損失附加係數，由於製冷裝置、製冷劑、載冷劑管路等的冷損失而帶來的附加係數。一般對於間接供冷系統，空調冷負荷小於174kw時，a＝0.15~0.
20; 空調冷負荷為174~1744kw時，a＝0.10~0.15; 空調冷負荷大於1744kw時，a＝0.
05~0.07。對於直接供冷系統，a＝0.
05~0.07。《製冷技術》，《製冷設計規範》。
2． 確定製冷劑種類和系統型式
活塞式製冷系統，氨為製冷劑。
系統型式：多機組併聯系統。
3． 確定製冷系統的設計工況
根據空調系統對冷凍水溫度的要求及當地冷卻水源、水質、水溫、氣象條件，確定蒸發溫度te、冷凝溫度tc，吸氣溫度t1、過冷溫度tg。在壓-焓圖上繪製出製冷機的執行工況。
（1）蒸發溫度te的確定其值取決於所採用的冷媒種類及蒸發器的形式。
① 以水或鹽水為載冷劑，當採用臥式殼管蒸發器時，蒸發溫度按對數平均溫差計算，即：
式中 ——對數平均溫差（℃），對於介質為氨-水的臥式殼管蒸發器取46℃；
——蒸發器入口載冷劑溫度（℃）；
——蒸發器出口載冷劑溫度（℃）；
——製冷劑的蒸發溫度（℃）。
對數平均溫差見《製冷技術》p156。
② 以水或鹽水為載冷劑，當採用螺旋管式蒸發器時，蒸發溫度可根據蒸發器出口載冷劑溫度決定，即：
式中：——蒸發器出口載冷劑溫度（℃）。
須取整。
（2）冷凝溫度的確定
冷凝溫度按照對數平均溫差來計算：
式中： ——冷凝器入口冷卻水溫度（℃）；
冷凝器出口冷卻水溫度（℃）；
——製冷劑的冷凝溫度（℃）。
冷凝器對數平均溫差的取值見《空氣調節用製冷技術第二版》p74表4-5，或《製冷技術》p154表8-1。
對於使用冷卻塔的冷卻水系統，冷凝器入口冷卻水溫度按下式計算：
式中： ——夏季室外平均每年不保證50h的濕求溫度（℃）；
——冷卻塔的冷幅高（℃），即冷卻塔出水溫度與溼球溫度之差。對自然通風冷卻塔或噴水池， =5~7℃；對機械通風冷卻塔， =2~4℃。見《製冷技術》p151。
，取整。
冷凝器出口冷卻水溫度按下式確定，見《製冷技術》p151。
立式殼管式冷凝器：
臥式或組合式冷凝器：
淋激式冷凝器
（3）壓縮機吸氣溫度的確定
當系統無回熱迴圈，且吸氣管保溫良好時，壓縮機的吸氣溫度應根據過熱度確定。即：
對於氨製冷劑， =5~8℃，見《空調工程中的製冷技術》p25。
（4）再冷溫度的確定
對於設定再冷卻器的製冷系統，通常取再冷溫度比冷凝溫度低3~5℃，即：
本設計不設再冷卻器，再冷度忽略不計。
（5）製冷劑壓-焓圖的繪製
注：012345表示空調工況，0』1』2』3』4』5』表示設計工況。標準工況引數查閱《製冷技術》p69。
4． 確定壓縮機型號、台數，校核壓縮機配套電機功率
（1）壓縮機型式
常用的製冷壓縮機有活塞式、離心式和螺桿式等。中、小型冷凍站多採用活塞式製冷壓縮機；大、中型冷凍站一般採用離心式或螺桿式。
（2）壓縮級數
應根據設計工況的冷凝壓力與蒸發壓力之比來確定。一般若以氨為製冷劑，當時，採用單級壓縮；當時，採用雙級壓縮。若以r12、r22、r134a為製冷劑，當時，採用單級壓縮；時，採用兩級壓縮。
（3）壓縮機容量及台數
式中：n——壓縮機台數（臺）；
qog——單台壓縮機設計工況下的製冷量（kw）。
壓縮機容量及台數應滿足：①製冷量滿足負荷要求；②對與大、中型製冷裝置，不宜少於2臺，且應選擇相同系列的壓縮機；③台數不宜過多，一般不考慮備用。
活塞式製冷壓縮機設計工況下製冷量的計算方法有兩種：
1）直接計算法
式中：vth——壓縮機的理論體積輸氣量（m/s）；
——設計工況下單位容積流量製冷劑的製冷能力（kj/m）；
——壓縮機設計工況下的輸氣係數，見《製冷技術》p61,62。
2）換算法
同一臺壓縮機不同工況下的製冷量不同。壓縮機銘牌上的製冷量，一般是指名義工況或標準工況下的製冷量。將設計工況下所須的製冷量換算為標準工況下的製冷量，計算公式如下：
式中：——標準工況下的製冷量（kw）；
——設計工況下的製冷量（kw）；
——壓縮機標準工況下的輸氣係數；
——標準工況下單位容積流量製冷劑的製冷能力（kj/m）。
（4）校核壓縮機配用電機功率
製冷壓縮機所需軸功率pe（kw）按下式計算：
式中：——指示效率，計算式見《空調工程中的製冷技術（第二版）》p48，公式3-35；
——機械效率，見《製冷技術》p65。
製冷壓縮機的配用電動機功率p（kw）可按下式計算：
式中：——電機效率，見《製冷技術》p66。
（5）壓縮機氣缸冷卻水量
冷卻壓縮機氣缸套的冷卻水量可按下式計算：
式中：——壓縮機氣缸套冷卻水量（kg/s）；
——冷卻水帶走的熱量佔全部熱量的百分比，一般取0.13～0.18；
