空调冷冻水系统水力平衡与阀权度计算书

空调冷冻水系统水力平衡与阀权度计算书项目名称：西安某商业综合楼空调工程文件编号：HVAC-HYD-2026-001设计阶段：施工图设计文件类型：水力计算书编制日期审核日期批准日期二〇二六年十月空调冷冻水系统水力平衡与阀权度计算书第15页目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、编制依据与设计参数 11.1设计采用标准规范 11.2工程概况 11.3设计基础参数 1二、系统总流量计算 32.1系统总循环流量 32.2各管段流量分配 3三、管径选择与流速校核 43.1管径计算公式 43.2管径选择结果 4四、最不利环路沿程阻力计算 54.1沿程阻力计算公式 54.2沿程阻力系数计算 54.3最不利环路沿程阻力汇总 5五、局部阻力计算 75.1局部阻力计算公式 75.2主要管件局部阻力系数 75.3最不利环路局部阻力计算 7六、设备阻力与系统总阻力计算 96.1设备阻力取值 96.2系统总阻力计算 9七、并联环路水力平衡校核 107.1水力平衡标准 107.2各并联环路阻力计算 107.3水力平衡措施 10八、调节阀阀权度计算 128.1阀权度定义与意义 128.2阀权度标准要求 128.3调节阀Kv值计算 128.4典型末端阀权度计算 138.5不同工况阀权度汇总 13九、计算结果分析与工程指导 149.1水力计算结果核验 149.2阀权度结果分析 149.3施工与调试指导 149.4节能运行建议 15十、结论 16免责声明 16第15页一、编制依据与设计参数1.1设计采用标准规范本计算书依据国家现行相关标准、规范进行编制，主要采用规范及标准如下：（1）《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012；（2）《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008年版）；（3）《采暖空调循环水系统水力平衡技术规程》JGJ/T478-2019；（4）《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2016；（5）《工业过程控制阀》GB/T17213系列标准；（6）《全面水力平衡：暖通空调水力系统设计与应用手册》；（7）本项目相关专业设计图纸及设备选型技术资料。1.2工程概况本项目为西安某商业综合楼空调冷冻水系统，总建筑面积约35000m²，建筑高度54m，地下2层、地上12层。空调冷源采用2台离心式冷水机组，单台制冷量1758kW（500RT），冷冻水供/回水温度为7℃/12℃，设计温差5℃。系统为一次泵变流量系统，采用两管制异程式布置，末端设备包括组合式空调机组、新风机组及风机盘管。1.3设计基础参数冷冻水系统主要设计参数如下表所示：参数名称符号数值系统总冷负荷Q3200kW冷冻水供回水温差Δt5℃冷冻水设计供水温度t_g7℃冷冻水设计回水温度t_h12℃水的密度ρ999.7kg/m³水的定压比热容c4.187kJ/(kg·K)水的运动粘滞系数（7℃）ν1.429×10⁻⁶m²/s管道当量绝对粗糙度ε0.2mm（无缝钢管）最不利环路供回水管总长L286m冷水机组蒸发器阻力ΔP_ch80kPa末端盘管最大阻力ΔP_coil45kPa水泵扬程安全系数K_s1.1

二、系统总流量计算2.1系统总循环流量根据系统总冷负荷及冷冻水供回水温差，计算系统总循环流量。冷冻水流量计算公式如下：G=Q/(c·ρ·Δt/3600)(2-1)式中：G——系统总循环流量，m³/h；Q——系统总冷负荷，kW；c——水的定压比热容，kJ/(kg·K)；ρ——水的密度，kg/m³；Δt——供回水温差，℃；3600——单位换算系数。代入数据计算：G=3200/(4.187×999.7×5/3600)=3200/5.81≈550.8m³/h(2-2)考虑10%的流量裕量，系统设计总流量取G_design=606m³/h，单台冷水机组额定流量为303m³/h。2.2各管段流量分配根据各楼层、各区域的冷负荷分布，进行管段流量分配。立管及水平干管流量按照所服务区域的冷负荷累加计算，各支管流量与所连接末端设备的额定流量一致。主要管段流量分配详见后续水力计算表。

