采用冰盤(pán)管的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 采用冰盤(pán)管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師(職稱(chēng)) 完成時(shí)間 采用冰盤(pán)管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng) 摘 要 冰蓄冷和地?zé)岜檬莾煞N截然不同的技術(shù)。為了克服蓄冷技術(shù)與地?zé)岜眉夹g(shù)單獨(dú)應(yīng)用時(shí)的局限性，真正使二者結(jié)合起來(lái)起到“削峰填谷”的功效，本文基于具體工程設(shè)計(jì)了水源熱泵與冰蓄冷聯(lián)合運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行策略，流程配置進(jìn)行了分析，確立了系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。充分分析了水源熱泵技術(shù)與冰蓄冷技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)例介紹了水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制冷壓縮機(jī)及設(shè)備、管道的計(jì)算與選配。同時(shí)介紹了冰蓄冷設(shè)計(jì)計(jì)算程序，關(guān)鍵參數(shù)的選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題，探討了冰蓄冷器設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系和選用范圍。設(shè)計(jì)了一個(gè)采用冰盤(pán)管蓄冷的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 地?zé)岜? 冰盤(pán)管蓄冷 I COLD STORAGE OF WATER SOURCE HEAT PUMP AIR-CONDITIONING SYSTEM USING ICE COIL ABSTRACT Ice storage and water source heat pump are two different technologies.In order to overcome the limitations of single application of cold storage technology and water source heat pump technology and to play the "cut the peak and valley" effect by combining the two , this paper presents the design calculation program of an air conditioning system based on the water source heat pump and ice cold joint operation. By analyzing the operation strategy and process configurations of the system, the optimal design scheme is determined. A full analysis of the advantages of the combination of the water source heat pump technology and ice storage technology.Using an actual engineering to introduce the calculation and selection of refrigeration compressors,equipment and pipeline of the water source heat pump air conditioning system . At the same time,the paper introduces the program design of ice storage cold, the selection of key parameters and the problem should be considered in the structural design and discusses the internal relation and the selection range of ice storage tank design of key parameters. KEYWORDS water source heat pump ice-on-coil thermal storage I 目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 1 前言 1 2 已知條件及可行性方案 1 2.1已知條件 1 2.2制冷劑選擇方案分析 1 2.3 制冷系統(tǒng)方案分析 3 2.3.1 水源熱泵 3 2.3.2 壓縮機(jī) 5 2.3.3 冷凝器 7 2.4 蓄冷方案分析 10 2.4.1 蓄冷系統(tǒng) 10 2.4.2 蓄冷材料 12 2.5 方案選擇 12 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3.1 熱力循環(huán)計(jì)算 12 3.2 壓縮機(jī)選擇 14 3.3 實(shí)際工況下的熱力循環(huán)計(jì)算 15 3.4 冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3.4.1 計(jì)算各種參數(shù) 16 3.4.2 冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.5 隔熱計(jì)算 23 3.5.1 隔熱層材料的選擇 23 3.5.2 隔熱層厚度的計(jì)算 24 3.6 冰盤(pán)管蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 3.6.1 冰蓄冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 3.6.2 冰蓄冷器傳熱計(jì)算 26 3.6.3 傳熱面積校核 27 4 零部件的選擇 27 4.1 節(jié)流裝置 27 4.1.1 常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)的種類(lèi)和用途 27 4.1.2 膨脹閥的選擇 32 4.2 干燥過(guò)濾器的選擇 33 4.3 散流器的選擇 34 4.4 風(fēng)機(jī)盤(pán)管的選擇 35 結(jié) 束 語(yǔ) 36 致 謝 37 參考文獻(xiàn) 38 附 錄 39 采用冰盤(pán)管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 1 前言 我國(guó)是一個(gè)能源供應(yīng)較為緊張的國(guó)家，政府雖投入了大量的財(cái)力建設(shè)電廠(chǎng)，但隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，大中城市制冷空調(diào)的用電量與日俱增，因此仍出現(xiàn)電力供應(yīng)高峰不足，低谷過(guò)剩的矛盾。 水源熱泵是利用地球水體所儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能資源作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)具有環(huán)保效益顯著特征。地表土壤和水體不僅是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%的太陽(yáng)輻射能量，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過(guò)土壤間接地接受太陽(yáng)輻射能量），而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對(duì)的均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中的近乎無(wú)限的太陽(yáng)能或地?zé)崮艹蔀榭赡?。