暖通空調工程設計方法與系統分析Ⅱ-水、熱水系統

來自專欄 暖通南社

水系統：

一.空調水系統的組成

空調水系統包括冷(熱)水系統、冷卻水系統和冷凝水排放系統：冷凍水循環系統：來自空調設備的冷凍水回水經集水器、除污器、循環水泵，進入冷水機組蒸發器內、吸收了製冷劑蒸發的冷量，使其溫度降低成為冷凍水，進入分水器後再送入空調設備的表冷器或冷卻盤管內，與被處理的空氣進行熱交換後，再回到冷水機組內進行循環再冷卻。

熱水循環系統：主要是完成冬季空調設備所需的熱量，使其加熱空氣用，熱水循環系統需包含熱源部分。

冷卻水循環系統：進入到冷水機組的冷凝器的冷卻水吸收冷凝器內的製冷劑放出的熱量而溫度升高，然後進入室外冷卻塔散熱降溫、通過冷卻水循環水泵進行循環冷卻，不斷帶走製冷劑冷凝放出的熱量，以保證冷水機組的製冷循環。

冷凝水排放系統：排放空調器表冷器表面因結露而形成的冷凝水的水管。

空調水系統的分類：

1.按照冷媒水的循環方式分：

1）開式循環系統：它的末端管路是與大氣相通的，冷媒回水集中進入建築物的回水箱或蓄冷水池內，再由循環泵將回水打入冷水機組的蒸發器內，經重新冷卻後的冷媒供水被輸送至整個系統。

典型的開式循環系統有：組合式空調機組採用噴水室處理空氣的冷媒水系統、具有蓄冷水池的冷媒水系統等。

2）閉式循環系統：冷媒水在系統內進行密閉循環，不與大氣相接觸為了容納系統中水體積的膨脹，在系統的最高點設膨脹水箱。

典型的閉式循環系統有：組合式空調機組採用表冷器處理空氣以及風機盤管機組、新風機組的冷媒水系統等。

閉式循環的優點：

1．由於管路不與大氣相接觸，管道與設備不易腐蝕。

2．不需為高處設備提供靜水壓力，循環水泵的壓力低，從而水泵的功率相對較小。

3．由於沒有回水箱、不需重力回水、回水不需另設水泵等，因而投資省、系統簡單。

閉式循環的缺點：

1．蓄冷能力小，低負荷時，冷凍機也需經常開動。

2．膨脹水箱的補水有時需要另設加壓水泵。

開式系統的優點是：冷水箱有一定的蓄冷能力，可以減少冷凍機的開啟時間，增加能量調節能力，且冷水溫度的波動可以小一些。

開式系統的缺點是：

1．冷水與大氣接觸，循環水中含氧量高，易腐蝕管路。

2．末端設備（噴水池、表冷器）與冷凍站高差較大時，水泵則須克服高差造

成的靜水壓力，增加耗電量。

3．如果噴水池較低，不能直接自流回到冷凍站時，則需增加回水池和回水泵。

4．如果採用自流回水，回水的管徑較大，會增加投資。

2.按照供、回水管路的布置方式分：

1）同程式系統：供、回水干管中的水流方向相同（順流），經過每一環路的管路總長度相等。阻力相近。

同程式系統的優點：系統的水力穩定性好，各設備間的水流量分配均衡，調節方便。

同程式系統的缺點：由於採用回程管，管道的長度增加，水阻力增大，使水泵的能耗增加，並且增加了初投資。

2）異程式系統：供、回水干管中的水流方向相反（逆流），經過每一環路的管路總長度不相等。需在各並聯管網上增加相應的調節閥來調節水網平衡。

異程式系統的優點：異程式系統簡單，耗用管材少，施工難度小。

異程式系統的缺點：各並聯環路管路長度不等，阻力不等，水流量分配難以平衡。

同程式與異程式的比較：

同程式布置——水流量分配和調節都比較方便，容易達到水力平衡，但需要設回程管、管路長，初投資稍高，要佔用一定的建築空間。

異程式布置——水流量分配和調節都比較麻煩，不容易達到水力平衡，需要安裝平衡閥，無需回程管，管道長度較短。

對於由風機盤管機組（或新風機組）組成的供、回水系統，因支管環路的阻力不大且比較接近，而干管環路較長、阻力占的比例較大，故採用同程式布置；當風機盤管數量較大時，也應盡量採用同程布置。

對於向若干台組合式空調機組的表冷器供水的系統，因支管環路的阻力較之主幹管路的阻力大得多，故採用異程式布置。

3.按照運行調節方法分：

1） 定流量系統：系統中循環水量保持不變，當空調負荷變化時，通過改變供、回水的溫差來適應。

2）變流量系統：系統中供回水溫差保持不變，當空調負荷變化時，通過改變供水量來適應。

所謂定流量和變流量均指負荷側環路而言。

冷源側應保持定流量，其理由是：

（1）保證冷水機組蒸發器的傳熱效率；

（2）避免蒸發器因缺水而凍裂；

（3）保持冷水機組工作穩定。

4.按照系統中循環泵的配置方式分：

1）一次泵（一級泵）系統：是指冷源側與負荷側合用一組循環泵的系統，它又可分為一次泵定流量系統和一次變流量系統(對負荷側而言）。

一次泵變流量系統：

一次泵變流量系統的控制原理：

當空調房間負荷下降時，負荷側各用戶的二通調節閥相繼關閉，供、回水總管之間的壓差超過了設定值，此時，壓差控制器動作，讓旁通管路上的二通調節閥打開，使部分冷媒水不經末端設備而從旁通管直接返回冷水機組，從而確保冷水機組的水量不變。

