体育馆冰球场制冷系统设计

1、 体育馆冰球场制冷系统设计 姓名：葛宇衡 班级：制冷131 学号：130216109 指导老师：王宏制冷与冷藏技术课程设计说明书 前言 本次课程设计的设计题目为郑州某体育馆冰球场制冷系统设计。在设计的初级阶段，我从图书馆和网上查阅了大量的关于人工冰场的相关资料，进行翻阅、查找和记录进行了制冷系统设计方案的论证。且在整个设计中，我进行了制冷系统冷负荷计算，管道的计算和设备的选型计算。其中制冷系统冷负荷计算包括对流换热负荷、辐射负荷、地下传热负荷、冻冰负荷、人体和照明负荷的计算。通过设备的选型绘制了制冷系统原理图。在绘制图纸的过程中，我对制冷系统的原理、流程，各部件及相关的阀门，自控元件以及制图符

2、号有了全方面的了解。 第一部分 方案论证 一、 气象条件： 郑州地区： 北纬：3444 东经：11342 夏季通风温度：32C 夏季室外湿球温度：27C 二、方案确定并论证： 制冷方案设计是计算单位依据设计任务书而提出的初步设想，是一个关键的环节，制冷装置使用效果的好坏都与所选用的制冷方案有着密切的关系，如果确定的制冷方案不当，会给体育馆的冰球场建造带来不应有的经济损失和操作管理不便。因此，在确定方案时，应根据冰球场使用性质，规模，和投资限额，工艺要求，冷却水水质，水温和水量，制冷装置所处环境，室外空气温湿度等进行确定，并从购进，实用，发展，经济等诸方面出发，选择最佳的设计方案。 1、载冷剂的

3、选择： 采用乙二醇的水溶液作为载冷剂。纯的乙二醇无色无味，无电解性，不燃烧，化学性质稳定。乙二醇的水溶液略显毒性，但对食物无危害，略显腐蚀性，使用时应加缓蚀剂。 2、制冷剂的选择： 间接蒸发式制冷系统的工质用R22。R22 单位制冷量高，DDP,GWP较小，属于过渡性替代制冷剂，在本次设计中可以使用。3、冷凝器类型的确定： 冷凝器类型有多种，应根据制冷装置所处的环境，冷却水水质，水温和水量来进行确定。根据郑州地区的气象环境等因素，确定本次设计采用卧式壳管式冷凝器。 4、蒸发器类型的确定 ：采用满液壳管式蒸发器 5、节流机构的确定 ： 采用浮球阀节流。用于具有自由液面的蒸发器的自动调节，根据制冷

4、量的大小选型。 第二部分 冰场冷负荷计算 一、冰场负荷设计条件： 1、冰场面积：30X30m 2、冰面温度：-5 3、初冻时间：48h 4、室内温度： 22 5、冰层厚度： 40mm 6、室内湿度：60% 二、计算冰场热负荷： 1、对流换热负荷： Q1=Cx(tatb) =2.58X（22+5）=69.66W/m其中:C对流热系数， V=1m/s, C=2.58W/m2 ta空气温度，+22。 tb冰面温度，-5。 P1= Q1 X S=69.66 X 30 X 30=62.694 KW 2、辐射负荷： =78.849J P1 = Q2X S=78.849X30X30=70964w=71.96

5、4kw 3、混凝土热负荷： Q3=Cmt =1050X126000X(22+5) =3.7044 X109 J 其中: k混凝土比热。C=1050 J/（kg.） m混凝土质量。 m=V=700X30X30X0.2=126000kg t传热温差。 P3= Q3/t=3.7044 X109 /(48X3600)=21.4375kw 4、冰的负荷： 冰的凝固潜热为: 335kJ/kg 冰的质量: m=V=917X30X30X0.04=33012kg 1）32的水降为0的水: qa=Cmt=4.2X33012X32=4436812.8kJ 2）0的水降为0的冰: qb=rm=335X33012=11