水源熱泵機(jī)組以水一載體，在冬季采集來(lái)自湖水、河水、地下水及地?zé)嵛菜踔凉I(yè)廢水、污水的低品位熱能，取得能量供給室內(nèi)取暖；在夏季把室內(nèi)的熱量取出，釋放到水中，以達(dá)到夏季空調(diào)供冷的目的。 冰蓄冷是指用水或有機(jī)鹽溶液作為蓄冷介質(zhì)，在電力非峰值期用于制成冰或冰晶（即一種冰水混合物）借助其凝固相變過(guò)程的放熱作用將冷量蓄存起來(lái)，在電力峰值期內(nèi)，利用冰或冰晶融解相變過(guò)程的潛熱吸熱作用，再將冷量釋放出來(lái)，用以滿(mǎn)足用戶(hù)的冷量需求。 本次設(shè)計(jì)的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)方案論證，選擇了最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。采用雙冰盤(pán)管空調(diào)蓄冷的方法，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)計(jì)算，選用了合適的零部件，并且合理安排了整體布局，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水源熱泵和冰蓄冷應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。怎樣選擇最經(jīng)濟(jì)的制冷方式，怎樣使系統(tǒng)運(yùn)行更節(jié)能是一個(gè)值得認(rèn)真研究和實(shí)踐的課題。 2 已知條件及可行性方案 2.1已知條件 使用負(fù)荷：民用住宅， 峰值制冷功率6KW 氣候環(huán)境類(lèi)型：N(空氣干球溫度32℃、空氣露點(diǎn)溫度28.2℃) 使用環(huán)境相對(duì)濕度：≤85％ 電源： 380V 50Hz AC 2.2制冷劑選擇方案分析 在空調(diào)制冷機(jī)組中，不斷循環(huán)并交替進(jìn)行集態(tài)變化（液化和汽化），以實(shí)現(xiàn)制冷的物質(zhì)是制冷劑。在蒸汽壓縮式制冷裝置中，制冷劑在低溫低壓的蒸發(fā)器內(nèi)由液態(tài)變成氣態(tài)而吸收被冷卻物質(zhì)的熱量，而在高溫高壓的冷凝器內(nèi)有氣態(tài)變成液態(tài)而放出熱量。 制冷劑物理性能的要求：制冷劑應(yīng)有低的凝固點(diǎn)，能在低溫下工作；制冷劑應(yīng)有高的臨界溫度；制冷劑的比重和黏度要小，以減少在制冷系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力；制冷劑應(yīng)有一定的吸水性，以防止制冷系統(tǒng)的冰堵現(xiàn)象。 制冷劑化學(xué)性能的要求：制冷劑應(yīng)無(wú)毒、無(wú)刺激性，對(duì)人體健康誣害；制冷劑應(yīng)不燃燒、不易爆炸；制冷劑對(duì)金屬的腐蝕應(yīng)??；制冷劑在高溫下應(yīng)不分解，化學(xué)性能穩(wěn)定；制冷劑與潤(rùn)滑油互溶，不起化學(xué)反應(yīng)，不改變潤(rùn)滑油的特性。 制冷劑熱力學(xué)性能的要求：制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)溫度要低，這樣相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也低；制冷劑的冷凝壓力不宜過(guò)高，一般應(yīng)為1.2MPa-1.5MPa；絕熱指數(shù)要小，以便于使壓縮機(jī)耗功減少，并且在壓縮結(jié)束時(shí)氣體的溫度不會(huì)過(guò)高；液體比熱小，以便于節(jié)流過(guò)程的損失減少；制冷劑蒸汽的比容要小，蒸發(fā)潛熱和單位容積制冷量要大，以減少制冷劑的循環(huán)量；循環(huán)的熱力完善度要高。 制冷劑經(jīng)濟(jì)性能的要求：要求制冷劑價(jià)格便宜，易于獲得。 R12 R407C R717 制冷劑的名稱(chēng) 二氟二氯甲烷 HFC型致冷劑 氨 分子量 120.9 52.0 17 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)（℃） -29.8 -40.8 -33.4 凝固溫度（℃） -157.8 -160 -77.7 臨界溫度（℃） 111.7 96 132.4 臨界壓力（kPa） 4113 4974 11417 臨界比容(dm3/kg) 1.792 1.904 4.245 汽化潛熱(0℃)(kJ/kg) 151.5 205.4 1257.3 絕熱指數(shù)(20℃) 1.138 1.19 1.32 飽和液體(kJ/kg. ℃) 0.96 2.0 4.734 飽和氣體(kJ/kg℃) 0.69 2.6 2.963 飽和液體密度(300K)(kg/m3) 1304.2 1183.5 600.19 飽和氣體密度(300K)(kg/m3) 38.79 46.67 8.25 飽和液體 231 70 157.7 飽和氣體 12.46 21.3 11.07 導(dǎo)熱系數(shù)(290K) 飽和液體(mW/m.K) 72.4 58.4 500 飽和氣體(mW/m.K) 9.23 23.5 25.6 表1 常用制冷劑的主要性能 制冷劑R22是常用的制冷劑，在相同的蒸發(fā)溫度冷凝溫度下，R407C的壓力比R12要高65%左右，在常溫下的冷凝壓力和單位容積制冷量與胺差不多，而比R12大。 R407C無(wú)色、無(wú)味，不燃燒、不爆炸，毒性比R22略大，但仍是安全的制冷劑。傳熱性能與R12相近：溶水性比R12稍大，但仍屬于不溶水工質(zhì)，含水量仍然控制在0.0025%以?xún)?nèi)，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)也應(yīng)裝干燥器。 R407C能夠部分地與潤(rùn)滑油互溶解，且起溶解度與潤(rùn)滑油的種類(lèi)和溫度有關(guān)。 R407C對(duì)金屬與非金屬的作用與R12相似，其泄露特性也與R12相似。 R407C對(duì)有機(jī)物的膨潤(rùn)作用更強(qiáng)，密封材料可采用氯乙醇橡膠。 R407C對(duì)大氣臭氧層的破壞作用比R12弱一些。 所以選用R407C制冷劑。 2.3 制冷系統(tǒng)方案分析 2.3.1地?zé)岜? 地?zé)崾且环N可再生的自然能源。盡管目前它的應(yīng)用還不能像傳統(tǒng)能源(煤、石油、天然氣、水力能和核能)那樣廣泛，但由于地殼里蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)崮?，特別是在傳統(tǒng)能源越來(lái)越缺乏的今天，地?zé)崮芾迷谠S多國(guó)家已得到了相當(dāng)?shù)闹匾暋５卦礋岜弥醒肟照{(diào)系統(tǒng)是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400米深)作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱(chēng)之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47％的太陽(yáng)能，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地源也成為清潔的可再生能源一種形式。 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用水與地源(地下水、土壤或地表水)進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地源為“熱泵”；夏季把室內(nèi)熱量“取”出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地源為“冷源”。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)輸入少量的高品位能源(如電能)，實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。