中央空调水系统设计(管道、水泵、水箱等)

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(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。
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
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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。
V=0.006×(65-7)×(2~3)Qo =(0.07~0.1)Qo (升)
(2)膨胀水箱的设置及其配管 膨胀水箱的安装高度,应至少高出系统最高点0.5m(通
常取1.0 ~1.5m)。安装水箱时,下部应作支座,支座长度应超 出底板100 ~200mm,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。
(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,冷媒水旁流 过末端设备,直接 进入回水管网。
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。需注意,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。
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。
5.2.2 高层建筑空调水系统设计中若干问题
1.空调水系统的分区
(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H≤100m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 . 0 MPa, 加 强 型 可 达 1 . 7 MPa, 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1.6 MPa以下。
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。
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。
5) 当建筑总高度在100~120m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。
2.空调水系统冬季、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;
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。
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70~110m时,设备工作压力1.6 MPa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,空调冷媒水系统竖向必须分 区。
(2) 空调水系统竖向分区的可能方案
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1.1 ~1.2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1.1
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
3)当空调冷媒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,冷媒水循环泵宜采用 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。
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。
目前,空调水系统的定压方式有两种, 一是高位开式膨胀水箱方式; 二是气压罐方式(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。
4.膨胀水箱的设置和配管中的几个问题
在闭式循环的空调水系统中,膨胀水箱的作用 ① 容纳水受热膨胀后多余的体积; ② 解决系统的定压问题; ③ 向系统补水。 (1)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2~3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:
(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。
3.空调水系统的定压问题
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。
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。
(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。
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。
空调水系统设计
空调水系统包括冷(热)媒水系统和冷却水系统两部分。 冷媒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。
~1.2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。
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。
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2/3~4/5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;
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。不能适应各供水分区压力 降相差较悬殊的情况。对于负荷侧压力降较小的环路来说,循环泵 的压力对该环路有较多的富余,此时只好利用分水器上通向该环路 的阀门节流掉,形成无效的能量消耗。
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