畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書完全版

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

題目30KW別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號院（系）指導(dǎo)教師(職稱)完成時間

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

題目30KW別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)號姓名一、原始資料及技術(shù)條件

1.設(shè)計(jì)一別墅用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，需要制冷房間6個，制冷功率總共30KW。

2.采用雙金屬芯心冰球蓄冰槽，蓄冰槽放置室外地下?？蔀樽≌峁?小時的冷量,蓄冰槽乙二醇進(jìn)口溫度-5℃，出口溫度-2℃。3.采用乙二醇載冷劑（25%的乙二醇水溶液）凍結(jié)冰。采用風(fēng)冷冷凝器室外機(jī)，風(fēng)機(jī)盤管室內(nèi)機(jī)。

4.采用夜間制冰供冷，制冰工況：冷凝溫度45℃，蒸發(fā)溫度-9℃。5.工質(zhì)：R22

6.設(shè)計(jì)環(huán)境溫度30℃，相對濕度85%。二、主要內(nèi)容

1.進(jìn)行循環(huán)熱力計(jì)算，壓縮機(jī)選擇計(jì)算。2.冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算。

3.套管式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算（上機(jī)計(jì)算）。

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.蓄冰槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5.

進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析(按鄭州市的分時電價)。

設(shè)計(jì)圖樣：系統(tǒng)流程圖（A2），冷凝器部裝圖，蓄冰槽部裝圖，室外機(jī)組總裝圖。至少一張圖用CAD繪制

6.

三、基本要求

1.閱讀文獻(xiàn)寫出文獻(xiàn)綜述。2.按統(tǒng)一格式完成開題報告。

3.閱讀英文文獻(xiàn)，并譯成中文(不少于5000漢字)。4.設(shè)計(jì)計(jì)算至少有兩部分為上機(jī)計(jì)算。

5.規(guī)范繪制圖樣，上機(jī)繪圖不少于二張裝配圖、一張零件圖。6.英中文對照摘要，中文不少于400字。7.按統(tǒng)一格式編制設(shè)計(jì)說明書，不少于30000字。8.有全部設(shè)計(jì)的紙介質(zhì)文檔和電子文檔。

四、完成期限：2023年6月7日

指導(dǎo)教師簽章：

專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：2023年12月30日

目錄

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要ⅠABSTRACTⅡ1緒論1

1.1冰蓄冷空調(diào)的基本概念11.2冰蓄冷空調(diào)的社會背景11.3冰蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行方式2

1.3.1全部蓄冷21.3.2部分蓄冷2

1.4應(yīng)用蓄能空調(diào)的意義2

2循環(huán)熱力計(jì)算3

2.1設(shè)計(jì)原始資料及技術(shù)條件32.2初步確定制冷工況32.3初步選定壓縮機(jī)類型52.4有關(guān)參數(shù)計(jì)算6

3壓縮機(jī)規(guī)格尺寸的選擇7

3.1壓縮機(jī)選型73.2壓縮機(jī)校核計(jì)算7

4強(qiáng)制風(fēng)冷式冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算10

4.1計(jì)算平均溫差104.2翅片管簇結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇計(jì)算11

4.2.1基本結(jié)構(gòu)114.2.2翅片管幾何參數(shù)計(jì)算12

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.3傳熱熱力計(jì)算13

4.3.1空氣流量134.3.2空氣側(cè)換熱系數(shù)134.3.3管壁熱阻與污垢熱阻154.3.4制冷劑側(cè)冷凝換熱系數(shù)154.3.5結(jié)構(gòu)164.3.6空氣阻力計(jì)算17

5蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算17

5.1乙二醇與制冷劑的套管式蒸發(fā)器17

5.1.1有關(guān)參數(shù)的選擇及計(jì)算175.1.2確定內(nèi)管根數(shù)185.1.3傳熱計(jì)算18

5.2乙二醇與水的蒸發(fā)器21

5.2.1有關(guān)參數(shù)的選擇215.2.2傳熱計(jì)算22

6蓄冰槽設(shè)計(jì)24

6.1蓄冰槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)246.2傳熱量計(jì)算25

7節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇計(jì)算26

7.1常用節(jié)流機(jī)構(gòu)267.2熱力膨脹閥的選用277.3熱力膨脹閥的選型計(jì)算27

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.3傳熱熱力計(jì)算

4.3.1空氣流量

空氣平均溫度：

tam?ta1?空氣平均參數(shù)：

?ta?34℃（4-12）2導(dǎo)熱系數(shù)?a?0.027W(m?k),?a=16.40×10?3m2/s,在進(jìn)風(fēng)溫度30℃條件下密度

?a=1.165kg/m3。冷凝器所需空氣體積流量：

qv?Qk?4.1（4-13）

?aCpa?ta（其中查表Cpa?1.005kJ/?kg?k?）選取迎面風(fēng)速wy=2.5m/s，則迎風(fēng)面積：AY?qv?1.64(4-14)wy取有效單管長度：l=1.36m

迎風(fēng)面高度：

H?Ayl?1.2(4-15)