與鍋爐(電、燃料)供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90％以上的電能或70—90％的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量供用戶(hù)使用，因此地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為9—16℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5—6.3，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40％左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50—60％。 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40％以上，與常規(guī)電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施減排會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％的充灌量。該裝置的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。 中國(guó)的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展的階段，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，而生活環(huán)境最主要的就是居住環(huán)境，這種需求帶動(dòng)了中國(guó)的空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展，特別是在“非典”之后，人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）有了更深刻的認(rèn)識(shí)，室內(nèi)空氣的好壞直接影響到人們的健康，原來(lái)使用的空調(diào)技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的要求，對(duì)環(huán)境的需求意識(shí)已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的冷熱意識(shí)，而是趨向于健康化、衛(wèi)生化的需求。因此采用更先進(jìn)的空氣調(diào)節(jié)方法提高空氣品質(zhì)滿(mǎn)足人們的要求成了當(dāng)前制冷行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。 從2001年至今，電力緊缺的問(wèn)題一直困擾著我們，現(xiàn)在的情形更為嚴(yán)重，一方面是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)每年以?xún)晌粩?shù)的飛速發(fā)展，另一面是全球性的能源緊缺，再加上去年的全國(guó)性的冰災(zāi)，據(jù)有關(guān)部門(mén)預(yù)計(jì)，今年我國(guó)南方尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的廣東地區(qū)缺電達(dá)30%，不少工廠(chǎng)被迫“開(kāi)四停三”，嚴(yán)重影響到了經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。電廠(chǎng)的發(fā)展又不能盲目的增加發(fā)電量，或者增建新的電廠(chǎng)，必須依靠宏觀的發(fā)展才能不至于發(fā)生電力過(guò)剩的尷尬局面，而且電廠(chǎng)發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染也會(huì)隨著電廠(chǎng)的增加而增加，在這種情況下，空調(diào)作為用電大戶(hù)，充分利用現(xiàn)有的自然能，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當(dāng)前電力的負(fù)擔(dān)，又增加了空調(diào)的環(huán)保能力，因此，利用自然資源，保護(hù)環(huán)境也成了當(dāng)前各國(guó)空調(diào)制冷行業(yè)的研究方向。 當(dāng)前空調(diào)行業(yè)的已經(jīng)在這些方面有了一定的進(jìn)步，許多節(jié)能性空調(diào)如變頻空調(diào)正越多的得到使用，而在中央空調(diào)方面，溴化鋰雙吸收式制冷等保護(hù)環(huán)境的制冷劑設(shè)備也發(fā)展的越來(lái)越快。熱泵技術(shù)的使用既有效利用了自然能源，節(jié)省了能量，同時(shí)又保護(hù)了環(huán)境。 2.3.1. 閉式環(huán)路土壤熱泵系統(tǒng) 閉式環(huán)路土壤熱泵系統(tǒng)也使用一個(gè)閉式的水環(huán)路，將此水環(huán)路埋入地下，以土壤作為吸熱源和排熱源。通常用水平或垂直的塑料管群埋入地下作為換熱器。由于土壤具有很大的熱容量，因而使閉式環(huán)路中的水溫非常穩(wěn)定。 經(jīng)過(guò)比較得出結(jié)論：本次設(shè)計(jì)的是對(duì)民用兩間住宅供冷，獲得地下水比較以得，并可將回水回灌到水井中，因此采用地下水源熱泵系統(tǒng)。 2.3.2壓縮機(jī) 2.3.2.1往復(fù)式制冷壓縮機(jī) 往復(fù)式制冷壓縮機(jī)迄今還是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型，廣泛應(yīng)用于中、小型制冷裝置中，但由于往復(fù)式機(jī)器跟其他形式的機(jī)器相比，在可靠性、容積效率、壓力穩(wěn)定等性能方面都有所不及。所以，可以預(yù)料，除了在小冷量應(yīng)用場(chǎng)合，往復(fù)式壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額已被其他形式的壓縮機(jī)占去了一部分。并且失去率還有擴(kuò)大的趨勢(shì)由于采取了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的手段使壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、氣閥的改進(jìn)等方面更加合理，對(duì)其整體的性能的預(yù)料更加精確。目前：其性能系數(shù)約為2—2.5W/W（制冷）和2.9—3.4W/W（空調(diào)）。 2.3.2.2 轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī) 這類(lèi)壓縮機(jī)如今廣泛應(yīng)用于家用電冰箱和空調(diào)器中，它從結(jié)構(gòu)上看主要是因?yàn)椴恍栌梦鼩忾y而顯得可靠性更高。同樣的原因亦使它用于變速運(yùn)行，在家用空調(diào)中其變速比可達(dá)10/1（從10～15Hz到100～150Hz），機(jī)器的零部件少，尺寸緊湊重量輕也是它的明顯優(yōu)點(diǎn)單缸的轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在很低的轉(zhuǎn)速不均勻度會(huì)增大，因而開(kāi)發(fā)了雙缸機(jī)來(lái)克服這個(gè)缺點(diǎn)。轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的研究集中在降低能耗，采用替代工質(zhì)（如HFC—134a）采用新的潤(rùn)滑油，電動(dòng)機(jī)變速控制和降低噪音等方面，其性能系數(shù)可達(dá)2.9W/W（制冷）和3.4W/W（制熱）在全封閉式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)中，制冷劑蒸氣先通過(guò)氣液分離器直接吸入至氣缸內(nèi)，經(jīng)壓縮過(guò)程再通過(guò)排氣閥、消聲罩進(jìn)入殼體巾，再流經(jīng)電動(dòng)機(jī)周?chē)ǖ?，至壓縮機(jī)機(jī)殼頂部排氣管排出。