KLRFP-1200Ⅱ-水冷分离式风机盘管空调器——毕业论文

郑州轻工业学院郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文） 题 目 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 学生姓名 专业班级 热能与动力工程 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师（职称） 完成时间 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 目 录 摘 要.I ABSTRACTII 1 绪论1 2 原始设计资料和技术条件2 3 系统系统热力计算2 3.1 确定制冷系统的总制冷量.2 3.2 制冷剂的选择.2 3.2.1 制冷剂性质的要求3 3.2.2 热力学性质的要求3 3.2.3 制冷剂的选择4 3.3 制冷热力计算.5 3.4 压缩机的选择.10 4 冷凝器的选择冷凝器的选择计算13 4.1 冷凝器的形式选择.13 4.2 套管式冷凝器的设计计算.13 4.2.1 冷凝器设计参数14 4.2.2 冷凝器换热面积计算14 4.2.3 冷凝热负荷计算15 4.2.4 内管根数的确定15 4.2.5 传热计算15 4.2.6 冷凝器总体结构设计17 5 蒸发器的选择蒸发器的选择计算17 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 5.1 蒸发器的参数.18 5.2 蒸发器结构设计.18 5.2.1 确定空气在流经蒸发器时的状态变化过程19 5.2.2 换热计算.20 5.2.3 校核壁温22 5.2.3 风侧阻力计算23 6 辅助设备的选择计算选型辅助设备的选择计算选型23 6.1 干燥过滤器的计算选型.23 6.2 风机盘管风机选型25 6.3 风机盘管电机选型26 6.4 节流装置计算选型27 6.4.1 节流前后压差的计算.27 p 6.4.2 节流装置的选型.27 6.5 四通换向阀的选型29 6.5.1 四通换向阀的选型.29 6.5.2 四通换向阀线圈的选择.30 6.6 气液分离器的计算选型30 6.6.1 气液分离器选型原则.30 6.6.2 气液分离器计算选型.31 6.7 压力控制器的选型33 6.7.1 工作原理.33 6.8 分液器选型34 6.9 电磁阀选型34 6.9.1 电磁阀的工作原理及作用34 6.9.2 电磁阀的安装和使用35 6.10 截止阀选择.35 7 管路设计管路设计36 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 7.1 制冷循环铜管的设计计算.36 7.1.1 各主要零部件的尺寸36 7.1.2 系统铜管选择38 8 水环系统的设计水环系统的设计40 8.1 水系统循环分类.40 8.2 水系统管制.40 8.3 水系统的设计41 8.3.1 冷凝水系统的设计41 8.3.2 冷却塔选型43 8.3.3 冷却水泵计算选型44 8.3.4 膨胀水箱计算选型46 8.3.5 冷凝器水环系统水管直径设计46 8.3.6 冷凝器水系统连接管设计48 8.4 水系统截止阀和弯头设计49 8.5 水系统保温管设计49 结 束 语52 致 谢53 参考文献54 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 I KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 摘 要 水冷分离式风机盘管空调器是家用中央空调，专业上属于水环热泵的范畴。 这种空调调节方便，节能，可同时供冷供暖，经济性好，系统布置简洁灵活， 设计方便，设计周期短，施工及运行管理方便，还可分户计费等优点得到了很 多用户的青睐，在国内外的发展速度也非常快。它的室外冷凝器部分采用水冷 形式，室内蒸发器采用传统空调的风冷形式，制冷范围较大，可以在家用空调 与一般中央空调之间灵活调节，同时造价不高，安装方便，因此近年来水冷分 离式空调器发展极为迅速。该系统在水/空气热泵机组制热时，以水循环环路中 的水为加热源；机组制冷时，则以水为排热源。当水环热泵空调系统制热运行 的吸热量小于制热运行的放热量时，循环环路中的水温度升高，到一定程度时 利用冷却塔放出热量；反之循环环路中的水温度降低，到一定程度时通过辅助 加热设备吸收热量。 本文主要介绍了 12kw（制冷面积在 6070 平方米）水冷分离式风机盘 管空调器的设计思路及主要部分的设计计算，先后定性的分析了制冷剂的选择、 压缩机的选用、冷凝器的水冷换热方式的确定、蒸发器换热方式的确定、节流 机构的选择以及相关辅助设备的选择计算。在定量计算上详细介绍了热力计算、 冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算、节流机构的选择计算、水环系统管路 的计算以及其他辅助设备的选择过程。 