三、管径选择与流速校核3.1管径计算公式管径根据推荐经济流速确定，计算公式如下：d=√(4G/(3600·π·v))(3-1)式中：d——管道内径，m；G——管段流量，m³/h；v——管内水流速，m/s。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012要求，空调冷冻水管道推荐流速如下：DN15~DN50，v=0.6~1.0m/s；DN65~DN100，v=0.8~1.2m/s；DN125~DN250，v=1.2~1.8m/s；DN300及以上，v=1.5~2.5m/s。3.2管径选择结果根据各管段设计流量及经济流速，选择管径并校核实际流速。最不利环路主要管段管径选择结果如下表：管段编号流量(m³/h)公称直径DN管道内径(mm)实际流速(m/s)流速评价供回水总管6063503591.66合理立管干管2802502551.52合理10-12层支管861501521.32合理7-9层支管821501521.26合理4-6层支管721251281.55合理1-3层支管681251281.47合理空调机组支管15~3565~8068~811.14~1.89合理风机盘管支管0.5~1.520~2521~270.40~0.73合理由上表可见，所有管段实际流速均在规范推荐的经济流速范围内，管径选择合理，既避免了流速过高导致阻力过大和噪声问题，也避免了流速过低造成管材浪费和系统积气。

四、最不利环路沿程阻力计算4.1沿程阻力计算公式管道沿程阻力损失采用达西-魏斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式计算：h_f=λ·(l/d)·(ρv²/2)(4-1)ΔP_f=h_f·g/1000(4-2)式中：h_f——沿程水头损失，mH₂O；λ——沿程阻力系数；l——管段长度，m；d——管道内径，m；ρ——水的密度，kg/m³；v——管内流速，m/s；ΔP_f——沿程压力损失，kPa；g——重力加速度，取9.81m/s²。4.2沿程阻力系数计算沿程阻力系数λ采用柯列勃洛克（Colebrook）公式计算，适用于紊流过渡区和粗糙区：1/√λ=-2lg₁₀(ε/(3.7d)+2.51/(Re√λ))(4-3)Re=v·d/ν(4-4)式中：ε——管道当量绝对粗糙度，m；Re——雷诺数；ν——水的运动粘滞系数，m²/s。柯列勃洛克公式为隐函数，采用迭代法求解。经计算，各管段沿程阻力系数λ范围为0.0196~0.0235。4.3最不利环路沿程阻力汇总最不利环路为自冷冻水泵出口，经供水立管至12层最远端空调机组，再经回水立管返回水泵入口的环路，供回水管道总长度286m。各管段沿程阻力计算结果如下表：管段管径DN长度(m)流速(m/s)λ比摩阻(Pa/m)沿程阻力(kPa)备注总供水管350281.660.02051564.37冷水机组至立管供水立管250481.520.02121929.221层至12层12层水平干管150361.320.02212539.11立管至最远端空调机组支管80121.650.02356487.78干管至机组12层水平回水管150361.320.02212539.11机组至回水立管回水立管250481.520.02121929.2212层至1层总回水管350281.660.02051564.37立管至冷水机组过滤器等附件5.00Y型过滤器等合计-23658.18不含设备阻力经计算，最不利环路管道沿程阻力损失为58.18kPa，约合5.93mH₂O。

五、局部阻力计算5.1局部阻力计算公式管道局部阻力损失采用局部阻力系数法计算：ΔP_j=Σζ·(ρv²/2)/1000(5-1)式中：ΔP_j——局部压力损失，kPa；Σζ——管段内各管件局部阻力系数之和；ρ——水的密度，kg/m³；v——管内流速，m/s。5.2主要管件局部阻力系数根据《供暖通风设计手册》及相关技术资料，常用管件局部阻力系数如下表：管件类型ζ值备注90°弯头（R=1.5d）0.25~0.40DN越小值越大45°弯头0.10~0.15三通（直流）0.10~0.20三通（旁流）1.50~2.00闸阀（全开）0.10~0.18蝶阀（全开）0.20~0.50截止阀（全开）3.00~7.00DN50以上取小值止回阀（旋启式）2.00~3.00Y型过滤器1.50~3.00突然扩大(1-A₁/A₂)²突然缩小0.5(1-A₂/A₁)设备进出口1.00~2.00含软接头等5.3最不利环路局部阻力计算经逐段统计最不利环路管件数量，计算局部阻力总和。采用当量长度法进行校核，局部阻力当量长度与直管长度比值K取0.3（长环路），估算局部阻力为沿程阻力的30%。详细计算结果如下：阻力类型阻力值(kPa)备注弯头（90°×32个、45°×8个）12.6各规格加权平均三通（直流×28个、旁流×6个）8.4各类阀门（闸阀、蝶阀等）5.2不含调节阀Y型过滤器8.5机组入口设备进出口及软接头6.3合计41.0经计算，最不利环路局部阻力损失为41.0kPa，约合4.18mH₂O。采用当量长度法校核：ΔP_j=0.3×ΔP_f=0.3×58.18=17.45kPa，小于详细计算值，说明详细计算偏于安全。

