开利冷水机组原理课件.ppt

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1、Prepared by:,Carrier University,1,冷水机组原理,Prepared by:,Carrier University,2,冷水机组原理,?,第一部分：冷水机组制冷循环概述与制冷效率,?,第二部分：提高制冷效率的途径,-,降低压升,?,第三部分：提高制冷效率的途径,-,节能部件,?,第四部分：压缩机的类型,?,第五部分：负荷控制,?,第六部分：部分负荷运行特性,Prepared by:,Carrier University,3,冷水机组基本原理,?,下图是一个典型的冷水机组运用冷,却塔运行的系统图。机组由以下七,个基本部件组成：,?,1-,蒸发器,?,2-,压缩机,?

2、,3-,冷凝器,?,4-,节流装置,?,5-,润滑油系统,?,6-,控制中心,?,7-,辅助设备,?,辅助设备包括电机启动器、油分离,器、油冷却器、储油器、经济器等,等。,这些可能是机组的一部分,也可以在现场增加。,?,机组可以工厂整装的，也可以现场,拼装。,?,循环水泵使冷冻水在蒸发器中循环，,将温度由,54F,降至,44F,并送至建筑负,荷。,?,在制冷循环中，机组的作功（压缩,热）加上蒸发器中吸收的热量一起,从冷凝器中排走。,?,冷却水泵使水从冷凝器中带走热量，,并由冷却塔将热量释放。在设计条,件下，进入冷凝器的水温,85F,，出,水温,95F,。,?,冷却塔释放热量给大气将水温由,95

3、F,降到,85F,。,?,现在让我们看机组是如何分类的。,Prepared by:,Carrier University,4,基本的冷水机组,商用冷水机组类型,风冷或水冷往复式，螺杆式，离心式或吸收式,Prepared by:,Carrier University,5,冷水机组分类,?,机组可以按排热方式分类，也可以,按提高制冷剂温度的方法分类：,?,按排热方式分类：,机组可以有风冷和水冷的冷凝器，它,们称为风冷机组和水冷机组。,?,按提高制冷剂温度的方法分类：,可以通过机械压缩或化学反应来提高,制冷剂温度温度。压缩方法包括：,1-,往复式压缩机,2-,螺杆式压缩机,3-,离心式压缩机,?,吸

4、收机组是用水做制冷剂的机组。,盐类和水蒸气被用以吸收冷负荷并,由冷却塔释放热量。,?,各种型号的机组的大致容量如下：,风冷,可达,250,冷吨,水冷,可达,8500,冷吨,往复式,可达,100,冷吨,螺杆式,25,到,1100,冷吨,离心式,200,到,10000,冷吨,吸收式,3,到,1500,冷吨,?,理解机组运行的关键是理解制冷循环。,我们来看看循环中工质在各设备中的变,化。,Prepared by:,Carrier University,6,冷水机组分类,?,按排热方式分,：,-,风冷机组,用风做冷媒与冷凝器换热，将热量,带入大气,-,水冷机组,用水和冷却塔将热量带入大气,?,按提高制

5、冷剂温度的方法分,：,-,机械压缩,-,往复式机组,-,螺杆式机组,-,离心式机组,-,化学方法,-,吸收式机组,最大,250,冷吨,最大,10,000,冷吨,最大,100,冷吨,25,到,1100,冷吨,70,到,10,000,冷吨,3,到,1500,冷吨,Prepared by:,Carrier University,7,冷水机组的基本循环,?,制冷循环,?,如下图，工质的,P-H,图是理解机械制冷循环的,一个有用工具。基本循环告诉我们能量在机组,及其辅助设备中是如何变化的。这个循环还可,以用于确定蒸发器和冷凝器的水流量。,?,这是对第一周的商务系统设计课程的一个简要,的回顾，现在没必要再

6、详细地讲了。要知道更,多的细节，可参阅课程,CSD401,。,?,我们从液体工质离开冷凝器（,D,点）开始循环。,液体经过膨胀阀进入蒸发器，经过膨胀阀时部,分液体变成了气体（闪蒸气）。闪蒸气体冷却,了剩余液体最后混合进入蒸发器（,E,点）。这,是一个等焓过程。,?,在蒸发器中，工质吸收来自冷冻水的热量，将,其从,54F,冷却到,44F,。在,E,到,A,的过程中液体完全,蒸发，在,A,到,B,的过程中过热，至此，冷负荷都,被工质吸收了。这是在约,34F,的饱和蒸发温度,（,SET,）下进行的。,?,气态工质现在从,B,进入压缩机。压缩机作功提高,工质的压力和温度。这个功叫做压缩热（,H.C.,