迎風(fēng)面管排數(shù)：

N?H1??48(4-16)s124.3.2空氣側(cè)換熱系數(shù)

進(jìn)行傳熱計(jì)算，確定所需傳熱面積Aof、翅片管總長L及空氣流通方向上

的管排數(shù)n。采用整張波紋翅片及密翅距地叉排管數(shù)的空氣側(cè)傳熱系數(shù)由式子

?b?of?c?aRefn()m乘以1.1再乘以1.2計(jì)算

dede現(xiàn)預(yù)計(jì)流通方向管排數(shù)：n=4

13

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

則翅片寬度：b?4s1cos300?0.086m6（4-17）微元最窄截面當(dāng)量直徑：de??s1?db???sf?b?is1sf2?s1?db?ib??sf?=0.0033m(4-18)

空氣流經(jīng)最小截面時的風(fēng)速：

?max?

雷諾數(shù)：

Ref?(s1?db)(sf??f)（4-19）?4.596b=26.24dewmaxde?a=924.80(4-20)

查表得到：ψ=0.148，n=0.623,c=1.138,m=-0.208

則管外空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：?o?c??adeRef(nbmK)（4-21）)?1.1?1.2=64.94w/(m2·

de對于R22制冷劑氣其冷凝溫度tk=45℃，B為氟利昂制冷物質(zhì)集合系

數(shù)，查表后其取值為1386.3。

管內(nèi)凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：?ki?0.555Bdi翅片計(jì)算高度：

?0.25（55-twi）-0.25（4-22）(tk?twi)?0.25=2479.4×

h???d0s1s1?(?1)?1?0.35ln(c)?=0.01m，其中c=1.063（4-23）

2d0d0??翅片材料導(dǎo)熱系數(shù)：λ=203w/(m·K)則有翅片折算參數(shù)：m?2ao??=65.31（4-24）

f?f?s1（4-25）?2.5db14

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

?'f?1.06?3f?當(dāng)量翅高：

149（4-26）2.79h'f???'f?1??1?ln?'f??3.63060?10?3m（4-27）

翅片效率：

?f?th(mh?)=0.88（4-28）mh?翅片管表面效率：

?af?f?abo?a=0.887f?ab外表面當(dāng)量換熱效率：

?oeq??0?f?57.154.3.3管壁熱阻與污垢熱阻

取管內(nèi)污垢熱阻：r2i?4?10?5?m?k?/W以管外表面積計(jì)的當(dāng)量管內(nèi)熱阻：

rieq?ri??3i?0.78463?10?m2?k?/W管材料導(dǎo)熱系數(shù)：

??9?p?387W/?m?k?以管外表面積計(jì)的當(dāng)量管壁熱阻：

rpeq??bp52??1.47070?10??m2?k?/Wp取翅片側(cè)污垢熱阻：ro?4?10?4?m2?k?/W管壁及外側(cè)熱阻：R1o?rieq?rpe??q?r0.?30?2o059m??k/Woeq4.3.4制冷劑側(cè)冷凝換熱系數(shù)

忽略有關(guān)污垢熱阻及接觸熱阻的影響，則twi=two=tw，

15

（4-29）

4-30）

（4-31）

（4-32）

（4-33）

（4-34）（30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

其中twi：內(nèi)側(cè)管壁溫度，

two：外側(cè)管壁溫度，tw：管壁平均溫度。

根據(jù)熱量守恒得：?kiai(tk?tw)??of?oaof(tw?tm)整理得到：(45?tw)0.75?0.39(tw?34)經(jīng)迭代計(jì)算得到：tw=41.11℃由此可得到22在管內(nèi)凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：

K)?ki?2497.98(45?tw)?0.25=1779.20w/(m2·

(3-36)(3-35)

取管壁與翅片間的接觸熱阻rb=0.004(m2·K)/m,空氣側(cè)塵垢熱阻ra=0.0001(m2·k)/m，紫銅管熱導(dǎo)率λ=393w/(m·K)，可得冷凝器總的傳熱系數(shù)：

Ko?11aof?aof1??ra?rb??kiai?ab?of?o=32.1w/(m2·k)

(3-37)

冷凝器的所需傳熱面積：

有效翅片管總長：

空氣流通方向管排數(shù)：

n?L=3.59lNAof?QkgKo?m=113.9m2(3-38)

L?Aofat=233.5m(3-39)

(3-40)

取整n=4，實(shí)際有效總長L=240m，實(shí)際有效面積A=126.83m2，較所需面積大11%，滿足冷凝負(fù)荷的要求。此外，冷凝器的實(shí)際迎面風(fēng)速與所取迎面風(fēng)速一致。

4.3.5結(jié)構(gòu)