滾動(dòng)轉(zhuǎn)予壓縮機(jī)與全封閉式往復(fù)壓縮機(jī)一樣，將潤(rùn)滑油存在機(jī)殼底部，依靠直立的偏心軸將潤(rùn)滑油沿曲軸內(nèi)通道提升到各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)，再回流至機(jī)殼底部。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)定子與壓縮機(jī)鋼殼體緊密配合，殼體成為電動(dòng)機(jī)的散熱面。 氣液分離器的作用主要是為避免在熱泵運(yùn)行工況中可能出現(xiàn)的液擊現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮機(jī)受損。它是個(gè)圓柱形鋼殼，吸氣管位于中央．在吸氣管上部加設(shè)濾網(wǎng)，吸入氣體中的液滴流經(jīng)濾網(wǎng)后，沿鋼殼內(nèi)壁流至殼體底部，在吸氣管下部開(kāi)一小孔，以便使少量的潤(rùn)滑油與制冷劑進(jìn)入氣缸，既能逐步帶走積存在氣液分離器中的潤(rùn)滑油或制冷劑液體，又不會(huì)造成液擊。同時(shí)也避免了潤(rùn)滑條件的惡化。 由于滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)定子與外殼以“緊配合”的形式相連、呈剛性結(jié)合，壓縮機(jī)的振動(dòng)會(huì)直接傳至殼體，引起壓縮機(jī)的振動(dòng)。為此，滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的上、下端部加設(shè)平衡塊。有些壓縮機(jī)，如變頻壓縮機(jī)，還加設(shè)下部副軸承處的平衡塊，以有效克服由于偏心滾動(dòng)轉(zhuǎn)子帶來(lái)的徑向的不平衡力和力矩．特別有助于減低變頻壓縮機(jī)在高中速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶來(lái)的振動(dòng)和噪聲。 目前,廣泛使用的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)主要是小型全封閉式，通常有臥式和立式兩種，前者多見(jiàn)于冰箱，后者在空調(diào)器中常見(jiàn)。 2.3.2.3 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋式制冷壓縮機(jī)是20世紀(jì)80年代才發(fā)展起來(lái)的一種新型容積式壓縮機(jī)，它以其效率高、體積小、質(zhì)量輕、噪音低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于空調(diào)和制冷機(jī)組中。機(jī)器中沒(méi)有吸氣閥，也可不帶排氣閥，從而提高了其可靠性。跟往復(fù)式機(jī)器相比，沒(méi)有余隙容積損失，盡管渦旋式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)很多，但是需要高精度的加工設(shè)備和精確的裝配技術(shù)，導(dǎo)致其價(jià)格偏高，限制了它的普遍應(yīng)用。目前：還僅限于功率在1～15kW的空調(diào)器中應(yīng)用。 2.3.2.4. 螺桿式壓縮機(jī) 隨著近年來(lái)螺桿式壓縮機(jī)工作可靠性的不斷改進(jìn)，使之在中等制冷量范圍內(nèi)的制冷空調(diào)應(yīng)用中，盡管其價(jià)格偏高，還是得到教普遍的應(yīng)用。并可望取得更廣泛的推廣，它已經(jīng)開(kāi)始取代一些較大的往復(fù)式壓縮機(jī)（小至50kW，甚至更?。瑫r(shí)也取代了一些中等冷量的離心式壓縮機(jī)(大至1500kW)它之所以能擠入原來(lái)一直由離心式壓縮機(jī)主宰的領(lǐng)域（350～1500kW）是由于其部分負(fù)荷的良好性能，其效率一般可高出8%～10%，并且沒(méi)有離心式壓縮機(jī)所特有的“喘振”問(wèn)題，跟往復(fù)式相比，其裝配零件少，還有尺寸小，重量輕和易于維修保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 2.3.2.5 離心式壓縮機(jī) 離心式壓縮機(jī)在大冷量范圍內(nèi)（大于1500kW）仍保持優(yōu)勢(shì)，這主要是受益于在這個(gè)冷量范圍內(nèi)，它具有無(wú)可比擬的系統(tǒng)總效率。離心式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)零件少而簡(jiǎn)單，且其制造精度要比螺桿式壓縮機(jī)低的多，這些都帶來(lái)制造費(fèi)用相對(duì)低且可靠的特點(diǎn)。此外，大型離心式壓縮機(jī) 如應(yīng)用在工作壓力變化范圍狹小的場(chǎng)合中，可以避開(kāi)由喘振所帶來(lái)的問(wèn)題，在不久的將來(lái)，總體和部分負(fù)荷（Integrated part lode value）將愈來(lái)愈被重視，從而要求離心式壓縮機(jī)要在較寬廣的應(yīng)用工況中工作效率高。但是，相對(duì)來(lái)講，離心式壓縮機(jī)的發(fā)展近來(lái)有所緩慢，因?yàn)槭艿铰輻U式壓縮機(jī)和吸收式制冷機(jī)的挑戰(zhàn)，離心式壓縮機(jī)自1993年就開(kāi)始根據(jù)CFCS替代的需要進(jìn)行著重新的設(shè)計(jì)，以使其熱力和氣動(dòng)力性能得到更好的改善。因而已有很多離心式壓縮機(jī)的工質(zhì)替代轉(zhuǎn)向從HCFC—22置換為HFC—134方面，其制冷量范圍為90～1250kW。 從以上分析可知：（1）就性能來(lái)講，渦旋式最好，滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式次之，往復(fù)式最差。（2）就成本價(jià)格而言，相同制冷能力的壓縮機(jī)，渦旋式＞滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式＞往復(fù)式。 2.3.3冷凝器 根據(jù)冷卻介質(zhì)種類(lèi)的不同，冷凝器可分為以下種類(lèi)： 2.3.3.1 水冷式冷凝器 水冷卻式冷凝器：在這類(lèi)冷凝器中，制冷劑放出的熱量被冷卻水帶走。冷卻水可以是一次性使用，也可以循環(huán)使用。水冷卻式冷凝器按其不同的結(jié)構(gòu)型式又可分為立式殼管式、臥式殼管式和套管式等多種。 (1) 立式殼管冷凝器 立式殼管冷凝器由一直立的圓筒形外殼，內(nèi)設(shè)有上下管板封閉，而上下管板之間連接著數(shù)根無(wú)縫鋼管。冷卻制冷劑的水從頂部進(jìn)入配水箱中，配水箱內(nèi)裝有能均勻分配進(jìn)入到每根冷卻管水量的導(dǎo)流管嘴，使水能沿著切線(xiàn)方向進(jìn)入管內(nèi)，并以螺旋線(xiàn)狀沿冷卻水管的內(nèi)壁向下流動(dòng)，形成一層水膜，冷卻制冷劑從底部后流人主水池內(nèi)，可通過(guò)涼水設(shè)備循環(huán)使用。而氣體制冷劑約從圓筒中部進(jìn)入筒體，在筒體與冷卻水管之間的縫隙流動(dòng)，與冷卻水進(jìn)行熱交換，被冷凝成高壓液態(tài)制冷劑積存在冷凝器底部流出。 (2)臥式殼管冷凝器 臥式殼管式冷凝器由臥式筒體、前蓋、后蓋三部分組成。臥式殼管式氨冷凝器筒體兩端焊有管板，在管板上，也用擴(kuò)脹法或焊接法將無(wú)縫鋼管進(jìn)行固定。臥式殼管式氨冷凝器前、后蓋均為帶有隔板（分水筋）的鑄鐵件。蓋板與筒體之間均夾有橡膠墊片，用螺栓連接固定。前蓋除有冷卻水進(jìn)、出管外，有的在下部還設(shè)有放水旋塞；后蓋上、下部分別設(shè)有放氣旋塞和放水旋塞。當(dāng)冷凝器開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，可打開(kāi)放氣旋塞以排除冷卻水管中的空氣，使管內(nèi)充滿(mǎn)冷卻水。當(dāng)冷凝器停止運(yùn)行或檢修時(shí)，可打開(kāi)放水旋塞，以便將冷卻水全部排出。? 當(dāng)冷凝器運(yùn)行時(shí)，氨蒸氣由筒體頂部進(jìn)入冷凝器管間的空隙中，冷凝后的氨液從筒體下部排出。