7、），,从,P-H,图上看到这个过程增加了工质的焓值。过,热的蒸汽在,C,离开压缩机。,?,过热蒸汽由,C,进入冷凝器，在那里与从冷却塔来,的冷却水接触。工质将热量传给冷却水使水温,由,85F,升至,95F,。在这个过程中工质先降低过热,度，再冷凝由,C,返回,D,。,?,这样，冷凝器将冷负荷和压缩机加入的额外热,量释放给冷却塔。压缩机效率越高，释放的热,量就越少。,?,现在，我们举例看看如何计算冷凝器和蒸发器,的水流量。,Prepared by:,Carrier University,8,冷水机组基本循环,?,液体离开冷凝器（,D,）等焓节流至（,E,）。,?,制冷剂吸热而蒸发（,E,到,A,

8、），过热至（,B,）。,?,压缩机提升其温度和压力（,B,到,C,）,压缩热,?,冷凝热,=,（冷负荷,+,压缩热）,?,制冷剂将冷凝热传给冷却塔，降低过冷热度，再冷凝到（,D,）。,Prepared by:,Carrier University,9,确定水的流量,?,如果流过的液体是盐水，那么方程要改变比热和比重：,Tons=(GPM X Rise X,比热,X,比重,)/24,?,在冷凝器中，压缩机所带来的热量也要加到冷负荷的,GPM,中去。一般认为这里的冷负荷平均会增加,20%,，,冷凝器所释放的热量变为（,12000 X 1.20,）,=14400Btuh,。,?,方程将变为：,Ton

9、s X 14400Btuh =500 X GPM X Drop,Tons X 28.8=GPM X Drop,冷凝器,GPM=(28.8 X Tons)/Drop,?,注意：老式的机组没有那么好的效率，一般认为冷负,荷经压缩机将有,25%,的增加。这种情况下方程变为：,蒸发器,GPM=,（,24 X1.25,）,X Tons/Drop,=(30 X Tons)/Drop,?,因此，冷凝器的,GPM,随压缩机的效率变化而变化。,?,例题：,?,100,冷吨、,10F,温升的蒸发器、,10F,降温的冷却塔的机,组需要多少水量？,?,冷冻水,GPM=,（,24,X,tons,）,/Rise,=,（,

10、24,X,100,）,/10,=240GPM,?,冷凝水,GPM=,（,28.8,X,tons,）,/,Drop,=,（,28.8,X,100,）,/10,=288GPM,?,数据,24,和,28.8,的由来：,?,机组冷量以冷吨来计算。根据定义，一个冷吨是,24,小,时内制一吨冰所需的冷量。,?,1ton=,（,2000,lbs,X,144Btu/lb,）,/24hrs,1ton=12000Btu/h,?,传入传出水的热量如下计算：,热量,Btuh,=500,X,GPM,X,Rise,由于,1ton=12000Btu/h,Tons,X,12000Btu/h,=500,X,GPM,X,Rise

11、,Tons,(12000/500)=GPM,X,Rise,Tons,X,24=GPM,X,Rise,Tons,=(GPM,X,Rise)/24,GPM=(24,X,Tons)/Rise,Prepared by:,Carrier University,10,确定水的流量,?,冷水机组用冷吨（,tons,）来评价（冷负荷）,?,冷冻水量,1 ton =12,000 Btu/h,tons x 12,000 =500 x,冷冻水量,x,温升,冷冻水量,=,（,24 x tons,）,/,温升,?,压缩机产生,20%,的热量,tons x 12,000 x 1.2 =500 X,冷却水量,x,温降,冷却

12、水量,=,（,28.8 x tons,）,/,温降,?,例：,100ton,的机组,10F,的冷冻水温升和,10F,的冷却水温降,冷冻水流量,=,（,24 x 100,）,/10 =240 GPM,冷却水流量,=,（,28.8 x 100,）,/10 =288 GPM,?,旧的低效机组（,25%,压缩产热）,冷却水流量,=,（,30 x 100,）,/10 =300 GPM,Prepared by:,Carrier University,11,冷水机组原理,?,第一部分：冷水机组制冷循环概述与制冷效率,?,第二部分：提高制冷效率的途径,-,降低压升,?,第三部分：提高制冷效率的途径,-,节能部

13、件,?,第四部分：压缩机的类型,?,第五部分：负荷控制,?,第六部分：部分负荷运行特性,Prepared by:,Carrier University,12,冷水机组的能耗和尺寸,?,制冷循环中压缩机消耗能量，机组的尺寸是下面三项的函数：,1-,通过压缩机的工质的质量流量；,2-,压缩机中的压力升高“,Lift”,（,Pc-Pb,）。这与压缩机的压缩比有关；,3-,压缩机的实际效率。,?,在当今的市场中，能源选用和消耗是选购机组前要重点考虑的。廉价,能源的时代已经过去了。小型设备在建筑成本上升价后又被重视。,?,因此，对上面三项做改进的任何设备都可以节能和减小机组尺寸。我,们来看厂商常用的措施