由前面得知迎風(fēng)面積Ay?1.64,有效長度l=1.36m,高度H=1.2則所需傳熱管數(shù)：

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30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

nt?L?185.32（4-41）H實(shí)取190傳熱面積余量：

nt'?nt?0.8％（4-42）

nt4.3.6空氣阻力計(jì)算

翅片管簇空氣滾動阻力：?Pa?0.8499nt(?a??max)1.754?2.988Pa（4-43）

5蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算

本系統(tǒng)共分三個循環(huán)：制冷循環(huán)、蓄冰循環(huán)和供冷循環(huán)。由題意要求采用套管式蒸發(fā)器，此時，需要設(shè)計(jì)兩個套管式蒸發(fā)器?10?分別為乙二醇與制冷劑和乙二醇與水。

5.1乙二醇與制冷劑的套管式蒸發(fā)器

該蒸發(fā)器采用乙二醇走管內(nèi)，制冷劑走管間。

5.1.1有關(guān)參數(shù)的選擇及計(jì)算

乙二醇載冷劑進(jìn)口溫度ts1??2℃，出口溫度ts2??5℃，蒸發(fā)溫度to??9℃，則蒸發(fā)器進(jìn)口側(cè)乙二醇與R22的傳熱溫差為：?tmax??2???9??7℃

蒸發(fā)器出口側(cè)乙二醇與R22的傳熱溫差為：?tmin??5???9??4℃

?tm?對數(shù)平均溫差：

?tmax??tmin?5.36（5-1）

?tmaxln?tmin取管內(nèi)乙二醇流速為??1.2m/s管內(nèi)污垢系數(shù)：ri?0.00005m2?k/W

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30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選取?16mm?1.5mm的紫銅管為內(nèi)管，外管采用?32mm?2.5mm的無縫鋼管，且取其熱導(dǎo)率??393W/m?k，其管型結(jié)構(gòu)參數(shù)為：管內(nèi)徑di?13mm，管外徑

do?16mm，管壁厚??1.5mm。

每米管長各有關(guān)換熱面積分別為：?i??di?0.040m822m/（5-2）

?o??do?0.05024m2/m（5-3）

?m??di?do?0.04553m2/m（5-4）2由任務(wù)書知該系統(tǒng)蒸發(fā)器制冷量Q0?30KW

5.1.2確定內(nèi)管根數(shù)

載冷劑乙二醇平均溫度：tm?ts1?ts2??3.5℃（5-5）2乙二醇在此平均溫度下的物性參數(shù)為：密度??1009kg?m?3，比熱容

Cp?4.1kJ/?kg?k?。體積流量：qv?Q0?2.42?10?3m3s（5-6）

?Cp(ts1?ts2)根據(jù)所選管型di?13mm，管內(nèi)載冷劑流速??1.2m/s可得內(nèi)管根數(shù)：n?qv?4?0.152?1根（5-7）

di?5.1.3傳熱計(jì)算

5.1.3.1乙二醇側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

乙二醇在tm??3.5℃時的物性參數(shù)為：比熱容Cp?4.1kJ/?kg?k?，粘度

??3.53?103Pa?s，動力粘度??3.44?10?6m2s，導(dǎo)熱系數(shù)??0.49W/m?k，普

朗特數(shù)Pr?27.4。

雷諾數(shù)：

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30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Ref??div?4968.2（5-9）

根據(jù)管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱公式：

0.80.3Nuf?0.02R3efPr?461（5-10）78.30表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：h?Nu?2?2951.48W13?5m/??k（5-11）

di5.1.3.2管間制冷劑側(cè)表面換熱系數(shù)

R22在t??9℃時的物性參數(shù)為：密度??1315.0kg/m3，比熱容

Cp?1.14k6J?/k?g?k，導(dǎo)熱系數(shù)??0.1004W/m?k，動力粘度

v?0.178?106m2/s，潛熱r?212.6k9Jk/，g普朗特數(shù)Pr?2.67，2粘度

。且當(dāng)過冷后的溫度為40℃時，R22干度為x?0.452。?1?243.?4?61P0a?s管間圓環(huán)面積：

?32?2?2.5??16?2Ac?????????371.305mm（5-12）

2???2?潤濕周長：p??32?2?2.5??1?8??管間圓環(huán)當(dāng)量直徑：

D'?質(zhì)量流率：g?qmh?217.7459kgm2?s（5-15）D2?()24Ac?10.51mm（5-14）P223（5-13）1m4m1.R22液相單獨(dú)流過管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：?1?0.023(氣相密度：

?g?對流特征數(shù)：

19

g(1?x)D?1)0.8Pr?1?1915.15W(m2?k)（5-16）

D0.41?15.32097kg/m3（5-17）v30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0.80.5?1?x???g?C?o?????x???1??0.12592（5-18）

