空调水系统设计.ppt.ppt

第十章空调水系统设计,空调水系统包括冷（热）水系统、冷却水系统以及冷凝水系统三部分。冷水系统是指夏季由冷水机组向风机盘管机组、新风机组或组合式空调机组的表冷器（或喷水室）供给供水7、回水12的冷媒水；在冬季由换热站向风机盘管机组、新风机组等供给供水60、回水50的热媒水冷却水系统是指利用冷却塔向冷水机组的冷凝器供给循环冷却水的系统。冷凝水系统是指空调末端设备在夏季工况时用来排除冷凝水的管路系统。,10.1空调冷（热）水系统10.1.1空调冷（热）水系统类型1.按照冷（热）水的循环方式分类：（1）开式循环系统：它的末端管路是与大气相通的，冷媒回水集中进入建筑物的回水箱或蓄冷水池内，再由循环泵将回水打入冷水机组的蒸发器内，经重新冷却后的冷媒供水被输送至整个系统。典型的开式循环系统有：组合式空调机组采用喷水室处理空气的冷水系统、具有蓄冷水池的冷水系统等。,（2）闭式循环系统：冷（热）水在系统内进行密闭循环，不与大气相接触。为了容纳系统中水体积的膨胀，在系统的最高点设膨胀水箱。典型的闭式循环系统有：组合式空调机组采用表冷器处理空气以及风机盘管机组、新风机组的冷媒水系统等。,开式系统与闭式系统的比较：,（1）开式系统所用的循环泵的扬程高，除了克服环路阻力外，还要提供几何提升高度和末端的资用压头，循环水易受污染，管路和设备易受腐蚀且容易产生水击等，除非高层建筑的地下室设有蓄冷水池，一般用得不多。（2）闭式系统所用的循环泵的扬程比较低，循环水不易受污染而管路的腐蚀程度轻，不用设回水池，而需要设膨胀水箱。,2.按照供、回水制式分：1）双管制供水方式：一根供水管，一根回水管，供冷、供热合用同一管路系统。2）三管制供水方式：一根供冷水管，一根供热水管，一根公用回水管。3）四管制供水方式：一根供冷水管，一根冷水回水管，一根供热水管，一根热水回水管。,注意：我国高层建筑特别是高层旅馆建筑大量建设的实践表明，从我国的国情出发，双管制系统能满足绝大部分旅馆的空调要求，只有那些全年性空调要求标准的较高的建筑方可采用四管制系统。为了解决管路布置问题，有的设计院提出一种称为“分区双管系统”。该系统的主要特点是，机房内总管路系统设计成四管制，而建筑物内的所有立管设计成双管制，以便按朝向分别供冷或供热。,3.按照供、回水管路的布置方式分：（1）同程式系统：供、回水干管中的水流方向相同（顺流），经过每一环路的管路总长度相等。（2）异程式系统：供、回水干管中的水流方向相反（逆流），经过每一环路的管路总长度不相等。对于闭式循环系统，一般来说，采用同程式布置，便于达到水力平衡；对于开式循环系统，一般来说，采用异程式布置，不需要采用同程式布置。,同程式的几种布置方式：垂直同程：,水平同程,垂直同程和水平同程,异程式的布置方式,同程式与异程式的比较：,同程式布置水量分配和调节都比较方便，容易达到水力平衡，但需要设回程管、管路长，初投资稍高，要占用一定的建筑空间。异程式布置水量分配和调节都比较麻烦，不容易达到水力平衡，需要安装平衡阀，无需回程管，管道长度较短。,同程式和异程式的适用条件：,（1）支管环路的压力降（阻力）较小，而主干管路的压力降起主导作用者，宜采用同程式。,（2）支管环路上末端设备的压力降（阻力）很大，而支环路的压降（阻力）起主导作用者，或者说支路环路阻力占负荷侧干管环路阻力的2/34/5时，宜采用异程式。