14、。我们将从降低压缩机压升开始。,Prepared by:,Carrier University,13,冷水机组的能耗和尺寸,?,压缩机所消耗的能量是,3,个因,素的函数：,-,制冷剂在压缩机中的质量流量，,lb/min,（,R.E.,）,-,压缩机带来的压力增加（,Pc -,Pb,）,-,压缩效率（压缩热）,?,任何改善上述,3,项的设备都会,降低冷水机组的能耗和尺寸,?,我们先看降低压缩机的压升,“,lift”,制冷效果（,R.E.,）,压缩产热（,H.C.,）,（压缩机效率）,压力增加（,Pc -,Pb,）,Prepared by:,Carrier University,14,降低冷水机组

15、的压升,?,压缩机压升：,?,压升指压缩机将工质的压力提高。压升的概念就像供水的水,压头一样。,?,压缩机压升可以通过以下两种方式降低；,?,1-,提高饱和蒸发温度（,SET,）,?,2-,降低饱和冷凝温度（,SCT,）,?,机组的生产商运用机械措施和复杂的控制系统从两方面改进。,?,现在看饱和蒸发温度（,SET,）提高时的能耗变化。,Prepared by:,Carrier University,15,降低冷水机组的压升,?,降低压升的方法：,-,提高饱和蒸发温度（,SET,）,-,降低饱和冷凝温度（,SCT,）,?,我们先看提高饱和蒸发温,度（,SET,）,Prepared by:,Car

16、rier University,16,提高饱和蒸发温度,?,提高饱和蒸发温度的潜力与制造商提供的可选择性,及设计者选择的可行方案直接相关。,?,所有的方法与理解热交换过程相关。我们将先详细,了解基本的蒸发器热交换过程，然后再了解那些因,素会影响热交换过程。,Prepared by:,Carrier University,17,提高饱和蒸发温度,?,制造商选项和应用选择,?,通过以下方法来进行,:,-,增加传热系数,尭展,-,降低水膜热阻,-,降低水侧污垢热阻,-,降低金属层热阻,-,降低制冷剂膜热阻,-,增加热交换面积,-,甥?搱屁,-,增加单位长度的翅片数,-,增加给定的热交换器中的管数,-

17、,增大热交换器的断面,-,增加热交换器的长度,?,让我们看着每一项的影响,Prepared by:,Carrier University,18,蒸发器的基本类型,?,蒸发器可分成两种基本结构类型：,?,满液式：,?,水沿水管内流动，制冷剂以“浸没”的方式,包围水管。制冷剂吸收通过水管的水的热量,并且在管外沸腾。,?,通常来说，,15PSI,或者,35ft.,的水压降被认为太,高了。水流速达到,12ft/,秒就可以导致压降超,过,40ft.,。因此，,8,到,10ft/,秒的速度通常被采用。,离心式冷水机组采用满液式设计。,?,干式：,?,制冷剂沿管内流动。管束穿过一些通常由聚,丙烯制成的内部隔

18、板。隔板引导水进入而且,当水从一端流到另一端时使水上上下下通过,管子。这提供了最佳的热交换形式。水流速,度及压降与隔板间距有关。,?,通常来说，,15PSI,或者,35ft.,的压降被认为太高,了。水流速达到,3ft/,秒就可导致压降为,40ft.,。,因此，,1.5,到,2.5ft/,秒的速度通常被采用。,?,往复式和螺旋式冷水机组都采用这种方案。往,复式和螺旋式压缩机用泵抽取含较多润滑油的,制冷剂。干式蒸发器允许油和制冷剂一起通过,管子内部到一个它能被分离并返回油泵的地方。,满液式蒸发器的油分离是很大的很复杂的设计,问题。,?,无论那种类型，铜管的每一端被扩大，在蒸发,器的两端对制冷剂和水

19、实现密封隔离。制造商,也提供内螺纹管强化热交换。管子可以从蒸发,器的任何一端换下而且可以从顶端来进行管子,的检查。,?,两种蒸发器类型的外观见下图。法兰连接的水,进、出口在管壳的顶端。系统冷冻水管将和法,兰连接。蒸发器所有外表面用,0.75,英寸的闭孔,保温层和隔汽层覆盖，以防止在潮湿的环境条,件下结露。,Prepared by:,Carrier University,19,蒸发器的基本类型,?,二种类型,-,满液式,-,干式,?,满液式,-,水在管道内流动,-,制冷剂浸没管道,-,使用于离心式机组,?,干式,-,制冷剂在管道内流动,-,水在管外流动,-,回油性能好,-,用于,:,-,往复式机