关键词： 水冷分离/压缩机/冷凝器/蒸发器/水环热泵 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 II KLRFP-1200- WATER-COOLED FAN COIL SPLIT AIR CONDITIONERS ABSTRACT Reform and opening up for 40 years, along with the rapid development of Chinas economy, peoples living standards have improved tremendously, now increasing the prevalence rate of family expenses air conditioning and show a rapid development trend. Especially in recent years people of the quality of life in the rapid development of real estate values and household central air-conditioning presented unprecedented boom. Water-cooling separate fan coil air is household central air-conditioners, professional belongs to the category of water loop heat pump. This kind of air- conditioning system is convenient adjustment, energy-saving, can both cooling heating, economical, system decorate concise flexible, design is convenient, design cycle is short, construction and operation management convenient, still can individual biling system got many advantages such as the favor of the customers at home and abroad, development speed is also very fast. Its outdoor condenser part adopts water- cooled form, indoor evaporator adopts the traditional air-conditioning cooling form, refrigeration range is bigger, can be in household air-conditioner and general central air conditioning, and cost between flexible adjustment is not high, easy installation, so in recent years very rapidly cooled separate air conditioner. In this system, the water/air heat pump units in water, heating water heating source of loop; Unit, criterion with water refrigeration for row heat. When water-loop heat pump system is less than the heat heating operation when the heat heating operation, put the water temperature circular loop, to certain degree gives off heat using cooling towers; Whereas the water temperature drop circular loop, to certain degree absorbs heat through assisted heating equipment. This article mainly introduced the 12kw (refrigeration area in 60-70 square meters) water-cooled separate fan coil air conditioner design idea and main part of the design and calculation, successively qualitative analyses of refrigerant compressor choice, KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 III the selection and condenser cooling ways of heat determined, evaporator heat throttle body determination, the way the option and auxiliary equipment choice calculation. Quantitative calculation are introduced