水系统与制冷机房设计

1、1,第八章 水系统与制冷机房,第一节 空调水系统 第二节 制冷机房设计,2,基本空调循环 HFC134a,空气处理器,风机 盘管,空气,三通阀,压缩机,吸气,排气,蒸发器,冷凝器,HFC134a制冷剂,输入功率66kW,冷却塔,冷冻水 240GPM,冷却水 300GPM,室外空气 350C干球 23.90C湿球,热力膨胀阀,35,29.40C,=,15.1升每秒,7.20C,12.80C,3,第一节 空调水系统,由于现代高层建筑空间的限制以及用户调节使用的方便，大量采用空气水空调系统方式，室内冷热负荷由冷冻水和热水承担。在空调用制冷系统中，水管系统包括冷冻水系统和冷却水系统。,一、空调水系统概

2、述,4,制冷机组的能效比 kW/kW 系统能效比 kW/kW 系统季节能效比 kWh/kWh,5,二、冷冻水系统,空调冷冻水系统由：水泵、管道、定压设备、阀门、换热器、除污器等主要部件构成。 (一） 冷冻水系统的主要形式 冷冻水系统均为 循环水系统；冷冻水系统从管道和设备的布局上分，可分为开式系统和闭式系统 1. 开式和闭式系统,6,7,8,9,（1）开式系统 系统水量大，运行工况稳定，但易污染，且水泵压头较高。 近年来，由于能源的紧张和空调技术的发展，国内外不少工程中采用蓄冷池蓄冷的空调方式，相应地水系统需采用开式系统。,回水箱,冷冻水箱,水泵,蒸发器,水泵,用户,10,（2）闭式系统 闭式

3、水系统与外界空气接触少，管道腐蚀可能性小，水泵能耗小。闭式系统必须采用壳管式蒸发器，用户处则应采用表面式换热设备（表冷器或空调箱），还需增设膨胀水箱，以适应水系统内的水在温度变化时的体积膨胀。工程设计中，冷冻水系统多采用闭式水系统。,11,开式与闭式系统的水泵扬程相差较大： 闭式系统中，水泵的扬程为：管道、制冷机组、换热器、阀门等闭式循环水路中各个部件压力损失的总和。 开式系统中，水泵除承担管道等部件的压力损失外，还要克服将水从开式水箱提升到管路最高点的高度差。,设计时需注意的事项： 对于开式系统，注意水泵吸水真空高度的问题，应防止水泵吸入口汽化，必须保证水泵吸入口的水压力大于水的汽化压力。

4、对于闭式系统，在水泵吸入口设置定压水箱，保证水系统任何一点的最低运行压力为5kPa以上，防止系统中任何一点出现负压，否则有可能将空气吸入水系统中（抽空）或造成部分软连接向内收缩等问题。,12,13,开式系统蓄水箱容量的确定原则： （1）蓄存所有的系统水容量并附加一定的安全系数； （2）按照系统小时循环水量的5%10%计算。 在实际设计中应取上述两者中较大的值。,膨胀水箱的作用与安装位置 其作用是：（1）抵消系统内温度变化时水体积的膨胀和收缩； （2）补充系统内水的损耗； （3）稳定系统内特别是水泵吸入口的压力。 安装位置： 尽量接至水泵吸入口，其连通管道上不要装设任何阀门；膨胀水箱水位应高于系

5、统最高水位1m以上，冬天要注意其防冻。目前，膨胀水箱正逐步用设在泵房内的定压罐来代替。,14,15,2.直连系统与间连系统,根据用户水系统与制冷机组的连接方式不同，冷冻水系统可以分为直连系统和间连系统。,图8-4 直连式冷冻水系统 图8-5 间连式冷冻水系统,系统规模较大，用户比较分散，普遍用于大型建筑和超高层建筑（高度大于100m )的空调系统中。,系统规模小，用户比较集中,16,3.异程系统和同程系统,冷冻水系统可分为异程系统和同程系统。,图8-6 异程冷冻水系统 图8-7 同程冷冻水系统,17,4. 两管制、三管制和四管制系统,图8-8 两管制水系统 图8-9 三管制水系统 8-10 四