20、组,-,螺杆式机组,Prepared by:,Carrier University,20,基本的蒸发器传热,其中：,Q=,总换热量（,Btu/h,）,U=,传热系数,Btu/,（,h.sq.ft.F,）,A=,热交换面积（,sq.ft.,）,MTD=,流体和制冷剂间的对数平均温差,MTD,可以表示为：,MTD=Q/,（,A*U,）,?,这样，对蒸发器来说，饱和制冷剂温度,（,SET,）在,MTD,确定后可以计算出来。显然，,对一个给定的蒸发负荷（,Q,）来说如果,MTD,减,少（,SET,）将会升高。,?,这样，为了减少,MTD,，无论通过产品的应用,或设计，冷水机组必须增加热交换面积（,A,

21、）,或增加传热系数（,U,）。,?,我们来看看增加的传热系数（,U,）。,?,可以看到在热交换过程中有两种基本的热量平,衡。它们是：,1-,通过管子的流体释放的热量。,2-,从管中的流体到管壳中的制冷剂的总,换热量。,?,总换热量,在定压过程中加给或从制冷剂中提取热量导致制,冷剂的状态变化。使蒸发器内制冷剂状态从液,体到蒸气的热量称为“汽化潜热”。,?,在蒸发器中，蒸发在恒温（,SET,）下进行。,SET,是饱和蒸发温度。热交换速率直接和进水温度,差及出水温度差有关。冷凝器和蒸发器中流体,和,制,冷,剂,间,总,换,热,量,都,可,以,表,达,为,：,Q=U*A*MTD,Prepared by

22、:,Carrier University,21,基本的蒸发器传热,?,冷冻水在蒸发器的流动,进入时温度为,T1 (,约,54F),流出时温度为,T2 (,约,44F),?,蒸发器中制冷剂在饱和蒸发温度时,沸腾,(,约,34F),?,热量由水传向制冷剂,?,Q=U X A X MTD,MTD=,对数平均温差,U=,传热系数,A=,蒸发器面积,?,饱和蒸发温度随着,MTD,的减少而升,高,“U”,或“,A”,必须增加,Prepared by:,Carrier University,22,增加“,U”,?,管子中流体和制冷剂之间的温度差（,MTD,）是克服传热阻力进行热交换的推动,力。传热阻力由四部

23、分组成，它们都和传热系数（,U,）有关。,?,这四种阻力是：,1-,水膜热阻，它取决于流体通过热交换器的流态和速度。我们将假设。,2-,流体污垢热阻，它取决于通过管子的流体的质量。,3-,管壁金属热阻，它取决于材料的类型和管子的表面结构。,4-,制冷剂膜热阻，它来自制造商的测试数据，是热交换器设计、使用的,制冷剂和管表面几何特性的函数。,?,前三项阻力是变化的，约占全部阻力的,75-80%,。这三项阻力由应用或选择热交,换器来控制。下文来描述这些变化对（,SET,）的影响。,Prepared by:,Carrier University,23,增加“,U”,?,热流经过四项阻力要素,-,水膜,

24、-,水中杂质,(“,污垢,),-,金属,(,铜管壁,),-,制冷剂膜,?,前三者占总量的,75%,到,80%,-,在应用或设计冷水机组时它,们可以被控制,?,减小这四项热阻中的任何一个,都可以增加,“,U”,，降低,对数,平均温差和提高饱和蒸发温度,?,我们逐项研究,Prepared by:,Carrier University,24,水膜热阻,?,对高流速的限制基于合理的压降并使可能,的管路腐蚀减到最低。为造成腐蚀，某种,作用因子必须穿透流体边界层。导致管路,损坏的作用因子可以是化学的、机械的、,或两者皆有。化学因子扩散通过流体薄膜,作用到管子。机械作用因子是气泡或悬浮,粒子撞击管壁。开利研

25、究部门的测试表明,流体本身的速度并不损坏管子,甚至流,速达到,24FPS,。当然，如果流体携带有害,因子，提高流速就会加大损害。,?,另一方面，压降以速度的平方增加。速度,越高，泵能耗越高。,?,设计速度的选择应该包括经济性的评估。,传热系数与速度的,0.8,次幂成正比，大的流,速可以导致更小的设备,初投资少。但,是这必须与高速度下的泵能耗增加相平衡。,流过管子的流体形成一层静态的薄膜或边,界层，在管壁处有零速度。薄膜类似于绝,缘体而阻碍来自管壁的热流。速度越低，,薄膜越厚，热阻也就越高。,?,和,10,英尺,/,秒的速度相比，,4,英尺,/,秒的流速增加,了水膜热阻，从总热阻的,37%,增到