,所以：对于由风机盘管机组（或新风机组）组成的供、回水系统，因支管环路的阻力不大且比较接近，而干管环路较长、阻力占的比例较大，故采用同程式布置；对于向若干台组合式空调机组的表冷器供水的系统，因支管环路的阻力较之主干管路的阻力大得多，故采用异程式布置。,结论：（1）对于由风机盘管机组（或新风机组）组成的供、回水系统，因支管环路的阻力不大且比较接近，而干管环路较长、阻力占的比例较大，故采用同程布置；（2）对于向若干台组合式空调机组的表冷器供水的系统，因支管环路的阻力较之主干管路的阻力大得多，故采用异程式布置。,（3）如果建筑条件允许，可采用垂直同程和水平同程的布置方式，不仅容易达到水力平衡，而且省去大量的调试工作量。（4）为节管材和建筑空间，也可考虑将空调水系统的总立管设计成异程式（其前提条件是，将立管内流速取小，管径放大），这样，有利于节省竖井的空间。而对于各分支环路，根据管道的长度和支环路的阻力大小，设计成同程式或异程式，并根据管道的水力计算结果进行压力平衡。（5）当系统的阻力先天就不平衡时，可通过安装水力平衡阀予以解决。,4.按照运行调节方法分：（1）定流量系统：系统中循环水量保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供、回水的温差来适应。（2）变流量系统：系统中供回水温差保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供水量来适应。所谓定流量和变流量均指负荷侧环路而言。冷源侧应保持定流量，其理由是：1）保证冷水机组蒸发器的传热效率；2）避免蒸发器因缺水而冻裂；3）保持冷水机组工作稳定。,（1）定流量系统负荷侧调节方法：定流量系统对风机盘管机组、新风机组等负荷侧末端设备的能量调节方法，是在该设备上安装电动三通调节阀，并受室温控制器的控制。,在夏季，当房间的负荷等于设计值时，电动三通调节阀的直通阀座打开，旁通阀座关闭，冷媒水全部流经末端设备。当房间负荷减少时，室温控制器使直通阀座关闭，旁通阀座开启，冷水旁流过末端设备，直接进入回水管网。,（2）变流量系统负荷侧调节方法：变流量系统对风机盘管机组、新风机组等负荷侧末端设备的能量调节方法，是在该设备上安装电动二通调节阀，并受室温控制器的控制。,当房间负荷等于设计值时，电动二通调节阀开启，冷媒水流经末端设备。当房间负荷低于设计值时室温控制器使电动二通调节阀关闭，停止向末端设备供水。目前，很多宾馆客房实行“插钥匙牌”给电的制度，客人外出，带走“钥匙牌”，客房断电，此时，风机盘管机组停止工作电动二通调节阀也随之关闭。,变流量系统，整个负荷侧水系统的流量是变化的，这就意味着可以停开或启动某一台循环泵，以适应水流量变化的情况，达到节能的目的。为了保证冷源侧始终是定流量，必须在分水器和集水器之间设置压差控制器。,5.按照系统中循环泵的配置方式分：（1）单式泵（一级泵）系统：是指冷源侧与负荷侧合用一组循环泵的系统，它又可分为单式泵定流量系统和单式泵变流量系统。（2)复式泵（两级泵）系统：是指冷源侧和负荷侧分别配置循环泵的系统，也就是说，冷源侧循环泵和负荷侧循环泵是相互分开的。,单式泵系统：整个水系统由以下两个环路组成：一是冷源侧环路，它是指从集水器经过冷水机组至分水器这一环路，按定流量运行；一是负荷侧环路，它是指从分水器经过空调末端设备至集水器的这一环路按变流量运行,单式泵变流量系统的控制原理：当空调房间负荷下降时，负荷侧各用户的二通调节阀相继关闭，供、回水总管之间的压差超过了设定值，此时，压差控制器动作，让旁通管路上的二通调节阀打开，使部分冷媒水不经末端设备而从旁通管直接返回冷水机组，从而确保冷水机组的水量不变。