in detail in the thermodynamic calculation on the design calculation, the evaporator design calculation, the throttle body choice calculation, water ring system pipeline calculation and other auxiliary equipment selection process. KEY WORDS water-cooled separation，compressor，condenser，evaporator，water loop heat pump KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 1 1 绪论 本说明书所提到的空调系统使典型的水环热泵空调系统，水环热泵空调系统是指 小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/热泵机组并联在一起， 形成一个封闭环路，构成一套回收建筑物内部余热作为其低位热源的热泵供暖、供冷 的空调系统。典型的水环热泵空调系统由三部分组成：（1）室内的小型水/空气热泵 机组；（2）水循环环路；（3）辅助设备（如冷却塔、加热设备、蓄热装置等） 。 水环热泵空调系统的基本工作原理是：在水/空气热泵机组制热时，以水循环环路 中的水为加热源；机组制冷时，则以水为排热源。当水环热泵空调系统制热运行的吸 热量小于制热运行的放热量时，循环环路中的水温度升高，到一定程度时利用冷却塔 放出热量；反之循环环路中的水温度降低，到一定程度时通过辅助加热设备吸收热量。 只有当水/空气热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基本相等时，循环环路 中的水才能维持在一定温度范围内，此时系统高效运行。 水环热泵空调系统是在 20 世纪 60 年代首先由美国提出，出现在美国的加利福尼 亚州，故也称为加利福尼亚系统。1955 年该技术申请专利，从而很快传遍美国并早已 商品化，如美国空气过滤器公司（AAF）生产的恩纳康系统，美意、特灵公司 WP*D 水源热泵机组等。进入 70 年代后，在日本这项技术的推广应用也很快：东芝、三菱电 机、PMAC 公司均有水环热泵产品出售；在东京、名古屋、横滨等城市，70 年代初就 有很多采用水环热泵空调系统的工程实例。我国 80 年代开始引进该项技术，从 90 年 代开始，已在一些工程中采用。据统计，1997 年国内采用水环热泵空调系统的工程共 有 52 项。广州地区第一个水环热泵空调系统在广州东峻广场应用，但系统没有做成功， 主要原因是噪声太大。到 1999 年底全国约有 100 个项目，约 2 万台水/空气热泵机组 在运行，其总制冷量达到 97923kw。目前不仅在上海、北京、天津、广州、深圳等大 城市的一些工程采用，而且佛山、泉州、绍兴、惠州等中小城市也开始采用水环热泵 空调系统。哈尔滨工业大学的马最良教授研究表明，该系统在国内大多数城市应 34 用可以实现节能，其中包括长江流域。 2 原始设计资料和技术条件 1、制冷工况：内机组进风干球温度 27，湿球温度 19； KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 2 外机组水换热器进水温度 30，出水温度 34 制热工况：内机组进风干球温度 20，湿球温度 15； 外机组水换热器进水温度 20，出水温度同制冷工况。 2、名义制热量：12KW 3、热源：水 4、热泵热水器系统类型：蒸汽压缩式 5、电源: 380V 50HZ 6、工质：HFC 或 HCFC 类 3 系统系统热力计算 3.1 确定制冷系统的总制冷量 制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热 量总和。制冷量大的空调适用于面积比较大的房间，且制冷速度较快。选择制冷量的 原则是：空调器的制冷量应略大于房间的冷负荷，房间的热负荷应考虑到房间的朝向 ，墙壁和屋顶的隔热情况，以及室内热源包括人员的多少。空调器制冷时，空调压缩 机由于工作消耗电能而散发出来的热量是无用的，还要消耗掉一部分制冷资源；相反 制热时，这部分热量就成为有用功了，故而增加了制热能力，即制热量=制冷量+消耗 功率。 根据本设计资料中要求的制热量可以确定，制冷系统的总制冷量，有名义制热量确 定为=12KW， 0 Q 3.2 制冷剂的选择 制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实 现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化 ，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 3 3.2.1 制冷剂性质的要求 .临界温度要高，凝固温度要低。这是对制冷剂性质的基本要求。临界温度高，便于 用一般的冷却水或空气进行冷凝；凝固温度低，以免其在蒸发温度下凝固，便于满足 较低温度的制冷要求。 .在大气压力下的蒸发温度要低。这是低温制冷的一个必要条件。 .压力要适中。蒸发压力最好与大气压相近并稍高于大气压力，以防空气渗入制冷系 统中，从而降低制冷能力。