空调冷冻水和冷却水循环系统水力计算简便方法.doc

摘要:根据空调水系统的计算原理,在不同管径下按不同流量把空调冷冻水和冷却水管路水力计算中的比摩阻绘制成计算表,应用该计算表能快速、准确、方便进行空调水系统管路水力计算;采用具体实例,说明空调水系统管路水力计算简便方法.关键词:冷冻水;冷却水;水力计算中图分类号:TU83 文献标识码:A 一个完整的中央空调系统有三大部分组成,即冷热源、供热与供冷管网、空调用户系统. 空调水系统包括冷冻水系统和冷却水系统. 冷冻水系统是把冷热源产生的冷或热量通过管网输送到空调用户的系统;冷却水系统是整个空调系统的重要组成部分,他以水作为冷却剂将冷凝器、吸收器、压缩机放出的热量转移到冷却设备(冷却塔、冷却水池等) 中,最后放入大气. 水系统管路水力计算是系统正确设计和优化的基础. 空调水系统的管路水力计算是在已知水流量和推荐流速下,确定水管管径,计算水在管路中流动的沿程阻力损失和局部阻力损失,确定水泵的扬程和流量.1、空调水循环管路水力计算的原理1、1 沿程阻力损失水管路将流量和管径不变的一段管路称为一个计算管段,计算管段沿程阻力损失,即py=(l/d)(v2/2) -(1)式中: py计算管段沿程阻力损失,Pa;沿程阻力系数,无因次量;l 直管段长度,m;d 管道直m;水密度,kg/m ;v 水速度,m/s;R 单位长度沿程阻力损失,又称比摩阻,Pa/m. 冷水管采用钢管或镀锌管时, 比摩阻一般为100 Pa/ m 400 Pa/ m, 最常用的为250Pa/m1R=(/d)(v2/2) -(2)沿程阻力系数与流体的流态和管壁的相对粗糙度有关,即=f( Re,K/d)式中: Re雷诺数, Re=vd/=vd/;水的运动粘滞系数,m/s ;水的动力粘滞系数,Pas;K 管壁的当量糙粒高度,m;空调冷冻水闭式系统管路K= 0.2 mm,开式系统管路K= 0.5 mm; 空调冷却水系统管路K=0.5 mm.空调水循环管路,管道设计中采用较低水流速,流动状态一般处于紊流过渡区内, 沿程阻力系数可采用柯列勃洛克公式(3) 和阿里特苏里公式(4)进行计算,即1/0.5=-2lgk/(3.7d)+2.5l/(Re0.5) -(3)=0.11(K/d+68/Re)0.25-(4)1、2 沿程阻力损失计算表管道内的流速、流量和管径的关系表达式为v=4qm/3600d2 -(5)式中: qm 管段中的水质量流量,kg/ h;将式(5) 的流速v 代入式(2) , 整理成更方便的计算公式R=6.2510-8（/）（q2m/d5） -(6)在给定水状态参数及其流动状态的条件下,和值均为已知,则式(6)就表示为R = f(d,qm) 的函数式.利用公式(4),(5),(6) ,计算出冷却水和冷冻水在不同水流量、不同管径、不同速度的沿程比摩阻,详见表1和表2表1 冷却水管不同流量、不同管径、不同流速的沿程比摩阻 管径DN50/ mm内径53. 0/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN70/ mm内径68. 0/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN80/ mm内径80. 5/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN100/ mm内径106. 0/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN125/ mm内径131. 0/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)(m/s)3.62 70.2 0.46 8.05 92.5 0.62 16.09 151.0 0.88 35.20 169.5 1.11 56.32 142.6 1.16 3.82 78.0 0.48 8.55 104.3 0.65 17.10 170.2 0.93 36.21 179.2 1.10 59.34 158.1 1.224.02 86.2 0.51 9.05 116.7 0.69 18.10 190.6 0.99 37.21 189.2 1.17 62.36 174.5 1.294.53 108.6 0.57 9.55 29.8 0.73 19.11 212.1 1.04 38.22 199.5 1.20 65.37 191.6 1.355.03 133.6 0.63 10.06 143.6 0.77 20.11 234.7 1.10 39.22 210.0 1.24 68.39 209.5 1.415.53 161.2 0.70 11.06 173.3 0.85 21.12 258.5 1.15 40.23 220.8 1.27 71.41 228.3 1.476.03 191.3 0.76 12.07 205.8 0.92 22.13 283.5 1.21 42.24 243.2 1.33 74.42 247.8 1.53 6.54 224.0 0.82 13.07 241.0 1.00 23.13 309.6 1.26 44.25 266.7 1.39 77.44 268.2 1.607.04 259.3 0.89 14.08 279.1 1.08 24.14 336.8 1.32 46.26 291.3 1.46 80.46 289.3 1.667.54 297.2 0.95 15.09 319.9 1.15 25.14 365.2 1.37 48.28 317.0 1.52 83.48 311.2 1.72 8.05 337.6 1.01 16.09 363.5 