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1、第七章空调中央机房设计中央机房是整个中央空调系统的冷(热)源中心,同时又是整个中央空调系统的控制调节中心。中央机房一般由冷水机组、冷水泵、冷却水泵、集水缸、分水缸和控制屏组成(如果考虑冬季运行送热风,还有中央空调热水机组等生产热水装置)。本章介绍中央空调冷(热)源的特性及选择,以及中央机房设计与布置的要求。第一节冷水机组的技术参数、分类和选择一、冷水机组的技术参数冷水机组的技术参数主要有以下几项:1.制冷运行工况。制冷系统在不同的工作状况下运行将产生不同的工作效果。运行工况一般以冷水和冷却水的进出口水温来表示。标准制冷运行工况通常标定为:冷水进出口水温127,冷却水进出口水温3237。某些进口
2、机组的标准工况会有所不同,但一般都在冷水进口水温1012、冷水出口水温57,冷却水进口水温3032、冷却水出口水温3537的范围内。2.制冷量。指冷水机组在标准工况下运行的满额冷量输出,它是衡量冷水机组容量大小的主要技术指标。3.制冷工质及充注量。制冷工质又称为制冷剂。压缩式制冷通常使用的制冷剂有R-22、R-123、R-134a等。随着为了保护大气臭氧层而限制某些氟利昂类制冷剂使用的期限渐近,将会有更多、更新的制冷剂(氟利昂替代品)出现。吸收式制冷普遍采用溴化锂(LiBr)和水的混合溶液作为制冷工质,其中溴化锂为吸收剂,水为制冷剂。制冷工质充注量是指冷水机组制冷系统维持正常运转所需制冷剂的多
3、少。4.冷量调节范围。指冷水机组冷量输出的调节能力。一般用标准工况制冷量的百分率表示,无级调节则表示为有效调节范围。5.机组输入功率。压缩式制冷指压缩机电机功率,吸收式制冷则是机内各类泵的电机功率总和。6.冷水和冷却水流量。指在标准工况下流经冷水机组的冷水量和冷却水量。7.水路压头损失。指冷水和冷却水分别流经冷水机组蒸发器和冷凝器时的阻力。8.接管尺寸。指冷水系统和冷却水系统与冷水机组连接管的管径。9.外形尺寸及重量。冷水机组外形尺寸指机组的长宽高,重量一般指其运行重量。10.噪声。指冷水机组标准工况下稳定运行时产生的噪音大小,一般用LA声级或N(NR)评价曲线表示。二、冷水机组的分类及特征1
4、.常用冷水机组的分类。常用冷水机组按其制冷原理不同,分为压缩式和吸收式两大类。压缩式冷水机组,根据其压缩机类型不同,可分为活塞式、离心式和螺杆式三种;根据其冷凝器的冷却方式不同,又可分为水冷式和风冷式。吸收式冷水机组根据其获取热量的途径不同,分为蒸汽热水式和直燃式两种。冷水机组分类及其工作原理分类工作原理压缩式离心式通过叶轮离心力作用吸入气体并对气体进行压缩螺杆式通过转动的两个螺旋形转子相互啮合而吸入气体和压缩气体,利用滑阀调节汽缸的工作容积来调节负荷活塞式通过活塞的往复运动吸入气体和压缩气体吸收式蒸汽热水式利用蒸汽或热水作为热源,以沸点不同而相互溶解的两种物质的溶液作为工质,其中高沸点组分为
5、吸收剂,低沸点组分为制冷剂。制冷剂在低压时沸腾产生蒸汽,使自身得到冷却;吸收剂遇冷吸收大量制冷剂所产生的蒸汽,受热时将蒸汽放出,热量由冷却水带走,形成制冷循环直燃式利用燃烧重油、煤气或天然气等作为热源。分为冷水和冷热水机组两种。工作原理与蒸汽热水式相同2.各种冷水机组的特征及优缺点比较。各种制冷机的优缺点比较压缩式吸收式活塞式离心式螺杆式单效或双效动力来源以电能为动力以热能为动力蒸汽式或热水式直燃式主要优点1.在空调制冷范围内,其容积效率比较高2.系统装置较简单3.用材为普通金属材料,加工容易,造价低4.采用多机头、高速多缸、短行程、大缸径后容量有所增大,性能可得到改善5.模块式冷水机组系活塞