冷卻水由前蓋板下部的進(jìn)水管流入冷凝器，并按分水盤(pán)形成的流動(dòng)路線(xiàn)自下而上在管內(nèi)順序流動(dòng)，最后由前蓋板上部的出水管流出空氣冷卻式冷凝器臥式殼管式氨冷凝器由臥式筒體、前蓋、后蓋三部分組成。臥式殼管式氨冷凝器筒體兩端焊有管板，在管板上，也用擴(kuò)脹法或焊接法將無(wú)縫鋼管進(jìn)行固定。臥式殼管式氨冷凝器前、后蓋均為帶有隔板（分水筋）的鑄鐵件。蓋板與筒體之間均夾有橡膠墊片，用螺栓連接固定。前蓋除有冷卻水進(jìn)、出管外，有的在下部還設(shè)有放水旋塞；后蓋上、下部分別設(shè)有放氣旋塞和放水旋塞。當(dāng)冷凝器開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，可打開(kāi)放氣旋塞以排除冷卻水管中的空氣，使管內(nèi)充滿(mǎn)冷卻水。當(dāng)冷凝器停止運(yùn)行或檢修時(shí)，可打開(kāi)放水旋塞，以便將冷卻水全部排出。? 當(dāng)冷凝器運(yùn)行時(shí)，氨蒸氣由筒體頂部進(jìn)入冷凝器管間的空隙中，冷凝后的氨液從筒體下部排出。冷卻水由前蓋板下部的進(jìn)水管流入冷凝器，并按分水盤(pán)形成的流動(dòng)路線(xiàn)自下而上在管內(nèi)順序流動(dòng)，最后由前蓋板上部的出水管流出。 (3)殼管水冷冷凝器 采用高效外肋片紫銅管，換熱效率高，傳熱性能穩(wěn)定，冷凝器內(nèi)冷媒在傳熱管外流動(dòng)，冷卻水于傳熱管內(nèi)流動(dòng)。同時(shí)傳熱管為直通管型式，卸下冷凝器兩側(cè)蓋既可對(duì)冷凝器進(jìn)行清洗，而且傳熱管內(nèi)壁為光滑面，內(nèi)壁塵垢便于清理，維護(hù)方便。 制冷劑的蒸氣從冷凝器上方進(jìn)入內(nèi)外管之間的空腔，在內(nèi)管外表面上冷凝，液體在外管底部依次下流，從冷凝器下端流入貯液器中。冷卻水從冷凝器的下方進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)各排內(nèi)管從上部流出，與制冷劑呈逆流方式。這種冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，且因系單管冷凝，介質(zhì)流動(dòng)方向相反，故傳熱效果好。套管式冷凝器缺點(diǎn)是金屬消耗量大，而且當(dāng)縱向管數(shù)較多時(shí)，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外緊湊性差，清洗困難，并需大量連接彎頭。因此，這種冷凝器在氨制冷裝置中已很少應(yīng)用。對(duì)于小型氟利昂空調(diào)機(jī)組仍廣泛使用套管式冷凝器。 (4)套管式冷凝器 高效套管式冷凝器的內(nèi)、外管材均選用優(yōu)質(zhì)紫銅管，極大滿(mǎn)足了提高導(dǎo)熱率的需要，并對(duì)套管式冷凝器設(shè)備機(jī)體內(nèi)、外要求(如防蝕、抗震防裂等)的工作運(yùn)行條件提供了可靠的保障。 套管式冷凝器合理地選擇冷凝器內(nèi)、外管材的壁厚，使長(zhǎng)期處于高溫高壓密封狀態(tài)的運(yùn)行環(huán)境下，套管式冷凝器承受頻繁開(kāi)停和疲勞振動(dòng)等擾襲而所需的管材強(qiáng)度得到保證。 套管式冷凝器卓越的性能： （1）套管式冷凝器在相近配備機(jī)組負(fù)荷條件下，其具換熱效率高，水耗量低，結(jié)構(gòu)緊湊，體積輕巧。 （2）套管式冷凝器適用范圍廣，可制作成單回路或多回路系統(tǒng)的靈活組合，安裝簡(jiǎn)便。 （3）套管式冷凝器滿(mǎn)足不同的使用環(huán)境，具較佳的抗疲勞能力，耐腐蝕，經(jīng)久耐用。 2.3.3.2 空冷式冷凝器 這種冷凝器以空氣為介質(zhì)，制冷劑在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流動(dòng)，吸收管內(nèi)制冷劑蒸氣放出的熱量。由于空氣的換熱系數(shù)較小，管外（空氣側(cè)）常常要設(shè)置肋片，以強(qiáng)化管外換熱。這種冷凝器按空氣流動(dòng)的方式不同，此類(lèi)冷凝器分為空氣自由運(yùn)動(dòng)和空氣強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)兩種型式。 空氣式冷凝器的原理及工作過(guò)程：空氣式冷凝器是靠空氣將氣態(tài)制冷刑劑熱量帶走使其冷凝成為液態(tài)。具體過(guò)程是空氣氣流利用軸流風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)使空氣以2至3m/s的流速與冷凝器的管束迎面掠過(guò)，冷凝器是由多根管束組成，管束上附有金屬呈螺旋狀纏繞的散熱肋片，管束由銅管、鋼脅片或銅管、銅制肋片組成。 (1) 水-空氣冷卻式冷凝器 水—空氣冷卻式冷凝器，在這類(lèi)冷凝器中，制冷劑同時(shí)受到水和空氣的冷卻，但主要是依靠冷卻水在傳熱管表面上的蒸發(fā)，從制冷劑一側(cè)吸取大量的熱量作為水的汽化潛熱，空氣的作用主要是為加快水的蒸發(fā)而帶走水蒸氣。所以這類(lèi)冷凝器的耗水量很少，對(duì)于空氣干燥、水質(zhì)、水溫低而水量不充裕的地區(qū)乃是冷凝器的優(yōu)選型式。這類(lèi)冷凝器按其結(jié)構(gòu)型式的不同又可分為蒸發(fā)式和淋激式兩種。? (2) 蒸發(fā)-冷凝式冷凝器 蒸發(fā)—冷凝式，在這類(lèi)冷凝器中系依靠另一個(gè)制冷系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)所產(chǎn)生的冷效應(yīng)去冷卻傳熱間壁另一側(cè)的制冷劑蒸汽，促使后者凝結(jié)液化。 (3) 絲管式冷凝器 絲管式冷凝器的邦迪管彎成多個(gè)S形,并與多根鋼絲點(diǎn)焊在一起。這種冷凝器體積小, 重量輕, 散熱效果好, 便于機(jī)械化生產(chǎn), 換熱系數(shù)高于平板式冷凝器約50%, 也比百葉窗式冷凝器高10%至15%, 其換熱系數(shù)k=12至15kcal/m2·h·℃, 因而成為20世紀(jì)80年代中期以后生產(chǎn)的電冰箱普遍采用的形式。絲管式冷凝器需專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)設(shè)備和邦迪管。邦迪管分單層卷制管和雙層卷制管兩種。單層卷制管只在內(nèi)表面鍍銅, 鋼絲直徑為1.6～2.0 mm,鋼絲間距約為5～8 mm。水平鋼絲冷凝器的效率高于垂直鋼絲冷凝器的效率。 (4) 百葉窗式冷凝器 百葉窗式冷凝器也可算是翅片管式冷凝器的一種，一般是由φ5～6mm鍍銅管式或銅管, 其上抱有φ0.5～0.6mm厚沖孔鋼板組成，工藝簡(jiǎn)單，幾乎與絲管式冷凝器同時(shí)開(kāi)始應(yīng)用，鑒于其結(jié)構(gòu)和散熱效果皆弱于前者，因而自上世紀(jì)八十年代末期已經(jīng)開(kāi)始減少。 2.4蓄冷方案分析 2.4.1蓄冷系統(tǒng) 2.4.1.1 水蓄冷 水蓄冷就是利用水的顯熱進(jìn)行冷量的儲(chǔ)存。具體來(lái)講，就是利用4-7℃的低溫水進(jìn)行蓄冷。這種蓄冷方式的優(yōu)點(diǎn)是：投資省、技術(shù)要求低、維護(hù)費(fèi)用低，可以使用常規(guī)的空調(diào)制冷機(jī)組，而且冬季可以用來(lái)制熱，適宜于即可蓄冷又可蓄熱的空調(diào)熱泵機(jī)組。但由于水的蓄冷密度低，只能利用8℃的溫差，故系統(tǒng)有占地面積大、冷損耗大、防水保溫麻煩等缺點(diǎn)，這在人口密度大、土地利用率高的城市是一個(gè)問(wèn)題，是水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的使用受制約的主要原因。 2.4.1.2 盤(pán)管外蓄冰 盤(pán)管外蓄冰系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)中常用的一種蓄冰方式，即冰直接凍結(jié)在蒸發(fā)盤(pán)管上，盤(pán)管深入蓄冰槽內(nèi)構(gòu)成結(jié)冰時(shí)的主干管，而融冰方式有盤(pán)管外融冰和盤(pán)管內(nèi)融冰兩種。蓄冷裝置充冷時(shí)，制冷劑或乙二醇水溶液在盤(pán)管內(nèi)循環(huán)，吸收儲(chǔ)槽中水的熱量，直至盤(pán)管外形成冰層。