六、设备阻力与系统总阻力计算6.1设备阻力取值根据设备厂家提供的技术参数，最不利环路内主要设备阻力取值如下：设备名称阻力(kPa)备注冷水机组蒸发器80.0厂家样本值最远端空调机组表冷器45.0厂家样本值静态平衡阀（待整定）3~5预留压降电动调节阀（全开）30.0见阀权度计算章6.2系统总阻力计算最不利环路总阻力为沿程阻力、局部阻力和设备阻力之和：ΔP_total=ΔP_f+ΔP_j+ΔP_chiller+ΔP_coil+ΔP_valve(6-1)代入数据：ΔP_total=58.18+41.0+80.0+45.0+35.0=259.18kPa≈26.4mH₂O(6-2)考虑10%的安全裕量，冷冻水泵设计扬程为：H_pump=1.1×26.4=29.0mH₂O(6-3)因此，冷冻水泵选型参数为：流量610m³/h，扬程30m，配套电机功率约75kW，选用2台（1用1备）端吸式离心水泵。

七、并联环路水力平衡校核7.1水力平衡标准根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012第8.5.14条规定：空调水系统布置和选择管径时，应减少并联环路之间压力损失的相对差额，当超过15%时，必须采取水力平衡措施。并联环路压力损失相对差额计算公式：δ=|ΔP_unfav-ΔP_fav|/ΔP_unfav×100%(7-1)式中：δ——压力损失相对差额，%；ΔP_unfav——最不利环路压力损失，kPa；ΔP_fav——最近环路压力损失，kPa。7.2各并联环路阻力计算分别计算各楼层支管环路的总阻力，与最不利环路（12层最远端）进行比较。各环路阻力计算结果如下：环路位置管路阻力(kPa)总阻力含设备(kPa)阻力差额(%)是否达标12层最远端99.18259.180基准12层最近端72.50232.5010.3是9层最远端85.30245.305.4是6层最远端76.80236.808.6是3层最远端68.20228.2011.9是1层最近端54.60214.6017.2否7.3水力平衡措施由上表可见，1层最近端环路与最不利环路阻力差额为17.2%，超过15%的规范限值；其余环路阻力差额均在15%以内。需采取以下水力平衡措施：（1）在各立管回水支管处设置静态平衡阀，初调试时通过专用仪表测量流量并整定阀门开度，消除剩余压头；（2）空调机组及新风机组回水管设置动态平衡电动调节阀，在运行工况变化时自动维持流量稳定；（3）风机盘管回水管设置电动两通阀，每层回水支管设置动态压差平衡阀，稳定支路压差；（4）分集水器之间设置压差旁通阀，保证变流量运行时冷水机组最小流量要求。

