ARI590-1992
容積式壓縮機冷水機組1992
STANDARD for? CENTRIFUGAL AND ROTARY SCREW WATER-CHILLING PACKAGES? Standard 590
1 目的
1.1 目的
本標準旨在對第4章所列舉的型式的冷水機組確立:定義、分類、試驗和標定方法,標準額定性能工況以及標準設備組成部件的規范。
1.1.1 本標準可以作為包括指定代理商、制造廠、銷售商、安裝單位、承包商和用戶等工業界的指導。
1.2 本標準將隨著工業技術進展而復審和修訂。
2 范圍
2.1 范圍
本標準適用于第4章所列舉的電動機驅動的冷水機組.本標準可適用于外部驅動制冷劑壓縮機型式或封閉式制冷劑電動機----壓縮機型式的所有機組.
2.2 本標準所涉及的冷水機組采用具有非連續級能量調節的容積式壓縮機.
2.3 本標準不包括,也不擬包括諸如飲用水、牛奶等飲料的處理所必需的衛生條款.
3 定義
3.1 冷水機組
符合4.1.1分類的整體式或無冷凝器式,設計用于冷卻水的一種工廠制造的組裝件.這種機組專門設計成能利用制冷劑循環來除去水中的熱量,并將此熱量排放給冷卻介質(通常為空氣或水).制冷劑冷凝器可能是或可能不是該機組的組成部分.
3.2 熱回收冷水機組
符合4.1.2分類的設計用于冷卻水并包括一臺可回收熱量的冷凝器的一種工廠制造的機組.在這種設備由一個以上組裝件供應的情況下.各個分散的組裝件應設計成能一起使用,且本標準所提出的標定要求應根據使用匹配組裝件來規定.這種機組專門設計成能利用制冷劑循環來除去制冷劑中的熱量,并將此熱量排放給另一種用于加熱的流體(空氣或水).任何多余的熱量可以排放給另一種介質,通常為空氣或水.
3.3 凈制冷量
定義為水的質量流量乘以冷卻器進出水比焓差的量,用BTU/H或TON(W或KW)表示.
3.4 凈熱回收量
定義為流體的質量流量乘以熱回收冷凝器進出流體比焓差的量,用BTU/H(W)表示.
3.5 能效比
在任何一組給定額定性能工況下,凈制冷量(BTU/H)除以機組(包括控制裝置)總輸入功率(W)而計算出的比值,用(BTU/H)/W表示.
3.5.1 標準能效比 在標準額定性能工況下得到的凈制冷量除以總輸入功率值而計算出的比值.(見表2)
3.6 綜合部分負荷值(IPLY)
按7.3所述的方法計算出的單一數值部分負荷效率指標.
3.7 熱回收性能系數(COPHR)凈熱回收量(BTU/H)除以機組總輸入功率(W換算成BTU/H,3.41*W=BTU/H)而計算出的比值.
3.8 "必須"或"應當""必須"或"應當"必須解釋如下:
3.8.1 必須 如宣稱執行本標準,則在規定條款中用到:"必須"或"不得"時,該條款是強制性的.
3.8.2 應當"應當"是用來指出這些條款不是強制性的,但作為好的方案是可取的.
3.9 風冷式冷凝器
制冷系統的一種部件,通過將熱量排給其傳熱表面上機械循環的空氣,引起空氣的溫度升高來冷凝制冷劑蒸氣.也可能發生制冷劑的過熱降溫和過冷.
3.10 壓縮機排氣飽和溫度
對應于壓縮機排氣側制冷劑壓力的飽和溫度,在使用排氣截止閥的情況下,通常在壓縮機排氣維修閥處或緊接其后測取(在兩種情況下均在閥座的后面).
3.11 蒸發冷卻式冷凝器
制冷系統的一種部件,通過將熱量排給其他熱表面上機械循環的水和空氣的混合物,引起水蒸發和空氣的比焓增加來冷凝制冷劑蒸氣,也可能發生制冷劑的過熱降溫和過冷.
3.12 流體
定義為在水冷式冷凝器、熱回收冷凝器或輔助設備(當采用時)中被加熱的流體.
3.13 水冷卻器
一種工廠制造的各種元件的組裝件,水和制冷劑在其中處于傳熱關系,引起制冷劑蒸發而水被冷卻.
