第十四章冷热源机房设计

第十四章冷热源机房设计冷热源工程在进行冷热源机房工艺设计之前，必须对用户的要求和水源等方面的情况进行调查研究，了解和收集有关原始资料，以作为设计工作的重要依据。（1）用户要求用户需要的冷量、热量及其变化情况，供冷供热方式，冷热媒水的供水温度和回水温度，以及用户使用场所和使用安装方面的要求。（2）水源资料是指冷热源机房附近的地面水和地下水的水量、水温、水质等情况。（3）气象条件指当地的最高和最低气温、大气相对湿度，土壤冻结深度以及全年主导风向和当地大气压力等。（4）能源条件指当地的天然气、油料、煤质、电力等物性资料及能源增容费及使用价格。（5）地质资料是指冷热源机房所在地区土壤等级、承压能力、地下水位和地震烈度等资料。（6）发展规划设计冷热源机房时，应该了解冷热源机房的近期和远期发展规划，以便在设计中考虑冷冻站的扩建余地。14.1冷热源机组的选择14.1.1冷热源选择的一般规定根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)规定，空气调节冷热源选择方案，一般应综合分析，考虑所收集到的各种原始资料，并按如下规定进行选择：（1）空气调节人工冷热源宜采用集中设置的冷(热)水机组和供热、换热设备——其机型和设备的选择，应根据建筑物空气调节规模、用途、冷热负荷、所在地区气象条件、能源结构、政策、价格及环保规定等情况，按下列要求通过综合论证确定：热源应优先采用城市、区域供热或工厂余热；具有城市燃气供应的地区，可采用燃气锅炉、燃气热水机供热或燃气吸收式冷(温)水机组供冷、供热；无上述热源和气源供应的地区，可采用燃煤锅炉、燃油锅炉供热，电动压缩式冷水机组供冷或燃油吸收式冷(温)水机组供冷、供热；具有多种能源的地区的大型建筑，可采用复合式能源供冷、供热；夏热冬冷地区、干旱缺水地区的中、小型建筑可采用空气源热泵或地下埋管式地源热泵冷(热)水机组供冷、供热；有天然水等资源可供利用时，可采用水源热泵冷(热)水机组供冷、供热；全年进行空气调节，且各房间或区域负荷特性相差较大，需要长时间向建筑物同时供热和供冷时，经技术经济比较后，可采用水环热泵空气调节系统供冷、供热；在执行分时电价、峰谷电价差较大的地区，空气调节系统采用低谷电价时段蓄冷(热)能明显节电及节省投资时，可采用蓄冷(热)系统供冷(热)。（2）在电力充足、供电政策和价格优惠的地区，符合下列情况之一时，可采用电力为供热能源：以供冷为主，供热负荷较小的建筑；无城市、区域热源及气源，采用燃油、燃煤设备受环保、消防严格限制的建筑；夜间可利用低谷电价进行蓄热的系统。（3）需设空气调节的商业或公共建筑群，有条件时宜采用热、电、冷联产系统或设置集中供冷、供热站。（4）符合下列情况之一时，宜采用分散设置的风冷、水冷式或蒸发冷却式空气调节机组：空气调节面积较小，采用集中供冷、供热系统不经济的建筑；需设空气调节的房间布置过于分散的建筑；设有集中供冷、供热系统的建筑中，使用时间和要求不同的少数房间；需增设空气调节，而机房和管道难以设置的原有建筑；居住建筑。14.1.2制冷设备容量、台数的确定根据GB50019-2003的6.2.15规定，空气调节区的夏季冷负荷，应按各项逐时冷负荷的综合最大值确定。空气调节系统的夏季冷负荷，应根据所服务空气调节区的同时使用情况、空气调节系统的类型及调节方式，按各空气调节区逐时冷负荷的综合最大值或各空气调节区夏季冷负荷的累计值确定，并应计入各项有关的附加冷负荷。按上述方法确定的冷负荷，即可作为制冷机组的总装机容量。对于单幢建筑的系统而言，上述总装机容量不另作附加；对于管线较长的小区管网，应按具体情况确定附加的系数。制冷机组台数的选择应按工程大小、负荷运行规律而定，机组台数及单机制冷量的选择，应满足空气调节负荷变化规律及部分负荷运行的调节要求，一般不宜少于2台；大工程台数也不宜过多。为保证运转的安全可靠性，小型工程仅设一台机组时，应选调节性能优良的机型，如多台压缩机分路联控机组（即多机头联控机组）。