,只有当供、回水总管之间的压差到达规定的上限值，也就是说，通过旁通管路的水量相当于一台循环泵的流量时，可停止一台循环泵和一台冷水机组的工作。旁通管的管径按一台冷水机组的水流量确定，通常为一台冷水机组流量的110%,单式泵变流量系统的设计和应用：,1）在冷源侧，单式泵的配置与冷水机组相对应，采取“一泵对一机”的方式。2）单式泵的扬程是按克服负荷侧最不利环路上的各种阻力与冷源侧环路上的各种阻力之和来确定的。3）当空调冷水系统的规模和总压力损失均不太大、各分区供水环路彼此间的压力损失相差不太悬殊时，冷水循环泵宜采用单式泵。,复式泵系统：由冷水机组、供回水总管、一次泵和旁通管组成一次环路，也称冷源侧环路；由二次泵、空调末端设备、供回水管路与旁通管组成二次环路，也称负荷侧环路。,复式泵变流量系统的控制原理：1）一次环路按定流量运行，采用“一泵对一机“的方式，一次泵的扬程为冷水机组的蒸发器阻力与一次环路个部件阻力之和再乘以1.11.2的安全系数。,2）二次环路按变流量运行，二次泵的台数，不必与一次泵相对应，主要满足供水分区的需要。二次泵的台数必须大于或等于设计所划分的二次供水环路数。二次泵的扬程为空调末端设备的阻力与二次环路各部件阻力之后，再乘以1.11.2的安全系数。,复式泵变流量系统的应用：复式泵变流量系统的特点是，系统较复杂、自控要求高、初投资大，可以实现水泵的变流量运行，能节省输送能耗并能适应供水分区的不同压力降等。因此，当系统规模和总压力损失均大、各分区之间压力损失的差额较为悬殊时，冷媒水的循环泵宜采用复式泵。根据我国的工程实践，除了“系统较大，负荷侧环路多，且压差相差悬殊，各环路的负荷变化较大”等条件外，还要考虑“资金、机房和管理都有条件者”才可以采用复式泵系统。,10.1.2空调冷（热）水系统的竖向分区及定压,1.空调冷（热）水系统的竖向分区(1)分区的原则：空调水系统是否要分区，主要由空调末端设备和制冷设备的允许承压来考虑。一般来说，当建筑总高度h100m时，冷媒水系统不宜竖向分区，可以“一泵到顶”。,目前，我国空调设备生产厂家生产的空调机组和风机盘管机组的承压能力为1.0mpa，特殊要求可以达到1.6mpa；对于压缩式冷水机组，一般承压能力为1.0mpa，加强型可达1.7mpa，特别加强型可达2.0mpa，对于溴化锂吸收式冷温水机组，一般承压能力为0.8mpa，特殊要求也可以提高其承压能力。至于输水用的普通焊接钢管一般承压能力为2.0mpa，阀门等配件一般也在1.6mpa以下。根据以上分析，当建筑中高度h小于70m时，设备工作压力1.0mpa就可满足要求；当建筑总高度为70110m时，设备工作压力1.6mpa可满足要求。所以凡高度在110m以下的建筑，完全可以“一泵到顶”，不必分区。当建筑总高度在110m以上时，空调冷水系统竖向必须分区。,1）将冷水机组设在塔楼以外的群房顶层设两个系统分别向塔楼和群房供水，另一台向低区供水。冷却塔设在群房的屋顶上。,()空调水系统竖向分区的可能方案,2）将冷水机组设在中部设备层，一台向高区供水，另一台向低区供水。高区的冷水机组一般设在循环泵的吸入段，而低区的冷水机组一般设在循环泵的压出段。,3）冷水机组设在塔楼的顶层，冷水机组处于循环泵的压出段,向下供水。