3.14 冷噸
等于12000BTU/H(3.516KW)
3.15 水冷式冷凝器
一種傳熱裝置,水和制冷劑在其中處于傳熱關系,引起制冷劑冷凝而水被加熱.也可能發生制冷劑的過熱降溫和過冷.
3.16 水冷式熱回收冷凝器
一種傳熱裝置,水和制冷劑在其中處于傳熱關系,引起制冷劑冷凝而水被加熱.也可能發生制冷劑的過熱降溫和過冷.這種冷凝器可能是一種獨立式冷凝器,也可能是水冷式冷凝器的一部分.
3.17 風冷式熱回收冷凝器
能冷凝制冷劑蒸氣的一種傳熱裝置,在冷凝熱排給空氣的過程中引起空氣溫度升高.也可能發生制冷劑的過熱降溫或過冷.這種冷凝器可能是一種獨立式冷凝器,也可能是風冷式冷凝器的一部分.
3.18 污垢系數
由于傳熱表面上聚集的污垢所造成的熱阻.
3.18.1 現場污垢系數允許值? 使用期間預期污垢的規定值.
4.1 分類
在本標準范圍內容積式冷水機組(下面也稱為冷卻器機組)分類如下:
4.1.1 冷水機組
A. 采用外部驅動或封閉式壓縮機及下列冷凝器中的一種的整體式冷水機組:
1.水冷式
2.蒸發冷卻式
3.風冷式
B.采用外部驅動或封閉式壓縮機,同單獨供應的冷凝器配套的無冷凝器式冷水機組.
4.1.2 熱回收冷水機組
A.采用外部驅動或封閉式壓縮機及下列冷凝器中的一種或多種的冷水機組:
1.水冷式
2.蒸發冷卻式
3.風冷式
5 設備
5.1 標準設備
表1列出了制造廠供應的組成一臺定型冷水機組所需要的部件.
表1 冷水機組所需要的設備
供應的設備 |
分 類 |
熱回收 | |
只制冷 | |||
無冷凝器式 (配用遠置式冷凝器) |
整體式 | ||
外部驅動制冷劑壓縮機或封閉式制冷劑電動機--壓縮機 |
|
是 |
是 |
冷凝器 |
|
否 |
是 |
冷卻器 |
是 |
是 |
是 |
其他 |
是 |
是 |
是 |
安全控制裝置 |
是 |
是 |
是 |
注:1.是-----表示部件必須包括在機組內.
2.否-----表示不要求部件包括在機組內.
①對水冷式冷凝器不要求.
②只對整體式機組.
6 試驗要求
6.1 試驗要求 冷水機組額定性能的所有試驗,均必須按照ASHRAE標準30--78<液體冷卻機組試驗方法>(美國供暖制冷空調工程師學會)所提出的試驗程序進行.熱回收量試驗必須按照附錄A所提出的試驗程序進行.7 標定要求
7.1 公布額定性能
公布額定性能包括適用的標準額定性能,部分負荷額定性能和使用額定性能.此類額定性能必須根據用額定性能所規定的制冷劑對冷水機組進行的試驗來確定.
7.1.1 公布額定性能必須附有下列資料:
A.機械和電氣說明
B.冷凝器水側和制冷劑側設計工作壓力,PSI(KPA)
C.冷卻器水側和制冷劑側設計工作壓力,PSI(KPA)
D.冷水機組外形尺寸,FT和IN(MM)
E.冷水機組周圍供取出和維修所有部件所需要的最小余隙空間,FT和IN(MM)
F.主要接頭型式和尺寸
G.制冷劑運行充注量(整體式),LB(KG)
H.運行重量,LB(KG)
7.1.2 標準額定性能工況 對于所有冷水機組,公布額定性能必須包括對應于表2所示適用的標準額定性能工況的標準額定性能,并明確標明為標準額定性能.對于熱回收冷水機組,公布額定性能必須包括表2A所示的熱回收標準額定性能工況,并明確標明為熱回收標準額定性能.標準額定性能必須包括冷凝器和冷卻器水側表面的現場污垢系數允許值為0.00025H·FT2·oF/(BTU/H)(0.000044M2·oC/W).