在选择制冷机组时，其制冷剂必须符合有关环保要求，采用过渡制冷剂时，其使用年限不得超过中国禁用时间表的规定。冷源设备的选择计算主要是根据工艺的要求和系统总耗冷量来确定的，是在耗冷量计算的基础上进行的。冷源设备选择的恰当与否，将会影响到整个冷源装置的运行特性，经济性能指标以及运行管理工作。冷源设备的选择计算一般按下列步骤进行。（一）确定制冷系统的总制冷量制冷系统的总制冷量，应包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身的供冷系统的冷损失，可按下式计算：Q0=（1+A）Q=∑KiQi（二）确定制冷剂种类和系统形式制冷剂种类、制冷系统形式以及供冷方式，一般根据系统总制冷量，冷媒水量、水温以及使用条件来确定。1、制冷剂种类一般说来，对于空调工况制冷量大于350kW以上的间接供冷系统，或对卫生和安全无特殊要求时，均宜采用氨为制冷剂。当空调工况制冷量小于350kW，且对卫生和安全要求较高的系统或直接供冷系统，均应采用对大气环境无公害或低公害的氟利昂类及其替代工质；在热源条件合适或有废热可供利用时，也应考虑采用吸收式或蒸汽喷射式制冷系统。2、制冷系统形式所谓制冷系统形式，是指使用多台制冷压缩机时，采用并联系统还是单机组系统。制冷系统形式除与使用条件和使用要求有关外，还与整个系统的能量调节与自动控制方案有关，应同时考虑，一并确定。一般说来，对于制冷量较大，连续供冷时间较长，自动化程度要求较高的系统，均应采用多机组并联系统。供冷方式是指直接供冷还是间接供冷。一般根据工程的实际需要来确定。例如，大中型集中式空调系统，均宜采用间接供冷方式，而冷藏库的冷排管，则多采用直接供冷方式。此外，应根据总制冷量的大小和当地的气候条件及水源情况，初步确定冷凝器的冷却方式以及冷凝器的型式，并根据供冷方式和使用冷媒的种类，初步确定蒸发器的型式。（三）确定系统的设计工况制冷系统的设计工况包括蒸发温度，冷凝温度，以及压缩机吸气温度和过冷温度。1、冷凝温度tk冷凝温度即制冷剂在冷凝器中凝结时的温度，其值与冷却介质的性质及冷凝器的型式有关。2、蒸发温度t0蒸发温度即制冷剂在蒸发器中沸腾时的温度，其值与所采用的冷媒种类及蒸发器的型式有关。3、过冷温度tu过冷温度是指系统中设置过冷器，或当系统中使用卧式壳管式或套管式冷凝器时，用增大冷凝面积5%～10%的方法进行过冷，使制冷剂在冷凝压力下，其温度低于冷凝温度时的温度。一般情况下，过冷温度比冷凝温度低3～5℃。4、压缩机的吸气温度t1压缩机的吸气温度一般与压缩机吸气管的长短和保温情况有关。通常以氨为制冷剂时，吸气温度比蒸发温度高5～8℃；以R12为制冷剂，采用回热循环时，吸气温度可取15℃。（四）制冷机组选择机组的选择计算，主要是根据制冷系统总制冷量及系统的设计工况，确定机组的台数、型号和每台机组的制冷量以及配用电动机的功率。1、制冷机组的选择原则（1）机组型式的选择常用的制冷机组有活塞式、离心式和螺杆式等三种型式。对一般小型冷藏库的设计，多采用活塞式和螺杆式；用作空调冷源的大、中型冷冻站的设计，一般采用离心式和螺杆式；中、小型冷冻站则普遍采用活塞式制冷压缩机。（2）制冷机组台数的选择一般，台数不宜过多，除全年连续使用的以外，一般不考虑备用。对于制冷量大于1744kW的大、中型制冷装置，机组不宜少于两台，而且应选择相同系列的压缩机组。这样，压缩机的备件可以通用，也便于维护管理。（3）压缩机级数的选择应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。2、机组制冷量的计算每台活塞式制冷压缩机在设计工况下，其制冷量的计算方法有三种：（1）根据压缩机的理论输气量计算机组的制冷量机组的制冷量可由压缩机的理论输气量Vn，乘以输气系数λ以及单位容积制冷量qv求得。即Q0g=λVnqv（kW）（2）由冷量换算公式计算机组的制冷量同一台压缩机在不同的工况下，制冷量是不同的。压缩机铭牌上的制冷量，一般是指名义工况或标准工况下的制冷量。工况改变后的制冷量可进行换算。