6、059020 KJ 3) 0的冰降为-5的冰: qc=Cmt=2.1X33012X5=346626KJ Q2= qa+qb+qc=15842458.8 KJ P4 = Q2 /t=15842458.8/(48X3600)=91.68 KW 5、地面热负荷 ： Q5=K(tdtp) 其中:k地下层传热系数，1/k= d1 /1+ d2 /2 + d3 /3 =0.02/0.93+0.02/0.93+0.15/0.037 =4.097 K=0.2441 W/(m2.k) td对数温差 tmax=32-(-6)=38 tmin=32-22=10 td=（tmax-tmin）/ln(tmax/tmin

7、) =(38-10)/ln3.8=20.974 tp混凝土温度，-6。 6、对流传质负荷 ： Q6=Ax(dadb)x10-3 xr =900X2.39X(9.8-2.69)X10-3X2836X10-3 =43290W =43.290KW 其中: A冰场面积30X30 m 传质系数，=2.39x10-3Kg/m.S da空气含湿量，9.8g/Kg。 db冰温下饱和空气含湿量，2.69g/Kg; r凝结和凝固潜热，冰温-5时水蒸汽的 r=2836X 10-3J/Kg; 所以，冰场设计负荷为： Q=Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6=296KW第三部分 冰场排管的设计 一、排管确定 1

8、、排管选型： 乙二醇水溶液有腐蚀性，所以选用PPR塑料管能有效地减缓腐蚀，且PPR塑料管弹性大，重量小，管件连接牢固，绿色环保。 依据本设计的情况采用PPR塑料管，32X2mm2、载冷剂参数： 浓度d 密度 比热C 运动粘度 导热系数 普朗特数 Pr 31.2% 1040 kg/ m 2 3.6 kJ/（kg.） 7.9X10-6 m/s 0.46 w/(m.k) 65 3、 判断流体类型 ： Re=V.l/ =20252500 其中: Re雷诺数 V排管内流速，0.1 m/s -0.6 m/s，取0.5 m/s 1排管直径m 运动粘度m/s 所以为层流 ： Nu=1.86（RePrd/C）1

9、/3 =1.86X（2025X65X0.032/30）1/3 =7.673其中：Pr普朗特数 d排管直径m C排管长度 h = Nu.=110.3 w/(m .k) 4、排管面积: A=Q/ht =296000/(110.3X6) =447.26 m 5、排管总长: L=A/C =447.26/(3.14X0.032) =4451.23m 6、排管中心距及数量的确定: 数量 n=L/30 =4451.23/30 =148.37=150个 中心距d=30/n =30/150 =0.200m=200mm 二、载冷剂负荷 Q7=CMt=c.vs.t =3.6X1040X0.5X0.00080384

10、=67kw 其中： c载冷剂比热kJ/（kg.） 载冷剂密度kg/ m2 v载冷剂流速m/s s排管截面积m2 t载冷剂进出口温差 三、冰场管段排布 1、冰场地面做法：由上至下地面做法： 1.冰层 2.防冻混凝土（内含排管） 厚度200mm, 3.一毡二油防潮层。4.聚氨酯，厚度 100mm 5.水泥沙浆抹面， 厚度30mm 6.二毡三油防潮层 7.水泥沙浆抹面, 厚度 20mm 8.原有混凝土面,上面每500mm开有150mm的通风沟槽。 2、冰场管段排布 冰场排管使用的是32X2mm的PPR管，中心距200mm，与冰场一侧边平行布置，每根管长30000mm，排管打在钢筋混凝土板中。且进水回

11、水管交叉排布，减弱温度失调。见“盘管布置平面图”第四部分 设备选型： 一、 制冷工况的确定：由已知条件冷却水进水温度为32，出水温度为37，载冷剂出水温度为-7，冷冻水回水温度-13。 1.1 蒸发温度t0: t0=ts2-4（比要求供给的载冷剂的温度低4） =-17 1.2 冷凝温度tk： tk=1/2(t1+t2）=5.5（冷却水的进口温度取下限。其范围是57） =40 1.3 吸气温度吸t吸: t吸= t0+20（氟利昂要求吸t15，不能太低） =3 1.4 过冷温度过冷 t过冷：t过冷=tk-3 =37 （过冷度：3） 查R22 lgp-h图可知:根据to=-17， tk=40， t吸