盤(pán)管外蓄冷過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)管外冰層很薄，其傳熱過(guò)程很快，隨著冰層厚度的增加，冰底導(dǎo)熱熱阻增大，結(jié)冰速度將逐漸降低，到蓄冰后期基本上處于飽和狀態(tài)，這時(shí)控制系統(tǒng)將自動(dòng)停止蓄冰過(guò)程，以保證制冷機(jī)組安全運(yùn)行。 冰蓄冷是利用水的相變潛熱進(jìn)行冷量的存儲(chǔ)。由于0℃的冰的蓄冷密度達(dá)334kJ/kg，故存儲(chǔ)同樣多的冷量，冰蓄冷所需的體積比水蓄冷要小得多。用冰蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)，水溫穩(wěn)定，不宜波動(dòng)，這是因?yàn)樾罾洳墼谌诒爬鋾r(shí)為一恒溫過(guò)程。 冰蓄冷的跑冷損失小。由于蓄冷槽的溫度低于周?chē)h(huán)境的溫度，因此蓄冷槽的蓄冷量會(huì)散失到周?chē)h(huán)境中去，即產(chǎn)生冷損失。其值與蓄冷槽的表面積、蓄冷槽的表面和周?chē)諝獾臏夭?，蓄冷槽的隔熱材料的種類(lèi)、厚度、結(jié)構(gòu)以及蓄冷時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān) 內(nèi)融冰方式：來(lái)自用戶(hù)或二次換熱設(shè)備的溫度較高的載冷劑仍在盤(pán)管內(nèi)循環(huán)，通過(guò)盤(pán)管表面把熱量傳給冰層，使盤(pán)管外表面的冰層自?xún)?nèi)向外融化進(jìn)行取冷。冰層自?xún)?nèi)向外融化時(shí)，由于在盤(pán)管表面與冰層之間形成薄的水層，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為冰的25%左右，故融冰換熱熱阻較大，影響取冷速率。 外融冰方式：溫度較高的空調(diào)回水直接送入盤(pán)管表面結(jié)有冰層的蓄冰水槽，使盤(pán)管表面的冰層自外向內(nèi)逐漸融化。由于空調(diào)回水直接與冰接觸，換熱效果好，取冷快，來(lái)自蓄冰槽的供水溫度可低于1左右。此外，空調(diào)用冷水直接來(lái)自蓄冰槽，故可不需要二次換熱設(shè)備裝置。但是為了使外融冰系統(tǒng)達(dá)到快速融冰換熱目的，蓄冰槽內(nèi)水的空間應(yīng)占一半，亦即蓄冰槽的蓄冰率不大于50%，故蓄冰槽的容積大。 沉浸在儲(chǔ)冰槽內(nèi)的盤(pán)管結(jié)構(gòu)形狀常用的有三種，即蛇形盤(pán)管、圓桶形盤(pán)管、U形立式盤(pán)管。冰蓄冷是利用水的相變潛熱進(jìn)行冷量的存儲(chǔ)。由于0℃的冰的蓄冷密度達(dá)334kJ/kg，故存儲(chǔ)同樣多的冷量，冰蓄冷所需的體積比水蓄冷要小得多。用冰蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)，水溫穩(wěn)定，不宜波動(dòng)，這是因?yàn)樾罾洳墼谌诒爬鋾r(shí)為一恒溫過(guò)程。 依據(jù)外融冰的這些優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用外融冰方式，盤(pán)管結(jié)構(gòu)形狀選用圓桶形盤(pán)管。 2.4.1.3 共晶鹽蓄冷 共晶鹽蓄冷（也稱(chēng)為優(yōu)態(tài)鹽蓄冷）是利用固液相變特性蓄冷的一種蓄冷形式。蓄冷介質(zhì)主要由無(wú)機(jī)鹽、水、成核劑和穩(wěn)定劑組成的混合物，目前應(yīng)用較廣泛的是相變溫度為8-9℃的共晶鹽蓄冷材料，其相變潛熱為95kJ/kg。 一般來(lái)講，共晶鹽蓄冷槽的比冰蓄冷槽大，比水蓄冷槽小。其主要優(yōu)點(diǎn)是的相變溫度高，可以克服冰蓄冷要求很低的蒸發(fā)溫度低的弱點(diǎn)，并可以使用普通的空調(diào)冷水機(jī)組，雖然其相變溫度高，但由于蓄冷密度低、設(shè)備占地面積大，對(duì)設(shè)備要求較高，所以推廣應(yīng)用受到一定的限制。 2.4.1.4 氣體水合物蓄冷 氣體水合物蓄冷在20世紀(jì)80年代由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研究，以R11、R12等為工質(zhì)。在一定溫度下，水能在某些氣體分子周?chē)車(chē)纬蓤?jiān)實(shí)的網(wǎng)格狀結(jié)晶體。 氣體水合物蓄冷是一種新興的蓄冷空調(diào)技術(shù)，他不僅蓄冷溫度與空調(diào)工況相吻合，蓄冷密度高，而且蓄冷-釋冷的傳熱效率高，特別是直接接觸釋冷系統(tǒng)。但該方法還有一系列問(wèn)題有待解決，如制冷劑蒸汽夾帶水分的清除，防止水合物膨脹堵塞等，離工程使用還有段距離。 冰蓄冷具有以下的優(yōu)點(diǎn)：蓄冷密度大，蓄冷溫度幾乎恒定，體積只有水蓄冷的幾十分之一，便于儲(chǔ)存，對(duì)蓄冷槽的要求也很低，占地空間小，容易作成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。同時(shí)冰蓄冷槽可就地制造，為廣泛應(yīng)用提供了有利的條件，所以采用冰蓄冷。 2.4.2蓄冷材料 決定相變蓄冷材料的要求很多，主要有如下幾個(gè)方面。 熱力學(xué)方面的要求：蓄冷材料的相變溫度必須在空調(diào)工作溫度范圍內(nèi)，否則，冷量即無(wú)法儲(chǔ)存，也無(wú)法取用；較高的相變潛熱；密度較大，以便使用較小的容積蓄冷材料；比熱較大，能較多的存儲(chǔ)額外的顯熱；導(dǎo)熱系數(shù)較大，以使蓄冷和放冷時(shí)的溫度梯度較小，減少傳熱不可逆損失；融化一致，相變蓄冷材料應(yīng)融化安全，以使固相和液相組分相同，否則會(huì)改變材料的化學(xué)組成；相變過(guò)程中體積變化小，可簡(jiǎn)化蓄冷單體和換熱器的幾何構(gòu)成。 相變動(dòng)力學(xué)方面的要求：凝固過(guò)程中過(guò)冷度很小或脊背沒(méi)有，融化后結(jié)晶應(yīng)在它的凝固點(diǎn)溫度，這決定于它的高成核速率和晶體成速率；要有很好的相平衡性質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生相分離；有較高的固化結(jié)晶速率。 化學(xué)性能方面的要求：化學(xué)穩(wěn)定性要好；對(duì)容器材料無(wú)腐蝕性；不燃燒，不爆炸，無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 冰是一種理想的蓄冷介質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是相變潛熱大，性能穩(wěn)定，缺點(diǎn)是相變凝固溫度較低一些。選用冰作為蓄冷材料。 2.5 方案選擇 綜上所述：制冷劑選用制冷劑R407C；冷凝機(jī)組的部件選用中，壓縮機(jī)選用渦旋式壓縮機(jī)；冷凝器冷卻方式為地下水水冷，采用臥式殼管式冷凝器；蒸發(fā)器采用雙冰盤(pán)管式蒸發(fā)器；采用外融冰向室內(nèi)供冷，采用雙膨脹閥雙冰盤(pán)管的方式；節(jié)流機(jī)構(gòu)選用熱力膨脹閥和電磁閥；同時(shí)選用油分離器和過(guò)濾器。蓄冰裝置選用矩形蓄冰槽；用風(fēng)機(jī)盤(pán)管向室內(nèi)供冷。制冷系統(tǒng)采用夜間蓄冷，白天供冷。 3設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1熱力循環(huán)計(jì)算 由設(shè)計(jì)資料知:工質(zhì)R407C制冷量為Q=6KW,冷凝溫度為tk=29.8℃,蒸發(fā)溫度為t0=-10℃.