冷凝压力不宜过高（一般1215绝对大气压） ，以减少制 冷设备承受的压力，以免压缩功耗过大并可降低高压系统渗漏的可能性。 .单位容积制冷量v要大。这样在制冷量一定时，可以减少制冷剂的循环量，缩小 压缩机的尺寸。 .导热系数要高，粘度和密度要小。以提高各换热器的传热系数，降低其在系统中的 流动阻力损失。 .绝热指数要小。由绝热过程中参数间关系式可知，在初温和压缩比相同的情况下， KT2。可见，小可降低排气温度。 .具有化学性质稳定性。不燃烧、不爆炸、高温下不分解、对金属不腐蚀、与润滑油 不起化学反应、对人身健康无损无害。 .价格便宜，易于购得。且应具有一定的吸水性，以免当制冷系统中渗进极少量的水 分时，产生“冰塞”而影响正常运行。 3.2.2 热力学性质的要求 制冷剂的选用是一个比较复杂的技术经济问题，需要考虑的因素很多，选择时应 根据具体情况，进行全面的技术分析。 1、考虑环保的要求。 必须选用符合国家环保法规的制冷剂。 2、考虑制冷温度的要求。 根据制冷剂温度和冷却条件的不同，选用高温（低压） 、中温（中压） 、低温（高 压）制冷剂。通常选择的制冷剂的标准蒸发温度要低于制冷温度10。选择制冷剂还 应考虑制冷装置的冷却条件、使用环境等。运行中的冷凝压力不应超过压缩机安全使 用条件的规定值。汽车空调只能用车外空气做冷却介质，对其产生影响的气温、风速、 太阳辐射、热辐射等因素无不在频繁发生变化，其运行条件决定它只能选用高温（低 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 4 压）制冷剂，过去选用R12，目前大多选用R134a。 3、考虑制冷剂的性质。 根据制冷剂的热力性质、物理性质和化学性质，选用那些无毒、不爆炸、不燃烧 的制冷剂；选用制冷剂应传热好、阻力小、与制冷系统用材料相容性好。 4、考虑压缩机的类型。 不同的制冷压缩机的工作原理有所不同。体积式压缩机是通过缩小制冷剂蒸气的 体积提高其压力的，一般选用单位体积制冷量大的制冷剂。制冷剂的种类很多，随着 科学技术的进步新工质不断出现，以适宜于不同的制冷装置。 3.2.3 制冷剂的选择制冷剂的选择 综上所述，本设计用 R410a 作为制冷剂. R410A：是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通 R22 空调的 1.6 倍左右，制冷（暖）效率更高。 提高空调性能，不破坏臭氧层。R410A 新冷媒由两种 接近共沸的混合物而成，主要有氢，氟和碳元素组成（表示为 HFC）,具有稳定，无毒， 性能优越等特点。同时由于不含氯元素，故不会与臭氧发生反应，既不会破坏臭氧层。 另外，采用新冷媒的空调在性能方面也会又一定的提高。R410A 是目前为止国际公认 的用来替代 R22 最合适的的冷媒，并在欧美,日本等国家得到普及。 R-410A 作为当今广泛使用的中高温制冷剂，主要应用于家用空调、中小型商用空 调（中小型单元式空调、户式中央空调、多联机）、移动空调、除湿机、冷冻式干燥 剂、船用制冷设备、工业制冷等制冷设备。 R410A 制冷剂是新装制冷设备上替代氟利昂 R22 的最佳和最终选择（通常为 空调系统）；但是由于 R410A 与 R22 压力不同（R410A 压力比 R22 要高得多）以及 压缩机用油等均不相同，因此对于初装为 R22 制冷剂的制冷设备的售后维修，如果需 要再添加或更换制冷剂，仍然只能添加 R22，通常不能直接以 R410A 来替代 R22（也 就是说通常不可以进行换血式的替换；但是对于初装使用 R22 的制冷设备，维修或替 换时可以以 R410A 直接替换 R22）。 R410A 替换在主要国际市场的全球趋势及展望的使用状况和进入国际市场的动态 物理性质资料 R410A，是一种混合制冷剂，它是由 R32（二氟甲烷）和 R125（五氟 乙烷）组成的混合物，其优点在于可以根据具体的使用要求，对各种性质，如易燃性、 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 5 容量、排气温度和效能加以考虑，量身合成一种制冷剂。R410A 外观无色，不浑浊， 易挥发，沸点-51.6，凝固点-155；其主要特点有： （1） 不破坏臭氧层。其分子式中不含氯元素，故其臭氧层破坏潜能值 （ODP）为 0。全球变暖潜能值（GWP）小于 0.2。 （2） 毒性极低。容许浓度和 R22 同样，都是 1000ppm。 （3） 不可燃。空气中的可燃极性为 0。 （4） 化学和热稳定性高 （5） 水分溶解性与 R22 几乎相同。 （6） 是混合制冷剂，由两种制冷剂组成 （7） 不与矿物油或烷基苯油相溶。（与 POE酯润滑油、PVE醚润滑油相 溶） R410A 制冷剂是一款由 HFC 类物质组成的混配制冷剂，不含任何破坏臭氧层的物 质，其 ODP 值为零。与 R22 相比，R410A 的制冷量显著提高，因此为设计更小更紧 凑的空调设备提供了可能。并且由于 R410A 具有近共沸的物性，在整个运行范围内， 制冷剂温度滑移小于 0.2，R410A 在制冷空调系统中不会发生显著的分离，即不会由 于泄漏而改变制冷剂的成分，因此在售后维修再补充过程中，无需排放掉系统中剩余 的制冷剂。R410A 是目前世界公认的家用空调 R22 制冷剂的中长期替代品。 R410A 制冷剂的绝大多数压缩机生产商建议使用多元醇酯 POE（Polyol Ester）冷 冻机油。 