只有當供、回水總管之間的壓差到達規定的上限值，也就是說，通過旁通管路的水量相當於一台循環泵的流量時，可停止一台循環泵和一台冷水機組的工作。

旁通管的管徑按一台冷水機組的水流量確定，通常為一台冷水機組流量的110%。

一次泵變流量系統的設計和應用：

一次泵的揚程是按克服負荷側最不利環路上的各種阻力與冷源側環路上的各種阻力之和來確定的。不能適應各供水分區壓力降相差較懸殊的情況。對於負荷側壓力降較小的環路來說，循環泵的壓力對該環路有較多的富餘，此時只好利用分水器上通向該環路的閥門節流掉，形成無效的能量消耗。

因此，當空調冷媒水系統的規模和總壓力損失均不太大、各分區供水環路彼此間的壓力損失相差不太懸殊時，冷媒水循環泵宜採用一次泵。

2) 二次泵（二級泵）系統：是指冷源側和負荷側分別配置循環泵的系統，也就是說，冷源側循環泵和負荷側循環泵是相互分開的。

二次泵系統 ：

由冷水機組、供回水總管、一次泵和旁通管組成一次環路，也稱冷源側環路；

由二次泵、空調末端設備、供回水管路與旁通管組成二次環路，也稱負荷側環路。

一次迴路：回水總管→一次泵→冷水機組→供水總管。

一次迴路負責冷凍水的製備。

二次迴路：供水總管→二次泵→末端設備→回水總管。

二次迴路負責冷凍水的輸配。

二次泵變流量系統的控制原理：

1）一次環路按定流量運行，採用「一泵對一機「的方式，一次泵的揚程為冷水機組的蒸發器阻力與一次環路各部件阻力之和。

2）二次環路按變流量運行，二次泵的台數，不必與一次泵相對應，主要滿足供水分區的需要。二次泵的台數必須大於或等於設計所劃分的二次供水環路數。二次泵的揚程為空調末端設備的阻力與二次環路各部件阻力之和。

二次泵變流量系統的設計與應用：

二次泵變流量系統的特點是：系統較複雜、自控要求高、初投資大，可以實現水泵的變流量運行，能節省輸送能耗並能適應供水分區的不同壓力降等。因此，當系統規模和總壓力損失均大、各分區之間壓力損失的差額較為懸殊時，冷媒水的循環泵宜採用二次泵。

根據我國的工程實踐，除了「系統較大，負荷側環路多，且壓差相差懸殊，各環路的負荷變化較大」等條件外，還要考慮「資金、機房和管理都有條件者」才可以採用二次泵系統。

空調水系統的承壓和分區：

1、空調冷凍水系統的承壓

1.系統的最高壓力：在系統的最低處或水泵的出口處，設計時應對各個點的壓力進行分析，以選擇合理的設備。在圖 所示的系統中分析下列三種情況：

a.系統停止運行時，A點承壓最大： PA= 9.81 h

b.系統正常運行時，A點和 B點均可能承壓最大： PB= 9.81×h1+Pg–HCB

PA= 9.81×h+Pg–HCB–HBA

c.當系統開始運行時，閥門可能處於關閉狀態，則 B 點壓力最大（等於靜水壓力與水泵全壓之和）：

PB=9.81×h1+P

2、冷凍水系統的垂直分區

空調水系統的分區通常有兩種方式，即按水系統承受的壓力來分區和按承擔空調負荷的特性來分區。

(1)分區的原則：空調水系統是否要分區，主要由空調末端設備和製冷設備的允許承壓來考慮。一般來說，當建築總高度H≤100m時，冷媒水系統不宜豎向分區，可以「一泵到頂」。

目前，我國空調設備生產廠家生產的空調機組和風機盤管機組的承壓能力為1.0MPa，特殊要求可以達到1.6MPa；對於壓縮式冷水機組，一般承壓能力為1.0MPa，加強型可達1.7MPa，特別加強型可達2.0MPa對於溴化鋰吸收式冷溫水機組，一般承壓能力為0.8MPa，特殊要求也可以提高其承壓能力。至於輸水用的普通焊接鋼管一般承壓能力為2.0MPa，閥門等配件一般也在1.6 MPa以下。

根據以上分析，當建築中高度H小於70m時，設備工作壓力1.0MPa就可滿足要求；當建築總高度為70～110m時，設備工作壓力1.6 MPa可滿足要求。所以梵谷度在110m以下的建築，完全可以「一泵到頂」，不必分區。當建築總高度在110m以上時，空調冷媒水系統豎向必須分區。

