空调水系统基本知识课件

空调水系统基本知识空调水系统基本知识1.概述冷源或热源生产的冷量和热量通过能量传递介质输送到室内的供冷或采暖设备，承担室内的冷负荷或热负荷。空调中常用的能量传递介质有：（1）制冷剂（如R22、R134a等）（2）水——传递冷量的称为冷冻水，也称冷水；传递热量的称为热水。（3）蒸汽——只用于传递热量。1.概述冷源或热源生产的冷量和热量通过能量传递介质输送到室内冷源向建筑供冷图1冷源向建筑供冷原理图1—末端装置；2—冷冻水管路系统；3—冷却塔4—冷却水管路系统冷源向建筑供冷图1冷源向建筑供冷原理图图2热源向建筑供热原理图1—末端装置；2—冷却水管路系统热源向建筑供冷图2热源向建筑供热原理图热源向建筑供冷冷冻水、热水循环流动的动力来自水泵。水泵将原动机的机械能转换成水流动的机械能。用电动机拖动的水泵消耗电能。在空调系统中水泵的能耗（称输送能耗）占了不可不可忽视的份额。

制冷机空调机组风机盘管冷冻水泵冷却水泵冷却塔热水泵占总能耗百分比25%～37%23%～39%5%～10%8%～12%5%～9%1%～3%5%～10%平均32%32.75%6.50%10.75%7.50%1.75%8.75%

冷热水泵占了空调总能耗的19.5%。冷热水泵、冷却水泵能耗占空调总能耗的28%。冷冻水、热水循环流动的动力来自水泵。水泵将原动机的机械能转换GB50189-2005公共建筑节能设计标准规定：式中ER—输送能效比，泵的轴功率与输送冷量（或热量）之比；

H—水泵设计扬程，mH20；

△t—供回水温差，℃；

η—设计工况下水泵效率。标准规定了ER的限值，如冷冻水管段ER≤0.0241。GB50189-2005公共建筑节能设计标准规定：2.空调水系统种类2.1两管制和四管制系统图3两管制和四管制水系统原理图（a）两管制水系统；（b）四管制水系统图LC—冷水机组；HE—热交换器；P—水泵；FC—风机盘管V—三通电磁阀；ET—膨胀水箱；AC—空调机组（或新风机组）2.空调水系统种类2.1两管制和四管制系统图3两管制和2.2定流量与变流量系统空调处理机组需要调节冷量或热量以适应房间负荷的变化。调节方法：质调—改变水的温度量调—改变通过空气/水换热器（称盘管）的水流量2.2定流量与变流量系统水流量调节方法—两通阀调节和三通阀调节（旁通调节）图4盘管变水量调节1—盘管；2—两通电动阀；3—三通电动阀水流量调节方法—两通阀调节和三通阀调节（旁图4盘管变水量调定流量与变流量水系统的原理图图5定流量与变流量水系统原理图1—旁通管；2—电动调节阀；其他符号同图3定流量与变流量水系统的原理图图5定流量与变流量水系统原理图2.3单级泵和双级泵系统图6双级泵水系统原理图P1—一次泵；P2—二次泵；其他符号同前2.3单级泵和双级泵系统图6双级泵水系统原理图3.空调水系统中的水泵3.1概述水在管内流动有摩擦阻力（又称沿程阻力或长度阻力）和通过各个部件（如弯头、阀门、三通、设备等）的阻力（称局部阻力），水泵提供的压力（扬程）要克服这些阻力。闭式水系统中水泵所提供的压力应等于水在环路中循环一周的总压力损失。3.空调水系统中的水泵3.1概述水泵的压力=通过支路①的环路总阻力图7有几个支路的水系统图上符号同图3水泵的压力=通过支路①的环路总阻力图7有几个支路的水系统管路的摩擦阻力（单位Pa）局部阻力（单位Pa）式中，λ—摩擦阻力系数；