,4）将冷水机组设在地下设备层，而在中部设备层布置水水板式换热器，使高区和低区的静压分段来承受，上下自成系统。利用供水7、回水12的一次冷媒水，通过板式换热器交换成供水8.5、回水13.5的二次冷媒水，供应高区的末端设备使用。,5）当建筑总高度在100120m时，对高区的若干层可采用自带冷（热）源的空调器，而将冷水机组设在地下设备层。,注意：在冷负荷相同的条件下，高区的风机盘管机组的型号要比低区的约加大一号。,2.空调冷（热）水系统的定压问题在闭式循环的水系统中，需要给系统定压，其目的是保证系统管道及设备内充满水，以避免空气被吸入系统中。为此，必须保证管道中任何一点的压力都要高于大气压力。目前，空调水系统的定压方式有两种，（1）是高位开式膨胀水箱方式；（2）是气压罐方式（俗称落地式膨胀水箱）。在工程中，应优先采用高位开式膨胀水箱，因为它运行时无需消耗电能，工作稳定可靠。只有当建筑物无法设置高位开式膨胀水箱时，采用气压罐方式。,在闭式循环的空调水系统中，膨胀水箱的作用容纳水受热膨胀后多余的体积；解决系统的定压问题；向系统补水。膨胀水箱的容积和选型对于普通的高层民用建筑，如果以系统的设计冷负荷qo为基础，则系统的单位水容量大约为23升/kw。当采用双管制系统时，若取水的最低工作温度为7，最高工作温度为65，则膨胀水箱的有效膨胀容积，可采用简化的估算方法按下式计算：v=0.006（65-7）（23）qo=（0.070.1）qo（升）,膨胀水箱的安装高度，应至少高出系统最高点0.5m（通常取1.01.5m）。安装水箱时，下部应作支座，支座长度应超出底板100200mm，其高度应大于300mm，支座材料可用方木、钢筋混凝土或砖，水箱间外墙应考虑安装用予留空洞。膨胀水箱上的配管有膨胀管、信号管、溢水管、排水管和循环管等。从信号管至溢出水管之间的膨胀水箱容积，就是有效膨胀容积。,膨胀水箱结构示意图,膨胀管原则上应接至循环水泵吸入口前的回水管路上，通常接到“集水器”上。信号管应将它接至制冷机房内的洗手盆处，信号管上应安装阀门。溢流管当系统内水的体积膨胀超过水箱内的溢水管口时，水会自动溢出。溢出管上不许安装阀门。排水管在清洗水箱并将水箱放空时用，排水管上应安装阀门。通常将溢水管和排水管连在一起，排至附近的下水道或屋面上。循环管在寒冷地区为防止膨胀水箱内水结冻而设置的。当水箱内没有结冻可能时，可不设循环管。特别在高层建筑中膨胀水箱和生活给水水箱通常设在屋顶水箱间内，并将水箱保温，因此无结冻可能。,膨胀水箱的补水方式有两种：1）浮球阀自动补水当所在地区生活给水水质较软、且制冷装置对冷水水质无特殊要求时，可利用屋顶生活给水水箱，通过浮球阀直接向膨胀水箱补水。这时，膨胀水箱要比生活给水水箱低一定的高度。2）高低水位控制器补水当所在地区生活给水水质较硬、且制冷装置（例如，溴化锂吸收式冷温水机组）要求冷水必须是软化水时，应在膨胀水箱内设置高低水位传感器来控制软化水补水泵的启动或关停。一旦水位低于信号管，补水泵会自动向系统补水。这种方式要有一套软化水处理设备。来自补水泵的补水管可以接到集水器上，也可接到冷水循环泵的吸入口前。,气压罐装置（闭式低位膨胀水箱）定压气压罐不但能解决系统中水体积的膨胀问题，而且可实现对系统进行稳压、自动补水、自动排气、自动泄水和自动过压保护等功能。与开式高位膨胀水箱相比，它要消耗一定的电能。工程上采用的气压罐是隔膜式的，罐内空气和水安全分开，对冷媒水的水质有保证。