1.23 26.15 394.8 1.43 50.29 343.7 1.58 86.49 334.0 1.788.55 380.6 1.08 17.10 409.9 1.31 27.15 425.5 1.48 53.30 385.9 1.68 89.51 357.5 1.859.05 426.2 1.14 18.10 459.1 1.39 28.16 457.3 1.54 56.32 430.5 1.77 92.53 381.9 1.919.55 474.4 1.20 19.11 511.1 1.46 29.17 490.3 1.59 59.34 477.5 1.87 96.55 415.6 1.9910.06 525.2 1.27 20.11 565.9 1.54 30.17 524.5 1.65 62.36 433.6 1.96 100.57 450.7 2.07 管径DN150/ mm 内径156/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN200/ mm 内径207/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN250/ mm 内径259/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN300/ mm 内径309/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN400/ mm 内径408/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)89.51 143.7 1.28 135.77 75.1 1.12 241.38 73.0 1.27 502.87 124.7 1.86 834.76 79.9 1.7792.53 153.5 1.33 140.80 80.7 1.16 261.49 85.5 1.38 522.98 134.8 1.94 864.93 85.8 1.8496.55 167.0 1.39 150.86 92.5 1.25 281.61 99.1 1.49 543.10 145.3 2.01 895.10 91.8 1.90100.57 181.1 1.44 160.92 105.1 1.33 301.72 113.6 1.59 563.21 156.2 2.09 925.27 98.1 1.97105.60 199.5 1.52 170.97 118.6 1.41 321.83 129.2 1.70 583.32 167.5 2.16 955.45 104.5 2.03 110.63 218.8 1.59 181.03 132.8 1.50 341.95 145.7 1.80 603.44 179.2 2.24 985.62 111.2 2.10 115.66 239.0 1.66 191.09 147.9 1.58 362.06 163.2 1.91 623.55 191.2 2.31 1015.79 118.1 2.16120.69 260.0 1.73 201.15 163.7 1.66 382.18 181.8 2.02643.67 203.7 2.39 1045.96 125.1 2.22125.72 282.0 1.80 221.26 197.8 1.83 402.29 201.3 2.12 663.78 216.6 2.46 1076.13 132.4 2.29130.75 304.9 1.88 241.38 235.2 1.99 422.41 221.8 2.23 683.90 229.8 2.53 1106.31 139.9 2.35135.77 328.6 1.95 261.49 275.7 2.16 442.52 243.3 2.33 704.01 243.5 2.61 1136.48 147.6 2.42140.80 353.3 2.02 281.61 319.6 2.33 462.64 265.8 2.44 724.13 257.52.68 1166.65 155.5 2.48150.86 405.2 2.17 301.72 366.6 2.49 482.75 289.3 2.55 744.24 272.02.76 1196.82 163.6 2.54160.92 460.7 2.31 321.83 416.8 2.66 502.87313.8 2.65 764.36 286.8 2.83 1226.99 171.9 2.61 170.97 519.8 2.45 341.95 470.3 2.82 522.98339.3 2.76784.47 302.02.91 1257.17 180.4 2.67注:表中冷却水温度为34.5(32+ 37)/2) ,密度994.3 kg/m3 ,运动粘滞系数0.73510 m-6/s2,管壁绝对粗糙度0.5 mm.