ζ—局部阻力系数；

l、d—分别为管长和管径，m；

ρ—流体密度，kg/m3；

υ—流速，m/s。管路的摩擦阻力（单位Pa）设管内流量为（m3/s），则对同一管路系统有式中，△P—管路总阻力，Pa；

S—管路特性系数。空调水系统常用的水泵是离心式水泵设管内流量为（m3/s），则3.2水泵主要性能参数3.2.1流量单位m3/s，l/s；习惯上用m3/h。3.2.2扬程扬程——水泵所输送的水单位体积所获得的能量，J/m3，即Pa，用压力P来表示。习惯上水泵扬程用水柱高度H来表示，单位写成mH20，与SI制单位换算关系是1mH20=9.8×103Pa=9.8kPa≈10kPa例1，20mH20=20×9.8×103=19.6×103Pa=19.6kPa。例2，100kPa=100/9.8=10.2mH20≈10mH20。3.2水泵主要性能参数3.2.3功率和效率有效功率（单位W）—水在水泵中获得的能量

水泵功率单位常用kW，因此注意：流量的单位是m3/s。3.2.3功率和效率轴功率（单位为kW）——输入水泵的功率

式中，η称为水泵效率，一般在0.5～0.8之间。水泵配用电机的功率需考虑安全裕量。水泵实际消耗的功率还应考虑电机效率。轴功率（单位为kW）——输入水泵的功率3.2.4转速转速由n1→n2时，流量、扬程、功率的变化如下：3.2.4转速3.2.5工作压力工作压力——水泵可能承受的最大压力。两种标识：（1）规定吸入压力≤某值。（2）工作压力≤某值。例如工作压力

≤1.6MPa，即要求吸入压力+扬程≤1.6MPa3.2.5工作压力3.3水泵的性能曲线3.3.1单台性能曲线有三种性能曲线（1）常用的性能曲线（2）（3）水泵在设计工作点的效率最高，偏离它愈大，效率愈低3.3水泵的性能曲线3.3.2两台相同性能水泵并联工作性能图9两台性能相同的泵并联工作性能曲线3.3.2两台相同性能水泵并联工作性能图9两台性能相同的3.3.3两台不同性能水泵并联工作性能图10两台性能不同的泵并联工作性能曲线3.3.3两台不同性能水泵并联工作性能图10两台性能不同3.3.4转速改变时性能曲线的变化图11水泵转速改变时性能曲线的变化3.3.4转速改变时性能曲线的变化图11水泵转速改变时性图中A1→A2，B1→B2，C1→C2按3.2.4中关系式变换。例如：原转速n1=1450rpm，变频转速n2=1305rpm，固有

则相应点的效率相等。图中A1→A2，B1→B2，C1→C2按3.2.4中关系3.4水系统工况调节3.4.1管路阀门调节图12水泵运行的工作点1—管路特性曲线；2—调节阀门后的管路特性曲线；P—水泵性能曲线3.4水系统工况调节图12水泵运行的工作点当关闭管路中阀门，管路特性曲线由1→2，工作点O→O’图12也表示了当水泵扬程选得过大的后果。设设计流量为，所选水泵扬程HO’，实际运行时工作点在O，实际流量为若要在流量运行，工作点在O’，(HO’—HO’’)为多余的扬程，这就是多消耗了功率。理想情况：按O’’选水泵。当关闭管路中阀门，管路特性曲线由1→2，工作点O→O’3.4.2变频调节图13水泵变频调节工作点的变化H1、H2—不同转速的水泵性能曲线3.4.2变频调节图13水泵变频调节工作点的变化3.4.3水泵台数调节以2台泵并联为例图14水泵台数改变时工作点的变化H1、H2—分别是1台泵和2台泵工作的性能曲线3.4.3水泵台数调节图14水泵台数改变时工作点的变化3.4.4一台变速泵和一台变频泵调节流量在VA、VC之间两台泵工作；流量≤VC时，一台变频工作。图15并联泵中一台变频泵的工作点3.4.4一台变速泵和一台变频泵调节流量在VA、VC之间两3.4.5管路特性形式的辨识式中，H1—系统的静扬程，mH20。