該循環(huán)在壓焓圖上的表示如圖1所示 圖1 表2 查的熱力性質(zhì)圖示表得循環(huán)各特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如下 點(diǎn)數(shù) P(MPa) t(℃) v(L/kg) h(KJ/Kg) S 1 0.32 -10.00 72.43 404.54 1.7896 2 1.169 45 -- 428.64 1.7922 2’ 1.169 47.71 74.37 431.08 1.8060 3 1.169 24.34 0.88 235.82 1.8060 4 0.32 -15.15 15.55 223.86 1.0948 （1）單位質(zhì)量制冷量 q0=h1-h4=404.54-223.86=180.68kJ/kg （2）單位容積制冷量 =qo/v1=180.68/0.07243=2429.5kJ/m3 （3） 制冷劑質(zhì)量流量 M=Q/q0=6/180.68=0.033kg/s （4）制冷劑體積流量 V=Mr=0.033×0.07243=0.0024m3/s （5）冷凝負(fù)荷 Qk=Mqk=M（h2’-h3’）=0.049×（431.08-235.82）=6.4kw （6） 壓縮機(jī)理論耗功率 =0.033×（428.64-404.54）=0.80kw （7） 理論制冷系數(shù) 6/0.8=7.5 （8） 制冷效率 =7.5×=0.82 3.2壓縮機(jī)選擇 工況 蒸發(fā)溫度=-10℃ 冷凝溫度=30℃過(guò)熱度11.1K 過(guò)冷度8.3K時(shí) 圖2 表3 查的熱力性質(zhì)圖示表得循環(huán)各特征點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如下 點(diǎn)數(shù) P(NPa) t(℃) v(L/kg) h(KJ/Kg) S 1 0.32 -10.00 72.43 404.54 1.7896 1’ 0.32 1.10 75.96 406.22 1.8201 2 1.186 61.00 25.72 417.22 1.8201 2’ 1.186 30.00 20.66 406.78 1.7245 3’ 1.186 30.00 0.93 236.12 1.1362 3 1.186 21.70 0.91 226.66 1.1217 4 0.32 -10.00 12.44 226.66 1.1142 4’ 0.32 -10.00 14.66 196.22 0.98 單位質(zhì)量制冷能力 404.54-226.66=177.88kj/kg 單位容積制冷能力 177.88/0.7596=2341.76kj/kg 則標(biāo)準(zhǔn)制冷量 查的=0.78 =0.785 =6=5.75kw 由壓縮比=3.710 故本設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)采用單級(jí)壓縮機(jī)。 選用渦旋式壓縮機(jī)：比澤爾ZDC-2.2Y-40S 型號(hào) 400V時(shí)電流A 排氣量m3/h 制冷量w 輸入功率w 凈量kg COP w/w ZDC-2.2Y-40S 5.75 18.72 6690 2130 72 3.15 表4 壓縮機(jī)工作性能說(shuō)明 3.3 實(shí)際工況下的熱力循環(huán)計(jì)算 （1）單位質(zhì)量制冷量 q0=h-h=404.54-223.86=180.68kJ/kg （2）單位容積制冷量 =qo/v1=180.68/0.07243=2494.55kJ/m3 （3）制冷劑質(zhì)量流量 M=Q/q0=6.69/180.68=0.04kg/s （4）制冷劑體積流量 V=M=0.04×0.07243=0.0029m3/s （5）冷凝負(fù)荷 Qk=Mqk=M（）=0.04×（431.08-235.82）=7.81kw （6）壓縮機(jī)理論耗功率 =0.04×（431.08-404.54）=1.06kw （7）理論制冷系數(shù) 6.69/1.06=6.31 （8）制冷效率 =6.31×=0.954 3.4冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1計(jì)算各種參數(shù) 3.4.1.1冷凝器熱負(fù)荷Qk=7.81kw 3.4.1.2平均溫差Δtm 冷卻水進(jìn)出口溫度選用其中進(jìn)口溫度=35℃，出口溫度=43℃（取溫升為8求得） 3.4.1.3估算傳熱面積 介質(zhì) 制冷劑 冷凝器型式 傳熱系數(shù)W/(m2k) 單位面積熱量q/wm-2 相應(yīng)條件 水冷 R407C 殼管式 1000—1300 9600—12000 W=1.5-2.5m/s △t=7-9℃ 表5常用冷凝器的傳熱系數(shù)k及單位面積熱量q 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先估算管殼式換熱器的總傳熱系數(shù)為1500W/(m2k) 則可選用銅管，規(guī)格為 Φ10×1mm，內(nèi)徑=8mm，長(zhǎng)度L=2m 所以單管的傳熱面積為： 總管數(shù) 根 圓整后可取14根管子，初選換熱管為兩管程，同時(shí)設(shè)4根拉桿，所以管板上布置18個(gè)孔，其中4個(gè)拉桿孔，14個(gè)為換熱管孔。每管程管數(shù)n=14/2=9根。 3.4.1.4冷卻水流量 水的定性溫度tm==39℃，查水的物性參數(shù)有cp=4.18291kJ/(kg·K) ，ρ=998.175kg/m3 則冷卻水的容積流量 qv=/ρ=7.81/（998.1754.182918） =2.3×10-4m3/s 因?yàn)槔淠髦邪l(fā)生有相變的傳熱，為避免管內(nèi)氣液兩相流，所以設(shè)計(jì)蒸汽管外冷凝，即被加熱水走管內(nèi)，蒸汽走殼程。 則管內(nèi)水流速度 3.4.1.5校核總傳熱系數(shù) （1）管內(nèi)水側(cè)的傳熱系數(shù) 由定性溫度=20.1℃的水的物性參數(shù)為 則 Re>10000所以水流為湍流 則管內(nèi)冷卻水與壁面的傳熱系數(shù) （2）管外熱系數(shù)的計(jì)算 管外傳熱系數(shù) 其中取 B=1559.03 則 傳熱熱流密度 取水側(cè)污垢?jìng)鳠嵯禂?shù)r=0.000086m.k/w 則熱流密度銅管導(dǎo)熱系數(shù) 則 由試湊計(jì)算的℃熱流密度q==14850w/ 管外傳熱系數(shù) （3）傳熱面積校核 實(shí)際所需傳熱面積 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際不至冷凝傳熱面積為1.14，較傳熱計(jì)算所需傳熱面積大9.6%，可作為冷凝傳熱面積的富裕量，初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所布置的冷凝傳熱面積能滿(mǎn)足負(fù)荷傳熱要求。 3.4.2冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4.2.1 冷凝器管程 由上面設(shè)計(jì)可知該冷凝器管程為2管程，因此管程結(jié)構(gòu)順序如下圖 流動(dòng)順序： 管箱隔板： 圖3兩流程端蓋內(nèi)側(cè)圖 3.4.2.2 冷凝器管板的結(jié)構(gòu)形式 橫過(guò)管束中心的管數(shù) 根 圓整后取5根。 查換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)得： 換熱管外徑：d 10mm 換熱管中心距：t 20mm 分程隔板槽兩側(cè)換熱管的中心距：Sn 34mm 隔板槽寬：12mm 槽深不小于4mm 筒體內(nèi)徑D: 殼體內(nèi)留有一定的空間取上限即 圓整后D取150mm 查換熱器管板結(jié)構(gòu)圖： 管板參數(shù)： 公稱(chēng)直徑 150 bf 16 D 270 b 30 D1 240 螺栓規(guī)格 M20 D2 220 螺栓數(shù)量 8 D3 130 D4 180 D5 130 d2 23 3.4.2.3 冷凝器殼體 根據(jù)冷凝器中最大的壓力p=1.186MPa,所以材料選擇16MnR,布管的時(shí)候已經(jīng)設(shè)計(jì)出殼體內(nèi)徑為D=150mm 查表可知：16MnR的溫差應(yīng)力：σt=170MPa 厚度附加裕量有兩部分組成：鋼板或鋼管厚度的負(fù)偏差C1和腐蝕裕度C2，取C=C1+C2=2mm. 所以 由于殼體不得低于6mm，所以取殼體厚度為6mm，殼體長(zhǎng)度2m。 3.4.2.4 冷凝器封頭 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料選用與殼體一樣的材料，由于焊接原因，封頭厚度和殼體厚度一致為6mm。 