標準額定性能試驗必須按銘牌額定電壓和頻率進行.對于標有兩種銘牌額定電壓的冷水機組,試驗必須按兩種電壓進行,如果只公布一種標準額定性能,則試驗必須按兩種電壓中的較低者進行.
表2 標準額定性能工況
溫 度 |
整 體 式 |
無冷凝器式 | |||
水 冷 式 |
蒸發冷卻式 |
風冷式 |
水冷式或蒸發冷卻式 |
風冷式 | |
冷凝器 進水 流量 |
85oF(29.4oC) 3gal/min/ton(0.0054L/s·kw) |
| |||
進風 干球 濕球 |
|
95oF(35oC) 75oF(23.9oC) |
95oF(35oC) --- |
| |
排氣 飽和 液體制 冷劑 |
|
105oF(40.6oC) 95oF(35.0oC) |
120oF(48.9oC) 110oF(43.3oC) | ||
冷卻器 進水 出水 |
所有種類 54oF(12.4oC) 44oF(6.7oC) |
表2A 熱回收標準額定性能工況
溫度 |
水冷式 |
蒸發冷卻式 |
風冷式 |
冷凝器 進水 出水 |
75oF(23.9oC) --- |
|
|
進風 干球 濕球 |
|
--- 38oF(3.3oC) |
40oF(4.4oC) --- |
冷卻器 出水 |
|
所有種類 44oF(6.7oC) 流量同標準額定性能 |
|
熱回收冷凝器進水 熱回收冷凝器出水 |
105oF(40.6oC) 或95oF(35oC) 120oF(48.9oC) 或105oF(40.6oC) |
|
70oF(21.1oC) 95oF(35oC) |
7.2 標準額定性能 標準額定性能必須包括下列數據:
7.2.1 總則
A.符合ANSI/ASHRAE 標準34--1992<制冷劑編號命名和安全類別>(美國供暖制冷空調工程師學
會)的制冷劑編號
B.凈制冷量,(BTU/H)(W)
C.壓縮機輸入功率,BHP或KW在適用時
D.能效比(按3.5的定義),(BTU/H)/W(精確至0.1)
E.7.1.2所規定的冷卻器污垢系數
F.冷水進出水溫度,oF(oC)(如表2或表2A所規定),或出水溫度和冷卻范圍,oF(oC)
G.冷卻器水壓降,PSI或FT·H2O(KPA)
7.2.2 水冷式冷凝器機組(整體式)
H.冷凝器水壓降,PSI或FT·H2O(KPA)
I.冷凝器進出水溫度,oF(oC)(如表2所規定),或冷凝器進水或出水溫度(如表2所規定)和通過
冷凝器的水溫升,oF(oC)
J.冷凝器的水流量,GAL/MIN(L/S)
K.7.1.2規定的污垢系數
7.2.3 風冷式冷凝器機組(整體式)
L.進風干球溫度,oF(oC)(如表2所規定)
M.風機輸入功率,KW
7.2.4 蒸發冷卻式冷凝器機組(整體式)
N.進風濕球溫度,oF(oC)(如表2所規定)
O.風機和泵的輸入功率,KW
7.2.5 無冷凝器式機組(采風遠置式冷凝器)
P.壓縮機排氣飽和溫度,oF(oC)(如表2所規定)
Q.冷水機組進口液體制冷劑溫度,oF(oC)(如表2所規定)
R.冷凝器排熱量要求,BTU/H(KW)
7.2.6 熱回收冷凝器
S.熱回收量,BTU/H(W)
T.熱回收水壓降,PSI或FT·H2O(KPA)或熱回收空氣壓降,IN·H2O(PA)
U.熱回收冷凝器進出口空氣或水的溫度, oF(oC)(如表2A所規定)
V.熱回收冷凝器空氣流量,FT3/MIN(L/S)或熱回收冷凝器水流量,GAL/MIN(L/S)
W.污垢系數(如7.1.2所規定)(只對水冷式熱回收冷凝器)
7.3 部分負荷額定性能
部分負荷額定性能的目的是在運行工況范圍內有利于提高部分負荷性能.
以和7.2.1中B、C和D項相同的術語表示的凈制冷量、輸入功率和EER等部分負荷額定性能,必須根據100%、75%、50%和25%制冷量時的運行來提供.