在100m以上超高層建築中，通常採用以下幾種豎向分區的方法：

1)不同分區水系統合用同一冷熱源，用換熱器作為分界設備。

優點：高低兩區共用一個集中的冷熱源機房，形式簡單，仍保持閉式循環，運行費用較低。

缺點：與低區相比，高區在供冷時冷凍水溫度要高几度；在供暖時熱水溫度要低幾度。同樣條件下，高區選用的空調設備規格要比低區的稍大。

各個分區的高度應不超出換熱器的承壓能力。

2)不同分區各自設冷熱源，自成獨立水系統。

機房並置於建築物中部的設備層內

機房分別置於建築物的底層和頂層：

底層系統冷卻塔可布置於裙房屋頂上，頂層系統的冷卻塔可布置於樓頂上，故工程實施較容易。但機房分散，管理不便。

獨立水系統的豎向分區方式，缺點是各系統間相互獨立，冷水機組、水泵等設備均不能互為備用，增大了投資；且在低負荷時，各系統設備均在低負荷下運行，效率降低，能耗增大。

3）當建築總高度在100～120m時，對高區的若干層可採用自帶冷（熱）源的空調器（水源熱泵系統或多聯機系統），而將冷水機組設在地下設備層。

冷凍水系統設計及設備選型：

1、主機選型：

主機選型注意事項：

a、一般來說，單機名義工況製冷量小於或等於116kW的場合，以選用活塞式、渦旋式冷水機組為宜；單機容量為116-700kW的場合，以選用活塞式冷水機組或螺桿式冷水機組為宜；單機容量為700-1054kW的場合，以選用螺桿式或離心式冷水機組為宜；單機容量在1758kW以上的場合，應選用離心式冷水機組。

b、冷水機組台數的確定，一個冷凍站內選用冷水機機組台數多與少，各有利弊。從調節靈活、有利於節能的角度考慮，台數多些為好；從設備投資、佔地面積及維修管理等方面考慮，台數不宜太多，多為2-5台。機組台數的多少應按空調工程規模的大小、空調負荷變化規律及部分負荷運行的調節要求而定：規範中規定不宜少於2台；當小型工程僅設1台時，應選擇調節性能優良、運行可靠的機型。

2、水泵選型

1）、水泵選擇原則及注意事項:

a、首先要滿足最高運行工況的流量和揚程,並使水泵的工作狀態點處於高效率範圍；

b、泵的流量和揚程應有10%~20%的富裕量；

c、當流量較大時,宜考慮多台並聯運行,並聯台數不宜超過三台；

d、多台泵並聯運行時,應儘可能選擇同型號水泵；

e、選泵時必須考慮系統壓力對泵體的作用,注意水泵殼體和填料的承壓能力以及軸向推力對密封環和軸封的影響。高層建築水系統採用閉式循環時,系統的壓力大大超過系統克服沿程摩擦和局部阻力損失所需的壓力,在選用水泵時應註明所承受的靜壓值,必要時由製造廠家做特殊處理；

f、一般工程可按總管長的5~7m/100m選取損失揚程,再加上設備的損失揚程，即得到閉式系統水泵總揚程；開式系統總揚程與閉式系統總揚程不同，除系統損失揚程與設備的損失揚程外，還得加上系統的靜水壓力。

g、兩管制空氣調節水系統，宜分別設置冷水和熱水循環泵。當冷水循環泵兼作冬季的熱水循環泵使用時，冬、夏季水泵運行的台數及單台水泵的流量、揚程應與系統工況相吻合；

h、一次泵系統的冷水泵以及二次泵系統中一次冷水泵的台數和流量，應與冷水機組的台數及蒸發器的額定流量相對應；

i、二次泵系統的二次冷水泵台數應按系統的分區和每個分區的流量調節方式確定，每個分區不宜少於2台；

j、空氣調節熱水泵台數應根據供熱系統規劃和運行調節方式確定，不宜少於2台；嚴寒及寒冷地區，當熱水泵不超過3台時，其中一台宜設置為備用泵。

注意水泵並聯運行時流量情況：

由表可見：水泵並聯運行時，流量有所衰減；當並聯台數超過3台時，衰減尤為厲害。故強烈建議：

1.選用多台水泵時，要考慮流量的衰減，留有餘量。

2.空調系統中水泵並聯不宜超過3台，即進行製冷主機選擇時也不宜超過三台。

2）、冷凍水泵揚程的確定：

最不利環路阻力計算經驗公式如下：

Hmax=hm+hs+0.05L×（1+K）+P

式中：hm—機組蒸發器的水壓降，mH2O；

hs—最不利環路中並聯的各台空調末端裝置的水壓損失最大一台水壓降，0.05L：沿程損失取每100m管長約5mH2O；

K—最不利環路中局部阻力當量長度總和與直管總長的比值，當最不利環路較長時K取0.2-0.3；最不利環路較短是K取0.4-0.6。

P—開式系統的靜水高度，mH2O，閉式系統則為0。

再乘以1.1～1.2的安全係數。

（1）冷凍水泵揚程的組成：

制冷機組蒸發器水阻力：一般為5~7mH2O；（具體可參看產品樣本）

末端設備（空氣處理機組、風機盤管等）表冷器或蒸發器水阻力：一般為5~7mH2O；（具體值可參看產品樣本）

回水過濾器，二通調節閥等的阻力，一般為3~5mH2O；

分水器、集水器水阻力：一般一個為3mH2O；

製冷系統水管路沿程阻力和局部阻力損失：一般為7~10mH2O；綜上所述，冷凍水泵揚程為26~35mH2O。

（2）冷卻水泵揚程的組成：

制冷機組冷凝器水阻力：一般為5~7mH2O；（具體值可參看產品樣本）

冷卻塔噴頭噴水壓力：一般為2~3mH2O；

冷卻塔（開式冷卻塔）接水盤到噴嘴的高差：一般為2~3mH2O；

回水過濾器，二通調節閥等的阻力，一般為3~5mH2O；

製冷系統水管路沿程阻力和局部阻力損失：一般為5~8mH2O；

綜上所述，冷卻水泵揚程為17~26mH2O。

注意：揚程的計算要根據製冷系統的具體情況而定，不可照搬經驗值!