表2 冷冻水管不同流量、不同管径、不同流速的沿程比摩阻管径DN15/ mm内径15.8/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN20/ mm内径20.3/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN27/ mm内径27.0/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN32/ mm内径35.8/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN40/ mm内径41.0/ mm流量 R v/(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)0.13 54.8 0.19 0.26 44.8 0.20 0.45 37.7 0.22 1.00 41.0 0.28 1.60 49.7 0.340.14 62.7 0.20 0.28 51.3 0.22 0.50 45.7 0.24 1.20 57.5 0.33 1.80 61.8 0.380.15 71.2 0.21 0.30 58.2 0.24 0.55 54.5 0.27 1.40 76.6 0.39 2.00 75.3 0.420.16 80.1 0.23 0.35 77.2 0.27 0.60 64.0 0.29 1.60 98.3 0.44 2.20 90.0 0.460.17 89.5 0.24 0.40 98.9 0.31 0.65 74.2 0.32 1.80 122.6 0.50 2.40 106.0 0.510.18 99.5 0.26 0.45 123.0 0.35 0.70 85.1 0.34 2.00 49.5 0.55 2.60 123.3 0.550.19 109.9 0.27 0.50 149.7 0.39 0.75 96.8 0.36 2.20 179.1 0.61 2.80 141.8 0.50.20 120.8 0.29 0.55 178.9 0.43 0.80 109.1 0.39 2.40 211.2 0.66 3.00 161.6 0.630.22 144.1 0.31 0.60 210.6 0.47 0.85 122.2 0.41 2.60 245.9 0.72 3.20 182.6 0.670.24 169.3 0.34 0.65 244.8 0.51 0.90 136.0 0.44 2.80 283.2 0.78 3.40 204.9 0.720.26 196.5 0.37 0.70 281.5 0.55 1.00 165.7 0.49 3.00 323.1 0.83 3.60 228.5 0.760.28 225.6 0.40 0.75 320.7 0.59 1.20 233.7 0.58 3.20 365.6 0.89 3.80 253.3 0.800.30 256.7 0.43 0.80 362.3 0.63 1.40 313.0 0.68 3.40 410.6 0.94 4.00 279.4 0.840.35 342.8 0.50 0.85 406.5 0.67 1.60 403.6 0.78 3.60 458.3 1.00 4.50 350.2 0.950.40 440.9 0.57 0.90 453.1 0.71 1.80 505.6 0.87 3.80 508.5 1.05 5.00 428.8 1.05管径DN50/ mm内径53.0/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN70/ mm内径68.0/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN80/ mm内径80.5/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN100/ mm内径106.0/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN125/ mm内径131.0/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)3.60 62.8 0.45 8.00 80.9 0.61 16.00 129.0 0.87 35.01 143.0 1.10 56.01 120.0 1.15 3.80 69.5 0.48 8.50 90.8 0.65 17.00 144.9 0.93 36.01 150.9 1.13 59.01 132.7 1.22 4.00 76.5 0.50 9.00 101.2 0.69 18.00 161.7 0.98 37.01 159.1 1.17 62.02 146.1 1.28 4.50 95.6 0.57 9.50 112.2 0.73 19.00 179.5 1.04 38.01 167.5 1.20 65.02 160.1 1.345.00 116.6 0.63 10.00 23.7 0.77 20.01 198.1 1.09 39.01 176.2 1.23 68.02 174.7 1.40 5.50 139.8 0.69 11.00 148.4 0.84 21.01 217.6 1.15 40.01 185.0 1.26 71.02 190.0 1.466.00 165.0 0.76 12.00 175.3 0.92 22.01 238.1 1.20 42.01 203.3 1.32 74.02 205.9 1.536.50 192.2 0.82 13.00 204.4 1.00 23.01 259.4 1.26 44.01 222.5 1.39 77.02 222.4 1.597.00 221.5 0.88 14.00 235.7 1.07 24.01 281.7 1.31 46.01 242.5 1.45 80.02 239.6 1.657.50 252.8 0.95 15.00 269.3 1.15 25.01 304.9 1.37 48.01 263.4 1.51 83.02 257.4 1.718.00 286.1 1.01 16.00 305.0 