26、,55%,。,?,同时，因为总热阻增加了，为了以低于,4FPS,的,速度传送同样的热量，,MTD,将不得不升高且,SET,下降。对给定的热交换器来说，管路速度,通常可以由制造商的产品目录或计算程序得到。,?,在应用热交换器时，管速通常应该保持在,3,到,12FPS,之间。速度低于,3FPS,导致层流（厚的边,界层），水膜热阻（,RW,）急剧增加。,Prepared by:,Carrier University,25,水膜热阻,?,水膜热阻随着水流速的增加而,减少,-,小于,3 fps:,层流,-,Rw,迅速增加,-,大于,12 fps,-,腐蚀问题,-,范围,(3 fps,速度,12 fps)

27、,?,压降与流速平方成正比,?,水流速的影响,-,管的流通面积,-,水的流程数,Prepared by:,Carrier University,26,流,程,数,?,可以增加或减少流程数来提高或降,低管速。例如：,120GPM,流过热交,换器，,K,值为,10,，对应,1,，,2,，,3,流程,将会有,6,，,12,，,18FPS,的管速。流程,数越多速度越高是因为水流通的截,面积减少了。,?,由于对管速的最高限制，一种实用,的方法是给定合理的压降限制（,15,到,30,英尺,wg,）。只要压降允许，热,交换器可选择大到,12FPS,的管速。,这种方法可以确定合适的运行费用，,最小的腐蚀，并选

28、择较低成本的热,交换器。,?,管内速流由下式决定：,V=,（,GPM/K,）,*,（,N/2,）,其中：,GPM=,流量（,gal/min,）,N=,热交换器的流程数,K=,速度因子,?,速度因子,K,对每一台热交换器型号,是一个常数，并且是流体通过的管,子截面积的函数。,Prepared by:,Carrier University,27,流,程,数,?,管内流速随下列因素变化,:,-,蒸发器水流量,-,流程数（,N,）,-,K,是与管道断面积有关的,常数,-,假设,K,是,10,，流量是,120,?,以,1,流程通过蒸发器,-,速度,(120/10)X(1/2)=6fps,?,以,2,流程

29、通过蒸发器,-,速度,=(120/10)X(2/2)=12fps,?,在合理的压降范围内选择最大,的流程数,-,（,15 ft wg,至,30 ft wg,）,Prepared by:,Carrier University,28,污垢热阻,?,对于较高的污垢系数要求使用较大型的,热交换器，这样会增加冷水机组的初装,费用。另一方面，条件允许时，设备选,择应基于小的污垢系数，否则，将会导,致容量不足和运行不稳定。,?,蒸发器是封闭式水循环的典型部分，并,不产生很多的污垢。美国制冷学会,ARI,，,一个自治的工业组织，已经提出蒸发器,用,0.00025,污垢系数作为评估冷水机的,标准。在最终的分析中

30、，它应由水处理,专家和顾问工程师共同按既定应用的蒸,发器工况去建立最终的污垢系数。,?,污垢是由流体中的矿物质或悬浮物沉淀在,热交换器管表面形成。热交换器一旦投入,运行，污垢就开始形成了。污垢用一个数,字表示（,.0005,）,?,污垢热阻占全部热阻的百分比随着污垢的,增加而升高。,0.0005,时污垢占全部热阻的,39%,，在,0.002,时将升高到,72%,。随着污垢,热阻的升高，传热系数（,U,）将降低。这,样，为了传送同样的热量（,Q,），必须增,加温度推动力（,MTD,），最后的结果是饱,和蒸发温度的降低。,?,污垢的数量级取决于通过管子的流体的质,量以及悬浮物的数量和特性。热交换器

31、选,择的合理污垢系数是很重要的，并且必须,对每一项工程单独评估，决定合理的污垢,系数。,Prepared by:,Carrier University,29,污垢热阻,?,污垢是管表面沉积物的累积,-,由水质决定,-,污水，净水等,?,由一个数字表示（,0.00025,或,0.0005,或,0.002,）,?,0.0005,时占总的传热热阻的,39,?,蒸发器中值最小,-,封闭管路循环,?,ARI,要求是,0.00025,-,冷水机组的基本条件,?,设计人员应视具体情况而定,Prepared by:,Carrier University,30,金属壁面热阻,?,制造商可以选用任何材料，从通常使

