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1、Copyrights 2007 AUX Group 冷水机组 设计原理 Copyrights 2007 AUX Group 2 冷水机组原理 第一部分 DES700 Copyrights 2007 AUX Group 3 目 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（PH）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
2、制。 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。 Copyrights 2007 AUX Group 4 目 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（PH）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 Copyrights 2007 AUX Group 5 设计步
3、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。 Copyrights 2007 AUX Group 6 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 Copyrights 2007 AUX Group 7 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
4、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。 Copyrights 2007 AUX Group 8 基本的冷水机组 商用冷水机组类型 风冷或水冷
5、往复式，螺杆式，离心式或吸收式 Copyrights 2007 AUX Group 9 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11
6、00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。 Copyrights 2007 AUX Group 10 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： 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 Copyrights 2007 AUX Group 11 冷水
7、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
8、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。 Copyrights 20
9、07 AUX Group 12 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）。 Copyrights 2007 AUX Group 13 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） =14
10、400Btuh。 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 组需要多少水量？ 冷冻水 GPM=（24 X tons）/Rise =（24 X 100）/1
11、0 =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
12、X Rise Tons =(GPM X Rise)/24 GPM=(24 X Tons)/Rise Copyrights 2007 AUX Group 14 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 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 =（24 x
13、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 Copyrights 2007 AUX Group 15 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”（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
14、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。 Copyrights 2007 AUX Group 16 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” 制冷效率（R.E.） 压缩产热（H.C.） （压缩机效率） 压力增加（Pc - Pb ） Copyrights 2007 AUX Group 17 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