3）、水泵的連接

1．在連接水泵的吸入管和壓出管上宜安裝軟性接頭，有利於降低和減弱水泵的震動和雜訊的傳遞。

2．水泵的出口宜裝止回閥，目的是為了防止水泵突然斷電時水逆流，而使水泵的葉輪受損。

3．水泵的吸入管和壓出管上應分別設置進口閥和出口閥，目的是便水泵不運行時能不排空系統內的存水而進行檢修，進口閥通常是全開，常採用價廉、流動阻力小的閘閥，但絕對不允許做調節水量用，以防水泵產生氣蝕。而出口宜採用有較好調節性能、結構穩定可靠的截止閥或蝶閥。

4．安裝在立管上的止回閥的下游應設有放水管，便於管道清洗和排污。

5．水泵的出水管上應裝有壓力表和溫度計，以利檢測；如果水箱從低位水箱吸水，吸水管上還應裝有真空表。

3、空調水系統定壓的功能

1.防止水系統中的水汽化，也就是說，水系統中壓力最小，水溫最高處的壓力要高於該處水汽化的飽和壓力。

2.防止水系統的水倒空，也就是說，必須保證水系統無論在運行中，還是停止運行時，管路及設備內都要充滿水，以防系統倒空，吸入空氣；為此，必須保證管道中任何一點的壓力都要高於大氣壓力。

供暖及空調水系統的定壓補水方式大致有：高位膨脹水箱加定頻補水泵、密閉定壓補水裝置(各種形式的氣壓罐加定頻補水泵)、變頻補水泵加超壓泄水、定頻補水泵加超壓泄水等。

GB50019—2003《採暖通風與空氣調節設計規範》第6.4.13條規定，「宜採用高位膨脹水箱定壓」，而條文說明更強調「推薦優先採用」。

在工程中，應優先採用高位開式膨脹水箱，因為它運行時無需消耗電能，工作穩定可靠。只有當建築物無法設置高位開式膨脹水箱時，採用氣壓罐方式。

開式膨脹水箱定壓的補水系統：

膨脹水箱：

在閉式循環的空調水系統中，膨脹水箱的作用：

①容納水受熱膨脹後多餘的體積；

②向系統補水排氣；

③解決系統的定壓問題。

膨脹水箱的設置和配管：

膨脹水箱的安裝高度，應至少高出系統最高點0.5m（通常取1.0 ～1.5m）。

膨脹水箱上的配管有膨脹管、信號管、溢水管、排水管和循環水管等。從信號管至溢出水管之間的膨脹水箱容積，就是有效膨脹容積。

膨脹水箱的容積和選型：

① 膨脹水箱的容積是由系統中水容量和最大的水溫變化幅度決定的,可以用下式計算確定：

Vp=α*△t * Vs

Vp—膨脹水量 ，（m3/h）

α—水的體積膨脹係數，α=0.0006L/℃

△t—水的平均溫差，冷水取15℃，熱水取45℃

Vs—系統內的水容量，m3 （系統中管道和設備內存水量總和）。

估算時膨脹量Vp：冷水約0.1L／kW；熱水約0.3 L／kW。或按下表：

空調水系統的單位水容量表(L／m2建築面積)

②調節水量的確定：調節水量Vt為補水泵3min的流量，且保持水箱調節水位不小於200mm。估算時一般取膨脹水量的一半。

③膨脹水箱的有效容積： V＝Vp+Vt,一般V取1.5Vp

膨脹管管徑的確定：

4、空調水系統的坡度,排氣,泄水, 除污：

空調供回水管坡度一般要求採用0.003，不得小於0.002。如因條件限制，可無坡度敷設，但管中的水流速度不得小於0.6m/s。

空調水管道必須計算其熱膨脹。當利用管段的自然補償不能滿足要求時，應設置補償器。

空氣調節水系統應在最高處設置排氣裝置,在管道上下拐彎及立管的底部設置泄水裝置。

冷水機組或換熱器、循環水泵、補水泵等設備的入口管道上，應根據需要設置過濾器或除污器。

自動排氣閥：

水系統防止「氣塞」的措施：

1）管道設坡度及坡向，避免氣體積聚；

2）保持管道流速>0.3m/s；

3）在可能形成氣體積聚的管路上，安裝性能可靠的自動排氣閥。

優質自動排氣閥由閥體和阻斷閥兩部分組成，一般為黃銅製作。閥體拆裝時，阻斷閥能自動封閉管路。如果沒有阻斷閥，則應增設關閉閥門。

集氣罐：通常用於採暖系統，集氣罐口徑大於等於干管管徑的1.5~2倍，使集氣罐中水流速<0.05m/s。接DN15的排氣管。

手動放風門：採暖散熱器和風機盤管上一般都設有手動放風門用於排除空氣。

5、集水器，分水器

在空調水系統中，為有利於各空調分區流量分配和調節靈活方便，常常在供、回水干管上設置分水器和集水器，再從分水器和集水器分別連接各空調分區的供水管和回水管，這樣在一定程度上也起到均壓的作用。