由于Co〈0.65，所以查表可得：C1?1.1360，C3?667.2，C2??0.9，C4?0.7，

C5?0.3

沸騰特征數(shù)：

B0?（5-19）?gr463123.75液相弗勞徳數(shù)：

Fg2r1?9.8?2?26.621D查閱資料知R22的Ff1?2.20凱特里卡通用關(guān)聯(lián)式：

?TP?CC2?C5?CC4?1?C0??25Fr13?B0?Ff11代入數(shù)據(jù)整理得：?TP?98727.99?304.01q0.7由管內(nèi)壁與管外壁熱流密度相等可列以下方程組：

q?h?tm?t2?q???t2?t1?q??TP?t1?t0?其中t1為內(nèi)管的外壁溫度，t2為內(nèi)管的內(nèi)壁溫度整理得：

q?2951.48135?453.38t1q?3939(t2?t1)q?(98727.99?304.01q0.7)(t1?9)再次整理：

q?1586.82?453.38t1q?(98727.99?304.01q0.7)(t1?9)經(jīng)迭代：t1??9.0℃q?565W6m2則所需傳熱面積：

20

（5-20）

（5-21）

（5-22）（5-23）

(5-24)

(5-25)

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

A0f?外管平均面積：

Q0?5.3m2(5-26)q'??amdo?di?0.09263(5-27)2所需總管長：l?A0f?m'?57.22m(5-30)

5.2乙二醇與水的蒸發(fā)器

該套管式蒸發(fā)器采用水走管內(nèi)，乙二醇走管間。

5.2.1有關(guān)參數(shù)的選擇

冷凍水進(jìn)口溫度ts1?12℃，冷凍水出口溫度ts2?7℃，載冷劑乙二醇的平均溫度to?5?10?7.5℃。則對數(shù)平均溫差：2?tm?ts1?ts2?2.28℃(5-31)to?ts1lnts2?to選取管內(nèi)水速：??2.6ms

選取管內(nèi)冷凍水污垢系數(shù)：?i?0.000086?m2?k?/W

mm?1.m5m選用?19的紫銅管軋制低翅片管為內(nèi)管，外觀選用

?30mm?2mm無縫鋼管，內(nèi)管型結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：翅節(jié)距sf?1.34mm，翅厚

?t?0.25mm，翅高h(yuǎn)?1.45mm，管內(nèi)徑di?14mm，翅根管面外徑db?15.85mm，

翅頂直徑dt?18.75mm

每米管長各有效換熱面積為：

2ai??di?0.044m0m/（5-32）ad??dt?tsf2?0.011m0m/（5-33）

21

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)af?d??2t?db2?2sf?0.1176m2/m（5-34）ab??dbsf??tsf2?0.040m5m/（5-35）aof?ad?af?ab?（5-36）0.16921m/m冷凍水在平均溫度tm?ts1?ts2?9.5℃時的物性參數(shù)為：密度2??999.6091kg/m3，比熱容Cp?4194.7J/?kg?k?

冷凍水體積流量：qv?所需內(nèi)管根數(shù)：

n?qv1.1Q0?1.57?10?3m3s（5-37）

?Cp(ts1?ts2)?4?3.9?4根（5-38）

2di?為了套管加工制造便利，蒸發(fā)器采用四根套管并聯(lián)，每一根套管內(nèi)穿一根低翅片管的結(jié)構(gòu)形式。

?16?

5.2.2傳熱計(jì)算

5.2.2.1水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

水在tm?9.5℃時運(yùn)動粘度v?1.288?10?6m/s此時的雷諾數(shù)：Re??di?282614（5-39）>10?故水在管內(nèi)的滾動狀態(tài)為湍流，考慮將套管盤成曲率半徑為R?125mm的螺旋管，盤管水側(cè)修正系數(shù)：

di?1.20?R?1?1.77（5-40）R水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：?wi?B

?0.8di2??979.30W(m?k)（5-41）R0.222

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

B在tm?9.5℃時的物性集合系數(shù)為：B?1395.?65.2.2.2乙二醇側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)乙二醇在tf?5?10?7.5℃時的物性參數(shù)為：密度??1030kg/m3，比熱容223.tm?26（5-42）161Cp?3.81kJ/?kg?k?，導(dǎo)熱系數(shù)??0.49W/m?k，動力粘度v?2.48?106m2/s，普朗特數(shù)Pr?19.6，粘度?1?2.55?103Pa?s雷諾數(shù)為：

R?lef?v?1465.6努塞爾數(shù)：NR30.80.3uf?0.02efPr?19.15519換熱系數(shù)：h?Nu?l?3098.87W5/1?m2?k?將有關(guān)參數(shù)帶入傳熱方程可得一下方程組：

q?h?t1?tf?q??wi?tm?t2?q???t2?t1?其中t1為內(nèi)管外表面溫度，t2為內(nèi)管內(nèi)表面溫度整理得：

q?3098.87951?t1?7.5?q?9487.9?9.5?t2?q?393?t2?t1?再整理得：

q?348t.22?261q?9487?.9?9t.1.425?經(jīng)迭代：t2?9℃，q?4743.95W/m2冷凝器所需傳熱面積：

23

(5-43)

(5-44)(5-45)5-46）

5-47）

5-48）

（（（30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

A0f?所需翅片管有效總管長：L?Q0?6.32m2（5-49）

qA0f?0f?37.4m（5-50）

采用四根管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，則每根管長度為9.35m

6蓄冰槽設(shè)計(jì)