12、=3， t过冷=37，可得： h1=397 kJ/kg v1=0.08325 m3 /Kgh1=416 kJ/kg v1=0.1 m3 /Kgh2=466 kJ/kg v2= 0.019m3/Kg h2=478.5 kJ/kg v2=0.02 m3/Kg h3=249 kJ/kg V3 =0.016 m3 /Kg h3=240 kJ/kg V3=0.01636 m3/Kg h4=240 kJ/kg V4 =0.022 m3 /Kg 1.5 单位质量制冷量：q0=h1-h4=397-240=157 kJ/kg 1.6 单位容积制冷量： 1.7制冷剂的质量流量（质量循环量）：其中： Q0-冰场设计

13、负荷 : Q0= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 +Q7 = 296+67 =363KW 因考虑管路的冷损失和备用，附加3%，即363X1.03=374.44KW 1.8制冷剂理论输气量 其中: yv 输气系数0.750.9之间，取0.8 V1压缩机比容，0.1 m3 /Kg G制冷剂质量流量kg/s二、压缩机的选型： 1、作用： （1）从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力。 （2）提高压力。以创造在较高温度下的冷凝条件。 （3）输送制冷剂是制冷剂完成制冷循环。 2、选型： 螺杆压缩机轴功率计算:=2.38X(478-416)/0.8 =184.4KW 其中: G制冷

14、剂质量流量 yab 绝热系数0.750.85之间，取0.8 h1压缩机入口制冷剂焓值，416KJ/Kg h2压缩机出口制冷剂焓值，478KJ/Kg 可查制冷工艺设计表34中，可选一台LG20F型压缩机，其标准制冷量450KW，轴功率192KW。符合设计要求。三、冷凝器的选型： 1、 作用： 冷凝器是制冷装置中主要的热交换设备之一。冷凝器的作用是将制冷机升压排出的制冷剂过热蒸汽冷却冷凝成制冷剂液体，并放热于冷却介质（水或空气）中。 2、选型： （1）冷凝器面积计算: 其中:QC单级压缩机制冷量。 其中: qf冷凝器单位面积热负荷，KW/m 。从常用冷凝器的技 术数据表中查qf-3.44.0之间，

15、取值4.0 KW/m 根据冷凝器单位面积热负荷Fl，查制冷工艺设计表313，可选一台CXV117型卧式壳管式冷凝器。制冷量为505KW。可满足要求。 （2）计算用水量： V水=3.6X Ql/（1000Ct） =3.6X450000/1000X4.2X5 =77m3 /h =77吨/时 其实：V水冷却水的用水量m3 /h Ql冷凝器的热负荷KW C水的比热，淡水取C=4.2KJ/Kg, t冷却水进出口温差，t=4-6，取5 （3）水塔选型 根据用水量V 水， 查中央空调常用数据速查手册表2512 选用机型为LBCM-80 标准水量为80m3 /h，满足要求。四、蒸发器的选型 （1）蒸发器的面积

16、计算 : A=Q/Ktm =450000/(550X5)=163.6 m 其中：Q-蒸发器热负荷，W K-传热系数500700，取500 w/(m2 .k) tm传热温差，4-6，取 （2）蒸发器选型 根据用水量面积A，查最新供热空调系统运行管理与节能诊断技术及常用数据速查手册表82-34 选用型号为ZW-180 标准蒸发面积为180m，满足要求。 五、节流阀的选型 1、作用：用于具有自由液面的蒸发器的自动调节，根据制冷量的大小选型。 2、选型：根据蒸发器，采用浮球阀节流。 查制冷装置设计选型FQ-100 通道面积：100/ mm2 ，制冷量：320640KW。符合设计要求。第五部分 辅助设备

17、的选型 一、高压贮液器选型： 1、作用： 一般位于冷凝器后，安装位置必须保证冷凝器内液体能借助其液位差而顺畅流入高压贮液器中。高压贮液器在制冷系统中的作用是： （1）贮存冷凝器流出的制冷剂液体，使冷凝器的传热面积充分发挥作用。 （2）保证供应和调节制冷系统中有关设备需要的制冷剂液体循环量。 （3）起到液封作用，即防止高压制冷剂蒸气窜至低压系统管路中去。 2、 选型： VZA=G/ =（2.384X3600）X（1/1409.2）X0.4/0.75 =3.25m. 其中：G制冷装置中每小时氟利昂液体的总循环量（Kg/h）. 贮液器的容积系数，查制冷工艺设计表315中取0.4 。 氟利昂液体充满度

