某办公楼机房制冷机组冷冻水循环控制系统设计.doc

1、某办公楼机房制冷机组冷冻水循环控制系统设计摘 要 社会在不断的进步，人们生活水平的不断提高，在我们生活中越来越多的人们对空调的舒适度、空气品质的要求越来越高。为能使我们能够更好的生活，有更好的空气，空调越来越普遍的运用在各个场所中。 随着人们生活要求的提高，越来越多的空调系统的运用，使得空调技术有了很快的发展，制冷系统也得到了很大的发展。制冷系统机组化是现代制冷装置的发展方向。制冷机组就是制冷系统中德全部或部分设备在工厂组装成一个整体，为用户提供所需要的冷量和用冷量度。制冷机组不但结构紧凑，使用灵活，管理方便，而且质量可靠，安装简便，深受广大工程技术人员和用户的欢迎。 空调制冷站作为空调系统的

2、冷源部分，承担着空调系统提供冷冻水任务。空调制冷主要由冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统和管路附件等组成。关键词：空调 制冷系统 冷却水 冷冻水摘 要i1绪论11.1 设计题目及工程概况11.2室外气象参数11.3冷负荷12 制冷机组系统设计32.1制冷机组32.2确定制冷系统设计工况32.3确定制冷机组容量和台数33 冷却水系统设计53.1冷却塔型号、台数的确定53.2冷却水泵型号、台数的确定63.4冷却水水处理设备的确定74 冷冻水系统设计94.1冷冻水系统分类94.2集水器和分水器管径和管长确定94.3冷冻水泵型号和台数的确定104.4膨胀水箱选型114.5冷冻水水处理设备的确定125 自

3、动控制和监控设计135.1 控制系统工作原理135.2冷冻站的监控内容135.3冷冻站的联锁及保护控制145.4冷却水系统监控155.5 冷却水系统控制156 制冷机房布置166.1技术要求166.2建筑布局要求166.3设备安装设计176.4设备的隔振与降噪176.5设备、管道和附件的防腐和保温187结束语19参考文献201绪论1.1 设计题目及工程概况 （1）设计题目某办公楼机房制冷机组冷冻水循环控制系统设计 （2）工程概况 某办公楼总建筑面积12500。本设计的制冷站设在底层地下室内。 冷冻水出水温度7，回水温度12。1.2室外气象参数夏季室外气象参数冬季室外气象参数夏季空调室外计算干球

4、温度34.8冬季空调室外计算干球温度-7.7夏季空调室外计算湿球温度27冬季空调室外计算相对湿度45夏季空调室外平均风速2.8m/s冬季空调室外平均风速2.8m/s夏季大气压力997.3hpa冬季大气压力101.9hpa1.3冷负荷本建筑物的总建筑面积为12500，根据空气调节技术书中国内部分建筑空调冷负荷指标的统计值查的：办公楼的冷负荷指标（w）：90-140 w。冷负荷计算是空调设计及空调设备选型的主要依据；夏季冷负荷采用冷负荷系数法计算，求出每个房间的逐时值。 国内部分建筑空调冷负荷指标的统计值中注明：当建筑物的总建筑面积在小于5000取上限值，大于10000时，取下限值。按建筑空调冷负

5、荷指标确定的冷负荷即是制冷剂容量，不必再加系数。由于本建筑物的总建筑面积为8000，所以，在此我们选用90 w。则：本设计用户的空调冷负荷：q=1125kw。2 制冷机组系统设计 2.1制冷机组（1）确定制冷方式电力等一次能源充足时应选择电力驱动蒸气压缩式制冷机组（能耗低于吸收式制冷机组）；当地电力供应紧张或有热源可以利用，应优先选择吸收式制冷机组（特别是有余热废热场合）。从能耗、单机容量和调节等方面考虑，对于相对较大负荷（如2000kw左右）的情况，宜采用溴化锂吸收式冷水机组；选择空调用蒸气压缩式冷水机组时，单机名义工况制冷量大于1758kw时宜选用离心式；制冷量在1054-1758 kw时