分水器和集水器的筒身直徑，可按並聯接管的總流量和通過分水器和積水器時的斷面流速為1.0～1.5m/s來確定。流量特別大時，允許增大流速，但最大不宜超過4.0m/s。也可以按經驗估演算法來確定管徑，即D=1.5～3.0dmax，其中dmax為支管中的最大管徑。

分水器和集水器上應安裝壓力表和溫度計，並應加強保溫。在其底部應有排污管介面，管徑一般為DN40。

集分水器尺寸確定：

管徑的確定：按並連接管的總流量通過集管斷面流速V=1.0-1.5m/s確定，最大不宜超過4m/s。分支管管內流速一般為V=2.0m/s。

6、水系統閥件：

水系統中設置的閥一般有兩個作用：一是起調節作用，調節管網中的水量，另外是起關斷作用，如變換季節時的冷、熱源轉換，或設備檢修時，用閥門關斷。分為截斷閥類、調節閥類、分流閥類、止回閥類、安全閥 。

單向閥（止回閥）：一種只允許介質向一個方向流動的閥門，具有嚴格的方向性，主要用於防止水倒流的管路上 ，有水平安裝和垂直安裝之分。

電動壓差旁通閥：

壓差調節裝置的工作原理：壓差調節裝置由壓差控制器、電動執行機構、調節閥、測壓管以及旁通管等組成，其工作原理是壓差控制器通過測壓管對空調系統的供回水管的壓差進行檢測，根據其結果與設定壓差值的比較，輸出控制信號由電動執行機構通過控制閥桿的行程或轉角改變調節閥的開度，從而控制供水管與回水管之間旁通管道的冷凍水流量，最終保證系統的壓差恆定在設定的壓差值。當系統運行壓差高於設定壓差時，壓差控制器輸出信號，使電動調節閥打開或開度加大，旁通管路流量增大，使系統壓差趨於設定值；當系統壓差低於設定壓差時，電動調節閥開度減小，旁通流量減小，使系統壓差維持在設定值。

平衡閥：

1.平衡閥作用：

平衡閥是一種特殊功能的閥門，有定量的測量功能和調節功能，系統調試時，調試人員通過與專用智能儀錶人機對話，對平衡閥進行調整，即可實現系統的水力平衡。

它具有良好的流量調節特性，相對流量與相對開度呈線性關係。

有精確的閥門開度指示，最小讀數為閥門全開度的1%。

有可靠的開度鎖定記憶裝置，閥門開度變動後可恢復至原鎖定位置。

有截止功能，安裝了平衡閥就不必再安裝截止閥。

平衡閥屬於調節閥範疇，它的工作原理是通過改變閥芯與閥座的間隙（即開度），改變流體流經閥門的流通阻力，達到調節流量的目的。平衡閥相當於一個局部阻力可以改變的節流元件。

2.按照功能和用途分為：

動態平衡閥(原理是使末端流量不會因為管網壓力波動受影響，

適用於異程管路，變流量水系統）

（1）動態平衡電動調節閥〔空調箱、新風機組用〕

在一個閥體上實現動態流量平衡和比例積分調節同步的功能。可根據水溫自動進行季節轉換，保持冬夏兩季的水力平衡。

（2）動態平衡電動二通閥（風機盤管用）

在一個閥體上實現電動二通閥和動態平衡同步的功能，以保證風機盤管的用量穩定。進入盤管水流量的變化只與溫度有關而與系統壓力變化無關。

（3）動態壓差平衡閥（分集水器間用）

具備保持系統供回水間壓差穩定的功能。當供回水壓差超過設定值時，閥門開始工作調節，直至供回水的壓差穩定在設定值狀態下。

3.選用平衡閥時應注意事項：

1）閥門的壓差(降)△p應大於3kPa，否則會影響測量的準確性，而閥門的局部阻力係數為10～14，按此折算出管內水流速度應大於0.7m／s，這樣可使閥門口徑與管徑相同，不作變徑。

2）平衡閥應儘可能設在回水管上，以保證供水壓力不致降低。

3）為使流經閥門前後的水流穩定，保證測量精度，平衡閥應儘可能安裝在直管段上，滿足閥前為5D、閥後為2D的要求(D為管道公稱直徑)。當閥前為水泵時，直管段長度應加大至10D。

7、空調冷凝水系統設計

1．系統形式：一般採用開式重力非滿管流。

2．凝水管材料

為避免管道腐蝕，冷凝水管道可採用聚氯乙烯塑料管或鍍鋅鋼管，不宜採用焊接鋼管。當採用鍍鋅鋼管時，為防止冷凝水管道表面結露，通常需設置保溫層。

3.冷凝水管道的設置

1 當空氣調節設備的冷凝水盤位於機組的正壓段時，冷凝水盤的出水口宜設置水封；位於負壓段時，必須設置水封，水封的高度應比集水盤處的負壓(水柱高)大50％左右。水封的出口與大氣相通。