6.1蓄冰槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)要求采用雙金屬芯冰球蓄冷，由前知蓄冰系統(tǒng)進(jìn)出換熱器溫度/10℃（供水溫度為7℃/12℃,換熱器兩側(cè)溫差2℃），采用全部蓄冷策Tdt/Tdr?5℃

略，蓄冰時間為晚上0:00—8:00，總共8個小時，日總負(fù)荷Qi?NQ0?180kw，考慮蒸發(fā)溫度下降，蒸發(fā)出水溫度由5℃下降到-5℃，取效率下降系數(shù)為0.65，

蓄冰量：Qst?蓄冰溫差：?Tc?0.65?5?0.6?5℃3（6-2）

由任務(wù)書知蓄冰溫度：Tct/Tcr=-5℃/-2℃

查閱雙金屬芯心冰球有關(guān)資料：每個冰球體積為2.20L?2.20?10?3m3，每個冰球的熱容量為0.22kw?h單位體積熱容量：D?蓄冰球體積：

V?蓄冰槽體積：

Qst?2.796m3（6-4）D0.223?100kW?h/m（6-3）?32.20?10Qi?279.6kw?h（6-1）0.6524

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

V'?V(1?0.09)?3.02m3（6-5）由雙金屬芯心冰球有關(guān)資料知每1000個冰球潛熱蓄冷量為207kw?h，因此共需要：1000?279.6?207?1337.7?1340個（6-7）

20710002設(shè)計(jì)長方體蓄冰槽：長2米，寬1.6米，高1米，則總表面積13.6m

6.2傳熱量計(jì)算

蒸發(fā)溫度為-9?C.乙二醇溶液進(jìn)入蓄冰槽的溫度為-5?C，當(dāng)乙二醇溶液從蓄冷槽的出口溫度為-2?C時，可以認(rèn)為冰球已經(jīng)凍結(jié)完畢。供冷時，通過向室內(nèi)提供冷量，蓄冷槽內(nèi)的溫度將逐漸升高，當(dāng)溫度上升至5?C時，就不能再提供冷量了，可認(rèn)為供冷過程終止。

設(shè)計(jì)隔熱層厚度時，需限定隔熱結(jié)構(gòu)外表面的最低溫度，使其高于環(huán)境空氣露點(diǎn)溫度1?C，以免外表面產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。已知空氣露點(diǎn)溫度為28.2?C（1）所以在換熱過程中蓄冷槽內(nèi)介質(zhì)從-2?C變化至5?C，故蓄冷槽的溫度變化的對數(shù)平均溫差：?tm?ta2?ta133.4?19.4??25.9?C（6-8）tk?ta133.4LnIn19.4tk?ta2（1）已知外表面溫度為29.2?C，比環(huán)境溫度高1?C，空氣的對流傳熱系數(shù)為

9.5，可得蓄冷槽外表面的熱流密度：

q=?t.h=(29.2-28.2)*9.5=9.5（6-9）

（2）表面散熱量等于傳熱量，

則傳熱量q??1??r0?rb?2?1?2?tm=9.5（6-10）

（4）蓄冷槽表面為一層硬泡沫塑料和聚苯乙烯，兩者的熱導(dǎo)系數(shù)十分接近，故

25

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可取均為0.042，則上式可化為9.5??26（6-11）

0.042解得蓄冷槽的厚度?為：

?=0.115m

7節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇計(jì)算

節(jié)流機(jī)構(gòu)在整個熱力循環(huán)計(jì)算中起著重要作用，由它來實(shí)現(xiàn)制冷劑的壓降。

7.1常用節(jié)流機(jī)構(gòu)?11?

(1)手動節(jié)流閥：手動節(jié)流閥是所有膨脹閥的原型和基礎(chǔ)，尋常用于試驗(yàn)用制冷裝置、作為其他節(jié)流機(jī)構(gòu)的備用件、制冷裝置定型試驗(yàn)等；

(2)浮球閥：浮球閥是利用液位控制通斷和流量的節(jié)流機(jī)構(gòu)，適用于設(shè)置具有自由液面容器的系統(tǒng)，如設(shè)有滿液式蒸發(fā)器、中間冷卻器、高壓貯液器等容器的系統(tǒng)；

(3)熱力膨脹閥：熱力膨脹閥是利用蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度來控制通斷和流量的節(jié)流機(jī)構(gòu)，適用于各種系統(tǒng)。

(4)熱電膨脹閥：熱電膨脹閥是利用蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度來控制通斷和流量，適用于各種系統(tǒng)。

(5)電子膨脹閥：電子膨脹閥有電磁式和電動式兩類，利用蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度來控制通斷和流量，需與單片機(jī)控制系統(tǒng)配套，適用于各種系統(tǒng)。

(6)毛細(xì)管：制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的膨脹過程，是流體在等截面管道中有摩擦的、有或無熱交換的滾動過程。毛細(xì)管是不可調(diào)理的節(jié)流機(jī)構(gòu)，當(dāng)工況發(fā)生變化時，制冷劑流量無法相應(yīng)進(jìn)行調(diào)理。