32、用的铜到奇特的品种，,象钛制成的制冷机。金属热阻力有很大的不同，而且能深,深影响设备的尺寸和能耗。,?,例如，和铜管相比，使用,70-30,铜镍合金管的热阻会从占,全部热阻的,2%,提高到,23%,。总热阻的增长导致饱和蒸发,温度的下降。,?,一般在蒸发器中使用铜管，它是封闭管路循环的一部分。,其它类型的材料很少在蒸发器中使用。,Prepared by:,Carrier University,31,金属壁面热阻,?,铜通常用于蒸发器中,-,闭式管路循环,?,很少采用其他材料,?,70,30,铜镍管的效果,-,铜：全部热阻的,2,-70,30,铜镍管：全部热阻的,23,?,工程师应按要求选择材料

33、,Prepared by:,Carrier University,32,制冷剂液膜热阻,我们现在从这一领域最新技术发展的角度来看制冷剂薄膜的热阻。制,冷剂沸腾或冷凝时的热交换系数小于水流过管子的好几倍。因此，通,常在管子的外表面制作翅槽。结果使外表面积增加到管内表面积的,4,或,5,倍。这些超出的面积减小了热交换通量（,Btu/h.sq.ft.,），并减少了,制冷剂薄膜热阻。,高效能管（增加了每英寸的翅数）进一步减小了热交换通量。此外，,已经发现弯曲翅的顶端可以急剧减小制冷剂薄膜。另一个表面构造也,有显著效果，制造商现在也开始在标准生产线上采用这些技术。,Prepared by:,Carrie

34、r University,33,制冷剂液膜热阻,?,制冷剂膜热阻是四个热阻中,最小的,?,沸腾热阻因下列因素减少：,-,增加的翅片数量,-,弯曲翅片的顶端,-,将管表面弄粗糙,?,厂商认为这些方法都是可行,的,Prepared by:,Carrier University,34,增加传热表面积,?,在所有影响饱和蒸发温度升高的变量中,增加热交换表面积是人们使用和选,择冷水机组最常用的控制方法。,?,面积可以从四个方面增加：,1-,增加每英寸的翅片数,2-,在既定的热交器中使用更多的管子,3-,选用断面更大的热交换器,4-,如果可以，采用更长的热交换器,有些冷水机组在所有四个方面都有灵活性，有些

35、就受限制了。无论,你选择了什么，增加蒸发器热交换面积可以提高饱和蒸发温度并,且改善机器性能。,?,了解制造商提供的产品并根据需要决定选择。,Prepared by:,Carrier University,35,增加传热表面积,?,主要由选择冷水机组时确定,?,增加管表面积的方法：,-,增加单位长度的翅片数,-,增加管数,-,增加热交换器的断面,-,增加热交换器的长度,-,水压降提高,?,所有的方法都可以减小对数,平均温差，提高饱和蒸发温,度,Prepared by:,Carrier University,36,降低饱和冷凝温度,?,降低冷凝器的饱和冷凝温度的因素与我们研究蒸发器,的同样：,1-

36、,提高传热系数“,U”,2-,增加热交换面积,此外，冷凝器允许考虑其它因素,3-,降低冷凝流体温度,?,我们来详细分析这些因素。,Prepared by:,Carrier University,37,降低饱和冷凝温度,?,制造商和应用的选择,?,用与蒸发器同样的方法：,-,提高传热系数“,U”,-,增加热交换器中管的表面积,?,特别对冷凝器：,-,降低冷却流体的温度,?,我们来看详细情况,Prepared by:,Carrier University,38,基本的冷凝器类型,?,冷凝器可有两种基本设计：,?,水冷：,水沿管内流动时，从压缩机出来的热的,制冷剂气体在管子的管壳侧凝结。外面,有鳍的

37、铜管通常在两端用机械扩管以保,证热交换器内的制冷剂和水之间的密封。,卸掉端盖可以从任何一端更换或清洗管,束。,?,不像蒸发器，冷凝器几乎总是像冷却塔,一样采用开放式循环。有时候像河、湖、,井或城市用水都可以采用。可用的水温,度根据水源和季节而变化。,?,因此，管子内部要不断的通过定期清洗,来清除污垢。和蒸发器一样，压降超过,35ft,就被认为太高了。,?,水流速保持在,3ft/s,和,12ft/s,间可以使压降,和水中微粒引起的管子腐蚀最小。,?,冷却塔通常使冷凝器进水温度达到,85F,并且出水温度达到,95F,。这使饱和冷凝,温度达到,105F,。,?,采用水冷冷凝器的冷水机组类型往复,式、

38、螺杆式和离心式。,?,风冷：,制冷剂沿管内流动，管子外面有机械固,定的金属翅片。周围的空气靠冷却风扇,通过管束。空气一般以,95F,进入，,105F,排出。饱和冷凝温度大约在,125F,左右,高于通常的水冷设计。,?,往复式和螺杆式制冷机可以采用风冷冷,凝器，离心式制冷机不用。,?,往复式和螺杆式制冷机采用风冷冷凝器，,因为它们是固定排量的机器，并且以较,高的压缩比运行。离心式制冷机对高压,缩比敏感，通常不采用风冷冷凝器。,Prepared by:,Carrier University,39,基本的冷凝器类型,?,两种类型,-,水冷,-,风冷,?,水冷,-,浸没式设计,-,冷却塔,-,一次式水