6、宜选用螺杆式或离心式；制冷量在700-1054 kw时宜选用螺杆式；制冷量在116-700 kw时宜选用螺杆式或往复式；制冷量小于116活塞式或涡旋式。（2）确定冷凝器冷却方式采用水冷、风冷、还是蒸发式冷凝器；（根据总制冷量大小和当地条件）如采用水冷冷凝器，应同时考虑水源和冷却水的系统形式。2.2确定制冷系统设计工况（1）冷凝温度根据冷凝器的冷却方式和冷却介质的温度确定。（2）蒸发温度应根据用户使用温度确定，一般情况下，蒸发温度应比冷冻水供水温度低23。2.3确定制冷机组容量和台数活塞式冷水机组适用于中、小型空调制冷系统中。其结构紧凑、占地面积小、操作简单，单机容量小，运动部件多，使用寿命不长

7、。螺杆式冷水机组适用于大、中型空调制冷系统中。其单机制冷量较大、运行可靠、能量调节方便，润滑油系统复杂。离心式冷水机组适用于大、中型空调制冷系统中。其单机制冷量大、运行可靠、能量调节方便，变工况适应能力不强，易发生喘振现象。本设计用户的空调冷负荷是1125kw，综合考虑，从产品样本中选用两台型号为lsblg570m的螺杆式冷水机组，不考虑备用，其主要技术参数见下表： lsblg570m的螺杆式冷水机组主要技术参数机组型号lsblg570m制冷量572kw电源3n-380v 50hz输入功率118kw额定电流224a压缩机型式半封闭双螺杆式启动方式y能量调节25%-100%有极控制或无机控制数量

8、1机组尺寸长2995宽1350高1550机身自重2870kg运行重量3220kg本机型适用于冷冻水进出口温度为12/7，冷却水进出水温度为32/37。3 冷却水系统设计冷却水系统的作用是将从制冷机吸取的热量散发出去，它主要有冷却塔、冷却水泵、水处理设备和冷水机组冷凝器等设备及管道组成。冷却水系统的分类：可根据供水的方式不同分为直流供水系统和循环供水系统。（1）直流供水系统（也称天然水冷却系统）。自来水、地下水、湖泊、江河和水库中的水对于空调冷却水系统来说，都是优良的冷源，水从水源用泵输送到相关设备中吸收热量。经过设备后，水也不会被污染，可以直接排入下水道或用于农田灌输。直流供水系统全部采用新鲜

9、水一次使用，使用效果好，但水消耗量大，必须在水源充足，水温适宜，排水问题能解决时才能采用。（2）循环供水系统中冷却水反复使用，对水在热交换时吸收的热量，采用凉水装置使其散发，只需补充少量水。3.1冷却塔型号、台数的确定冷却塔的作用是为从制冷机吸收出来的冷却水降温，使得冷却水可以循环使用，它有逆流式、横流式、喷射式和蒸发式等四种型，其型号主要依据工作温度条件和冷却水流量来选择。冷却塔的设置位置应通风良好，远离高温或有害气体，避免气流短路以免建筑物高温高湿排气或非洁净气体对冷却塔的影响。同时，也应避免所产生的飘逸水影响周围环境。冷却塔内的填料多为易燃材料，应防止产生冷却塔失火事故。冷却塔的设置位置

10、可分为三种：（1）、制冷站设在建筑物的地下室，冷却塔设在通风良好的室外绿化地带或室外地面上。（2）、制冷站为单独建造的单层建筑时，冷却塔可设置在制冷站的屋顶上或室外地面上。（3）、制冷站设在多层建筑或高层建筑的底层或地下室时，冷却塔设在高层建筑裙房的屋顶上。如果没有条件这样设置时，只好将冷却塔设在高层建筑主楼的屋顶上，应考虑冷水机组冷凝器的承压在允许范围内。冷却塔的台数根据冷水机组的台数确定，一般应与冷水机组的台数相同，即“一塔对一机”不设置备用冷却塔。从已选定的冷水机组参数中，可知冷却水流量为119 m3/h，冷却塔处理的水流量应大于冷水机组的冷却水流量，在此我们在已选定的冷水机组的冷却水流