3.3 制冷热力计算 确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度和过 冷温度等工作参数。有关主要工作参数的确定参考制冷工程设计手册进行计算。 、 冷凝温度（）的确定 =40 k t k t 、 蒸发温度（）的确定 0 t 蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。蒸发温度的高低取决于被冷却 物体的温度及传热温差， 水冷式蒸发温度一般 6-8，确定为=6 0 t KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 6 、 过冷温度（）的确定 tsc 在冷凝压力下，制冷剂液体的过冷温度与冷凝温度的差值，称为过冷度。水冷过冷度 3-4，确定=4。 tsc 、 压缩机吸气口温度（）的确定 压缩机的吸气温度根据管道中的传热情况，或根据标准规定的过热度确定。通常 =6 、 制冷系统理论循环 p-h 图 查 R410A 热力性质表和图得: 参数 状态点 Ct a MPPkgm3kgkJhKkgkJs 06.000.961426.891.813 112.000.9610.02875432.331.832 图 1 制冷循环压焓图 4 2 a a 2 1 0 1 5 6 3 40 lgp h 2s KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 7 262.0142.400.01206458.281.832 340.002.40270.07 436.002.40261.91 56000.9610.24173261.911.222 数据来源：制冷剂查询软件 、 制冷系统热力计算 (1)、 单位质量制冷量的计算，过热为部分无效，取 10为分界点，查表得这是 h=43 1.07 kgkJhhq a 16.16991.26107.431 50 (2)、 单位容积制冷量的计算 =5883.8261 va q 1 v qoa 02875 . 0 16.169 3 mKJ 3 mKJ (3)、 单位理论压缩功（）的计算 kgkJhhw s 95.2533.43228.458 120 (4)、单位指示功：取指示功率8 . 0 i kgkJkgkJ w w i o i 438.32 8 . 0 95.25 (5)、2a 点的焓值： kgkJwhh ia 768.464438.3233.432 12 (6)、单位冷凝负荷： kgkJhhq ak 858.20291.261768.464 42 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 8 (7)、制冷系数： =5187. 6 95.25 16.169 o oa w q (8)、压缩比 497 . 2 961 . 0 40 . 2 0 p pk (9)、 制冷剂质量流量（）的计算 hkgskgskg q Q q a m 380.25507093876 . 0 16.169 12 0 0 (10)、压缩机实际输气量： hmvqv ma 3 1 3422. 7 (11)、压缩机理论输气量： lTpv 取95 . 0 压缩机理论输气量 hmhm v V a h 33 7286 . 7 95 . 0 3422 . 7 (12)、压缩机理论功率： kWwqP m 8401. 195.2507093876 . 0 00 (13)、压缩机指示功率（取压缩机指示效率为）：8 . 0 i kWkW P P i i 3011 . 2 8 . 0 8401 . 1 0 (14)、压缩机轴功率（取机械效率）9 . 0 m KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 9 kWkW P P m i m 5568 . 2 9 . 0 3011 . 2 (15)、压缩机电机即输入功率（电动机效率）88 . 0 mo kWkW P P mo m el 9054 . 2 88 . 0 5568 . 2 （16）、冷凝器热负荷： kwqqQ kmka 3826.14 (17)、性能系数： 69 . 4 5568 . 2 12 m oa P Q COP (18)、能效比： 13. 4 9054 . 2 12 el oa p Q EER 3.4 压缩机的选择 考虑到制冷剂是新型环保制冷剂以及制冷量的特点，应选择涡旋式压缩机， 涡 旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。涡旋压缩机主要运行件涡盘 只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。涡旋压缩机运行平稳、振 动小、工作环境宁静，又被誉为超静压缩机 。 涡旋式压缩机结构新颖、精密，具 有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行可靠、 气源清洁等优点。被誉为新革命压缩机和无需维修压缩机是风动机械理想动 力源，广泛运用于工业、农业、交通运输、医疗器械、食品装潢和纺织等行业和其它 需要压缩空气的场合。 