2 冷凝水盤的泄水支管沿水流方向坡度不宜小於0.01；冷凝水水平干管不宜過長，其坡度不應小於0.002，且不允許有集水部位。

3 冷凝水水平干管始端應設置掃除口。

4 冷凝水管道宜採用排水塑料管或熱鍍鋅銅管，管道應採取防凝露措施。

5 冷凝水排入污水系統時,應有空氣隔斷措施，冷凝水管不得與室內密閉雨水系統直接連接。

6 冷凝水管管徑應按冷凝水的流量和管道坡度確定。

7 冷凝水立管頂部應設計通大氣的透氣管。

空氣凝結水管管徑估算表

冷卻水系統設計：

1、冷卻水的製造設備—冷卻塔

冷卻塔是一種特殊的熱交換器，它利用水和空氣的接觸，通過熱交換與質交換來排放冷卻水所吸收的空調系統廢熱。

冷卻塔俗稱冷水塔、涼水塔等，其種類繁多。

按通風方式分為自然通風冷卻塔、機械通風冷卻塔、混合通風冷卻塔。

按水和空氣的接觸方式分為乾式冷卻塔、濕式冷卻塔、乾濕式冷卻塔。

按水和空氣流動方向的相對關係分為逆流式冷卻塔、橫流式冷卻塔、混流式冷卻塔。

其它：如噴流式冷卻塔、無風機冷卻塔、雙曲線冷卻塔、無填料噴霧式冷卻塔等。

此外，還有密閉式冷卻塔。

圓形逆流式冷卻塔：

方形橫流式冷卻塔：

橫流式冷卻塔是指空氣通過填料是橫向流動的。冷卻塔中空氣和水熱交換不如逆流式冷卻塔充分，冷卻效果較差。但是由於冷卻塔不需要專門設置進風口。所以塔體的高度低，而且配水比較均勻，另外配水管的高度較低，工作時水泵的揚程低，耗電較小。

方形逆流式冷卻塔：

逆流式冷卻塔：在塔內空氣和水通過填料時的流動方向是相逆的，熱水從上向下淋灑，而空氣從下向上流動。冷卻效果比較好，橫斷面積相對較小，其缺點是配水不夠均，而且塔體高度較大。

橫流式和逆流式的比較：

冷卻塔的工作原理：

冷卻水在冷卻塔中的散熱方式：接觸散熱和蒸發散熱。

接觸散熱：

冷卻水與空氣接觸時，視冷卻塔進水溫度Tw1與空氣溫度Tq1的不同，有三種傳熱情況：

當Tw1＞Tq1時，冷卻水向空氣傳遞熱量，冷卻水得到冷卻；當Tw1＝Tq1時，冷卻水與空氣無熱量傳遞，冷卻水溫不變；當Tw1＜Tq1時，空氣向冷卻水傳遞熱量，冷卻水溫度升高。

因此，當外界環境溫度等於或高於冷卻水溫時，冷卻塔的接觸散熱冷卻失效。這時，其冷卻效果將完全取決於冷卻水的蒸發散熱，冷卻效果將明顯降低。

蒸發散熱：

氣象因素對冷卻水蒸發散熱的影響：

空氣溫度的影響：氣溫（幹球溫度）越高，蒸發散熱越強烈；

空氣濕度的影響：空氣的相對濕度越小，蒸發散熱越快；相反，環境濕度大，蒸發散熱就差。當空氣中的水蒸氣達到飽和時，蒸發無法進行，蒸發散熱量等於零。

空氣壓力的影響：空氣壓力越低，水就越容易蒸發。提高冷卻塔的通風量，可以有效降低冷卻水表面的靜壓力，有利於冷卻水的蒸發散熱。

風速的影響：風速越大，對流傳熱係數越大。除密閉式冷卻塔以外，各種開敞式冷卻塔都需要利用自然通風或機械通風。

綜上所述，冷卻水在冷卻塔中的冷卻過程是與大氣進行熱量交換的過程，其冷卻效果受大氣氣象條件的綜合影響很大。

冷卻水散熱的幾種狀況：

設接觸散熱量為Qj，蒸發散熱量為Qc，總散熱量為Q，則：

當Tw1＞Tq1時，接觸散熱和蒸發散熱都由冷卻水向空氣傳熱，冷卻水所散發的總熱量為Q=Qj+Qc。

當Tw1= Tq1時，接觸散熱量Qj= 0，冷卻水的散熱量僅為蒸發散熱量，即總散熱量Q=Qc。

當Tv＜Tw1＜Tq1時，接觸散熱是空氣向冷卻水傳熱，使冷卻水溫度升高；蒸發散熱是冷卻水向空氣傳熱，使冷卻水溫度降低。則冷卻水散熱量Q = Qc－Qj，如果Qj＜Qc，則Q=Qc－Qj＞0，冷卻水溫降低，散熱有效；Qj＝Qc，則Q=Qc－Qj =0，冷卻水溫不變，散熱無效；Qj＞Qc，則Q=Qc－Qj＜0，冷卻水溫升高，散熱失效。