39、源,-,一般从,85F,升高到,95F,-,一般饱和冷凝温度为,105F,-,各种类型的冷水机组,?,风冷,-,用室外空气,-,一般是,95F,进风，,115F,出风,-,一般是,125 F,的饱和冷凝温度,-,往复式和螺杆式,Water Cooled,105 F,SCT,95 F,85 F,95 F,115 F,Prepared by:,Carrier University,40,基本的冷凝器热交换,?,在水冷冷凝器中，冷却塔的水流过冷凝器管子。水通常以,85F,进入并,且当它通过冷凝器后被加热到,95F,。,?,制冷剂释放热量给水从气体冷凝成液体。冷凝过程发生在饱和冷凝,温度,105F,。

40、,?,冷凝器采用的热交换方程和蒸发器一样：,Q=U*A*MTD,?,减少冷凝器,MTD,将导致较低的饱和冷凝温度。为了减少冷凝器,MTD,，,传热系数（“,U”,）或热交换面积（,A,）必须增加。这和前面我们在蒸,发器设备中采用的一样。,Prepared by:,Carrier University,41,基本的冷凝器热交换,?,冷却塔处理后的水通过冷,凝器,-,以,T1,进入（一般是,85 F,）,-,以,T2,流出（一般是,95 F,）,?,制冷剂在饱和冷凝温度时,冷凝（,105 F,）,?,热量由制冷剂传给水,?,和蒸发器一样,-,Q=U x A x MTD,?,饱和冷凝温度随着对数平,

41、均温差的减小而降低,?,-,“U”,或“,A”,都要增加,Prepared by:,Carrier University,42,增加“,U”,和“,A”,?,所有提高冷凝器“,U”,和热交换面积“,A”,的方法和蒸发器一样。,?,然而，当考虑冷凝器时，一个因素更显著了,水侧的污垢热阻。冷,凝器使用开放式的水系统并由冷却塔、湖水、河水等供水。所有这些,来源造成了冷凝器管子内的污垢沉积，冷凝器必须定期清洗。,?,不仅污垢随时间增加，而且许多应用场合需要使用像铜镍合金或不锈,钢这样的特殊管材，造成了更高的金属热阻。,?,当考虑增加冷凝器面积时，蒸发器已讨论过的原理同样可用于水冷机,组中。对风冷机组来

42、说，机组尺寸的增加通常是提高冷凝器面积唯一,的方法。,Prepared by:,Carrier University,43,增加“,U”,和“,A”,?,增加“,U”,和“,A”,-,和蒸发器的因素相同,?,污垢阻力更加重要,-,开式管路循环,-,河水、湖水等,-,定期进行管路清洗,?,金属热阻更高,-,铜镍管,-,不锈钢管,?,面积增加,-,水冷,-,与蒸发器中相同,-,风冷,-,冷水机组体积要大,Prepared by:,Carrier University,44,降低进入冷凝器的水温,?,这样，对于特殊的水冷机组和机组负荷，塔,的水温可以降到,55F,。携带微处理器的制冷机,可以处理所有

43、参数并确保机器安全运行。,?,这个（,85-55=30F,）的多余,30F,的冷凝温度的,减少直接导致压缩机动力的显著减少。,?,风冷机组同样，除了它们在超出室外空气条,件的范围运行。设计冷凝温度是大约,125F,，,伴着,95F,的冷凝器进风温度。随着外界温度的,下降，冷凝器风扇要运转以维持机组压力。,直至外界温度低到零度。,?,从零度到大约,-20F,，称为马达控制器的附件,可以用于冷凝器以确保制冷机的安全运行。,微处理器控制一台变速风扇来维持机组压力。,?,压缩机能量显著节省了,-,特别是北方气候下，,那里大部分运行时间都为较低的外界条件。,?,在设计负荷下，水冷冷凝器将以,105F,的

44、饱和,冷凝温度运行。冷却塔将送回大约,85F,的水。,?,在部分负荷下，冷却塔可以生产更低的水温，,因为室外空气有更低的干球和湿球温度。,?,维持冷却塔返回水温在,85F,的控制已经实现了,即便在能产生更低的水温时。,?,保持塔回水温度是为了确保冷凝器中制冷剂,压力维持比蒸发器压力足够高。这压力差用,于满足蒸发器内制冷剂的合适流量。如果流,量不足，蒸发器将会“挨饿”，压缩机会提,供比原先通过节流装置的更多的制冷剂。蒸,发器压力将下降而且机组在较低的制冷剂温,度下会跳闸或者更糟,一些管子被冻裂。,?,随着直接数字控制和电子膨胀阀的出现，可,以比以前更好地实现更精确的制冷剂供给控,制。,Prepa