3.4.2.5 容器法蘭墊片 由于本設(shè)備不屬于高壓容器，采用非金屬軟墊片結(jié)構(gòu)形式如下： 3.4.2.6 進(jìn)出口管設(shè)計(jì) （1） 管程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)： 設(shè)進(jìn)口管管內(nèi)流速w=1m/s 根據(jù)無(wú)縫鋼管規(guī)格，選取無(wú)縫鋼管為進(jìn)出水接管 （2） 殼程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)： 殼程進(jìn)口：R22在冷凝溫度下的比潛熱為 取水的定性溫度tm==20.1℃，查水的物性參數(shù)有cp=4.18291kJ/(kg·K) ，ρ=998.175kg/m3 則R22的質(zhì)量流量 設(shè)進(jìn)口管管內(nèi)流速：w=5m/s R22流體密度ρ=61.43kg/m3 選用管子規(guī)格為 殼程出口：出口密度ρ=1170.7kg/m3 ，設(shè)出口管內(nèi)流速：w=1m/s 選用管子規(guī)格為 3.4.2.7 進(jìn)出管法蘭 公稱(chēng)通徑 法蘭外徑 法蘭厚度 螺栓孔距 螺栓孔徑 螺栓公稱(chēng)直徑 螺栓孔數(shù) 法蘭內(nèi)徑 DN25 115 16 85 14 M12 4 33 DN10 50 14 60 14 M12 4 15 DN20 105 14 75 14 M12 4 26 圖4進(jìn)出口法蘭 各接管位置的確定（查表可取各接管伸出長(zhǎng)度mm）： 具體示意圖如： 其中，由于殼體厚度為6mm 所以取C=30mm。 進(jìn)出水接管位置為： 取60mm 出液管接管位置為： 取50mm 進(jìn)汽接管位置為： 取60mm 3.4.3冷卻水側(cè)阻力計(jì)算 3.4.3.1沿程阻力 3.4.3.2冷卻水側(cè)流動(dòng)阻力 =0.053 3.5 隔熱計(jì)算 3.5.1 隔熱層材料的選擇 蓄冰槽的隔熱材料選用聚苯乙烯泡沫塑料，它是用聚苯乙烯樹(shù)脂為基料加入發(fā)泡劑（丁烷或戊烷），并用水蒸汽加熱形成具有無(wú)數(shù)微小氣孔的發(fā)泡小球，在常壓下進(jìn)行熟化，然后在模具中加熱融合成硬脂泡沫塑料，在產(chǎn)品制造過(guò)程中加入阻燃劑，自熄增效劑和紫外線(xiàn)吸收劑等成分。這種泡沫塑料的特點(diǎn)是質(zhì)輕、隔熱性能好、吸水率小、耐低溫性能好，具有一定的彈性，而為保護(hù)隔熱層不受機(jī)械損傷而失效，同時(shí)有能起到防潮作用，現(xiàn)采用隔熱材料需聚苯乙烯泡沫塑料內(nèi)外各加一層鍍鋅鋼板構(gòu)成保護(hù)層。 材料 密度（kg/s） 導(dǎo)熱系數(shù)[w/(m·k)] 防火耐熱性能 吸水率（重量%） 抗壓強(qiáng)度（Mpa） 聚苯乙烯泡沫塑料 41-162 0.043-0.056 自熄≤7s 耐熱140℃ 3 0.2 表6隔熱材料參數(shù)表 3.5.2 隔熱層厚度的計(jì)算 傳熱系數(shù)可用下式計(jì)算 K=0.638-0.0081(tw-tn) 式中：tw—蓄冰槽外計(jì)算溫度 tn—蓄冰槽內(nèi)計(jì)算溫度 蓄冰槽內(nèi)0℃之前水不結(jié)冰，出現(xiàn)冰層以后，水溫按計(jì)算，即；蓄冰槽外計(jì)算溫度按空氣干球溫度計(jì)算，即tw=32℃ 代入，得： k=0.638-0.0081×(32-0) =0.3788w/(m2k) 隔熱層厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足下面限定條件： 限定隔熱層外表面的最低溫度，使其高于環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度0.2℃，以保證保護(hù)層外表面不會(huì)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，即： tw1=+0.2℃ 式中：tw1—保護(hù)層外表面溫度 —保護(hù)層外空氣露點(diǎn)溫度 有設(shè)計(jì)原始資料知，使用環(huán)境相對(duì)濕度Фw≤85%，空氣露點(diǎn)溫度=28.2℃ 通過(guò)隔熱層的熱流密度 得保護(hù)層外表面無(wú)凝露時(shí)隔熱層的最小厚度： 式中:λ—隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù) а1—保護(hù)層外表面的對(duì)流換熱系數(shù) а2 —保護(hù)層內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù) δi—鍍鋅鋼板的厚度 λi —鍍鋅鋼板的導(dǎo)熱系數(shù) 一般情況下取а1=8.7~11.7[w/(m2)], а2=8.7[w/(m2. ℃)] 本設(shè)計(jì)取=11.7[w/(m2)]鍍鋅鋼板的厚度取1mm，導(dǎo)熱系數(shù)=36.7(w/m)。 δ=0.056×[(28.2+0.2-0)/(32-28.2-0.2) ×1/8.7-1/11.7 -0.001/36.7] =109.5mm 所以，隔熱層的厚度取110mm 3.6 冰盤(pán)管蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.6.1 冰蓄冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 冰蓄冷器設(shè)計(jì)時(shí)必需滿(mǎn)足三條要求：要有足夠的儲(chǔ)冰量，滿(mǎn)足蓄冷量的要求；要滿(mǎn)足蓄冷時(shí)傳遞制冷量的要求；蓄冷時(shí)間要小于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)低谷時(shí)段的時(shí)間。 初步設(shè)計(jì)：冰盤(pán)管取Ф20×1.5mm的紫銅管，即，，紫銅管的導(dǎo)熱系數(shù)；結(jié)冰厚度，冰的導(dǎo)熱系數(shù)；螺旋盤(pán)管直徑為d=1m； 根據(jù)初步設(shè)計(jì) 蓄冰槽內(nèi)長(zhǎng)可取2.25m 內(nèi)寬可取1.20m 假定冰盤(pán)管盤(pán)繞圈數(shù)n=32； 則冰盤(pán)管總長(zhǎng) 盤(pán)管間距為 則總盤(pán)管高度 內(nèi)高可取1.148m 即蓄冰槽內(nèi)長(zhǎng)2.25m，內(nèi)寬1.20m，內(nèi)高1.148m 冰的密度；冰的相變潛熱。 以盤(pán)管內(nèi)表面為基準(zhǔn)的傳熱面積 蓄冰容積 儲(chǔ)冰量 蓄冷器冰的蓄冷量 3.6.2冰蓄冷器傳熱計(jì)算 3.6.2.1 傳熱計(jì)算的原始參數(shù) （1） 蒸發(fā)溫度 ℃ （2） 制冷量 （3） 冰層厚度 3.6.2.2 傳熱計(jì)算 （1） 管內(nèi)制冷工質(zhì)放熱系數(shù)計(jì)算 取制冷工質(zhì)流速則R407C在水平管內(nèi)的沸騰換熱系數(shù) （2）管外傳熱系數(shù)計(jì)算 蓄冰桶內(nèi)出現(xiàn)冰層，呈冰水兩相狀態(tài)，此時(shí)，對(duì)于盤(pán)管管外傳熱系數(shù)可視為無(wú)窮大 （3）傳熱系數(shù)K的計(jì)算（以傳熱管內(nèi)表面為基準(zhǔn)） 3.6.3 傳熱面積校核 因循環(huán)水回水溫度為16℃，取蓄冰槽內(nèi)水溫可達(dá)10℃,則盤(pán)管的平均傳熱溫則所需傳熱管內(nèi)表面積 因?yàn)? 所以所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)尺寸及假設(shè)適合 4 零部件的選擇 4.1節(jié)流裝置 4.1.1 常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)的種類(lèi)和用途 4.1.1.1 手動(dòng)節(jié)流閥 手動(dòng)膨脹閥和普通的截止閥在結(jié)構(gòu)上的不同之處主要是閥芯的結(jié)構(gòu)與閥桿的螺紋形式。通常截止閥的閥芯為一平頭，閥桿為普通螺紋，所以它只能控制管路的通斷和粗略地調(diào)節(jié)流量，難以調(diào)整在一個(gè)適當(dāng)?shù)倪^(guò)流截面積上以產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)墓?jié)流作用。而節(jié)流