18、，一般宜取75%。 冷凝温度下液R22的比容。（m/Kg）. 根据以上所得数据，查制冷装置表319中，选一台型号为ZA3.5，容量V=3.5m的蒸发器.可满足设计要求。 二、油分离器的选型： 1、 作用： 油分离器在制冷系统中位于压缩机和冷凝器之间，它是一种汽液分离设备。压缩机在工作中，汽化的润滑油蒸汽和飞溅的微小油滴会与制冷剂蒸汽混合在一起排出，在蒸发器或冷凝器的换热表面上被冷却而形成油膜，从而降低换热器的传热效果。油分离器的作用就是把压缩机排出的过热蒸汽中夹带的润滑油再进入冷凝器之前将其分离出来。2、选型：其中： D油分离器的直径。 氟压缩机的输汽系数，根据TZ=-17。TL=40. 查制

19、冷工艺设计表36中得=0.8。 油分离器内的气体流速，0.30.5之间，取0.4m/s. 根据以上所得数据，查制冷装置中表37可选大冷冷冻机厂生产的A型F65型油分器一台。其桶径为325mm.可满足要求。 三、回热器的选型： 1、 作用：使制冷压缩机吸气前的载冷剂蒸气与供入蒸发器前的载冷 剂液体进行内部交换，以达到液体过冷就和蒸气有益过热的目的。 2、 选型：(1) 回热器的单位回热量： qR = (h3- h3)=（h1- h1）qm =（416-397）X2.384 =45.3KW (2)回热器面积A= QR/Kt =45000/（250X45） =4.03 m 其中：K光管传热系数230

20、290，取250W/（m） t-回热器进出口载冷剂对数温差 tmax=37-(-17)=57 tmin=40-3=37 t =（tmax-tmin）/ln(tmax/tmin) =(54-37)/ln1.46=45 四、干燥过滤器选型： 1、 作用： 从气体和液体除去水分和杂质的设备。由干燥剂和滤芯组装在一个壳体内而成，他主要用于氟利昂系统，属于安全防护设备。它一般安装在冷凝器至节流器之间的管道上，可以除去水分，防止节流发生冰堵和脏堵，保证系统正常运行。 2、选型：采用价格便宜、可再生的硅胶作为干燥剂 五、管径的确定 1、R22在管内允许的流速Wm/s, 查制冷技术与应用得在不同的管内R22的

21、流速为 排气降1-2 P=72.2Kpa吸气降1 P=36.75 Kpa液体降0.5 P=18.37 Kpa 2.1排气管道直径的确定 =0.068m=68m 其中： Mr-载冷剂流量Kg/s v-载冷剂比容m3/Kg W-制冷剂流速m/s 2.2查制冷技术与应用表8-2，选用76X3.5无缝不锈钢管 2.3计算沿程阻力损失： Pm=fmL w2/dn =0.025X169/(0.05X0.006896X2) =6.172Kpa Pi=1.15Pm=7.046 Kpa P=Pi+Pm=13.17 KpaP 所以76X3.5无缝不锈钢管，满足条件 3.1吸气管道直径的确定=0.0888m=88.

22、8mm 其中： Mr-载冷剂流量Kg/s v-载冷剂比容m3/Kg W-制冷剂流速m/s 3.2查制冷技术与应用表8-2，选用76X3.5无缝不锈钢管 3.3计算沿程阻力损失： Pm=fmL w/dn =0.025X169/(0.089X0.08333X2) =0.285Kpa Pi=1.15Pm=0.327 Kpa P=Pi+Pm=0.612 KpaP 所以89X3.5无缝不锈钢管，满足条件 4.1液体管道（冷凝器到贮液器）直径的确定 =0.083m=83m 其中： Mr-载冷剂流量Kg/s v-载冷剂比容m3/Kg W-制冷剂流速m/s 4.2查制冷技术与应用表8-2，选用108X4.0无