11、量的基础上，考虑1.2富裕系数，冷却塔设计处理水量为：l=119×1.2=142.8 m3/h。根据处理水量，以及当地室外湿球温度、水温处理要求，从冷却塔样本中选型，选用两台dftyl150p型冷却塔，不考虑备用，其性能参数见下表： dftyl150p型冷却塔性能参数冷却塔型号dftyl150p流量150 m3/h风量78000/h进水压力0.15mpa外形尺寸长5600宽2800高60303.2冷却水泵型号、台数的确定冷却水泵的安装要求：（1）当泵房设置在地面上，可用地脚螺栓直接固定在混凝土基础上。如泵房设在楼板上，则可以将水泵安装在减振装置上。当泵房设在高层建筑地下室时，可以不装

12、配地脚螺栓，而在水泵的四角填垫减振器。（2）水泵的进出口管端必须安装橡胶软接头，并且要在进水管上安装过滤器和阀门，在出水管上安装止回阀和闸阀，进出水管必须固定。（3）为使水泵保持最佳运行性能，应在水泵进出口处配装扩散管，以减少阻力损失。扩散管管口的流速应为：吸水管不大于1.3m/s，出水管不大于2m/s。（4）水泵的出水管上还应装有压力表和温度计，以利检测。压力表和温度计应被安装在便于观察和维修的位置上，并注意周围对其测量的准确度有影响的环境条件。根据选型原则，选择三台冷却水泵，两用一备。冷水机组的冷却水流量为119 m3/h，确定1.1的附加系数，则水泵流量l=1.1×119=13

13、0.9 m3/h。查阅水泵产品样本选择三台150rk180-32型水泵。其主要参数如下表150rk180-32冷却水泵参数表水泵型号150rk180-32单位流量144m3/h扬程33m转速1450r/min效率69%轴功率18.8kw电机功率3kw必需汽蚀余量 4.0m泵进出口管径150/125mm泵整机重量800kg3.4冷却水水处理设备的确定水处理设备通常按照管径或流量来选型，水过滤器一般是按连接管管径选定的。连接管的管径应该与干管的管径相同。在选定水过滤器时应重视它的耐压要求和安装检修的场地要求。除污器和水过滤器的前后应该设置闸阀，供他们在定期检修时与水系统切断之用（平时处于全开状态）

14、；安装时必须注意水流方向；在系统运转和清洗管路的初期，宜把其中的滤芯卸下，以免损坏。根据输水管管径和处理水流量238m3/h，从产品样本中选用一台 ytd-200f 型号电子水处理器.ytd-200f 型号电子水处理器型号ytd-200f公称直径mm200流量t/h320输入功率w80外形尺寸mm长900宽377高6774 冷冻水系统设计冷水机组制备出的冷冻水，由冷水循环泵通过供水管路输送到空气处理设备中，而释放出冷量后的冷水经回水管路返回冷水机组。4.1冷冻水系统分类 按循环方式，冷冻水系统可分为开式循环系统和闭式循环系统.（1） 开式循环系统的下部设有回水箱（或蓄冷水池），它的末端管路式与

15、大气相通的。空调冷水流经末端设备（例如风机盘管机组）释放出冷量后，回水靠重力作用集中进入回水箱或蓄冷水池，再由循环泵将回水打入冷水机组的蒸发器，经重新冷却后的冷水被输送至整个系统。其特点是：水泵扬程高，输送耗电量大；循环水易受污染，水中总含氧量高，管路和设备易受腐蚀；管路容易引起水锤想象；该系统与蓄冷水池连接比较简单。 （2）闭式循环系统的冷水在系统内进行密闭循环，不与大气接触，仅在系统的最高点设膨胀水箱（其功用是接纳水体积的膨胀，对系统进行定压和补水）。其特点：水泵扬程低，仅需克服循环路阻力，与建筑物总高度无关，故输送耗电量小；循环水不易受污染，管路腐蚀程度轻；不用设回水池，制冷机房占地面积