部分負荷額定性能可以用下列兩種方式表示:
A.基于7.3.1規定的工況的綜合部分負荷值(IPLV)
B.分散的部分負荷數據點
7.3.1 部分負荷運行工況 冷水機組的部分負荷性能,必須根據下列工況確定:
A.冷水出水溫度保持恒定在44oF(6.7oC).
B.冷水機組蒸發器流量保持恒定在2.4(GAL/MIN)/全負荷TON(0.043L/S·KW).
C.冷凝器進入溫度、冷凝器進風溫度濕球溫度或冷凝器排氣飽和溫度按表3的規定呈性變化。
D.冷凝器水流量保持恒定在全負荷額定值.
E.風冷式冷凝器可隨著機組卸載或運行工況的變化而變化.
F.冷卻器和冷凝器水側污垢系數允許值保持恒定在全負荷額定值0.00025H·FT2·oF/BTU的
(0.000044M2·oC/W)
7.3.2 具有兩級或多級卸載的冷水機組 對于本標準所涉及的冷水機組,部分負荷值(IPLV)必須按下列計算:
A.在7.3.1 規定的工況下按100%、75%、50%和25%負荷工況點確定KW/TON.
B.用下列公式計算IPLV
IPLV=0.17A+0.39D+0.33C+0.11D
式中:A---100%負荷工況點時的EER;
B---75%負荷工況點時的EER;
C---50%負荷工況點時的EER;
D---25%負荷工況點時的EER.
C.有關公式(1)的推導見附錄B.加權系數是根據ATLAN TA 裝有空氣側節能器的典型辦公大樓確
定的.
D.IPLV 額定性能要求機組效率在表3規定的工況下,以100%,75%,50%和25%負荷工況點確定.如
果機組由于其制冷量調節級而不能精確地以75%、50%或25%制冷量運行,則機組可以在其它負荷工況
點下運行,且75%、50%或25%制冷量時效率應當通過用直線段連接實際性能工況點繪制該效率和負
荷百分數的關系曲線來確定.然后,可由該曲線確定75%、50%或25%負荷效率.不應當使用數據外推
法.描繪數據必須用等于或小于要求額定性能工況點的冷水機組實際制冷量工況點.例如,實際最小
制冷量為33%,則該曲線可用于確定50%制冷量工況點,而不是25%制冷量工況點.如果機組不能卸載
至25%、50%或75%制冷量工況點,則機組應當按要求在根據表3對25%、50%或75%制冷量工況點規定
的冷凝器進口工況下,以最小卸載級運行.然后,效率必須用下列公式確定:
EER=BTUH實測/(CD*W實測) (2)
式中:CD---考慮制冷量小于最小制冷量級的壓縮機循環的遞降系數 CD=-0.13*LF+1.13
系數LF應當用列公式計算:
LF=(負荷%)*(滿負荷機組制冷量)/(部分負荷機組制冷量)
式中:(負荷%)---標準額定性能工況點,即75%、50%和25%.
部分負荷機組制冷量是據以用上述方法確定標準額定性能工況點的實測或計算的機組制冷量.
表3 部分負荷額定性能時冷凝器進口工況
冷凝器進口工況=A*(全負荷制冷量的百分數)+B | |||
機組型式 | 冷凝器進口工況 | A | B |
風冷式 |
冷凝器進風干球溫度,oF |
0.40 |
55 |
注:1.對于無冷凝器型式,制冷劑溫度應低于排氣飽和溫度10oF(5.6oC).
2.所有部件或附件(風機,水泵等)的運轉應由隨機組供應的控制裝置控制.
3.對水冷式機組,冷凝器水量應保持恒定大3.0GAL/MIN/全負荷TON(0.054L/S·KW),且污垢系數
應保持恒定在0.00025H·FT2·oF/(BTU/H)(0.000044M2·oC/W).
計算示例 下面是IPLV計算的一個例子:
冷水機組性能數據
級 |
制冷量(TON) |
輸入功率(KW) |
EER③ |
3(滿負荷) |
100.0 |
92.3 |
13.00③ |
2 |
69.5 |
59.6 |
14.00③ |
1① |
39.5 |
32.7 |
14.50③ |
1② |
41.0 |
33.9 |
|
① 在負荷工況下機組可能達到的最小制冷量.