气压罐的布置比较灵活方便，不受位置高度的限制，可安装在制冷机房、热交换站和水泵房内，也不存在防冻的问题。,1.气压罐；2.补水泵；3.配电箱；4.安全阀；5.压力控制器；6.自动排器罐；7.出水口；8.吸水口；9.底座；10.吊装环,（1）工作原理采用气压罐装置定压时，通常把定压点放在空调水系统循环泵的吸入端。,1.补水泵；2.补气罐；3.吸气阀；6.气压罐；10.压力控制器；11.电节点电压力表；12.电控箱,1）自动补水按空调水系统的稳压要求，在压力控制器内设定气压罐的上限压力p2和下限压力p1。p1值实际上就是整个水系统的静压，即建筑物的高度。上限压力p2应比水系统的静压高35m水柱，即（0.030.05）mpa。所以，p1=p2-（0.030.05）mpa当需要向系统补水时，气压罐内的气枕压力p随水位而下降。当p下降到下限压力p1时接通电机，启动水泵，把贮水箱内的水压入补气罐，使罐内的水位和压力上升，压力上升到上限压力p2时，切断水泵电源，停止补水。此时，补气罐内的水位下降，吸开吸气阀，使外界空气进入补气罐。在如此循环工作中，不断地向系统补充所需要的水量。,2）自动排气由于水泵每工作一次，给气压罐补气一次，罐内的气枕容积逐步扩大，水位也逐步下降。当下降到自动排气阀的限定水位时，就排出多余的气体，恢复正常水位。3）自动泄水当水系统内水的体积膨胀，使水倒流到气压罐内，其水位上升时，罐内压力p亦上升。当压力超过系统静压（0.010.02）mpa，即达到电接点压力表所设定的上限压力p4时，接通并打开泄水电磁阀，把气压罐内的水泄回到贮水箱。待泄水到电接点压力表所设定的下限压力p3时停止。一般取p3=p4-（0.020.04）mpa4）自动过压保护当气压罐内的压力超过电接点压力表所设定的上限压力p5时，自动打开安全阀和电磁阀一起快速泄水，迅速降低气压罐的压力，达到保护系统的目的。安全阀的设定压力为p5，一般取p5=p4+（0.010.02）mpa。,空调冷（热）水系统设计需要注意的几个问题（1）冬季、夏季循环泵要不要分开设置的问题从节省循环泵运行能耗出发，只要机房面积足够、布置得下，应尽量将冬、夏季的循环泵分开设置。理由是：1）夏季供、回水温差为5，而冬季供、回水温差为10，冬季的温差是夏季的2倍；2）冬季热负荷往往小于夏季冷负荷，冬季热水流量比夏季少得多；3）冬季通常采用换热器来制备热媒水，而热媒水通过换热器时的阻力要比冷媒水通过冷水机组蒸发器时的阻力要小得多，因此冬季循环泵的扬程要比夏季小。综上所述，将冬、夏的循环泵分开设置有利于节能。,（2）集水器和分水器在空调水系统中，为有利于各空调分区流量分配和调节灵活方便，常常在供、回水干管上设置分水器和集水器，再从分水器和集水器分别连接各空调分区的供水管和回水管，这样在一定程度上也起到均压的作用。分水器和集水器的筒身直径，可按并联接管的总流量和通过分水器和积水器时的断面流速为1.01.5m/s来确定。流量特别大时，允许增大流速，但最大不宜超过4.0m/s。也可以按经验估算法来确定管径，即d=1.53.0dmax，其中dmax为支管中的最大管径。,分水器和集水器，应按压力容器进行加工制造，其两端应采用椭圆形封头。分水器和集水器的长度,应根据各分支配管之间距并考虑两阀门手轮或搬把之间便于操作等原则来确定。分水器和集水器上应安装压力表和温度计，并应加强保温。在其底部应有排污管接口，管径一般为dn40。