涡旋式压缩机，包括：驱动轴，可向顺时针或逆时针方向进行旋转，并具有既定 大小的偏心部；气缸，形成既定大小的内部体积；滚轮，接触于气缸的内周面，并可 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 10 旋转安装于偏心部的外周面，可沿着内周面进行滚动运动，并与内周面一同形成用于 流体的吸入及压缩操作的流体腔室；叶片，弹性安装于气缸，使其与滚轮持续进行接 触；上部及下部轴承，它们分别安装在气缸的上下部，用于可旋转支撑上述驱动轴， 并封闭内部体积；机油流路，是设置于轴承及驱动轴之间，并使其间均匀流动有机油； 排出端口，它们连通于流体腔室；吸入端口，它们连通于流体腔室，并相互以既定角 度进行隔离；阀门组件，它根据驱动轴的旋转方向，而选择性开放各吸入端口中的一 个吸入端口。其特点： 效率高，更有利于节能，保护环境； 噪声更低； 体积更小，重量更轻； 运行平稳，气流脉动小，扭矩变化小，压缩机寿命长； 压缩过程长，相邻压缩腔压差小，泄漏量小，效率更高。 根据丹佛斯新型涡旋压缩机参数以及原始数据综合考虑选用压缩机型号为： HRH040U4 其参考数据如下： 型号：HRH049U4 名义冷量：4.1TR（60HZ） 名义制冷量：12110W 或者 41320hBtu 输入功率：4.04KW 最大额定电流：13.5MCC 能效比：2.99 ：10.22 排量：47.4 rev cm2 排量：8.24 hm3 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 11 注油量：1.57 3 dm 净重：37kg 该压缩机用 PE 酯类油，优化工况：7.237.8(45100F) 电机电压代码是 4 该压缩机的外形尺寸：该压缩机的外形尺寸： KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 12 压缩机电机电压：压缩机电机电压： 该型号压缩机电机电压代码是 4。 在 50HZ 名义电压：380-400V-3-50HZ 电压范围:340-440 (50HZ ) 该压缩机在名义工况下的制冷剂流量为 hkgskgskg q Q q a m 72.2570716. 0 16.169 11.12 0 0 1 4 冷凝器的选择冷凝器的选择计算 4.1 冷凝器的形式选择 冷凝器(Condenser) 空调系统的机件，能将管子中的热量，以很快的方式，传到 管子附近的空气，大部分的汽车置于水箱前方。把气体或蒸气转变成液体的装置。发 电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和 氟利昂之类的制冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸 馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的 热量带走而运转的。 水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环 使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 13 冷凝器和套管式冷凝器两种。在小型制冷装置中，制冷量在 12KW 时优先选用套管式 冷凝器，若制冷量较大时，盘管总长过长时可采用卧式壳管式冷凝器。水冷套管式冷 凝器结构简单，制造方便，冷凝器占用空间小，使制冷机组的体积小、重量轻，因此， 套管式在单元式空调机组得到广泛的应用。一般来说，套管式冷凝器的水耗量比壳管 式冷凝器的水耗量要小。套管式冷凝器制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔， 在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷 凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。这种冷凝器 的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好。 总之，本机组采用套管式冷凝器是最佳的选择。 4.2 套管式冷凝器的设计计算 4.2.1 冷凝器设计参数 冷凝温度0 .40 k t 蒸发温度0 . 6 0 t 工况下的制冷量kWQ12 0 冷却水进口温度30 1 w t 冷却水出口温度34 2 w t 4.2.2 冷凝器换热面积计算 对数平均温差 830 . 7 3440 3040 ln 3034 ln 2 1 12 wk wk ww m tt tt tt 选取管内水速smw5 . 2 选取管内冷却水污垢系数WKmri 2 000086 . 0 选用的紫铜管轧制的低翅片管为内管，且选用如下表所示的 1 号管，其mmmm5 . 116 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 14 管型结构参数如下：翅节距、翅厚、翅高、管内mmS f 25 . 1 mm t 223 . 0 mmh5 . 1 径、翅根管面外径、翅顶直径mmdi11mmdb86.12mmdt86.15 序 号 坯管规格 mm s1 mm 1 mm di mm db mm dt mm h 12 mm aol 1 5 . 116 1.250.2231112.8615.861.50.151.35 2 5 . 116 1.50.351113161.50.1341.347 3 5 . 