开利_冷水机组原理.

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1、冷水机组原理 1 冷水机组原理 第一部分：冷水机组制冷循环概述与制冷效率 第二部分：提高制冷效率的途径降低压升 第三部分：提高制冷效率的途径节能部件 第四部分：压缩机的类型 第五部分：负荷控制 第六部分：部分负荷运行特性 2 冷水机组基本原理 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

2、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。 冷却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 。 3 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 4 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

3、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。 5 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 按提高制冷剂温度的方法分

4、 ： 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250冷吨 最大10,000冷吨 最大100冷吨 25到1100冷吨 70到10,000冷吨 3到1500冷吨 6 冷水机组的基本循环 制冷循环 如下图，工质的PH图是理解机械制冷循环 的一个有用工具。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

5、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PH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，

6、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。 7 冷水机组基本循环 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） 。 8 确定水的流量 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

7、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。 例题： 100冷吨、10F温升的蒸发器、10F降温的冷却塔的 机组

8、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 R

9、ise Tons (12000/500)=GPM X Rise Tons X 24=GPM X Rise Tons =(GPM X Rise)/24 GPM=(24 X Tons)/Rise 9 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 冷冻水量=（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 例： 100ton的机组10F的冷冻水温升和10

10、F的冷却水温降 冷冻水流量 =（24 x 100）/10 =240 GPM 冷却水流量 =（28.8 x 100）/10 =288 GPM 旧的低效机组（25%压缩产热） 冷却水流量 =（30 x 100）/10 =300 GPM 10 冷水机组原理 第一部分：冷水机组制冷循环概述与制冷效率 第二部分：提高制冷效率的途径降低压升 第三部分：提高制冷效率的途径节能部件 第四部分：压缩机的类型 第五部分：负荷控制 第六部分：部分负荷运行特性 11 冷水机组的能耗和尺寸 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”（PcPb

11、）。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，对上面三项做改进的任何设备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。 12 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” 制冷效果（R.E.） 压缩产热（H.C

12、.） （压缩机效率） 压力增加（Pc - Pb） 13 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。 14 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） 15 提高饱和蒸发温度 提高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

13、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。 16 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 17 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

14、.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 很复杂的设计问题。 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