16、减小，但需设膨胀水箱的补水。4.2集水器和分水器管径和管长确定 根据已知冷冻水总流量196 m3/h，冷冻水在分水器、集水器中的断面流速v=0.5ms，计算集水器和分水器管径：d=1000×=372mm。查阅管子规格，拟选用dn400无缝钢管。该冷水机组给一个空调分区供应冷冻水，则d1=200mm，d2=200mm，d3=150mm。根据配管间距表确定管长：l= 1460mm。4.3冷冻水泵型号和台数的确定冷冻水泵的选择，要选有备用水泵，在本设计中选用两台运行冷冻水泵，一台备用水泵。对于大多数多层和高层建筑来说，空调冷冻水系统主要为闭式循环系统，冷冻水泵的流量较大，但扬程不会太高。据

17、统计，一般情况下，20层以下的建筑物，空调冷冻水系统的冷冻水泵扬程大多在16-28mh2o，乘上1.1的安全系数后最大也就是30 mh2o。本设计的建筑为办公楼，其建筑总面积为8000，属于20层以下的建筑物，所以我们的冷冻水泵的扬程选择30mh2o。本设计的冷水机组的冷冻水流量为98 m3/h，确定1.1的附加系数，则水泵流量l=1.1×98=107.8m3/h。根据上面的估算，我们可以知道冷冻水系统扬程为30水柱，查阅水泵产品样本选择三台150rk180-32型水泵，两用一备。150rk180-32冷冻水泵参数表水泵型号150rk180-32单位流量144m3/h扬程33m转速1

18、450r/min效率69%轴功率18.8kw电机功率3kw泵进出口管径150/125mm 94.4膨胀水箱选型膨胀水箱的容积根据系统的水容量和最大的水温变化幅度来确定。它可以容纳水温升高时水膨胀增加的体积和水温降低时补充水体积缩小的水量，同时兼有放气和稳定系统压力的作用。分水器和集水器筒身直径的计算可以用两种方法来计算，按各个并联接管的总流量通过筒身时的断面流速确定，并应大于最大接管开口直径的2陪。按经验公式计算，d=（1.5-3.0）dmax，dmax为各支管中的最大管径。本设计采用的是开式膨胀水箱，其有效容积：vp=·t·v=0.0006×（33.7-7）&#

19、215;（8000×0.7）=89.712 l =0.0897m3。一般的膨胀水箱有效容积为0.5-1.0m3，此系统的膨胀水量较小。则本系统的膨胀水箱有效容积可取0.5 m3。那么膨胀水箱的选择为膨胀水箱参数水箱形式型号公称直径m3有效容积外形尺寸mm水箱配管的公称直径mm水箱自重kg长宽高溢流管排水管膨胀管信号管循环管方形10.50.619009009004032252020156.34.5冷冻水水处理设备的确定水处理设备安装在输水管的干管上，冷冻水系统中冷冻水泵的流量为m3/h，根据输水水管径dn200mm和处理水流量为196m3/h，从产品样本中选用一台ytd-200f 型电

20、子水处理器。ytd-200f 型号电子水处理器参数表型号ytd-200f公称直径mm200流量t/h320外形尺寸mm长900宽377高6775 自动控制和监控设计 5.1 控制系统工作原理 在系统处于设计状况下，所有的设备满负荷运行，压差旁通阀开度为零，压差传感器两端接口处的压差为控制器的设定值； 当末端负荷变小时后，末端的两通阀关小，供、回水压差将会提高而超过设定值，在压差控制器的作用下，旁通阀将自动打开，它的开度加大将使总供、回水压差减小直至达到时，才停止继续开大。若冷水的旁通量超过了单台冷水循环泵流量时，则自动关闭一台冷水循环泵。 在机房控制室内设有微型计算机，对该空调制冷站及热交换站