H1？物理意义不明！开式水系统图16开式水系统及其管路特性1—水泵特性曲线；2—管路特性曲线3.4.5管路特性形式的辨识图16开式水系统及其管路特性3.5空调水系统中水泵的选择水泵根据流量与扬程选择。流量根据设备（冷水机组、直燃机、烟气机）的流量来确定。单级泵水系统中水泵扬程=水在管路中循环一周的阻力，即水泵→冷水机组→分水器→空气处理机组→集水器→水泵。3.5空调水系统中水泵的选择双级泵水系统一次泵的扬程=（a→一次泵→LC→b）的阻力二次泵的扬程=（b→二次泵→空气处理机组→a）的阻力图17双级泵水系统图中符号同前双级泵水系统一次泵的扬程=（a→一次泵→LC→b）的阻力图4.水系统的定压水系统定压保证系统在确定的压力下稳定运行，防止出现真空、超压。定压设备有多种，它的主要功能是保持系统内某点的压力恒定；在水温变化时容纳或补充多余或欠缺的水量。4.水系统的定压水系统定压保证系统在确定的压力下稳定运行，防4.1膨胀水箱定压图18膨胀水箱1—箱体；2—膨胀管；3—溢流管；4—排水管5—信号管；6—循环管4.1膨胀水箱定压图18膨胀水箱膨胀水箱上接管：膨胀管—接到定压点上，此管上不得装阀门循环管—当膨胀水箱在不采暖区时，防止水冻结，与膨胀水箱同时接到回水管上，相距1.5~3m。信号管—用于检查水箱内是否有水，接到机房水盆处。溢流管—膨胀水箱水过多时溢流用，接到排水处排水管—用于水箱检修时排水。膨胀水箱上接管：膨胀管的连接位置分析图19膨胀水箱连接位置对系统压力的影响图中符号同前膨胀管的连接位置分析图19膨胀水箱连接位置对系统压力的影响设水泵中心标高为±0.0；

d点标高20m；水泵扬程25mH20；冷水机组阻力10mH20；膨胀水箱水位标高25m；设当膨胀管接在a点时

Ha=25mH20（定压点）

Hb=25+25=50mH20（冷水机组承压约0.5MPa）

Hc=50-10=40mH20Hd=25-20+△hda＞0He=40-20-△hce＞Hd＞0当膨胀管接在a点时当膨胀管接在b点时

Hb=25mH20（定压点）

Ha=25-25=0mH20

Hc=25-10=15mH20

He=15-20-△hce＜0Hd=0-20+△had一般说是负压当膨胀管接在b点时当膨胀管接在c点时

Hc=25mH20（定压点）

Hb=25+10=35mH20

Ha=35-25=10mH20

He=25-20-△hce，当△hce

＞5mH20，He＜0由上面分析可见，定压点在水泵的吸入管上是适宜的当膨胀管接在c点时又设d点标高为90m，膨胀水箱水面标高为95m。当定压点仍在a点时，则

Ha=95mH20；

Hb=95+25=120mH20

若机组承压能力为1MPa，这时机组的承压能力＜系统内工作压力。怎么办？解决方案一，更换承压能力高的机组。解决方案二，将水泵移到c点，定压点不变，这时

Ha=95mH20；

Hd=95-90+△hda＞

0又设d点标高为90m，膨胀水箱水面标高为95m。当定压点仍在4.2气压罐定压图20气压罐定压原理图1—气压罐；2—水箱；3—系统循环泵；4—补水泵；5—补气罐；6—电磁阀；7—安全阀；8—压力传感器；9—自动排气阀；10—吸气阀；C—控制器4.2气压罐定压图20气压罐定压原理图气压罐在最低压力P1和最高压力P2之间运行，定压点a基本上在P1~P2之间波动。

P1按系统最高点来确定

P2=P1+（0.03~0.05）MPa当系统缺水，罐内向系统补水，罐内水位下降，压力P↓。

P=P1时，补水泵启动，向罐内补水。

P=P2时，补水泵停，补气罐内水位下降，吸气阀打开，补气，经多次补气后，气容积↑，水容积↓。气压罐在最低压力P1和最高压力P2之间运行，定压点a基本上在当水位下降到自动排气阀限定的水位时自动排气，水位恢复正常。当温度升高，水容积增大，P↑。P=P2+（0.01~0.02）MPa时，打开电磁阀，泄水。当P=P2-（0.01~0.02）MPa时，关闭电磁阀。当P=P2+（0.02+0.04）MPa，安全阀打开，泄水。当水位下降到自动排气阀限定的水位时自动排气，水位恢复正常。4.3膨胀水箱、气压罐的选择按容积选，容积=系统中水因温度变化引起的容积变化。膨胀水箱根据国家标准图集选用和制作。气压罐已有产品供应，可按样本选用。4.3膨胀水箱、气压罐的选择按容积选，容积=系统中水因温度5.烟气机的机房水系统