八、调节阀阀权度计算8.1阀权度定义与意义阀权度（ValveAuthority）是衡量调节阀在系统中实际调节能力的重要参数，定义为调节阀全开时阀门两端的压力损失与阀门所在支路总压力损失（阀门全开时）的比值。S_v=ΔP_v100/(ΔP_v100+ΔP_branch)(8-1)S_v=ΔP_v100/ΔP_branch_total(8-2)式中：S_v——阀权度，无量纲；ΔP_v100——调节阀全开时的压力损失，kPa；ΔP_branch——支路中除调节阀外其他部分的压力损失，kPa；ΔP_branch_total——支路总压力损失，kPa。阀权度直接影响调节阀的实际工作流量特性。理想阀权度S_v=1时，实际流量特性与理想特性一致；S_v越小，实际流量特性畸变越严重，等百分比特性将畸变为接近快开特性，导致调节性能恶化，出现小开度振荡、大开度调节迟钝等问题，严重影响室温控制精度。8.2阀权度标准要求根据《采暖空调循环水系统水力平衡技术规程》及工程实践经验，不同应用场合阀权度推荐值如下：应用场合推荐S_v调节性能高精度温度控制（精密空调）0.5~0.7调节性能优良，特性畸变<10%一般舒适性空调0.3~0.5调节性能良好，满足工程要求压差旁通阀0.5~0.7确保旁通调节线性度工程允许最小值≥0.25~0.3低于此值调节性能严重恶化8.3调节阀Kv值计算调节阀流量系数Kv定义为：阀门全开、两端压差为1bar（100kPa）时，温度5~40℃的水每小时通过阀门的立方米数。Kv值计算公式为：Kv=G/√ΔP_v(8-3)式中：Kv——流量系数，m³/h；G——设计流量，m³/h；ΔP_v——阀门全开时两端压差，bar。8.4典型末端阀权度计算选取典型末端设备进行阀权度计算，以最不利环路12层最远端空调机组（设计流量G=30m³/h）为例：支路总阻力构成：盘管阻力45kPa，管路及附件阻力24kPa，平衡阀阻力5kPa，合计74kPa。方案一：若取调节阀全开压降ΔP_v=30kPa（即Kv=30/√0.3≈54.8），则阀权度：S_v=30/(30+74)=30/104≈0.29(8-4)方案二：若取调节阀全开压降ΔP_v=35kPa（即Kv=30/√0.35≈50.7），则阀权度：S_v=35/(35+74)=35/109≈0.32(8-5)方案三：若取调节阀全开压降ΔP_v=50kPa（即Kv=30/√0.5≈42.4），则阀权度：S_v=50/(50+74)=50/124≈0.40(8-6)8.5不同工况阀权度汇总各主要类型阀门阀权度计算结果汇总如下：阀门位置流量(m³/h)Kv值选型阀全开压降(kPa)S_v计算值评价12层大机组3050360.33合格9层中机组224030.30.31合格6层小机组1525360.34合格新风机组183231.60.30合格压差旁通阀30336070.80.58优良风机盘管DN200.81.6250.36合格风机盘管DN251.52.5360.40合格

九、计算结果分析与工程指导9.1水力计算结果核验经全面水力计算，本冷冻水系统最不利环路总阻力为259.18kPa（约26.4mH₂O），考虑10%安全裕量后水泵扬程确定为30m。沿程阻力占总阻力22.4%，局部阻力占15.8%，设备阻力占61.8%。阻力构成合理，符合常规空调水系统阻力分布规律：设备阻力占主导地位，管路阻力约占总阻力的三分之一。经流速校核，所有管段流速均在规范推荐经济流速范围内，比摩阻控制在100~300Pa/m（大管取小值、小管取大值），符合水力设计优化原则，兼顾了运行能耗与初投资。9.2阀权度结果分析所有调节阀阀权度均控制在0.3~0.6范围内，满足工程设计要求。其中：空调机组及新风机组调节阀S_v=0.30~0.34，满足舒适性空调≥0.3的最低要求；压差旁通阀S_v=0.58，处于优良区间，可保证旁通调节的线性度；风机盘管电动两通阀S_v=0.36~0.40，满足室温调节要求。阀权度敏感性分析：若阀权度降至0.2以下，等百分比流量特性将严重畸变，实际可调比将由额定50:1降至10:1以下，会出现小开度时流量变化过快导致温度振荡、大开度时流量调节迟钝的问题，因此本设计严格控制S_v不低于0.3。9.3施工与调试指导根据本计算结果，提出以下工程实施指导意见：（1）管道安装时应尽量减少不必要的弯头、三通等局部阻力管件，管道变径应采用偏心异径管（管顶平接），避免形成气塞；（2）所有平衡阀、调节阀应安装在回水管上，并预留足够的前后直管段（前5D后2D，D为管径），保证流量测量精度；（3）系统调试前应进行彻底冲洗，去除管道内焊渣、杂物，防止堵塞阀门和设备。冲洗时应旁通所有设备和调节阀；（4）水力平衡调试应按比例法进行：首先将所有阀门全开，从最远端环路开始，逐步整定各平衡阀开度，最终使所有末端流量达到设计值；（5）电动调节阀安装后应进行行程校验和流量特性测试，确保实际工作压差与设计值偏差不超过±20%；（6）系统运行初期应定期检查过滤器压差，及时清洗，避免因堵塞造成额外阻力损失影响水力平衡。9