6、式的改良型,采用高效板式换热器,机组体积小,重量轻,噪声低,占地少,可组合成多种容量,调节性能好、部分负荷时的COP保持不变(COP约为3.6)。其自动化程度比较高,制冷剂为R-22,对环境的危害程度小,且安装简便1.COP高2.叶轮转速高,压缩机输气量大,单机容量大,结构紧凑,重量轻,相同容量下比活塞式轻80%以上。占地面积小3.叶轮做旋转运动,运转平稳,振动小,噪声较低。制冷剂中不混有润滑油,蒸发器和冷凝器的传热性能好4.调节方便,在15%100%的范围内能较经济地实现无级调节。当采用多级压缩时,可提高效率10%20%和改善低负荷时的喘振现象5.无气阀、填料、活塞环等易损件,工作比较可靠1
7、.与活塞式相比,结构简单,运动部件少,转速高,运转平稳,振动小。中小型密闭式机组的噪声较低。机组重量轻2.单机制冷量较大,具有较高的容积效率,压缩比可达20,且容积效率的变化不大。COP高3.螺杆式易损件少,运行可靠,易于维修4.对湿冲程不敏感,允许少量液滴入缸,无液击危险5.调节方便,制冷量可通过滑阀进行无级调节6.制冷剂为R-22的制冷机产品,危害臭氧层的程度低,温室效应小1.加工简单,制冷量调节范围大,可实现无级调节2.运动部件少,噪声低、振动小。溴化锂溶液无毒,对臭氧层无破坏作用3.热水蒸汽式可利用余热、废热及其他低品位热能4.直燃式吸收式制冷机与单效蒸汽热水式比较,燃料消耗减少10%
8、。机组可直接供冷和供热。一次投资、占地面积以及运行费用都比其他少。安全性比锅炉高,没有锅炉要求严格。部分负荷下运行时,相对应的热效率不会下降,其调节性能比电动式优越主要缺点1.往复运动的惯性力大,转速不能太高,振动较大2.单机容量不宜过大3.单位制冷量重量指标较大4.当单机头机组不变转速时,只能通过改变工作气缸数来实现跳跃式的分级调节,部分负荷下的调节特性较差5.模块式机组受水管流速的限制,组合片数不宜超过8片。价格昂贵1.对材料强度、加工精度和制造质量要求严格2.当运行工况偏离设计工况时效率下降较快。制冷量随蒸发温度降低而减少;随转数降低而急剧下降3.单级压缩机在低负荷下,容易发生喘振4.小
9、型离心式的总效率低于活塞式1.单机容量比离心式小2.转速比离心式低。润滑油系统比较庞大和复杂,耗油量较大。噪声比离心式高(指大容量)3.要求加工精度和装配精度高4.部分负荷下的调节性能较差,特别是在60%以下负荷运行时,性能系数COP急剧下降,一般只宜在60%100%负荷范围内运1.使用寿命比压缩式短2.热效率低。热力系数单效为0.6左右、双效为1.2左右、直燃式可达1.6左右3.操作较复杂4.溴化锂在有不凝性气体存在时对金属腐蚀严重5.燃油直燃式吸收式制冷需设置贮油、运油装置,给防火安全带来隐患注:制冷系数(COP)是冷水机组在标准工况下制冷量(单位为kW)与单位输入功率制冷量(单位为kW)
10、的比值。热力系数是吸收式冷水机组在标准工况下制冷量(单位为kW)与输入热量(单位为kW)的比值。3.各种冷水机组的经济性比较。冷水机组的经济性比较比较项目活塞式螺杆式离心式吸收式设备费(小规模)设备费(大规模) 运行费容量调节性能维护管理的难易安装面积必要层高运转时的重量振动和噪声BBDDBBBBCAACBABBBBDDBBBCBCBCCAADDCDA注:表中A、B、C、D表示有利至不利的顺序。4.关于制冷剂的特别说明。在诸多氟利昂类制冷剂中,R-11和R-12对大气臭氧层的破坏最大,相对温室效应最为明显。鉴于此,我国将逐步停止生产以R-11、R-12为制冷剂的制冷机。中近期将以R-22作为替