6、管制水系统,18,5. 一次泵和二次泵系统,8-11 一次泵冷冻水系统 图8-12 二次泵冷冻水系统,19,20,一次泵系统组成简单，控制容易，运行管理方便，一般多采用此种系统。 二次泵系统：一次环路负责冷冻水的制备-定流量运行； 二次环路负责冷冻水的输配-变流量运行。 二次泵系统的最大优点是：能够分区分路供应用户侧所需的冷冻水，适用于大型系统。,21,6. 变水量和定水量系统,图8-13 定水量系统 图8-14 变水量系统,22,（二）典型冷冻水系统分析,1. 一次泵定水量系统,（a）一机一泵； （b）多泵共用； （c）多泵备用,23,2.一次泵变水量系统,（a）一机一泵； （b）多泵共用；

7、 （c）多泵备用,24,3.二次泵变水量系统,25,冷却水进水温度一般应不高于32 冷却水主要指冷凝器和压缩机冷却用水。 （一）直流式冷却水系统 最简单的冷却水系统是直流式供水系统，即升温后的冷却回水直接排除，不循环使用。这种系统只适用于水源水量特别充足的地区，例如靠近江、河、湖泊、海等地方，城市自来水不宜选用。,二、冷却水系统,26,（二）循环式冷却水系统 1、自然通风冷却循环系统,27,热水,电磁阀,喷淋式水塔,吸入口,补水,排水，溢流,三通阀,冬天放水,冷水,冷凝器,空调机组,2、机械通风冷却循环系统,28,29,图 8-20 单元式冷却水系统,图 8-21干管式冷却水系统,(a) 一泵

8、一机； (b) 多泵共用,30,(a) 一泵一机,图8-22 混合式冷却水系统,(b) 多泵共用,31,图 8-20 单元式冷却水系统,单元式冷却水系统 优点：流量分配合理，各个单元之间相互影响小，运行可靠性高。 缺点：配管管线布置最为复杂，管路数目多，占用空间大，各设备不能相互备用。,一机对一塔,32,图 8-21干管式冷却水系统,(a) 一泵一机； (b) 多泵共用,干管式冷却水系统 优点：供回水都采用集中干管形式，管路数目少，占用空间小，设备之间可以相互备用，可通过冷却风机的台数或转速控制降低制冷机组部分负荷时的冷却塔风机能耗，故应用最广。,多机对多塔,33,在干管式系统和混合式系统中，

9、由于冷却塔可以相互备用，如果水系统设计和控制不当，则容易出现“溢流”、“旁通”和“抽空”现象。 当冷却水系统出现上述现象时： 冷却塔的进水管上安装了电动阀，而回水管上未装； 当出水电动阀关闭而进水电动阀开启时； 冷却塔水量分配不平衡时； 多台大小不同的冷却塔并联设置且集水盘水位不相同时，容易出现“溢流”问题。,避免措施：当冷却塔不运行时，同时严密关闭冷却塔进、出水电动阀。,34,目前，冷却水系统大多采用循环式冷却水系统，利用冷却塔机械循环。冷却塔中冷却水的终温一般可达到比当地的湿球温度高左右的温度（约为 ）。,冷却水系统由冷凝器、冷却塔、水泵等组成，冷却塔是以冷凝器的冷却水流量作为依据，选择低

10、噪音型，安装位置离居住区远，离制冷机近，一般安装在制冷机房屋面上，其出水管比进水管大一号，因出水管是靠重力返回水泵。同型号多台冷却塔并联使用应考虑均压连接和自动（手动）补水，且每台互为备用。,35,2、冷却水泵扬程的确定,冷却水系统的水力计算,冷却水泵所需扬程：,(mH2O),冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力（mH2O）,冷凝器阻力（mH2O）（一般为510 mH2O）,冷却塔中水的提升高度（从冷却塔盛水池到喷嘴的高差）（mH2O）,冷却塔喷嘴喷雾压力（mH2O），3-6mH2O,36,37,38,39,40,41,3.冷却水温度控制 冷却水温度控制的原则： （1）一般蒸气压缩式制冷机组的

