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组合式空调机组各段体设计选型概述

类别:组合式 发布时间:2020-06-29 22:13:53 浏览:

概述

本课件描述了组合式空调机组的设计参数、性能要求、设计工况及各元件设计和选型方法。功能段包括混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、各种加湿、风机段、消声段等二十余种功能段。

组合式空调机组的具体命名方法可参阅GB/T14294-2008《组合式空调机组》:

组合式空调机组的基本设计工况:

项目

供冷工况

供热工况

备注

干球温度℃

271.0

211.0

湿球温度℃

19.50.5

--

进水温度℃

70.2

601

出水温升℃

50.2

--

风量(m3/h)

名义风量

出口风压(Pa)

根据客户需要选择合适的风机

功能段

功能段是根据客户的要求进行匹配,无具体的设计要求

混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、加湿段、风机段、消声段等进行自由组合,对空气的进行处理,满足客户对空气洁净度和舒适度、环境噪声的需求。

现行标准:GB/T14294-2008《组合式空调机组》,该标准侧重空气动力和热工能;

EN1886-1998《建筑通风用空气处理机组机械性能》,该标准是EN标准系列中建筑通风和空调用机组系列标准的一部分,侧重箱体结构的机械性能。

换热器设计计算方法

换热器用来实现空气与热源载体——水进行能量交换的设备,是空调末端产品中最重要的部件之一。主要构件有进出水管、集水管、铜管、翅片、U型管、端板等,下面主要介绍表冷器大小、翅片形式、铜管大小等的选择,其结构上的知识不做介绍。

一般换热器的命名方法:

换热器的中文名称加三个主参数,即:换热器MNL,M表示换热器厚度方向铜管排数,N表示换热器高度方向的铜管数,L表示换热器有效长度(即换热铜管长度),

如:换热器4201500,表示4排换热器,高度方向有20根管,换热器铜管的有效长度为1500。

换热器的其他构件相关尺寸都是以这三个基本参数为依据换算而来。

完整的换热器的表示方法如下:

ZK.HRQ3Z换热器M×N×L(换热器系列部件图样代号及名称)

ZK.HRQ3Z换热器8×24×2015(换热器系列部件图样代号及名称)

表示换热管规格为φ16、总水管通径为DN65(3型管)、8排(M=8)换热管、每排管数为24(N=24)、换热器迎风面长度或换热管有效长度为2015mm(L=2015)的左式换热器。

具体名称命名方式可参阅换热器命名。

换热器的设计:

一、基本参数的设计:

M一般尽量按客户要求选择,在客户没有要求的情况下,我们根据N、L的值,加上我们的经验公式(见后)进行计算。

N、L根据我们规划的段位尺寸,保证换热器在表冷段中便于安装,且有最大的换热面积和迎风面积,具体的段位尺寸见组合空调标准段位图。

二、翅片和铜管的选择

一般情况下有波纹片、开窗片、平片三种翅片形式。波纹片主要是与φ16铜管配套,开窗片、平片与φ9.52铜管配套。风机盘管主要采用φ9.52铜管套平片,空调箱按风量区别,5000m3/h以上的采用φ16铜管套波纹片,5000m3/h以下的采用φ9.52铜管套开窗片。

波纹片与φ16铜管换热器特点:风阻较小,换热能力较小。

开窗片与φ9.52的换热器特点:风阻较大,换热能力较大。

平片与φ9.52的换热能力最小。

三、铜管管路的分布

根据载体——水在管路中的走向及流程分布,管路可以分为:全回路、1/2回路、3/4回路等,目前多采用的为全回路、1/2回路。

全回路布管方式的特点:流速较慢,管路阻力小,但换热系数小。适用于换热能力较小的机组。

1/2回路布管方式的特点:流速快,管路阻力大,但换热系数大。适用于换热能力较大的机组。

3/4回路布管方式的换热系数介于以上两种之间。

四、换热器的经验计算公式(最后一列是以0610为例进行的计算):

表冷器校核计算

输入参数

序号

名称

代号

计算公式

单位

参数

1

风量

L

m3/h

10000

2

孔数/排

N

20

3

有肋长度

A0

Mm

1300

4

排数

R

4

5

片距

T

Mm

3.1

6

进风干球温度

t1

27

7

进风湿球温度

ts1

19.5

8

进水温度

tw1

7

9

出水温度

tw2

12

10

流程比

b

2

11

流通断面积

f0

m2

0.000177

计算方法

12

空气质量流量

G

G=1.2L/3600

Kg/s

3.33

13

接触系数

E'