21、等设备用房实行统一控制。也就是说，将多个自动控制程序纳入该微机中，根据设定的参数启闭设备或调节阀门。5.2冷冻站的监控内容1）监测冷媒水供、回水温度，以了解冷媒水的工作温度是否在合理的温度范围之内。2）监测冷媒水一次供、回水压力。3）监测冷媒水供水流量，与冷媒水供回水温差相结合，可计算出冷量，以此作为能源消耗量的依据。4）检测冷却水供回水温度，以了解冷却水的工作温度是否在合理的范围之内。5）监测冷媒水以及循环泵，冷媒水二级循环泵，冷却水循环泵及冷却塔风机的运行状态和故障状态。6）补水泵的运行和故障状态。补水泵的起停控制可根据冷媒水供水压力的范围来决定起停控制。当供水压力超过警戒压力时，关闭补水

22、泵，当供水压力过小时，启动补水泵。7）监测补水箱的高液位，低液位和溢流液位，在水箱液位高于高液位和低于低液位时，启动报警。8）监测膨胀水箱的高液位，低液位和溢流液位，在水箱液位高于高液位和低于低液位时，关闭或启动补水泵。9）设备之间的连锁保护。10）群控功能：一级泵系统，根据冷媒水供回水温度与流量，计算出空调系统的实际负荷，将计算结果与实际制冷量比较，若实际制冷量与空调系统的实际负荷之差大于（或小于）一台制冷机组的供冷量时，则发出停止（或启动）一台制冷机组的运行的提示或（自动控制）。一级泵，冷却水泵和冷却塔与制冷机组一一对应，随制冷机组的启动和关闭而启动和关闭。二级泵系统，初级泵的控制同一级泵

23、系统，二级泵则根据用户的负荷情况来调整二级泵的启动台数以达到调整负荷的目的。 5.3冷冻站的联锁及保护控制1）根据排定的工作程序表，ddc按时起停机组。顺序控制如前所述。2）通过ddc对设备运行时间的积累，实现同组设备的均衡运行。当其中某台设备出现故障时，备用设备会自动投入运行，同时提示检修。3）ddc对冷却水泵，冷媒水泵，冷却塔风机的起停控制时间应与制冷机组的要求一致。4)水泵启动后，水流开关检测水流状态，发生断水故障，自动停机。5)设置时间延时和冷量控制上下限范围，防止机组频繁启动。6)测量冷媒水系统供回水温度及回水流量，计算空调实际冷负荷，根据冷负荷确定制冷机组起停台数，以达到最佳节能效

24、果。7)根据冷却水回水温度，决定冷却塔风机的运行台数，自动起停冷却塔风机。并通过控制其旁路电动调节阀的开度，调节流入冷却塔的水量。8）测量冷媒水系统供回水总管之压差，控制其旁通阀开度，以维持压差平衡。5.4冷却水系统监控 1）冷却水系统监控的主要作用有： 1、保证冷却塔风机、冷却水泵的安全运行； 2、确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过； 3、根据室外气候情况及冷负荷调整冷却水工况，使冷却水温度在要 求的设定的温度范围之内。 2）冷却水监控的主要功能有： 1、通过流量传感器监测冷却水流量是否正常； 2、对冷却水泵的启停进行控制，并显示其运行状态； 3、测量冷却水进出口水温，通过调整流量和散热情