116 1.20.410.412.415.11.350.1391.384 4 5 . 119 1.10.251415.918.9 20 1.5 0.179 1.48 5 5 . 119 1340.251415.8518.75 20 1.450.1521.457 数据来源：吴业正主编. 小型制冷装置设计指导M 每米管长各有效换热面积分别为 mmmmda ii 22 0346 . 0 011 . 0 mmmmSda fttd 22 0089 . 0 00125 . 0 000223 . 0 01586 . 0 mmmmSdda fbtf 222222 1083 . 0 00125 . 0 201286 . 0 01586 . 0 2 mmmmSSda ftfbb 22 0332 . 0 00125 . 0 000223 . 0 00125 . 0 01286 . 0 mmmmaaaa bfdof 22 1504 . 0 0322 . 0 1083 . 0 0089 . 0 4.2.3 冷凝热负荷计算 根据循环的热力计算， kwQka3826.14 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 15 考虑 5%的余量，则冷凝负荷为15.102 kW。 k Q 4.2.4 内管根数的确定 冷却水在平均温度时，密度、比定压热容32 m t 3 9852.994mkg ，则冷却水体积流量KkgJcp 8 . 4179 smsm ttc Q q wwp k v 343 12 1008 . 9 3034 8 . 41799852.994 102.15 根据所选管型及管内水速，则所需内管根数mmdi11smw5 . 2 根根82 . 3 5 . 2011 . 0 1008 . 9 4 4 2 4 2 wd q n i v 取整为 4 根，这样虽然会使材料增加，增大了成本，但会使过冷量增加，调高了整个 机组的性能系数，加之这种套管换热器增大的成本不会很大，综合考虑取 4 根总体效 果很好。 为了套管的加工制造方便，冷凝器采用四根套管并联，每一根套管内穿一根低翅 片管的结构形式。 4.2.5 传热计算 先计算水侧表面传热系数先计算水侧表面传热系数 水在时，运动粘度，因为32 m tsm2 6 10768 . 0 4 6 1045573 10768 . 0 014 . 0 5 . 2 Re i wd 故水在管内的流动状态为湍流。考虑将套管盘成的螺旋盘管，盘管水侧换mmR125 热修正系数 16 . 1 125 11 77 . 1 177 . 1 1 R di R 则水侧表面传热系数 KmW d w B R i wi 2 2 . 0 8 . 0 2 . 0 8 . 0 1273316 . 1 011 . 0 5 . 2 2140 B水在时物性集合系数32 m t KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 16 21403226.23 6 . 139526.23 6 . 1395 m tB 计算套管间计算套管间 R410AR410A 冷凝表面传热系数冷凝表面传热系数 制冷剂 R410A 在时汽化潜热，液相密度40 k tkgkJrs9252.158 ，液态运动粘度，液态导热率 3 3311.975mkgsm f 25 10829. 9 ，取蒸汽流速影响系数，1 号管增强系数。KmW0809 . 0 635 . 1 套管间 R410A 冷凝表面传热系数由下式计算得 25 . 0 0 4 1 0 5 332 4 1 0 32 0 29480 35 . 1 6 10829 . 9 01286 . 0 109252.1580809 . 0 3311.97581 . 9 729 . 0 729 . 0 fb s k vd rg 取紫铜的热导率KmW 393 将有关各数值代入传热方程式得将有关各数值代入传热方程式得 75 . 0 00 25 . 0 0000 2948029480 k q 0 0 0 0 830 . 7 1383 0361 . 0 15 . 0 393 00093 . 0 0346 . 0 15 . 0 000086 . 0 12733 1 830 . 7 1 m of i of i wi m a a a a r q 上式中的单位为，。 0 q 2 mW单位为 0 解联立方程，当时，两式分别是，取252 . 0 0 0 q 22 mW1047510485和mW 计算，则冷凝器所需传热面积 2 0 10480mWq 22 0 441 . 1 10480 15102 mm q Q A k of 所需低翅片管有效总管长 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 17 mm a A L of of 61 . 9 15 . 0 441 . 1 采用 4 根套管并联结构，则每根套管长度为。m4 . 2 4.2.6 冷凝器总体结构设计 冷凝器外管采用的无缝钢管。将每根套管成型为曲率半径mmmm5 . 232 的螺旋盘管，并使冷凝器的进出水端面朝向同一方向，每个螺旋盘管的高mmR125 度约 0.093m,将 4 个螺旋盘管叠在一起，则冷凝器的总高度约 0.372m。 采用逆流方式，制冷剂蒸汽从上端进入套管管间空腔，在内管外表面上凝结，冷 凝液体则从下端流出，而冷却水从下端进入内管管内再从上端流出。 