E'=A-BFy

0.97

14

迎风面积

Fy

Fy=0.00000140NA0

m2

1.04

15

迎面风速

Vy

Vy=L/(Fy3600)

m/s

2.67

16

散热面积

F

F=RFy20.845

m2

86.72

17

假设出风干球温度

t2=13

13.44

18

假设出风湿球温度

ts2

ts2=t2-(t1-ts1)(1-E')

13.22

19

进风焓

I1

I1=0.0707ts1^20.6452ts116.18

KJ/Kg

55.65

20

假设出风焓

I2

I2'=0.0707ts2^20.6425ts216.18

KJ/Kg

37.03

21

冷量

Q'

Q'=(I1-I2')G

KW

62.06

22

析湿系数

ξ

ξ=(I1-I2)/1.01(t1-t2)

1.36

23

水流量

W'

W'=Q'/((tw2-tw1)4.19)

l/s

2.96

24

水流速

ω'

ω'=W'/((Nf0)/b)/1000

m/s

1.68

25

传热系数

K'

K'=1.163/(1/(AVymξn)1/(Bω'0.8))

W/m2

73.43

26

传热单位数

β

β=K'F/ξGcp

1.39

27

水当量数

γ

γ=ξGcp/W'c

0.37

28

干球温度效率

Eg'

Eg'=1-e-β(1-γ)/1-γe-β(1-γ)

0.69

29

需要的效率

Eg=(t1-t2)/(t1-tw1)

0.68

输出参数

30

出风干球温度

t2

t2=t1-(t1-tw1)Eg'

13.20

31

出风湿球温度

ts2

ts2=t2-(t1-ts1)(1-E')

12.97

32

出风焓

I2

I2=0.0707ts2^20.6425ts216.18

KJ/Kg

36.42

33

冷量

Q

Q=(I1-I2)G

KW

64.09

34

水流量

W

W=Q/((tw2-tw1)4.19)

m3/h

11.01

35

水流速

ω

ω=W/((Nf0)/b)

m/s

1.73

36

空气阻力

Hs

Hs=aVymξn

Pa

214.31

37

水阻力

P

P=(ρ/2)(0.44(Rb-1)RbλA0/d)ω2

KPa

29.75

38

进水管数

N1

1

39

水管通径

Dn

Dn=(4W/(3.143600ωN1)0.51000

Mm

47

实际水管取值

DN

Mm

50

风机和电机的设计选型

一、风机的一些基本知识及分类

风机的定义:风机是一个装有两个或多个叶片的旋转轴推动气流的机械。

主要有三个部分组成:叶轮(亦称涡轮或转子)、壳体以及驱动设备。

一般没有直联电机的风机主要组成部分:风轮、机壳、框架、轴承、轴、出风法兰(部分有),其中风轮、轴承、轴是关键的部件,需要特别注意。

风机性能参数:风量、静压、动压、功率、效率、静压效率等。

性能曲线:Q-η(风量与效率)、P(压力,包括动压、静压)-Q(风量)等,其中Pst-Q(静压~风量)曲线是风机最重要的性能曲线,也是风机选型中最重要的依据。

风机的类型:离心式,轴流式,贯流式。

离心式:空气从轴向进入,径向吹出,风量较大,压力大;

轴流式:空气从轴向进入,轴向吹出,风量大,压力较小;

贯流式:空气在风机是两进两出,径向进径向出,再径向进径向出,风量小、压力小、噪声低。

二、离心式风机的分类和特点

离心式风机是末端机组常用到的风机类型,另外也用到风管机,天顶机等

按叶片旋转方向分类:

(1)前向离心叶轮的旋转方向与叶片的弯曲方向一致,叶片宽度较小,叶片形式有:

a、前弯多翼型薄叶片,目前我们公司末端的风机都属于此类;

b、前弯机翼型叶片,多为塑料风机;

(2)后向离心叶轮的旋转方向与叶片的弯曲方向相反,叶片宽度大。叶片形式有:

a、后倾后弯曲机翼型叶片,目前组合式空调机组中大风量,高静压风机属于此类;

b、后弯曲型斜扭叶片。

特点:风量较大,压力大。前向离心适用于风量大,而压力相对较小的场合,比如末端产品的空调箱、风机盘管、阻力较小的组合空调、挂式空调、移动空调等

后向离心适合与风量大,压力大,比如,高阻力的组合空调,还有需要四面出风的场合,比如天顶机等。

三、轴流风机的分类和特点

轴流风机的特点:风量大,压力低,运行转速比较低,噪声大。

主要用在一些通风设备中,对风量要求大,而压力要求较低的场合。比如家用空调的室外机、风冷热泵等。

其叶片形式有多种:

牛角型,主要用于车间吹风;

镰刀型,主要用于风冷热泵等;

半椭圆性,主要用于通风,如台扇等。

四、贯流风机

贯流式风机是一种用得比较少的风机,运行转速很低,压力很小,运行噪声很低。

目前主要用在家用空调的室内机,但次中风机易产生一种啸叫声。让人听着及不舒服。

五、风机的选型

离心风机是我们末端的主要风机,选型以此为例。

风机的选型需要几个基本参数:风量(m3/h)、静压或全压(主要是静压,单位Pa)、出风口速度(m/s)、功率,而选型的基本依据是性能曲线,最重要的是P-Q(静压~风量)曲线。

在进行风机的选型之前,先要了解与风机有关并且常会遇到的几个术语:静压、动压、全压、风机全压、风机静压、气体流量、风机的内部功率、轴功率、静压效率、机械效率等。

静压:静压即气流中某一点的或充满气体的空间某点的绝对压力与大气压力之压差。该点的压力高于大气压时为正值,低于环境大气压时则为负值。它同样作用于各个方向,与速度无关,是气流中潜能的量度。

动压(也称速度压):动压是将气体从零速度加速至某一速度所需的压力,与气流动能成正比。动压只作用于气流方向,并且永远是正值。其计算公式为:Pt=(1/2)ρνν式中V=速度(m/s),ρ为空气密度(kg/m3)。

全压:它是静压与动压之代数和,它是气流中所存在的全部能量的量度。

风机全压定义:风机出口平均全压与风机进口平均全压之代数差。它是风机对气体施加的总机械能的量度,其测量方法详见下图。

风机静压:风机静压是用于评估风机的抗阻能力。必须在某一转速下,定风量下才能根据风机的静压高低来说明风机的抗阻能力强弱。某转速下,风量和转速有一定的关系,用P-Q曲线表示。

风量(气体流量):它是风机每秒钟所推动的空气立方米数(CMS),而与空气密度无关。

风机的内部功率:风机的内部功率是对一个既定体积克服既定压力而运动所需的功率(有效功率或内部功率)假定其效率是100%时:静压有效功率=(Q×Pst)÷1020;全压有效功率=(Q×Pt)÷1020;式中Q—空气体积,CMS,Pt—全压,Pa,Pst—静压,Pa。

轴功率:它是风机实际所需的功率,因为风机实际上不能100%有效,所以比内部功率(AKW)要大,它包括V—皮带驱动机构、附件(如轴承)和其它需要加至风机的能量。

计算公式为:W=(Q÷1020)×(Pt÷ηt),式中ηt=风机总效率

静压效率(S.E):它是静压有效功率除以风机输入的能量。

计算公式为:S.E=输出功率÷输入功率=(Q×Pst)÷(1020×W)

机械效率(M.E):亦称作全压效率(Et),是输出能量与输入能量之比。

计算公式为:M.E(Et)=(Q×Pt)÷(1020×W)

以上10个术语中,其中轴功率、静压效率、机械效率(也称全压效率)这三个参数会出现在风机选型软件的性能参数表上,是对已定风量和压头的空气系统选择风机型号的重要数据。

风机选型

风机选型的必须条件:1、性能参数和性能曲线;2、使用环境的阻力。

性能参数和性能曲线:风机性能都是用曲线表示出来的,重点是Pst-Q曲线下图所示,

它能用图形方式描述整个系列风机的性能,同一种风机在三个不同转速下的性能曲线。根据设计的额定风量、要求的静压,在Pst-Q曲线上选择能达到要求风机转速。同时根据功率-风量曲线选择出相对应的电机参数。

现在各个风机厂家都有自己的选型软件,选型软件上有各种风机的运行参数曲线。我们只需输入相关的额定值,软件都会提示有那些风机能满足要求。不管什么方式选择风,都会有二个或多个风机可满足要求,此时我们要根据功率、效率、噪声等几个空调重要的考察参数确定最佳方案。最佳风机的选择应正好在性能曲线的最高效点或在它的右边,而在P-Q曲线最高点的稍左,最终选择风机型号时经济方面(即成本控制)通常是决定因素。

注意:a选择风机工作点特别注意不要在性能曲线的不稳定区域(在全压效率最高点的左侧)择风机。b在全压效率和静压效率都较高的点上去选择风机还要结合考虑其最小能耗(即轴功率)和风机的极限转速。