5.1烟气机在空调水系统中的连接方式图21烟气机在空调水系统连接示意图LC—冷水机组；HE—热交换器；GA—烟气型吸收式冷热水机组5.烟气机的机房水系统5.1烟气机在空调水系统中的连接方这种并联连接，要求不同类型的机组在设计工况下供水温度、温差均一致。制冷工况：冷水机组一般供/回水温度为7/12℃，与烟气机一致，直接并联即可。当冷水机组的供/回水温度为7/13℃时，应调节烟气机的温差。制热工况：常规设计，供水温度60℃，温差8~10℃

烟气机的供/回水温度各种型号不一样。Yazaki烟气机55/48℃；远大烟气机65/55℃；三洋烟气机60/56℃；三洋烟气热水机60/57.2℃

当生产热水的设备供回水温度不一致时，需调整到一致。这种并联连接，要求不同类型的机组在设计工况下供水温度、温差均5.2烟气机水泵的配置5.2.1烟气机水泵台数有的烟气机额定工况下的冷水流量与热水流量相等，如Yazaki、三洋设备。有的不相等，如远大。当烟气机与其他制冷、制热设备并联在一个系统中时，烟气机一般应分别设冷水泵和热水泵，或设一台冬夏都用的变频泵，原因为：

1）不同类型机组的冷热水供回温度调整到一致，导致流量的变化。

2）建筑物冬夏负荷不一样，冷、热水温也不一样，导致空调水系统冬夏流量和系统阻力不相等。5.2烟气机水泵的配置采暖通风与空气调节规范（GB50119-2003）有关循环水泵设置的规定：（1）冷冻水泵与冷水机组台数相对用，即不备用。（2）热水泵不宜少于2台；严寒及寒冷地区，当热水泵不超过3台时，其中1台宜设为备用泵。根据上述的分析及规范的规定，在非严寒和寒冷地区，烟气机水泵设置方案：（1）当水泵内有2台或2台以上制热设备（包括烟气机和其他制热设备）时，热水泵台数与烟气机台数对应；冷、热水泵可合用1台变频泵。（2）当系统只有1台烟气机供热时，热水泵宜选2台，每台流量等于烟气机热水流量的1/2。（3）冷水泵台数与烟气机台数相对应。采暖通风与空气调节规范（GB50119-2003）有关循环水5.2.2烟气机水泵的流量与扬程流量水泵与烟气机一对一配置时，水泵流量=烟气机流量水泵与烟气机二对一配置时，水泵流量=烟气机流量/2扬程水泵扬程取决于系统的阻力，系统阻力分两部分：负荷侧阻力(∑△H)l—从分离器→空气处理器→集水器的阻力冷热源侧阻力(∑△H)s—从集水器→水泵→制冷制热设备→分水器的阻力5.2.2烟气机水泵的流量与扬程

单级泵系统循环水泵的扬程H=(∑△H)S+(∑△H)l

双级泵系统中一次泵的扬程H1=(∑△H)S

双级泵系统中二次泵的扬程H2=(∑△H)S

空调水系统通常按制冷工况设计管路系统。在估算时，可而根据在制冷运行时阻力换算成制热运行时的阻力。单级泵系统循环水泵的扬程冷热源（烟气机）侧冷热水阻力换算设烟气机额定工况下冷水流量，阻力△HC；热水流量，阻力△Hh1（以上均为样本数据）。又设实际运行冷水流量，机房内除烟气机外的管路阻力为△Hp.c；热水流量。冷热源（烟气机）侧冷热水阻力换算

制冷运行时，冷源侧阻力制热运行时，管路阻力制热运行时烟气机阻力制热运行时热源侧阻力制冷运行时，冷源侧阻力负荷侧冷热水阻力换算设制冷运行时负荷侧总流量（含烟气机和其他制冷设备）为；空气处理机组阻力△Hu，管路阻力(△Hl.p)c，则这时负荷侧阻力为设制热运行时负荷侧总流量为，则负荷侧管路阻力负荷侧冷热水阻力换算

制热运行时，负荷侧阻力单级泵系统中烟气机冷水泵的扬程为热水泵的扬程为设计手册推荐：选水泵时宜对计算流量和扬程增加5%~10%的裕量。制热运行时，负荷侧阻力5.2.3烟气机分设冷热水泵的几个配置方案一台烟气机，系统内有其他制热设备