冷量的换算公式，是根据同一台制冷压缩机在不同工况下理论输气量不变的原则推导的，即Vn（A）=Vn（Ｂ）（3）根据机组的特性曲线图表确定机组在设计工况下的制冷量每一种型号的制冷压缩机组都有其一定的特性曲线图表。因此，可以根据设计工况，在特性曲线图表上查得该工况的制冷量。利用压缩机的特性曲线图表，不但能求出不同工况下的制冷量，而且还能确定不同工况下的轴功率。3、压缩机轴功率的计算制冷压缩机的轴功率可按式计算，也可以从特性曲线图表中查得：mitmineNvhhVN1124、机组的冷却水量计算机组的冷却水量是根据冷凝器的热负荷和冷却水的进出口温差来确定，机组的冷凝器负荷Qk为：Qk=Q0g+Ne也可查机组的样本性能表得到。根据冷凝器的冷却水量GL和压缩机气缸套的冷却水量Gy之和，即可选择出合适型号的冷却塔或其他晾水设备。5、冷媒水循环量计算冷媒水循环量是根据制冷系统的总制冷量和冷媒水的进出口温差来确定的：)(210llpsttcQG14.1.3各类制冷（热泵）机组的主要性能参数和选择法一、冷水（热泵）机组的主要性能参数和机型选择GB/T18430.1-2007蒸气压缩循环冷水(热泵)机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组；GB/T18430.2-2008蒸气压缩循环冷水(热泵)机组第2部分：户用及类似用途的冷水(热泵)机组；1、冷水（热泵）机组的主要性能参数（1）名义制冷（制热）量（2）名义消耗电功率（3）名义工况性能系数（4）冷（热）水、冷却水压力损失（5）部分负荷性能（6）变工况性能2、冷水（热泵）机组机型选择（1）水冷电动压缩式冷水机组机型合理选型，并进行技术经济分析后选择（2）冷水（热泵）机组设计选型，校核名义工况性能系数及IPLV（3）风冷冷水机组和风冷热泵冷热水机组选型时的注意事项二、溴化锂吸收式制冷机的主要性能参数及选择方法GB/T18431-2001蒸汽和热水型溴化锂吸收式冷水机组——江苏双良GB/T18362-2008直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组——湖南远大1、溴化锂吸收式制冷机的主要性能参数（1）名义制冷量（2）名义制热量（3）名义加热源耗量（4）名义加热源耗热量（5）名义消耗电功率（6）性能参数、名义制冷（制热）性能系数（7）名义压力损失（8）部分负荷性能（9）变工况性能2、溴化锂吸收式冷（温）水机组设计选型（1）机组负荷：考虑冷热损失10%~15%考虑机组水侧污垢和腐蚀，对供冷（热）量进行修正（2）台数选择：2~4台（3）机型选择：a~h三、确定制冷机组台数gm,0014.1.4设计工况和污垢系数的确定一、冷却水温度和污垢系数的确定1、冷却水温度和污垢系数2、采用空气作为冷却介质3、采用蒸发冷却方式4、冷冻水进、出水温度及污垢系数14.1.5制冷机组的设计工况下的制冷量和耗功量和污垢系数的确定一、冷水（热泵）机组在设计工况下的制冷量和耗功量1、冷水（热泵）机组在设计工况或使用工况下的制冷量和耗功量应按变工况性能表（曲线、修正系数）确定2、风冷热泵冷热水机组冬季制热量修正3、污垢系数对机组性能系数的影响二、溴化锂吸收式冷（温）水机组在设计工况下的制冷量和加热源耗量1、在设计工况下的制冷量（供热量）和加热源耗量应按变工况性能曲线图确定2、选产品时，注意国内、国外产品对换热器水侧污垢系数的标准不同三、校核制冷量——校核初选机组在设计工况下的总制冷量与总装机容量四、机组的冷却水量——初选机组在设计工况下的冷凝器负荷五、机组的冷冻水量——初选机组在设计工况下的制冷量14.1.6热源设备容量及台数的确定（一）最大热负荷的计算热负荷计算的目的是求出锅炉房的计算热负荷，作为锅炉设备选择的依据。热源热负荷包括生产、采暖、通风、空调及生活所需要的热负荷；针对某一具体的工程，热源热负荷可能只包括其中的某几项。（二）平均热负荷平均热负荷按下式计算：Qcp=（1+A）(Q1cp+Q2cp+Q3cp+Q4cp+Q5cp)（三）全年热负荷全年热负荷按