11、冷却水进水温度要求不宜低于15.5（不包括水源热泵等特殊设计机组）； （2）吸收式制冷机组的冷却水进水温度要求不低于24 ，否则容易引起溶液结晶； （3）由于冷却水温度降低时制冷机组的COP增大，因此只要在制冷机组允许的情况下，尽量降低冷却水温度； （4）在过渡季和冬季，利用冷却塔产生较低的冷却水，实现“free-cooling”.,42,冷却水温度控制的方法 （1）风机台数控制与转速（变频）控制 过渡季节，降低风机的转速以减少能耗；多台冷却塔并联系统中，减少冷却塔的风机开启台数以降低能耗； （2）冷却水旁通控制 当冷却水温度过低时，可以在冷却水供、回水干管间设置旁通管，减少流经冷却塔的水流量

12、，提供冷却水的温度。,43,水系统实例,44,第二节 制冷机房的设计,一、设计步骤 六个步骤： 1、确定制冷机房的总冷负荷 制冷机房的总冷负荷应包括用户实际所需的制冷量以及制冷系统本身和供冷系统的冷损失。 2、确定制冷机组类型 根据用户使用要求、冷负荷及其全年变化、当地能源供应等情况，比较制冷机房一次投资和全年运行费用，确定制冷机组类型，包括制冷方式、制冷剂种类、冷凝器冷却方式等。其次，冷热源设备的选用须按技术先进性、经济性和安全可靠性等原则进行比较后确定。,45,从提供相同冷量、消耗一次能源的角度来说，电力驱动的制冷机比吸收式制冷机能耗要低。但对当地电力供应紧张，或有现成的热源，特别是有余热

13、、废热可利用的场合，应优先选用吸收式制冷机。 从能耗、单机容量和调节等方面考虑，选择电力驱动冷水机组时，当单机名义工况制冷量大于1758KW时，宜选用离心式冷水机组；当制冷量在10541758KW时，宜选用螺杆式或离心式；当制冷量在1161054KW时，宜选用螺杆式；当制冷量小于116KW时，宜选用涡旋式。,46,47,48,3、确定制冷机组的设计工况,蒸发温度（t0 ） 以冷冻水、盐水为冷媒：t0 =t冷媒 （2-3） 以空气为冷媒：t0 =t送风（6-8）,冷凝温度（tk ） 以空气为冷却介质：tk = t空气进口+（10-16） 以水为冷却介质： tk =t出水+（2-4）,49,4、确

14、定制冷机组容量和台数 设计制冷机房时，应考虑建筑物全年空调负荷的变化规律和制冷机部分负荷的调节特性，合理选择机型、单机容量、台数和全年运行方式，以便提高制冷系统在部分负荷时的运行效率，从而降低年运行费用。 一般选择2-3台同型号的制冷机组，台数不宜过多。除特殊要求外，可不设置备用制冷机组。,5、设计水系统 确定冷冻水和冷却水系统形式，选择冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的规格和台数，进行管路系统设计计算。 6、布置制冷机房,50,二、制冷机房 根据系统工艺流程，设备型式特点、操作维修等综合因素考虑。 （1） 主要通道、操作走道的宽度和压缩机突出部分与配电盘之间均应1.5m。 （2）非主要通道和操作走道宽度0.8m。 （3）压缩机突出部分1m。 （4）压缩机和设备距墙1.2m。 （5）卧式壳管式冷凝器及卧式壳管式蒸发器应考虑清洗和更换管子的空间。 （6）压缩机间或设备间其净高一般不小于3.5-4.5m，应考虑设备安装时起吊高度。 （7）采用卧式壳管式蒸发器时，应采用封闭式冷冻水系统。 （8）立式冷凝器设在机房外。 （9）各种仪表及控制器应安装在便于观察和调节的位置上。对于船用制冷装置，还应考虑这些仪表的防振