对于各品牌风机,应通过实验验证其宣讲的参数与实际的偏差,每个公司都会将自己的产品效率等讲得高一点。

另外,风机轴承寿命、配用的电机功率和电机极数也是风机选型需考虑的另外两个因素,对于风机而言,其实际转速在其极限转速的80%时运行并配置适当大小的传动轮可以提高轴承的寿命。而配用的电机转速与风机的实际转速有关,风机在实际运行时到底该配多少极数的电机才为合适,在电机选型中有详述。

六、风机的串联与并联选型

1、风机的串联是指当系统阻力特别大,一台通风机不足以克服时,可选用两台或以上的风机串联运行,共同克服统阻力。串联风机在系统中输送同一风量,而系统的阻力则是各个风机所克服的阻力叠加。

2、风机的并联是指当需要的风量特别大,一个风机满足不了要求时,可选用两台以上的风机安装于同一系统中并联运行,共同输气。并联风机所要克服的是同一系统的阻力,而系统中通过的风量则是并联各个风机输出风量的叠加。在我们的空调箱中运用得很多,如10000m3/h的机组,其全压为400Pa,如果选用两台相同型号的风机并联输气时,单个风机的选型参数则是:风量为5000m3/h和全压为400Pa最终选出来的风机型号与单风机选型方法相同。

七、风机的安装方式

组合空调机组的风机和电机是一起安装在同一个风机架焊件上的,按风机的出口方式其安装方法有下图所示的四种形式:水平下送、水平上送、顶前送风、顶后送风。电机可以放在风机后面或风机的侧面安装。离心风机的安装方式侧视图如下:

在投标方案的项目中,需综合考虑外接风管的方向、距离及表冷器中心位置与风机轴心位置大概在相同高度上来先择一个最佳的送风方式;在没有任何条件规定送风方式的情况下,优先选用(1)的送风方式。

1、风机在箱体内的布置方式

对于箱体内风机位置的正确布置与否,关系到风机进风口和出风口的气流是否顺畅,如果受到一定的阻碍或限制,为了补偿由此而产生的静压损失就需要相应提高风机的转速,同时也会相应增加了风机的噪声、轴功率。

在我们常用的机组中,风机是以敞开方式进风的方式安装在风机段的箱体内,有时由于安装空间有限,箱体两侧的面板很靠近风机进风口,就会限制进风空气的流动,会使风机性能和送风量有不同程度的降低,为了使风机进口和出口的气流顺畅,最大限度地减少进出口气流的压力损失,风机进风口应当保持一个最小的距离A≥1/2D(D为风机叶轮的直径),如果只有1/3叶轮的直径,将会使用风机的风量降低10%。

※常规组给式空调机组的风机安装正常要求为两侧进风口到边的距离≥0.75D

2、常用的离心风机的布置规范

(1)情况1:单头风机(图1)(2)情况2:双头风机(图2)(3)情况3:多个单头风机(图3)

注:L表示风机背部宽度尺寸;D表示风机叶轮直径尺寸

3、风机出风口的连接方式

当用直管送风时,建议送风管不要突然间向大截面过渡,而且推荐使用不大于15°的变径管来实现这种过渡,从而减小能耗,这是在管道设计中常用的,目前我们公司采用软件接头,达到减振的功效。

4、改变风机风量的方法

改变风机风量的方法常用的有如下三种:

(1)利用风机入口导向阀,这种方法降低风机能量消耗较多,初投资较省,且有较宽的调节范围。

(2)改变风机转速,如配变频器或变速电机,这种方法降低风机能量消耗最多,风量调节范围宽,但初投资最高,风机容易进入不稳定区工作。

(3)利用风机出口阀门。这种方法节省风机能量很少,风量调节范围较小,易使风机进入不稳定区工作。

5、离心风机使用的注意事项

(1)风机选型时的实际运行转速最好能在其极限转速的80%范围内,不宜超过其级限转速的90%;

(2)当2台前倾风机并联运行时,只要系统压力稍有变化,风机运行工况容易跳到不稳定区域运行,如果配变频器调速时,变频器的电流容易超载。所以,如遇到并联风机需配变频器时,优先选用后倾风机。

八、电机的选型及应用

不同品牌的电机,其制作标准和使用条件也有所不同,除非客户要求,尽量确定一种电机为常规标准配置电机,目前我们公司选用的是浙江大速电机。

1、常用Y系列电机的特点

ZK机组常用的Y系列的三相异步电动机,是一种全封闭自扇式鼠笼型三相异步电动机。此系列的电机具有高效、节能、性能好,噪声低、振动小,可靠性高、功率等级和安装尺寸符合I.E.C.标准和使用维护方便等优点,其防护等级为IP44,绝缘等级为B级。