可見，冷卻水的散熱與室外氣象條件關係很大，具有不確定性。

評價冷卻塔冷卻性能的技術指標：

衡量冷卻塔的冷卻性能常用三個指標：

冷卻塔的進水溫度Tw1和出水溫度Tw2之差ΔTw，ΔTw被稱為冷卻溫差。溫差ΔTw越大，則冷卻效果越好，所需的冷卻水流量越少。

出水溫度Tw2和空氣濕球溫度Tv之差ΔTv，ΔTv稱為冷卻幅高，簡稱冷幅。ΔTv越小，則冷卻效果越好。但ΔTv不可能等於零，一般為3～4℃。溫差ΔTw與冷幅ΔTv之比，稱為冷卻效率η，簡稱冷效，η=ΔTw /ΔTv。

註：濕球溫度Tv代表在當地氣溫條件下，水可能被冷卻的最低溫度，也是冷卻塔出水溫度的極限值。

冷卻塔的淋水密度。淋水密度指1m2有效面積上每小時所能冷卻的水量。淋水密度大，則冷卻塔的運行效率高；淋水密度小，則運行效率低。

2、空調冷卻水系統

空調冷卻水系統是指由冷水機組的冷凝器、冷卻塔、冷卻水箱和冷卻水循環泵等組成的循環冷卻水系統。

冷卻水泵的安裝位置：

空調冷卻水系統大多數是開式系統，其冷卻塔的揚程水位及大氣壓力是唯一可提供給冷卻水泵吸入端的正壓。因此，冷卻水泵必須安裝在冷水機組冷凝器的進水端，以減小系統的輸送能耗。水泵的安裝位置也應儘可能低。

冷卻水系統最常見的管路配置：

水泵、冷水機組、冷卻塔一一對應配置

優點：各台冷水機組的冷卻水系統各自獨立，流量匹配；各個冷卻塔之間也無需設置「平衡管」。

缺點：耗用的管材較多，初投資較大。

水泵、冷水機組、冷卻塔均各自並聯的冷卻水管路

優點：各種設備均不用另外配備備用設備；使用的管材少，投資小。

缺點：當冷水機組（冷凝器）大小不相同時，設備之間的冷卻水流量匹配較困難。

當數台冷卻塔並聯使用時，要特別注意避免因並聯管路阻力不平衡而造成水量分配不均現象。因此：

一.冷卻塔的進水支管和出水支管上均要安裝電動控制閥；

二.各個冷卻塔的集水池之間採用平衡管連接；

三.是採用比進水干管大兩號的出水集管。

3、冷卻塔的設置位置

（1）冷卻塔應布置在環境清潔、氣流通暢、通風良好、遠離高溫的地方，以確保其冷卻效率。

（2）多台冷卻塔並聯使用時，冷卻塔之間應設平衡管 或共用連通水槽，以避免各台冷卻塔補水和溢水不均勻，造成浪費。平衡管的管徑宜比總回水管的管徑放大一號，且與各塔出水管的連接應為管頂平接。

（3）冷卻塔的總供、回水管之間，宜設旁通管並裝電動兩通調節閥或采三通調節閥調節控制，保證冷卻水混合溫度滿足冷水機組對冷卻水低溫保護要求；並宜採用出水溫度控制風機啟停或變頻調速控制，達到節電目的。

4、冷卻水管路的計算：

（1）冷卻塔冷卻水量：W=Q/[c（tW1-tW2）] kg/s

式中，Q—冷卻塔排走的熱量，KW；

（tW1-tW2）—冷卻塔的進出水溫差,℃；

2）、冷卻水泵揚程：HP=hf+hd+hm+hs+ho

式中 hf、hd—總的沿程阻力和局部阻力，mH2O；

hm—冷凝器阻力，mH2O；

hs—冷卻塔中水的提升高度（從冷卻塔盛水池到噴嘴的高度），mH2O；

ho—冷卻塔噴嘴噴霧壓力，約等於5 mH2O。

再乘以1.1～1.2的安全係數。

我們建議：電動製冷時，冷卻塔的補水量取為冷卻水流量的1%~2%；溴化鋰吸收式冷水機組的補水量取為冷卻水流量的2%~2.5%。

5、冷卻塔供冷系統

熱水設計：

常見熱水供水方式一：

說明：

1、熱水循環泵、回水泵承受水溫不得低於60℃。

2、進水一般為自來水，需要在機組的進水口安裝過濾器，防止雜質進入機組；若水質較差，則需安裝電子水處理儀進行處理，以保證水質。

3、加熱運行說明：當水箱水位達到中水位時，熱水循環泵開啟，補水電磁閥打開，機組啟動制熱，向儲熱水箱補水；當水箱水位達到高水位的時候，機組停機。

4、回水控制：當用戶側水系統長時間無用水時，系統水管內水溫下降到某一設定值，回水泵啟動，將儲熱水箱內的熱水吸入管網，使管內水溫上升；當熱水管中水溫升至儲熱水箱水溫時，水泵關閉，從而保證取水點水溫與儲熱水箱水溫保持一致。