在此，考慮到本系統(tǒng)的成本及實(shí)際需用，在此采用熱力膨脹閥。

26

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.2熱力膨脹閥的選用

熱力膨脹閥的制冷量應(yīng)與壓縮機(jī)的制冷量相匹配。假使熱力膨脹閥的制冷量較壓縮機(jī)的制冷量小的多，會造成工作時熱力膨脹閥始終全開，但制冷劑流量仍小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，系統(tǒng)的自平衡特性會使冷凝壓力上升，蒸發(fā)壓力下降，在新的條件下達(dá)到新的平衡，其結(jié)果是制冷量與性能系數(shù)均下降。如熱力膨脹閥的制冷量較壓縮機(jī)的制冷量大的多，會造成工作后制冷劑流量過大，蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度過小或沒有過熱度，導(dǎo)致閥關(guān)閉且存在液擊的可能；過一段時間后蒸發(fā)器中制冷劑量減少，過熱度增大，閥重新開啟但流量又過大，導(dǎo)致過熱度過小或沒有過熱度；如此反復(fù)振蕩，易造成系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定[12]。

一般來說，在實(shí)際工作工況下，熱力膨脹閥制冷量應(yīng)是壓縮機(jī)制冷量的1.05～1.25倍[7]。在此，針對本系統(tǒng)采取熱力膨脹閥制冷量是壓縮機(jī)制冷量的1.25倍。

7.3熱力膨脹閥的選型計(jì)算

宛如壓縮機(jī)的選擇一樣，熱力膨脹閥也有自己的名義工況，在選用時需進(jìn)行相應(yīng)的校核。在此，初步采用上海恒溫控制器廠生產(chǎn)的熱力膨脹閥。

根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)額定工況為：

tk=40℃過熱度：7.5℃過冷度：2℃t0=5℃

其中：?pvs：名義工況下節(jié)流閥前后的壓力差為0.69MPa名義工況下的熱力參數(shù)如下：

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圖7.1熱力膨脹閥壓焓圖

對應(yīng)查得，h1=408.15kJ/kgh2=437.01kJ/kgh2s=431.24kJ/kg

h4=253.48kJ/kgvl=0.87?10?3m3/kg

單位制冷量：

q0s=h1－h(huán)4=408.15－253.48=154.67kJ/kg(7-1)

Q0aq0a?1a?pva?(7-2)Q0sq0s?1s?pvs具體校核可按下式[7]進(jìn)行：

式中：q0a、q0s分別為實(shí)際工作工況和額定工況下的單位制冷量(kJ/kg)；

?1a、?1s分別為實(shí)際工作工況和額定工況下節(jié)流閥前制冷劑液體的密度

(kg/m3)；?pva、?pvs分別為實(shí)際工作工況和額定工況下節(jié)流閥前后的壓力

差(Pa)。

式中：

Q0a?Q0a壓縮機(jī)?1.25?30.336?1.25?37.92kW(7-3)

qoa?h0?h4?408.69?249.80?158.89kJ/Kg(7-4)

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查表得：?la?1128.kg5m3/(7-5)

?pvs=0.69MPa?ls=

11??1149kg/m3(7-6)?3vls0.87?10?pva＝?pt??pi??pd(Pa)（7-7）式中：?pi閥前供液管路的滾動阻力，包括沿程阻力、局部阻力和位勢阻力(Pa)；?pd閥后分液器和分液管的阻力(Pa)。一般取?pi??pd?0.26MPa[7],?pi實(shí)際循環(huán)下節(jié)流前后壓降：?pi=pk?p0?17.26?3.7?13.56bar=1.356MPa，由此算得：

?pva(7-8)

=1.356?0.26?1.096MPa

于是，代入公式(6-1)有校核[7]如下：

算得：

27.24158.?891?128.51.096（7-9）?Q0s154.6?71?1490.69Q0S?31.23kW

由此，選擇型號為外平衡式TCL(E)7-1/2H型其名義制冷量為：26.40kW進(jìn)出口直徑為：?16mm

采用直接焊接，外平衡喇叭口?6?1螺紋連接毛細(xì)管長：1.5m外觀如下：

圖7.2熱力膨脹閥結(jié)構(gòu)參數(shù)

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圖7.3熱力膨脹閥外型尺寸

7.4熱力膨脹閥的安裝

熱力膨脹閥需要正確安裝才能正常工作，在安裝時需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)注意正確的流向；

(2)閥體垂直安裝，膜盒向上；

(3)感溫包應(yīng)水平放置或頭部向下，當(dāng)管徑為25mm以上時，敷貼在蒸發(fā)器出口管側(cè)面；當(dāng)管徑為18～22mm時，呈45°角敷貼在蒸發(fā)器出口管的斜上方；當(dāng)管徑為10～16mm時，呈60°角敷貼在蒸發(fā)器出口管的斜上方；且應(yīng)使用隔熱材料包扎；

