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1、 体育馆冰球场制冷系统设计姓名：葛宇衡班级：制冷 131学号：130216109指导老师：王宏制冷与冷藏技术课程设计说明书 前言 本次课程设计的设计题目为郑州某体育馆冰球场制冷系统设计。在设计的初级阶段，我从图书馆和网上查阅了大量的关于人工冰场的相关资料，进行翻阅、查找和记录进行了制冷系统设计方案的论证。且在整个设计中，我进行了制冷系统冷负荷计算，管道的计算和设备的选型计算。其中制冷系统冷负荷计算包括对流换热负荷、辐射负荷、地下传热负荷、冻冰负荷、人体和照明负荷的计算。通过设备的选型绘制了制冷系统原理图。在绘制图纸的过程中，我对制冷系统的原理、流程，各部件及相关的阀门，自控元件以及制图符号有了
2、全方面的了解。第一部分 方案论证 一、 气象条件： 郑州地区： 北纬：3444 东经：113 42 夏季通风温度：32 C 夏季室外湿球温度：27C 二、方案确定并论证：制冷方案设计是计算单位依据设计任务书而提出的初步设想，是一个关键的环节，制冷装置使用效果的好坏都与所选用的制冷方案有着密切的关系，如果确定的制冷方案不当，会给体育馆的冰球场建造带来不应有的经济损失和操作管理不便。因此，在确定方案时，应根据冰球场使用性质，规模，和投资限额，工艺要求，冷却水水质，水温和水量，制冷装置所处环境，室外空气温湿度等进行确定，并从购进，实用，发展，经济等诸方面出发，选择最佳的设计方案。 1、载冷剂的选择：
3、 采用乙二醇的水溶液作为载冷剂。纯的乙二醇无色无味，无电解性，不燃烧，化学性质稳定。乙二醇的水溶液略显毒性，但对食物无危害，略显腐蚀性，使用时应加缓蚀剂。2、制冷剂的选择： 间接蒸发式制冷系统的工质用 R22。R22 单位制冷量高，DDP,GWP 较小，属于过渡性替代制冷剂，在本次设计中可以使用。3、冷凝器类型的确定： 冷凝器类型有多种，应根据制冷装置所处的环境，冷却水水质，水温和水量来进行确定。根据郑州地区的气象环境等因素，确定本次设计采用卧式壳管式冷凝器。 4、蒸发器类型的确定 ：采用满液壳管式蒸发器 5、节流机构的确定 ： 采用浮球阀节流。用于具有自由液面的蒸发器的自动调节，根据制冷量的
4、大小选型。第二部分 冰场冷负荷计算 一、冰场负荷设计条件： 1、冰场面积：30X30m 2、冰面温度：-5 3、初冻时间：48h 4、室内温度： 22 5、冰层厚度： 40mm 6、室内湿度：60% 二、计算冰场热负荷： 1、对流换热负荷： Q1=Cx(tatb) =2.58X（22+5 ）=69.66W/m其中:C 对流热系数， V=1m/s, C=2.58W/m2 ta空气温度，+22。 tb冰面温度，-5 。 P1= Q1 X S=69.66 X 30 X 30=62.694 KW 2、辐射负荷：=78.849J P1 = Q2X S=78.849X30X30=70964w=71.964
5、kw3、混凝土热负荷： Q3=Cmt =1050X126000X(22+5) =3.7044 X109 J 其中: k混凝土比热。 C=1050 J/（kg. ） m混凝土质量。 m=V=700X30X30X0.2=126000kg t传热温差。 P3= Q3/t=3.7044 X109 /(48X3600)=21.4375kw 4、冰的负荷： 冰的凝固潜热为: 335kJ/kg 冰的质量: m=V=917X30X30X0.04=33012kg 1） 32的水降为 0的水: qa=Cmt=4.2X33012X32=4436812.8kJ 2） 0的水降为 0的冰: qb=rm=335X3301
6、2=11059020 KJ 3) 0的冰降为-5 的冰: qc=Cmt=2.1X33012X5=346626KJ Q2= qa+qb+qc=15842458.8 KJ P4 = Q2 /t=15842458.8/(48X3600)=91.68 KW 5、地面热负荷 ： Q5=K(tdtp) 其中:k地下层传热系数，1/k= d1 /1+ d2 /2 + d3 / 3 =0.02/0.93+0.02/0.93+0.15/0.037 =4.097 K=0.2441 W/(m2.k) td对数温差 tmax=32-(-6)=38 tmin=32-22=10 td=（ tmax- tmin）/ln(
7、tmax/tmin) =(38-10)/ln3.8=20.974 tp混凝土温度，-6 。 6、对流传质负荷 ： Q6=Ax(da db)x10-3 xr =900X2.39X(9.8-2.69)X10-3X2836X10-3 =43290W =43.290KW 其中: A冰场面积 30X30 m 传质系数，=2.39x10 -3Kg/m.S da空气含湿量，9.8g/Kg。 db冰温下饱和空气含湿量，2.69g/Kg; r凝结和凝固潜热，冰温-5 时水蒸汽的 r=2836X 10-3J/Kg; 所以，冰场设计负荷为： Q=Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6=296KW第三部分 冰场