② 在25%負荷時,于冷凝器冷卻介質進口工況下最小制冷量級時的性能.
用上述數據描繪出如圖1所示的曲線,可以確定IPLV額定性能點:
點 |
負荷% |
制冷量(TON) |
EER |
A |
100% |
100 |
13.00 |
B |
75% |
75 |
13.80 |
C |
50% |
50 |
14.32 |
2 由于機組不能卸載至25%制冷量,需要進行下列附加計算,以便用呼應注②所列的最制冷量數據點
確定點D.呼應注②是在25%制冷量冷凝器進口工況下,以最小制冷量級確定的.
LF=(0.25)*(100)/41.0=0.61
CD=-0.13*0.61+1.13=1.05
EER=41.0*12000/(1.05*33.9*1000)=13.82
然后可用A,B,C和D效率計算IPLV如下:
IPLV=0.17*13.0+0.39*13.8+0.33*14.3+0.11*13.8=13.8EER
7.4 使用額定性能
用額定性能給出非表2所示工況下的性能數據.對于整體式或無冷凝器式冷水機組,使用額定性能可以與標準額定性能相同的工況為基礎,或者對于整體式冷水機組,也可以"冷凝溫度"或"排氣飽和溫度"為基礎,只要示出和清楚標明標準額定性能工況點即可.這種額定性能必須按整個試驗目的清楚地規定相應的工況,且此類額定性能必須符合本標準的允差.
7.4.1 現場污垢系數允許值.公布使用額定性能時,必須包括使用7.1.2規定的污垢系數時的使用額定性能.在其他現場污垢系數允許值時的附加使用額定性能,或此額定性能的確定方法也可予以公布.
7.4.2 水流量 制造廠必須就在現場污垢系數允許值為0.00025H·FT2·oF/(BTU/H)(0.000044M2·oC/W)時推薦的最大水流量提供公布的資料.
7.5 由實驗室試驗數據確定清潔和污垢工況額定性能的方法
7.5.1 一系列試驗必須按照ASHRAE標準30--78所提出的方法進行,以確定機組的性能.
7.5.2 冷卻器水側和冷凝器水側或空氣側傳熱表面在試驗之前應當清洗干凈,試驗反映出的污垢系數將假定為0.000H·FT2·oF/(BTU/H)(0.00000M2·oC/W).
7.5.3 為了在額定污垢工況下確定冷水機組的制冷量,應當采用7.5.4規定的程序確定冷卻器或冷凝器水溫的修正值.
7.5.4 在滿負荷和部分負荷工況下模擬現場污垢系數允許值的方法.
7.5.4.1 按規定現場污垢系數允許值(FFSP),使用下列公式求出冷卻器和/或冷凝器的對數平均
溫差(LMTD)
LMTD=R/LN(1+R/S) (1)
7.5.4.2 LMTD的推導:
LMTD=[(TS-TWE)-(TS-TWL)]/LN[(TS-TWE)/(TS-TWL)]
=(TWL-TWE)/LN{(TS-TWL)+(TWL-TWE)]/(TS-TWL)}
增量LMTD(ILMTD)用下列公式確定:
ILMTD=FFSP(Q/A) (2)
7.5.4.3 模擬附加污垢系數需要的水溫差TDα·TDα現可計算為:TDα=SSP-SE (3A)
TDα=SSP-R/(EZ-1) (3B) Z=R/(LMTD-ILMTD)
式中:SSP---規定的小溫差;
SE---在清潔工況下試驗的小溫差。
然后將水溫差TDSP加在冷凝器進水溫度上或從冷卻器出水溫度減去該溫差,以模擬附加污垢系
數。
7.5.4.4 示例----冷凝器管內污垢(為清楚起見,只用U.S.標準單位)
規定現場污垢系數允許值FFSP=0.00025H·FT2·oF/BTU
冷凝器負荷=2880000BTUH
規定冷凝器出水溫度TWL=95oF
規定冷凝器出水溫度TWE=85oF
*管內表面積,AI=550FT2 *(因本例中污垢在管子內表面)
飽和冷凝溫度TS=101oF SSP=TS-TWT=101-95=6oF R=TWT-TWE=95-85=10oF
LMTD=R/LN(1+R/S)=10/LN(1+10/6)=10.2 (1)
FFSP=0.00025
ILMTD=FFSP(Q/A)=0.00025(2880000/550)=1.31F (2)
TDα=SSP-R/(EZ-1) (3B)
Z=R/LMTD-ILMTD=1.125 TDα=6.0-10/(E1.125-1)=6.0-4.8=1.2F
然后將試驗用冷凝器進水溫度提高1.2oF,以模擬現場污垢系數允許值0.00025H·FT2·oF/BTU.