25、况调整水温，使系统能够高效散热； 4、对冷却塔的运行状态（主要是冷却塔风机）进行监控。5.5 冷却水系统控制 为防止进入主机的冷却水温过低，根据冷却水的温度控制冷却塔的风扇启动与停止。在每个冷却塔的出水管道上设有一个感温包，在中央控制室微机中设有温度控制程序。当冷却塔出水温度t<22时，由微机控制关闭该冷却塔的风扇，这时，冷却塔出水温度会逐渐升高，如果升至t=25时，再次打开该冷却塔的风扇。这样设计既能使冷却水温保持相对恒定，保证冷水机组稳定运行，又可以在室外气温较低的情况下节约用电，降低冷却塔的噪声。6 制冷机房布置空调制冷站应该靠近冷负荷中心，可以设置在建筑物的地下室、设备层或屋顶上

26、。当由于条件所限不宜设在地下室时，也可设在裙房中火与主建筑分开独立设置。6.1技术要求1） 制冷机房应有良好的通风，以便排出冷水机组、变压器、水泵等设备运行时产生的大量余热、余湿。2） 机房应考虑噪声与振动的影响。冷水机组的噪声，不管是电动型机组或溴化锂吸收式机组，一般均在80db（a）以上。若主机房在地面上，噪声会通过窗户、门缝通风口等隔声薄弱环节向外传出，即使主机房位于半地下室，噪声也会通过采光窗户传出去。此外，冷水机组以及水泵的振动都会通过建筑物围护结构向室外传递。所以，必须重视噪声与振动对建筑物外部与、内部环境的影响，事先应做出影响评估，施工时采取有效的减振、降噪措施。3） 机房应有排

27、水措施。机房中的许多设备在运行、维修过程中都会出现排水或漏水现象。为使机房内保持干燥与清洁，应设计有组织排水。通常的做法是在水泵、冷水机组等四周做排水沟，集中后排出。在地下室常设集水坑，再用潜水泵自动排水。6.2建筑布局要求机房面积、净高和辅助用房等应根据系统的集中和分散、冷源设备类型等设置。1） 机房面积的大小应保证设备安装有足够的间距和维修空间。同时，机房面积大小的确定，应了解机房不同时期的发展规划，考虑机房扩建的余地。2） 制冷机房的净高应根据制冷机的种类和型号而定，机房高度应比制冷机高出1-2m。一般来讲，对于活塞式制冷机、小型螺杆式制冷机，其机房净高控制在3-4.5m；对于离心式制冷

28、机，大中型螺杆式制冷机，其机房净高控制在4.5-5.0m，对于吸收式制冷机原则上同离心式制冷机，设备最高点到梁下不小于1.5m，设备间的净高不应小于3m。3） 大、中型机房内的主机宜与辅助设备及水泵等分区布置，不能满足要求的应按设备类型分区布置。大、中型机房内应设置值班室、控制间和卫生设施以及必要的通信设施。6.3设备安装设计空调冷站的设备布置和管道连接，应符合工艺流程，流向应通畅，连接管路要短，便于安装，便于操作管理，并应留有适当的设备部件拆卸检修所需要的空间。尽可能使设备安装紧凑，并充分利用机房的空间，以节约建筑面积，降低建筑费用。管路布置应力求简单、符合工艺流程、缩短管线、减少部件，以达

29、到减少阻力、泄漏及降低材料消耗的目的。设备及辅助设备（泵、集水器、分水器等）之间的连接管道应尽量段儿平直，便于安装。制冷设备间的距离应符合要求。6.4设备的隔振与降噪 机房冷水机组、水泵和风机等动力设备均应设置基础隔振装置，防止和减少设备振动对外界的影响。通过在设备基础与支撑结构之间设置弹性元件来实现。 设备振动量控制按有关标准规定及规范执行，在无标准可循时，一般无特殊要求可控制振动速度v10mm/s（峰值），开机或停机通过共振区时v15mm/s。 冷热源设备、水泵和风机等动力设备的流体进出口，宜采用软管同管道连接。当消声与隔振要求较高时，管道与支架间应没有弹性材料垫层。管道穿过维护结构处，其周围缝隙，应用弹性材料填充。6.5设备、管道和附件的防腐和保温 为了保证机房设备，管道和附件的有效工作年限，机房金