11、代R-12的过渡性制冷剂。现正加速研究新的替代物,如R-123、R-134a等。三、冷水机组的选择冷水机组是中央空调系统的心脏,正确选择冷水机组,不仅是一桩工程设计成功的保证,同时对系统的运行也产生长期影响。因此,冷水机组的选择是一项重要的工作。(一)选择冷水机组的考虑因素1.建筑物的用途。2.各类冷水机组的性能和特征。3.当地水源(包括水量、水温和水质)、电源和热源(包括热源种类、性质及品位)。4.建筑物全年空调冷负荷的分布规律。5.初投资和运行费用。6.对氟利昂类制冷剂限用期限及使用替代制冷剂的可能性。(二)冷水机组的选择注意事项在充分考虑上述几方面因素之后,选择冷水机组时,还应注意以下几
12、点:1.对大型集中空调系统的冷源,宜选用结构紧凑、占地面积小及压缩机、电动机、冷凝器、蒸发器和自控元件等都组装在同一框架上的冷水机组。对小型全空气调节系统,宜采用直接蒸发式压缩冷凝机组。2.对有合适热源特别是有余热或废热的场所或电力缺乏的场所,宜采用吸收式冷水机组。3.制冷机组一般以选用24台为宜,中小型规模宜选用2台,较大型可选用3台,特大型可选用4台。机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。同一站房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案,以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组。选择活塞式冷水机组时,宜优先选用多
13、机头自动联控的冷水机组。4.选择电力驱动的冷水机组时,当单机空调制冷量1163kW时,宜选用离心式;=5821163kW时,宜选用离心式或螺杆式;582kW时,宜选用活塞式。5.电力驱动的制冷机的制冷系数COP比吸收式制冷机的热力系数高,前者为后者的三倍以上。能耗由低到高的顺序为:离心式、螺杆式、活塞式、吸收式(国外机组螺杆式排在离心式之前)。但各类机组各有其特点,应用其所长。6.选择制冷机时应考虑其对环境的污染:一是噪声与振动,要满足周围环境的要求;二是制冷剂CFCS对大气臭氧层的危害程度和产生温室效应的大小,特别要注意CFCS的禁用时间表。在防止污染方面吸收式制冷机有着明显的优势。7.无专
14、用机房位置或空调改造加装工程可考虑选用模块式冷水机组。8.尽可能选用国产机组。我国制冷设备产业近十年得到了飞速发展,绝大多数的产品性能都已接近国际先进水平,特别是中小型冷水机组,完全可以和进口产品媲美,且价格上有着无可比拟的优势。因此在同等条件下,应优先选用国产冷水机第二节中央空调热源的技术参数、分类和选择中央空调系统在冬季状况运行,可利用已有的中央空调冷水系统,通过冷热源的切换,变夏季工况的冷水循环为冬季工况的热水循环,由空调末端装置向室内供热。这样处理,不但能改善室内供热的效果,而且使空调末端一机两用,简化了系统,节省了投资,提高了系统的利用率,还使得室内采暖具有传统方式所不具备的调节自控
15、能力。利用中央空调系统向空调房间供暖,不失为一种高效、清洁、安全、经济的现代化供暖方式。一般情况下,中央空调系统是以夏季为设计工况的,系统和末端设备的容量也以满足夏季室内空气要求而确定。当系统在冬季运行时,只是工质由冷水更换成热水,其他部分并没有变化,这样系统的供热能力就受到一定的限制,而供热能力的不足必然使得在应用地域上受到局限。很显然,在高纬度的北方寒冷地区,单靠中央空调系统供热是不够的。因此,中央空调系统冬季供热主要应用于我国华南地区北部及长江流域地区。本节主要介绍中央空调热源的技术参数、分类及选择。一、中央空调热源的技术参数和分类从目前实际使用情况看,中央空调热源主要是五大类,即中央热水机组、热交换式热水器、吸收式冷水机组采暖循环、热泵式冷水机组和电热热水锅炉。其中电热热水锅炉耗电量大,且用高品位电能量转换成低品位热能量,运行不经济,除了电力供应十分充足且便宜的地区采用外,大多数地区都弃而不用