,（3）管材和管道敷设1）空调冷（热）水管道，采用碳素钢管:公称直径dn12462kw时，dn=150mm。参见表10.5,3.空调水系统循环水泵的扬程（1）冷（热）水管路系统,闭式系统循环水泵的扬程：闭式系统应是水系统管路沿程阻力和局部阻力之和，加上冷水机组蒸发器阻力，再乘以1.11.2的安全系数。h=(hy+hj+hz)(1.11.2),开式系统循环水泵的扬程：开式系统应在闭式水系统总阻力的基础上，加上开式水系统的静水压力，再乘以1.11.2的安全系数。h=(hy+hj+hz+hj)(1.11.2),（2）冷却水管路系统闭式系统冷却水泵的扬程：冷却水泵的扬程应是冷却水系统管路沿程阻力和局部阻力之和，加上冷水机组冷凝器阻力，冷却塔中水的提升高度h，以及冷却塔布水器的喷射压力（约为5m水柱），再乘以1.11.2的安全系数。h=(hy+hj+hl+h+5)(1.11.2),开式系统冷却水泵的扬程：冷却水泵的扬程应是冷却水系统管路沿程阻力和局部阻力之和，加上冷水机组冷凝器阻力，冷却塔的提升高度h，以及冷却塔布水器的喷射压力（约为5m水柱），再乘以1.11.2的安全系数。h=(hy+hj+hl+h+5)(1.11.2),需要指出的是：目前，我国大多数生产厂家生产的标准系列水泵（如is泵等），都是以为开式系统服务为基准制造的（给排水专业用）。这些水泵提供的扬程较高，而泵的壳体所承受的压力较低。空调水系统大多是闭式循环，所需水泵的扬程不高（假如，水系统的总高度为100m，闭式循环的扬程约需3040左右），但要求水泵壳体的耐压较高，一般水泵吸入口压力以1.0mpa为准。因此，空调水系统不应采用给水工程用的水泵，而应采用专门为空调水系统生产的耐高压水泵。,4.常用水泵的类型通常空调水系统所用的循环泵均为离心式水泵。按水泵的安装形式来分，有卧式泵、立式泵和管道泵；按水泵的构造来分，有单吸泵和双吸泵。,卧式泵是最常用的空调水泵，其结构简单，造价相对低廉，运行稳定性好，噪声较低，减振设计方便，维修比较容易，但需占用一定的面积。,立式泵当机房面积较为紧张时，可采用立式泵。由于电机设在水泵的上部，其高宽比大于卧式泵，因而运行的稳定性不如卧式泵，减振设计相对困难，维修难度比卧式泵大一些。在价格上一般高于卧式泵。,立式泵多级泵,管道泵是立式泵的一种特殊形式，其最大的特点是可以直接连接在管道上，因此不占用机房面积。但也要求它的重量不能过大。国产的管道泵电机容量不超过30kw。,屏蔽管道泵,角度式管道泵,单吸泵其特点是水从泵的中轴线流入，经叶轮加压后沿径向排出它的水力效率不可能太高，运行中存在着轴向推力。这种泵制造简单，价格较低，因而在空调工程中得到较广泛的应用。,双吸泵它采用叶轮两侧进水，其水力效率高于同参数的单吸泵，运行中的轴向不平衡力也得以消除。水泵的流量较大。这种泵的构造较为复杂，制造的工艺要求高，价格较贵。因此，双吸泵常用于流量较大的空调水系统。,双吸泵,轴开式双吸泵（水平进水）,轴开式双吸泵（垂直进水）,几种常用的热水双吸泵,工程上常用的空调水系统循环泵有：sb型卧式单级单吸离心泵；sb-sj型上进上出单级单吸离心泵；kts型空调用双吸泵；sb-l型立式双吸离心泵；sb型轴开式单级双吸离心泵；单级单吸管道离心泵等。空调用水泵的壳体耐压为1.0mpa，高层建筑用水泵的壳体耐压可达1.6mpa（实验压力为2.0mpa）。,10.5空调系统的保冷、保温,一般情况下，集中式空调系统的空调箱、送（