8、排管的设计 一、排管确定 1、排管选型： 乙二醇水溶液有腐蚀性，所以选用 PPR 塑料管能有效地减缓腐蚀，且 PPR 塑料管弹性大，重量小，管件连接牢固，绿色环保。 依据本设计的情况采用 PPR 塑料管，32X2mm2、载冷剂参数： 浓度 d 密度 比热 C 运动粘度 导热系数 普朗特数 Pr 31.2% 1040 kg/ m 2 3.6 kJ/（kg.） 7.9X10-6 m/s 0.46 w/(m.k) 65 3、 判断流体类型 ：Re=V.l/ =0.5X0.032/7.9X10-6 =20252500 其中: Re雷诺数 V排管内流速，0.1 m/s -0.6 m/s，取 0.5 m/
9、s 1排管直径m 运动粘度 m/s 所以为层流 ： Nu=1.86（RePrd/C）1/3 =1.86X（2025X65X0.032/30）1/3 =7.673其中：Pr普朗特数 d排管直径 m C排管长度 h = Nu./d =7.673X0.46/0.32 =110.3 w/(m .k) 4、排管面积: A=Q/ht =296000/(110.3X6) =447.26 m 5、排管总长: L=A/C =447.26/(3.14X0.032) =4451.23m 6、排管中心距及数量的确定:数量 n=L/30 =4451.23/30 =148.37=150 个中心距 d=30/n =30/1
10、50 =0.200m=200mm 二、载冷剂负荷 Q7=CMt=c. vs.t =3.6X1040X0.5X0.00080384 =67kw 其中： c载冷剂比热 kJ/（kg.） 载冷剂密度 kg/ m2 v载冷剂流速 m/s s排管截面积 m2 t载冷剂进出口温差 三、冰场管段排布 1、冰场地面做法：由上至下地面做法： 1.冰层 2.防冻混凝土（内含排管） 厚度 200mm, 3.一毡二油防潮层。4.聚氨酯，厚度 100mm 5.水泥沙浆抹面， 厚度 30mm 6.二毡三油防潮层 7.水泥沙浆抹面, 厚度 20mm 8.原有混凝土面,上面每 500mm 开有 150mm 的通风沟槽。 2、
11、冰场管段排布 冰场排管使用的是 32X2mm 的 PPR 管，中心距 200mm，与冰场一侧边平行布置，每根管长 30000mm，排管打在钢筋混凝土板中。且进水回水管交叉排布，减弱温度失调。见“盘管布置平面图”第四部分 设备选型： 一、 制冷工况的确定：由已知条件冷却水进水温度为 32，出水温度为 37，载冷剂出水温度为-7，冷冻水回水温度-13。 1.1 蒸发温度 t0: t0=ts2-4（比要求供给的载冷剂的温度低 4） =-17 1.2 冷凝温度 tk： tk=1/2(t1+t2）=5.5（冷却水的进口温度取下限。其范围是 57） =40 1.3 吸气温度吸 t 吸: t 吸= t0+2
12、0（氟利昂要求吸 t15 ，不能太低） =3 1.4 过冷温度过冷 t 过冷：t 过冷=tk-3 =37 （过冷度： 3） 查 R22 lgp-h 图可知:根据 to=-17， tk=40， t 吸=3 ， t 过冷=37，可得： h1=397 kJ/kg v1=0.08325 m3 /Kgh1 =416 kJ/kg v1=0.1 m3 /Kgh2=466 kJ/kg v2= 0.019m3/Kg h2 =478.5 kJ/kg v2=0.02 m3/Kg h3=249 kJ/kg V3 =0.016 m3 /Kg h3 =240 kJ/kg V3=0.01636 m3/Kg h4=240 k
13、J/kg V4 =0.022 m3 /Kg 1.5 单位质量制冷量：q0=h1-h4=397-240=157 kJ/kg 1.6 单位容积制冷量：1.7 制冷剂的质量流量（质量循环量）：其中： Q0-冰场设计负荷 : Q0= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 +Q7 = 296+67 =363KW 因考虑管路的冷损失和备用，附加 3%，即 363X1.03=374.44KW 1.8 制冷剂理论输气量 其中: yv 输气系数 0.750.9 之间，取 0.8 V1压缩机比容，0.1 m3 /Kg G制冷剂质量流量 kg/s二、压缩机的选型： 1、作用： （1 ）从蒸发器中吸出蒸汽，以
14、保证蒸发器内一定的蒸发压力。 （2）提高压力。以创造在较高温度下的冷凝条件。 （3）输送制冷剂是制冷剂完成制冷循环。 2、选型： 螺杆压缩机轴功率计算:=2.38X(478-416)/0.8=184.4KW 其中: G制冷剂质量流量 yab 绝热系数 0.750.85 之间，取 0.8 h1压缩机入口制冷剂焓值， 416KJ/Kg h2压缩机出口制冷剂焓值， 478KJ/Kg 可查制冷工艺设计表 34 中，可选一台 LG20F 型压缩机，其标准制冷量 450KW，轴功率 192KW。符合设计要求。三、冷凝器的选型： 1、 作用： 冷凝器是制冷装置中主要的热交换设备之一。冷凝器的作用是将制冷机升压排出的制冷剂过热蒸汽冷却冷凝成制冷剂液体，并放热于冷却介质（水或空气）中。 2、选型： （1 ）冷凝