1.22 26.01 329.0 1.42 50.01 285.2 1.58 86.02 275.8 1.778.50 321.5 1.07 17.00 342.9 1.30 27.01 354.0 1.47 53.01 319.4 1.67 89.02 294.9 1.849.00 359.0 1.13 18.00 383.1 1.38 28.01 379.9 1.53 56.01 355.6 1.76 92.02 314.6 1.909.50 398.5 1.20 19.00 425.5 1.45 29.01 406.7 1.58 59.01 393.71.86 96.02 341.8 1.9810.00 440.0 1.26 20.01 470.0 1.53 16.00 434.4 1.64 62.02 433.71.95 100.03 370.2 2.06管径DN150/ mm内径156/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN200/ mm内径207/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN250/ mm内径259/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN300/ mm内径309/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)管径DN350/ mm内径359/ mm流量 R v(m3/h)/(Pa/m)/(m/s)89.02 120.3 1.28 135.03 63.3 1.12 240.06 61.1 1.27 500.13 102.8 1.85 600.15 67.8 1.6592.02 128.3 1.32 140.04 67.9 1.16 260.07 71.4 1.37 520.13 111.0 1.93 620.16 72.2 1.7096.02 139.3 1.38 150.04 77.6 1.24 280.07 82.4 1.48 540.14 119.5 2.00 640.16 76.8 1.76100.03 150.8 1.44 160.04 87.9 1.32 300.08 94.3 1.58 560.14 128.3 2.08 660.17 81.6 1.81105.03 165.8 1.51 170.04 98.9 1.40 320.08 106.9 1.69 580.15 137.4 2.15 680.17 86.5 1.87110.03 181.5 1.58 180.05 110.4 1.49 340.09 120.3 1.79 600.15 146.8 2.22 700.18 91.5 1.92115.03 197.9 1.65 190.05 122.7 1.57 360.09 134.5 1.90 620.16 156.5 2.30 720.18 96.7 1.98120.03 215.0 1.72 200.05 135.6 1.65 380.10 149.4 2.01 640.16 166.6 2.37 740.19 102.0 2.03125.03 232.8 1.79 220.06 163.2 1.82 400.10 165.2 2.11 660.17 176.9 2.45 760.19 107.5 2.09130.03 251.3 1.87 240.06 193.4 1.98 420.11 181.7 2.22 680.17 187.6 2.52 780.20 113.1 2.14135.03 270.5 1.94 260.07 226.2 2.15 440.11 199.1 2.32 700.18 198.6 2.59 800.20 118.8 2.20140.04 290.4 2.01 280.07 261.5 2.31 460.12 217.2 2.43 720.18 209.9 2.67 830.21 127.7 2.28150.04 332.3 2.15 300.08 299.4 2.48 480.12 236.1 2.53 740.19 221.5 2.74 860.22 136.9 2.36160.04 377.1 2.30 320.08 339.8 2.64 500.13 255.8 2.64 760.19 233.4 2.82 890.22 146.4 2.44170.04 424.7 2.44 340.09 382.8 2.81 520.13 276.3 2.74 780.20 245.6 2.89 920.23 156.3 2.53注:表中冷冻水温度9.5(7+12)/2) ,密度999.75 kg/m3,运动粘滞系数1.32910 m-6/s2,管壁绝对粗糙度0.2mm.1、3 局部阻力损失当流体通过管道的一些附件如阀门、弯头、三通、盘管等时,产生局部阻力损失,管段的局部阻力损失表示为：pj=(v2/2) -(7)式中: pj 计算管段的总局部阻力损失,Pa ; 计算管段局部阻力系数之和,无因次.2 、空调水系统水力计算方法2、1 空调冷冻水系统水力计算方法2、1、1 冷冻水水量空调冷冻水循环系统一般采用闭式系统, 系统的供水温度通常为7 , 回水温度为12 , 温差为5 ,泵的流量按空调系统夏季最大计算冷负荷确定,即qm=/(ct) -(8)式中: qm 系统环路总流量,kg/ s ;系统环路的计算冷负荷,W;t 冷冻水供回水温差,;c 冷冻水比热容, 通常取c = 4.187103J/(kgK) .2、1、2 冷冻水系统水泵扬程若空调冷冻水循环系统采用一次泵循环管路,则水泵的扬程应能克服冷冻水系统最不利环路的用冷设备、产冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求. 