(4)外平衡管在蒸發(fā)器出口管的接口應(yīng)靠近感溫包且處在制冷劑下游，接口應(yīng)在出口管頂部；

(5)焊接接口時，閥體應(yīng)使用濕棉紗纏包，閥體溫度不得高于150℃。

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8其他附件的選擇

8.1電磁閥

電磁閥是用來控制流體的方向的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；尋常用于機(jī)械控制和工業(yè)閥門上面，對介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對閥門開關(guān)的控制。

電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機(jī)械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動。

電磁閥按原理不同可分為三類：直動式電磁閥、分布直動式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥。對于空調(diào)系統(tǒng)，常用直動式電磁閥

在此，選用上海恒溫控制器廠的：FDF13MJ型：連接方式：焊接接口直徑：?16mm

開閥差值：交流：0.005～2.1直流：0.005～1.7流量：3m3/h

尺寸L?W?H:174?52?98mm

[13]

。

31

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圖8.1電磁閥外形圖

8.2截止閥

截止閥的啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運(yùn)動。閥桿的運(yùn)動形式，有升降桿式（閥桿升降，手輪不升降），也有升降旋轉(zhuǎn)桿式（手輪與閥桿一起旋轉(zhuǎn)升降，螺母設(shè)在閥體上）。截止閥只適用于全開和全關(guān)，不允許作調(diào)理和節(jié)流。

截止閥屬于強(qiáng)制密封式閥門，所以在閥門關(guān)閉時，必需向閥瓣施加壓力，以強(qiáng)制密封面不泄漏。當(dāng)介質(zhì)由閥瓣下方進(jìn)入閥六時，操作力所需要戰(zhàn)勝的阻力，是閥桿和填料的磨擦力與由介質(zhì)的壓力所產(chǎn)生的推力，關(guān)閥門的力比開閥門的力大，所以閥桿的直徑要大，否則會發(fā)生閥桿頂彎的故障。截止閥開啟時，閥瓣的開啟高度，為公稱直徑的25%～30%時，流量已達(dá)到最大，表示閥門已達(dá)全開位置。所以截止閥的全開位置，應(yīng)由閥瓣的行程來決定[17]。

截止閥閥體的結(jié)構(gòu)形式有直通式、直流式和直角式。在此，選用深圳深汕北澤公司的球墨鑄鐵絲扣直通式截止閥：10SPD型：

尺寸L?D?H:90?100?155mm(其中，H為全開狀態(tài)下的高度)接口尺寸：?25mm

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圖2.2截止閥外形圖

圖8.3截止閥材質(zhì)圖

8.3過濾器

過濾器是輸送介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置,尋常安裝在減壓閥、泄壓閥、定水位閥或其它設(shè)備的進(jìn)口端，用來消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，以保護(hù)閥門及設(shè)備的正常使用。當(dāng)流體進(jìn)入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質(zhì)被

33

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出，從而保證管道的暢通

本系統(tǒng)過濾器主要用來過濾水中的雜質(zhì)。

[17]

。

在此，選用選用深圳深汕北澤公司的球墨鑄鐵絲扣式Y(jié)型過濾器：10FDY型：

尺寸L?D?H:115?75?110mm接口尺寸：?25mm連接方式：螺紋連接

圖8.4過濾器外形圖

圖8.5過濾器材質(zhì)圖

8.4軸流風(fēng)機(jī)?14?

軸流式風(fēng)機(jī)由圓筒形外殼和旋轉(zhuǎn)的葉輪所組成，葉輪片可直接裝在電動機(jī)軸

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上。尋常葉輪片有：二片、三片、四片等三種?？斩雌魃系妮S流風(fēng)機(jī)一般由三片或四片葉片組成葉輪，葉片很寬。

軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，空氣由軸流進(jìn)入葉片，然后繼續(xù)保持軸流運(yùn)動而排出機(jī)外。軸流風(fēng)機(jī)的工作原理是，由于葉輪具有斜面形狀，所以當(dāng)葉輪在機(jī)殼中轉(zhuǎn)動時，空氣一方面隨著葉輪轉(zhuǎn)動，一方而沿著軸向推進(jìn)，因空氣在機(jī)完中的滾動始終沿著軸流，故稱為的流式通風(fēng)機(jī)。

軸流式通風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高(可達(dá)85％—90％)，產(chǎn)生的風(fēng)量較大，因而在一致風(fēng)量風(fēng)壓下，它的尺寸較小，耗電量較少。但它的壓頭較低，多數(shù)在4knm水柱以下，而民噪聲較高，使用范圍比離心式風(fēng)機(jī)較窄，多用于噪聲要求不高的大風(fēng)量系統(tǒng)，或者是低風(fēng)壓體積小的場合，如風(fēng)冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器、涼水塔等，它們所需要的風(fēng)壓不高．但要求風(fēng)量要大

[18]

。

在此，本系統(tǒng)的軸流風(fēng)機(jī)主要用于冷凝器散熱用，由于冷凝器外型尺寸較大，為：寬為1.3m，高為1.26m，所以，選用軸流風(fēng)機(jī)時，可考慮采用四臺均布的方法。