图22一台烟气机水泵配置方案Pc、P、P—水泵；VS—变频调速器；GA—烟气机5.2.3烟气机分设冷热水泵的几个配置方案图22一台烟气二台同规格烟气机方案一，每台烟气机按图22配置水泵。方案二，如图23所示

图23烟气机水泵的配置方案V——电动阀；其余符号同前二台同规格烟气机图23烟气机水泵的配置方案6.空调水系统控制要求6.1单级泵系统压差旁通控制压差控制器（PD）设定压差值？制冷工况应为(∑△H)l.c

制热工况应为(∑△H)l.h图24压差旁通控制PD—压差控制器6.空调水系统控制要求6.1单级泵系统压差旁通控制压差控如果在制冷运行和制热运行采用同一压差值控制有什么后果呢？例：设冷水泵扬程27mH2O；冷源侧阻力(∑△H)s.c=14mH2O；负荷侧阻力(∑△H)l.c=13mH2O；热水泵扬程为20mH2O；热源侧阻力(∑△H)s.h=10.5mH2O；负荷侧阻力(∑△H)l.h=9.5mH2O。若压差设定值全年均为13mH2O，在制热运行时热水泵用于热源侧的扬程为20-13=7mH2O＜

(∑△H)s.h=10.5mH2O；导致制热机组流量小于设定值，如果在制冷运行和制热运行采用同一压差值控制有什么后果呢？6.2机组运行台数控制系统中不同类型机组的组合有多种，下面只讨论电动冷水机组于烟气机组合的系统的控制方案。图25机组运行台数控制DDC—直接数字式控制器；T温度控制器；其他符号同前6.2机组运行台数控制图25机组运行台数控制控制原则：优先使用烟气机当冷负荷下降，压差旁通阀开启或开大，冷水（如7℃）返回到集水器，回水温度下降，经机组后供水温度下降。温度传感器T信号→DOC→电动冷水机组卸载，供水温度恢复到7℃。烟气机不调节，供水温度低于7℃。控制原则：优先使用烟气机增机与减机控制方案之一：根据冷水机组电机的电流值控制当2台电动冷水机组电流值均在满载电流值的45%时，关闭一台冷水机组。当1台冷水机组负荷降到允许的最小负荷，而负荷再下降时，在供水温度达到低于7℃的设定值时，关闭此机组。当仅剩1台烟气机运行时，根据供水温度调节烟气机的制冷量与负荷相适应。当负荷增加，供水温度升高到7℃以上的设定值时，增开1台电动冷水机组。当负荷继续增加，冷水机组的电流值=满负荷电流值的110%时，增开1台冷水机组。增机与减机控制方案之一：根据冷水机组电机的电流值控制控制方案之二：根据系统冷水负荷来增机或减机当负荷减少达到1台冷水机组制冷量的110%时，关闭1台冷水机组当负荷增加，达到冷水机组制冷量的110%时，增开1台冷水机组。控制方案之二：根据系统冷水负荷来增机或减机7.冷却水系统冷却水系统如图26所示图26冷却水系统原理图CT—冷却塔；1—电动阀；2—平衡器；3—水处理器；P—冷却水泵7.冷却水系统冷却水系统如图26所示图26冷却水系统原理图冷却塔台数、冷却水泵台数与制冷机组台数一一对应，同型号冷却塔在水路上并联，需设平衡管路使各塔地盘水位一致。冷水机组、冷却水泵、冷却塔及冷却塔进水管上电动阀门连锁。烟气机、直燃机对冷却水温有一定要求，不得低于允许值。一般为22~24℃。冷却塔台数、冷却水泵台数与制冷机组台数一一对应，若该地区冷却水温可能低于允许的最低温度时，需采取措施，不使水温降到规定值以下。控制方案如图27所示。冷却水泵的扬程=管路阻力+LC阻力+冷却塔预流喷水压力+h图27冷却塔水温调节原理图TC—温度控制器；MV—电动阀；其余符号同前若该地区冷却水温可能低于允许的最低温度时，需采取措施，不使水8.管路推荐流量和流速管路系统设计时，通常根据流量先选择管径；在设计手册上查出单位长度摩擦阻力R、局部阻力系数ζ，最后计算管路系统的阻力。如何选管径？通常控制R在一定范围内。表1给出了多种管径的推荐流量及相应的流速和R。8.管路推荐流量和流速管路系统设计时，通常根据流量先选择管径表1钢管