即p = (py +pj +pm) -(9)式中: p 水泵扬程, Pa ;( py +pj +pm) 最不利环路各计算管段沿程、局部和设备阻力损失之和,Pa ;py 各计算管段沿程阻力损失,Pa;pj 各计算管段总局部阻力损失,Pa;pm 各计算管段总设备阻力损失, Pa若空调冷冻水循环系统采用二次泵循环管路,则.1) 一次泵的选择a) 泵的流量应等于冷水机组蒸发器的额定流量;b) 泵的扬程为克服一次环路的阻力损失,其中包括一次环路的管道阻力和设备阻力;c) 一次泵的数量与冷水机组台数相同.2) 二次泵的选择a) 泵的流量按分区夏季最大计算冷负荷确定;b) 二次泵的扬程应能克服所管分区的二次最不利环路中用冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求.无论采用一次泵冷冻水系统, 还是采用二次泵冷冻水系统,选择水泵时,流量附加10%的余量,扬程也附加10%的余量【2】.2、2 空调冷却水系统水力计算方法空调冷却水循环系统一般采用开式系统, 水力计算是确定冷却水流量后,确定冷却水泵的扬程.2、2、1冷却塔冷却水量冷却塔冷却水量可按下式计算【3】：qm=/(ct/) -（10） 式中: qm 冷却塔冷却水量,kg/s ;冷却塔排走热量, W, 压缩式制冷机, 取制冷机负荷的1.3倍左右, 吸收式制冷机, 取制冷机负荷的2.5倍左右;t冷却塔的进出水温差,;压缩式制冷机,取4 5 ;吸收式制冷机,取6 9;c 水的比热容,J /(kgK) .2、2、2 冷却水系统水泵扬程冷却水泵所需扬程应能克服冷却水系统环路的用冷设备、产冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求,即p = (py+pj+pm)+p0+ph -（11）式中: p 冷却水泵的扬程,Pa;(py+pj+pm) 冷却水循环管路总阻力损失之和, Pa ;py 冷却水各计算管段的沿程阻力损失;Pa;pj 冷却水各计算管段的总局部阻力损失,Pa ;pm 冷却水各计算管段中总设备阻力损失,Pa;p0 冷却塔喷嘴喷雾压力,Pa ,约等于49kPa ;ph 冷却塔中水提升高度(从冷却塔盛水池到喷嘴的高差) 所需的压力,Pa.2、3 管径的确定空调水系统中管内水流速按表3 中的推荐值选用,或按表4 根据流量确定管径【1】.表3 管内水流速推荐值/m/s管径/ mm 15 20 25 32 40 50 65 80闭式系统 0.40.5 0.50.6 0.60.7 0.70.9 0.81.0 0.91.2 1.11.4 1.21.6开式系统 0.30.4 0.40.5 0.50.6 0.60.8 0.70.9 0.81.0 0.91.2 1.11.4管径/ mm 100 125 150 200 250 300 350 400闭式系统 1.31.8 1.52.0 1.62.2 1.82.5 1.82.6 1.92.9 1.62.5 1.82.6开式系统 1.21.6 1.41.8 1.52.0 1.62.3 1.72.4 1.72.4 1.62.1 1.82.3表4 水系统的管径和单位长度阻力损失钢管直径/ mm闭式水系统 开式水系统流量/(m3/h) kPa/100m 流量/(m3/h) kPa/100m 15 00.5 060 20 0.51.0 1060 25 12 1060 01.3 04332 24 1060 1.32.0 104040 46 1060 24 104050 611 1060 48 61118 1060 814 80 1832 1060 1422 100 3265 1060 2245 125 65115 1060 4582 1040150 115185 1047 82130 1043200 185380 1037 130200 1024250 380560 926 200340 1018300 560820 823 340470 815350 820950 818 470610 813400 9501250 817 610750 712450 12501590 815 7501000 712500 15902000 813 10001230 7113 工程应用3、1 冷冻水系统管路水力计算应用空调冷冻水二次泵循环系统(一级循环略去)的计算冷负荷为48.8 kW,冷冻水供水温度为7,回水温度为12,空调机组表冷器水侧阻力为50kPa ,各管段的长度见表5 ,求各管段的管径及二次水泵的流量和扬程.计算系统所需的冷冻水流量,为qm=/(ct)=48.8103/4.187103（12-7）kg/s=2.33kg/s8.39m3/h此系统最不利环路为1-2-3-4-5-6组成的环路.根据各管段的流量,由表5确定各管段直径. 由表2可查出比摩阻R ,查各管件的局部阻力系数表,确定各管段的总阻力损失见表5.此水系统为闭式水系统, 水泵的扬程为最不利环路的总阻力损失,加上表冷器的阻力损失,即 p =(py+pj+pm) = 74.48 kPa= 7.59mH2O选用水泵,流量和扬程皆考虑10%的余量,则选用水泵的参数为流量:1.18.39 m/h =9.23 m/h ,扬程1.17.59 m = 8.35mH2O.表5 冷冻水管段水力计算表 管长 流量 管径 流速 比摩阻 局部阻力 动压 设备阻力 管段总损失管段 l/m qV/(m3/h) d/mm v/(m/s) R/(Pa/m) 系数 (v2/2)/Pa p