45、red by:,Carrier University,45,降低进入冷凝器的水温,?,最小的压差（,1,）以确保液体制冷剂通过节流装置进入蒸,发器中。,125 F,MAX,32F,ANTIFREEZE,SOLUTION,-20 F,MIN,0 F,Motor,Master,Air Cooled Chillers,Condenser Fan,Cycling,100 F,MAX,70 F Water,Regulation,Required,55 F,Approx,MIN,Water Cooled Chillers,Prepared by:,Carrier University,46,冷却水的控制,

46、?,城市水控制：,?,当城市水或其它的像湖水或河水等用作,冷却水时，一个两通调节阀装在冷凝器,进水管上。水越冷，送到冷凝器的水就,越少。,?,设在冷凝器进水管上的传感器反馈信号,给冷水机组的微处理器。这个微处理器,控制了所有的机器运行参数并且调节两,通阀来确保机器的安全运行。,?,变速泵：,取代两通阀，微处理器可以控制变速冷,却水泵来达到同样的效果。随着冷凝器,进水温度的下降，泵的速度也降低以维,持机组的安全运行。,?,冷却塔控制：,?,一个三通阀装在冷凝器出水管上。旁通,管可旁通部分冷却水。从冷却塔返回的,水较冷时，减少进入塔的水，更多的水,旁通。,?,设在冷凝器进水管上的传感器反馈信号,给

47、冷水机组的微处理器。这个微处理器,控制了所有的机器运行参数并且调节三,通阀来确保机器的安全运行。,Prepared by:,Carrier University,47,冷却水的控制,?,3,通阀使冷却水旁通来保证,最低的冷却水温度,(,不低于,55F),?,面板上的,DDC,控制调节阀,.,?,2,通阀调节城市用水来保证,最小的冷凝温度（不低于,60F,的饱和冷凝温度）,.,?,面板上的,DDC,控制调节阀,.,?,或者采用可变速的泵,.,Prepared by:,Carrier University,48,作,业,1,一台,500,冷吨的冷水机组产生,12F,温升,的,44F,的水。冷凝器有

48、,85F,的进水和,97F,的出水，计算蒸发器和冷凝器水流量。,假设排热系数,1.2,。,2,冷水机组有两种类型的蒸发器，请写,出它们的名称：,3,写出冷水机组中蒸发器和冷凝器中的,热交换的基本方程：,4,写出在管壳式换热器中水和制冷剂之,间热交换的四种热阻：,5,如果通过,1,流程冷凝器的速度是,5fps,，,那么如果流程增加到,3,时速度将是多少？,6,冷水机组有两种类型的冷凝器，写出它,们的名称：,7,冷水机组冷凝器的最低的冷却水进口水,温可能是多少？,8,风冷冷水机组能够工作的最低的室外空,气温度是多少？,9,写出两种控制水冷冷凝器最低进水温的,方法：,10,为什么水冷冷水机组的进水温

49、度必须保,持在等于或高于某一温度？,Prepared by:,Carrier University,49,冷水机组原理,?,第一部分：冷水机组制冷循环概述与制冷效率,?,第二部分：提高制冷效率的途径,-,降低压升,?,第三部分：提高制冷效率的途径,-,节能部件,?,第四部分：压缩机的类型,?,第五部分：负荷控制,?,第六部分：部分负荷运行特性,Prepared by:,Carrier University,50,提高制冷效果,?,现在我们来讨论影响制冷机能耗和尺寸的三个因素,提高制冷效果。,?,制冷循环的压缩功率和最终的机组尺寸是下列三个因素的函数：,1-,制冷剂流量,2-,通过压缩机的压力升

50、高（,Pc-,Pb,）。压缩比或压升。,3-,压缩机的实际效率。,?,在如今的市场上，能源的费用和可行性已经成为购买冷水机组的重要考虑因,素。廉价能源的时期已经过去了。也需要小型设备来适应不断增长的建筑费,用。,?,我们来看制造商们用来提高制冷效果进而改善制冷机效率并缩小尺寸的常用方法。,Prepared by:,Carrier University,51,提高制冷效果,?,制冷效果,(RE),?,压缩热,(HC),?,压力升高（,Pc-Pb,）,?,压缩机的功耗受,3,方面因,素的影响,-,制冷剂的质量流量,-,通过压缩机的压力升高,-,压缩机的效率,?,任何能够改善上面三个方,面的装置都可