由冷凝器的計(jì)算知：

空氣密度：?a?1.01kg/m3風(fēng)速：wy?2.5m/s

最窄截面風(fēng)速：wmax?4.596m/s空氣體積流量：qv=4.1m3/s=14760m3/h翅片寬與微元最窄截面直徑比：則動壓：

?p'?靜壓：

b1.7?p''?0.108??awma?（9-3）x

deb?26.24（9-1）de?awy22?3.64Pa（9-2）

?0.108?26.24?(1.165?4.596)1.7

?49.11Pa35

30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)采用電動機(jī)直接傳動，則傳動效率ηm=1，則電機(jī)輸入功率，全壓效率?fan為0.3～0.8，且風(fēng)機(jī)越大，電機(jī)效率也越高，在此為保證使用，，可選用低功率風(fēng)機(jī)，?fan為0.65

則有輸入功率：P?總風(fēng)量：

4.1?3600=14760m3/h(9-5)由此，選用蘇州威爾克電訊電機(jī)有限公司的：350FZY3-D型：參數(shù)如下：

電壓：380V頻率：50Hz相數(shù)：3相輸入功率：140W電流：0.3A轉(zhuǎn)速：1300r/min風(fēng)量：40m3/min噪音：66dB重量：6kg軸承形式：G由于采用四臺均布，所以有：

qv'?40?60?4?960＞09245(9-6)所以選型正確

其具體參數(shù)如下圖所示：

qv(?p'??p'')?fan?m?4.1?(3.64?49.11)=332.73W（9-4）

1?0.65

圖8.6風(fēng)機(jī)外形圖

8.5壓力控制器

YK型系列壓力控制器的設(shè)計(jì)是感受制冷系統(tǒng)中低壓部分的吸氣壓力和高壓

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30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

部分的排氣壓力、微動及定制的壓力范圍。以此得到確切的壓力感受。保證起到了系統(tǒng)開停、限止和報警的作用。另外，即使用重負(fù)載的微動開關(guān)（單刀雙擲），確保了壓力控制器最大的使用靈活性和確鑿性

[17]

。

在此，選用上海恒溫控制器廠的壓力控制器：YK306F型：

低壓端壓力調(diào)理范圍：-0.073～0.6MPa低壓端壓力差調(diào)理范圍：0.08～0.2MPa高壓端壓力調(diào)理范圍：-0.073～0.6MPa高壓端壓力差調(diào)理范圍：0.08～0.2MPa

8.6視液鏡

視液鏡安裝于冷凍，空調(diào)設(shè)備的管路中，用以顯示系統(tǒng)中制冷劑潮氣含量及管內(nèi)制冷劑或潤滑油的滾動狀況，還可以用來指示壓縮機(jī)曲軸箱的油位，以便隨時觀測，判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，及時采取措施，確保設(shè)備的安全正常運(yùn)行。

在安裝時，潮氣指示變色圈可能浮現(xiàn)粉紅色，那時由于吸收了外界空氣水份的起因，當(dāng)安裝在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，假使制冷劑中的潮氣在允許的范圍中，那么變色紙圈就會變成藍(lán)色，但需大約10小時左右的平衡時間，假使超過10小時還不變成藍(lán)色就需要尋覓原因或更換枯燥過濾器[19]。

視液鏡安裝在經(jīng)清洗、枯燥處理的制冷空調(diào)系統(tǒng)中，以防過量的水份、冷凍油和污臟物污染潮氣指標(biāo)變色圈，使之失效。焊接時應(yīng)卸下視鏡玻璃，以防過熱，影響密封件和潮氣指標(biāo)變色圈

[17]

。

在此，選用上海恒溫控制器廠生產(chǎn)的：SE160型：參數(shù)如下：

A=?16mmB=12mmC=125mmD=53mm

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圖8.7視液鏡外形圖

8.7枯燥過濾器

枯燥過濾器只用在氟利昂制冷機(jī)中，裝在液體管路上用于吸附制冷劑中的水分，以防止堵塞通道發(fā)生“冰塞〞。枯燥過濾器具有用無縫鋼管制成的外殼，內(nèi)裝一個由金屬網(wǎng)做的內(nèi)膽，膽內(nèi)裝有吸附劑—硅膠或分子篩。枯燥過濾器一般安裝在節(jié)流前。

在此選用上海恒溫控制器廠生產(chǎn)的：LFD06型：參數(shù)如下：

過濾效率：≥85％工作壓力：3.5MPa

接納直徑：?16～?19mm外型尺寸：?76?162mm

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圖8.8枯燥過濾器外形圖

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30kw別墅蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8.8儲液器

儲液器可分為高壓儲液器和低壓儲液器，對于空調(diào)系統(tǒng)一般只需用高壓儲液器，其作用是貯存由冷凝器放出的液體制冷劑，穩(wěn)定系統(tǒng)中制冷劑的循環(huán)量。

儲液器的容積計(jì)算一般可按下式進(jìn)行：V?其中：

制冷劑每小時的循環(huán)量：

?G=