5 蒸发器的选择蒸发器的选择计算 蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，低温的冷凝“液”体通过蒸发器，与 外界的空气进行热交换， “气”化吸热，达到制冷的效果。主要由加热室和蒸发室两部 分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两 相完全分离。加热室中产生的蒸气带有大量液沫，到了较大空间的蒸发室后，这些液 体借自身凝聚或除沫器等的作用得以与蒸气分离。 本设计采用的蒸发器时风机盘管的形式。风机盘管空调系统的工作原理，就是借 助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要 求的温度和一定的相对湿度。盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供应。与此 同时，由新风空调机房集中处理后的新风，通过专门的新风管道分别送人各空调房间 ，以满足空调房间的卫生要求。 风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道，只有水管和较小的新风管， 具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点，广泛用于温、湿度精度 要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。 5.1 蒸发器的参数 蒸发器采用冷却强制流动空气的蒸发器。设计参数：室内侧入口空气状态干球温 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 18 度 27，湿球温度 19，制冷量 Q0为 12kW，制冷剂为 R410a，蒸发温度 t0为 6， 流量为skgqG m 0709 . 0 5.2 蒸发器结构设计 传热管采用 9.520.27mm 纯铜管，翅片选用 f=0.115mm 铝片，翅片片距 sf=2.0mm。管簇为正三角交错排列。管间距 s1=25.4mm，沿气流方向的管排数 N=4， 翅片宽度 L=88mm。翅片管各部分传热面积计算。 根据铜管加工工艺，翻边高度为 =9.52+20.115+0.3=10.05mm020.3bfdd 管外每米管长肋片面积 =0.47942（m2/m） 22 1 2(cos30/4) b f f sd f s 管外每米管长基管面积 fb =0.02974（m2/m）(1) f bb f fd s 管外每米管长总表面积 ft =0.47942+0.02974=0.50916（m2/m） tfb fff 每米管长管内表面积 fi =0.0281972（m2/m） ii fd 肋化系数 =18.06 t i f f 当量直径 deq =3.358mm 1 1 2()() bff eq bff sds d sds 最窄流通面积与迎风面积之比 =0.5696 1 1 ()() bff f sds s s 5.2.1 确定空气在流经蒸发器时的状态变化过程 由给定的进风参数，查 i-d 图，得 i1= 53.81 kJ/kg，d1=10.45 g/kg，根据风量选择原 KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 19 则取设计风量为： =0.86Q00.218=0.86120000.218=2249.8m3/h a V 进口湿空气的比体积 1： =0.865 m3/kg 11 1 (10.0016) 101320 aR Td v 空气的质量流量 Ga =2600.9kg/h 1 a a V G v 进出口空气比焓差 i 93.19 4 .2167 6 . 312000 0 a G Q i kJ/kg 出口空气的比焓 i2 = 53.81-21iii 19.93=33.88kJ/kg 设取传热管壁面温度 tw=12 (取 w100)，查得 dw=7.63 g/kg，iw=29.31kJ/kg, 得空气处理过程的饱和状态点 w，连接 1-w 与 i2 线相交于 2 点， 得到蒸发器出口空气状态干球温度 t2=15.45，含湿量 d2=8.538g/kg。 蒸发器中空气的平均比焓 m i =43.968 kJ/kg 12 1 2 ln w m w w ii ii ii ii 则 im线与 1-w 线相交于 m 点，同时查得空气的平均状态参数为：tm=20.12， dm=9.317 g/kg，m=1.164kg/m3，m= 15.710-6 m/s 5.2.2 换热计算 取蒸发器管列数为 8，单管有效长度 B=1.6m，蒸发器高度 H=825.4= 203.2mm。 迎面风速 wg =1.971m/s a g V w HB 图 3 空气处理过程的图id KLRFP-1200-水冷分离式风机盘管空调器 20 最窄通风面风速 wmax =3.461 m/s max gw w 雷诺数 Ref =740.257 max eR eq f m wd 管外空气表面传热系数 W/m2.K94.58461 . 3 163 . 1 6 . 25163 . 1 6 . 25 55 . 0 55 . 0 max0 w 析湿系数 =1.4112.46 mw mw dd tt