常見熱水供水方式二：

說明：

1、熱水循環泵、回水泵承受水溫不得低於60℃。

2、最多可以16台機組並聯在同一系統使用。各台機組的進水口必須安裝球閥，調節機組進水流量。

3、進水一般為自來水，需要在機組的進水口安裝過濾器，防止雜質進入機組；若水質較差，則需安裝電子水處理儀進行處理，以保證水質。

加熱運行說明：當水箱水位低於中水位時，熱水循環泵開啟，補水電磁閥打開，機組啟動制熱，向儲熱水箱補水；當水箱水位達到高水位的時候，機組停機。

4、回水控制：當用戶側水系統長時間無用水時，系統水管內水溫下降到某一設定值，回水泵啟動，將儲熱水箱內的熱水吸入管網，使管內水溫上升；當熱水管中水溫升至儲熱水箱水溫時，水泵關閉，從而保證取水點水溫與儲熱水箱水溫保持一致。

1、熱水量的確定

參數確定：

冬季最低日平均溫度—《暖通設計室外參數表》

冷水的計算溫度—應以當地最冷月平均水溫資料確定。當無水溫資料時，查得廣東地面冷水的計算溫度10-15 ℃ （《建築給排水設計規範GB50015-2009》P96）

額定機組自來水進水溫度15 ℃，熱水出水溫度為55 ℃。

熱水定額按需統計：

《建築給排水設計規範GB50015-2009》 P92《熱水用水定額》表（此規範為60℃熱水標準），因此計算熱水量時應轉換成機組熱水出水溫度55℃的熱水量。

2.熱水耗熱量

根據熱水用水量和被加熱水的溫升，按下式計算：

Q=cm△t

其中：

Q—設計每天的耗熱量（ Kcal ）

△t—冷熱水溫差（ ℃ ）

m—每天用水量（kg）

c—水的比熱（1Kcal/kg.℃）。

3.設備選型

⑴.熱泵熱水機組選型：

將按照以上方式計算出的熱水耗熱量單位換算成KW，即可參照產品手冊進行選型。

W=Q/(860*t)

Q-每天熱水熱負荷 Kcal ;

860--熱量與功率的換算值，1kw=860 Kcal/s;

t--機組工作的時間小時（一般按照每天工作10~14小時計算）

W--機組總功率KW

⑵. 儲熱水箱（罐）選型：

V水箱 =L*A*h*K/H

V水箱--儲水箱容積m3；

L---每天熱水用量m3；

A---熱水小時變化數（最高日最高時用水量與該日平均是用水量的比值，《建築給排水設計規範》上可查）；

h---保證用水高峰小時數，一般取2-5小時；

K---安全係數，取1.1-1.3左右；

H---不同建築熱水日用水時間（小時，《建築給排水設計規範》上可查）；

住宅熱水小時變化係數：

熱水循環泵：循環水泵的揚程應為主機中冷媒-水路換熱器水壓降△P（約5KPa）、主機與水箱熱水進水管高度差Z、管路沿程阻力損失和局部阻力損失四項之和的1.1~1.2倍。沿程阻力損失和局部阻力損失應從水力計算求出，做估算時，局部阻力損失可取5m水柱，沿程損失可取每100m管長約5m水柱，若管路長為L，總結為經驗公式為：H=△P+Z+5m+0.05L

當機組和水箱同層安裝時，水泵額定揚程15m以上。

水泵的流量約為主機進水流量的1.3倍。

冷水增壓泵：為保證機組進水壓力及克服機組管道的阻力及機組內部閥門、過濾器及套管換熱器的阻力，要求水箱與主機同層安裝的工程上，水泵運行時額定揚程必須保證15-25m範圍內。

測量機組補水口自來水壓力，當自來水壓持續穩定在0.25MPa以上是，可不需要安裝增壓泵；當自來水壓持續0.1MPa＜P＜0.25MPa時，15m≤增壓泵揚程≤20m；當自來水壓持續小於0.1MPa時，20m≤增壓泵揚程≤25m。

熱水回水泵：回水泵揚程H應為儲水箱熱水出口與末端管路高度差Z、管路沿程阻力損失和局部阻力損失三項之和的1.1-1.2倍。做估算時，局部阻力損失可取5m水柱，沿程阻力損失可取每100m管長約5m水柱，若管路場為L，則經驗公式計算如下：

H=（5m+Z+0.05L）*1.1-1.2

水泵流量為高峰用水時系統水流量的1.3倍。

4.熱水配水管選型計算方法與空調水系統的計算方式相同，但對於流速的選擇應注意以下兩點：

1、在進行熱水管道水力計算時，管道中的水流速不宜大於1.5m/s，當管道的管徑小於25mm時，流速宜採用0.6~0.8m/s；

2、由於熱水溫度較高，其密度和運動粘滯係數比冷水小，且管道是容易結垢的，因此在進行水力計算時應考慮以上因素，參照設計手冊上的管道水力計算表來確定管徑和水頭損失。

熱水管道水力計算表（t=60℃,絕對粗糙度為1mm ）

熱水配水管選型(水力計算參考表)

管道管徑單位為mm, R：單位長度水力損失（Pa/m）；v：流速（m/s）。

本文來源於互聯網，作者：格力。暖通南社整理編輯。