冷凝器進水溫度將達85+1.2或86.2oF.
7.5.4.5 符號和角標 7.5.4中公式所用的符號和角標如下:
A---總傳熱面積,FT2(M2)
A---AI管內污垢側傳熱面積
A---AO 管外污垢側傳熱面積
E---自然對數底
Q---總排熱量,BTU/H(W)
R---水溫范圍=絕對值(TWI-TWE),oF(oC)
S---小溫差=絕對值(TS=TWI),oF(oC)
T---溫度,oF(oC)
FFSP---規定現場污垢系數允許值
角標
α---附加污垢
E ----進入
C ---清潔
F ---污垢
I ---內
O ---外
L ---離開
S ---飽和蒸氣
W ---水
SP ---規定
7.6 允差
7.6.1 允差 制冷量(TON)[KW},EER或熱平衡的試驗允差必須由下列公式確定.
制冷量,EER或熱平衡百分數允差=10.5-0.07*%FL+(1500/DTFL*%FL)
=10.5-0.07*%FL+(833*3/DTFL*%FL)
(U.S.標準單位,DTFL用oF表示) (SI單位,DTFL用oC表示)
式中:FL----滿負荷
DTFL----滿負荷時進出水溫差,oF(oC).
7.6.2 滿負荷 為了符合本標準的規定,公布或報告的凈制冷量必須是基于按本章條款獲得的數據,且必須保證任意選擇的并按本標準試驗的任何成品機組的凈制冷量不小于其100%額定制冷減去允差.
冷卻器和冷凝器的水壓降不得超過額定水壓降的115%.
示例(滿負荷):(為清楚起見,只用U.S.標準單位)額定滿負荷性能
額定制冷量=100TON
額定功率=92.3KW
冷卻DTFL=10oF
EER=100*12000/92.31*1000=13.0
試驗允差
允差=10.5-(0.07*100%)+1500/10*100%=10.5-7+1.5=5%
最小允許制冷量=(100-5)/100*100%=95TON
最小允許EER=(100-5)/100*13.0=12.35EER
在最小制冷量時最大功率=95*12000/12.35=92.30KW
7.6.3 部分負荷 在部分負荷時EER的允差必須是按7.6.1確定的允差.
示例(部分負荷):(為清楚起見,只用U.S.標準單位)額定部分負荷性能
在69.5%額定制冷量時功率=59.6KW
69.5%額定制冷量=69.5TON
冷卻DTFL=10.0oF EER=69.5*12000/59.6*1000=14.0
試驗允差
允差=10.5-(0.07*69.5%)+1500/10*69.5%=10.5-4.86+2.16=7.8%
最小允許EER=(100-7.8)/100*14.0=12.91EER
7.6.4 IPLV和APLV允差.IPLV和APLV的允差必須由下列公式確定.
允差(%)=6.5+35/DTFL (DTFL用oF表示)
=6.5+19.4/DTFL (DTFL用oC表示)
DTFL 按7.6.1的規定
按有關部分負荷工況計算的單值性IPLV不得小于額定IPLV減去允差.
8 標志與銘牌數據
8.1 銘牌
每臺機組上所附的銘牌必須至小提供下列資料:
A.制造廠廠名和所在地
B.能完整標志的機組型號
C.制冷劑編號(按照ANSI/ASHRAE 標準確 34--1992<制冷劑編號命名和安全類別>)
D.電壓,相數和頻率
8.2 其它標志
其它標志至少包括:
A.機組示意圖和連接圖
B.電路保護裝置最大尺寸
C.電路最小容量
9 自愿遵守
9.1 遵守
遵守本標準是自愿的,但不完全符合本標準全部要求的產品和設備,雖屬本標準的"目的"(第1章)和"范圍"(第2章),亦不得宣稱或示意遵守本標準.
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