中央空调水系统设计(管道、水泵、水箱等)

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
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；
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。
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。
（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。
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
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18.5℃、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。
（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。
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。
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。
（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。
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；
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。
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
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。
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
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。
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。
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。
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：
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。
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。