2、电机的使用条件

(1)不同品牌的电机其使用条件也有不相同,大多数Y系列的三相异步电动机的使用环境温度为:-20℃~40℃,海拔:不超过1000米。浙江XX电机Y系列的使用环境温度:随季节而变化,但不超过40℃;

海拔:不超过1000米

电压:380V50Hz;

(2)如果使用在海拔高度超过1000米以上时,由于空气较稀薄,对电机的散热不利,为延长电机的使用寿命,电机需降档使用,但如果电机是在空调箱内,且箱体内有1.2米/s以上的气流通过电机时则不需考虑降档使用的问题。

3、电机的绝缘等级与防护等级

3.1绝缘等级

电机的绝缘等级是指其在耐热的温升范围工作的能力,超过规定的温升范围便会丧失应有的绝缘能力。

国标GB11021-89《电气绝缘的耐热性评定和分级》

电工产品绝缘的使用期受到多种因素(如温度、电压和机械的应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等)的影响,而温度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素。因此已有一种实用的、被世界公认的耐热性分级方法,也就是将电气绝缘的耐热性划分为若干耐热等级,各耐热等级及所对应的温度值如下:

耐热等级:Y级A级E级B级F级H级C级200220

温升(℃):90105120130155180180以上200220

温升超过250℃,则按间隔25℃相应设置耐热等级。

3.2IP防护等级

IP(InternationalProtection)防护等级系统是由GB4208-1993规定。将灯具电器依其防尘、防止外物侵入、防水、防湿气之特性加以分级。这里所指的外物包含工具、人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分,以免触电。

IP防护等级是由两个数字所组成,第一个数字表示灯具电器防尘、防止外物侵入的等级;第二个数字表示灯具电器防湿气、防水侵入的密闭程度。数字越大,表示其防护等级越高,两个标示数字所表示的防护等级如下表1和表2;

表1:第一个标示特性号码(数字)所指的防护程度

第一个标示数字

防护等级

定义

备注

0

无防护

对外界的人或物无特殊之防护

IP0-

1

防止大于50mm的固体物体侵入

防止人体(如手掌)因意外而接触到灯具内部之零件。防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入

IP1-

2

防止大于12mm的固体物体侵入

防止人的手指接触到灯具内部之零件。防止中等尺寸(直径大于12mm,长度大于80mm)的外物侵入

IP2-

3

防止大于2.5mm的固体物体侵入

防止直径或厚度大于2.5mm之工具、电线或类似的细小的外物侵入而接触到灯具的内部零件

IP3-

4

防止大于1.0mm的固体物体侵入

防止直径或厚度大于1.0mm之工具、电线或类似的细小的外物侵入而接触到灯具的内部零件

IP4-

5

防尘

完全防止外物侵入。虽不能完全防止灰尘侵入,但侵入的灰尘的量并不会影响灯具的正常操作

IP5-

6

尘密

完全防止外物侵入,且可完全防止灰尘侵入

IP6-

表2:第二个标示特性号码(数字)所指的防护程度

第二个标示数字

防护等级

定义

备注

0

无防护

对外界的人或物无特殊之防护

IP-0

1

防止滴水侵入

垂直滴下的水滴(如凝结水)对灯具电器不会造成有害影响

IP-1

2

倾斜15°时仍可防止滴水侵入

当灯具电器由垂直倾斜至15°时,滴水对灯具不会造成有害影响

IP-2

3

防止喷洒的水侵入

防雨或防止与垂直的夹角小于60°之方向所喷洒的水进入灯具电器造成损坏

IP-3

4

防止飞溅的水侵入

防止各方向飞溅而来的水进入灯具电器造成损坏

IP-4

5

防止喷射的水侵入

防止来自各方向由喷嘴喷射出的水进入灯具电器造成损坏

IP-5

6

防止大浪的侵入

装设于甲板上的灯具电器,防止因大浪的侵袭而浸水造成损坏

IP-6

7

防止浸水时的水侵入

灯具电器浸在水中一定的时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏

IP-7

8

防止沉没时的水侵入

灯具电器无限期的沉没于指定水压的状况下,能确保不因进水而造成损坏

IP-8

例如:等级的第一标记数字如IP6_表示防尘保护等级(6表示完全防止灰尘进入,见上表1)第二标记数字如IP_5表示防水保护等级(5表示防护水的喷射,见上表2)。

常规的Y系列国产电机的绝缘等级为B级,防护等级为IP44。而进口品牌电机的绝缘等级为F级,B级考核,防护等级为IP55。国产电机亦可定做绝缘等级为F级,防护等级为IP55的电机。

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