——氣缸水套進、出水的溫度差，一般為5～10℃。
（二）冷凝器與蒸發器的選擇
1．冷凝器的選擇
根據製冷劑種類、系統執行工況、冷卻劑種類及溫度、冷凝器負荷大小等確定冷凝器的型式，計算所需冷凝器傳熱面積，確定冷凝器型號及台數，並給出所需冷卻水量。
（1）冷凝器熱負荷
式中：——冷凝器的熱負荷（kw）；
——冷凝器的製冷劑質量流量（kg/s）；
——冷凝器出口製冷劑比焓（kj/kg）；
——冷凝器入口製冷劑比焓（kj/kg）。
冷凝器的負荷也可以按照下式計算：
式中：q0——製冷劑在蒸發器中吸收的熱量，即計算工況下的製冷量（kw）；
pi——壓縮機在計算工況下的指示功率（kw）。
（2）冷凝器傳熱面積
冷凝器的傳熱計算公式如下：
式中：ac——冷凝器的傳熱面積（m2）；
k——冷凝器的傳熱系數[w/(m2·k)] ，《製冷技術》p154；
——冷凝器中製冷劑與冷卻劑間的對數平均傳熱溫差，《製冷技術》p154。
（3）冷卻水流量
式中：——冷凝器的熱負荷（kw）；
——冷卻水密度（kg/m3）；
——冷卻水比熱（kj/kg·℃）；
——冷凝器進、出口冷卻水溫差（℃）。
2．蒸發器的選擇
根據製冷量、製冷劑及載冷劑的種類、製冷系統的型式等，確定蒸發器的型式，計算所需蒸發器換熱面積，確定蒸發器型號及台數，並給出所需冷凍水量。
（1）蒸發器傳熱面積
蒸發器的傳熱面積可按下式計算：
式中：ae——蒸發器的傳熱面積（m2）；
k——蒸發器的傳熱系數[w/(m2·k)] ，《製冷技術》p155；
——蒸發器中製冷劑與載冷劑間的對數平均溫差（℃），《製冷技術》p155。
（2）冷凍水流量
冷凍水量根據蒸發器的冷負荷及冷凍水進、出口溫差確定：
式中：——蒸發器的冷負荷（kw）；
——冷凍水密度（kg/m3）；
——冷凍水比熱（kj/kg·℃）；
——蒸發器進、出口冷凍水溫差（℃）。
冷凍水系統與冷卻水系統的迴圈水幫浦選擇及相關水環路布置，在本設計中可不予考慮。
（三）其它輔助裝置的選擇
1．油分離器
式中：——油分離器接管直徑（m）；
——壓縮機理論輸氣量（m/s）；
——壓縮機吸氣比容（m/kg）；
——壓縮機的輸氣係數；
——壓縮機排氣比容（m/kg）；
——油分離器進氣管內的氣流速度，一般取10~25m/s。
《製冷技術》p156，《製冷工藝設計》p60。
2．高壓貯液器
滿足20分鐘到30分鐘製冷劑體積流量。
式中：——高壓貯液器的容積（m3）；
——系統製冷劑質量流量（kg/s）；
——冷凝壓力下液態製冷劑的比容（m3/kg）；
——氨液充滿度，一般取0.7~0.8。
《製冷技術》p156。
3．集油器
目前國內生產的集油器有三種規格，其筒體直徑分別為159mm、219 mm、325 mm。當製冷系統製冷量小於250~300kw時，採用159mm集油器；當製冷量為300~600kw時，採用219mm集油器；當製冷量大於600kw時，採用325mm集油器。
《大冷樣本》p32，《製冷技術》p157。
4．氨液分離器
式中： ——氣液分離器筒體直徑（m）；
——壓縮機理論輸氣量（m/s）；
——壓縮機的輸氣係數；
——氣液分離器內氣體速度，一般要求不高於0.5m/s。
《大冷樣本》p44，《製冷技術》p157。
5． 緊急洩氨器；目前生產的緊急洩氨器品種較少，多為sa-25型，筒體直徑d=108mm，任何規模的氨製冷系統均可採用。
《大冷樣本》p46，《製冷技術》p157。
6．空氣分離器；不凝性氣體分離器一般不進行計算，而是根據經驗選用。目前生產的不凝性氣體分離器主要有兩種規格，其筒體直徑分別為108mm(小號)和219mm（大號）。當冷凍站總製冷量小於1163kw時，宜採用一台小號不凝性氣體分離器；當冷凍站製冷量大於1163kw時，則應採用一台大號的不凝性氣體分離器。
《大冷樣本》p45，《製冷技術》p157。
7．過濾器；過濾器用來清除製冷劑中的機械雜質，氨系統用的過濾器一般是由2~3層的網孔為0.4mm的鋼絲網組成，結構簡單，一般製造廠都成套配給。
《大冷樣本》p48，《空調工程中的製冷技術》151。
8. 調節站與充氨站
（四）冷凍站布置
1．製冷系統主要裝置布置；
2．製冷工藝管路布置；
3．各種附件、閥件及自控裝置的布置。
冷凍站及裝置布置的具體要求見《製冷技術》p158。
（五）編寫設計說明書
說明書應按設計程式編寫，它應包括設計任務、原始資料、工況確定、裝置選擇、冷凍站布置方案的說明及相關設計草圖等內容。
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