23、缝不锈钢管 4.3计算沿程阻力损失： Pm=fmL w2/dn =0.035X1137.3/(0.1X4X2) =0.0498Kpa Pi=1.15Pm=0.0572 Kpa P=Pi+Pm=0.107 KpaP 所以108X4.0无缝不锈钢管，满足条件 。5.1液体管道（贮液器到蒸发器）直径的确定=0.05395m=54m 其中： Mr-载冷剂流量Kg/s v-载冷剂比容m3/Kg W-制冷剂流速m/s 5.2查制冷技术与应用表8-2，选用70X3.5无缝不锈钢管 5.3计算沿程阻力损失： Pm=fmL w2/dn =0.035X0.64X1301.6/(0.063X2) =0.2314Kp

24、a Pi=1.15Pm=0.2661 Kpa P=Pi+Pm=0.4975 KpaP 所以70X3.5无缝不锈钢管，满足条件 六、系统辅助设备原理说明： 1、高压贮液器： 高压贮液器上的进液管、平衡管分别与冷凝器的出液管、平衡管相连接。平衡管可使两个容器中的压力平衡，利用两者的液位差，使得冷凝器中的液体能顺畅的流入高压贮液器内。 2、油分离器： 机组采用过滤网式油分离器。制冷压缩机的工作时需要喷入大量的润滑油，这些润滑油随排气排入油分离器，经过油分离器以后，制冷剂气体进入冷凝器，分离下来的油经过油冷却器、油过滤器，由油泵升压后又 进入压缩机。 油分离器上设有板式液面计、安全阀和排气止回阀。板式

25、液面计用以指示实际油面，压缩机正常运转时，油位应处于板式液位计的1/32/3之间，安全阀对压缩机和油分离器起安全保护作用，当油分离器内压力高于1.45Mpa时自动开启，以泄出过高的压力。排气止回阀是一种蝶型阀。止回阀使高压排气可以顺利地进入冷凝器，而当压缩机停机期间，冷凝器内高压气体不会立即进入油分离器。 3、干燥过滤器： 从气体和液体除去水分和杂质的设备。由干燥剂和滤芯组装在一个壳体内而成，他主要用于氟利昂系统，属于安全防护设备。它一般安装在冷凝器至节流器之间的管道上，可以除去水分，防止节流发生冰堵和脏堵，保证系统正常运行。 七、室内冰场注意事项： 1、冰面上部6m高度以内不设任何设施，否则

26、会因冰面辐射结露凝水。2、应严格控制冰场内空气问湿度，空气温度小于22，相对湿度小于60%。3、冰场内任何出风口不可直射冰面，空调出风口风速应小于2m/s，否则冰面易融化。 4、为防止屋顶结露，可采用低温干燥空气对冰场进行空气调节。 5、冰场场地内不设排水管道，在冰场的端侧设融冰排水地漏。 6、经一段时间使用后，冰面上会出现许多冰刀划痕和冰屑，因此，必须间隔一段时间进行修整。先用7080热水使冰层表面融化，再洒水将沟痕冻平，若冰场备有整冰车，则可省去热水喷水设备。 总结 本次课程设计我的设计题目为郑州体育馆冰球场制冷系统设计。近些年来人们生活质量不断提高，娱乐行业发展迅速，人工冰场成为人们休闲

27、娱乐的新潮流，故本次课程设计选择了这方面的题目。 在设计的初级阶段，我从图书馆借阅了大量的关于人工冰场的相关资料，进行翻阅、查找和记录。在此之前我们进行了课程实习，对制冷系统有了深入的了解，这些为我能够顺利完成课程设计打下了理论和实践基础。在这一阶段里，我还参考了大量的相关文献。最后根据所学的专业知识以及在这段时间里查阅的设计资料和参考文献，在这些基础上我制定了切实可行的制冷系统设计方案。 在整个设计中，我进行了制冷系统冷负荷计算，管道的计算和设备的选型计算。这些计算是相当复杂的。通过详细手算而非电脑软件计算，使我又学到和了解到很多知识。建筑中制冷系统冷负荷包括对流换热负荷、对流传质负荷、地下