空调风、水系统设计

第二章 空气调节工程设计方法 2.1空调系统风道设计 2.1.1风道设计的基本知识 一 . 风道的布置原则 风道布置直接关系到空调系统的总体布置 ， 它与工 艺 、 土建 、 电气 、 给排水等专业关系密切 ， 应相互配合 、 协调一致 。 1 空调系统的风道在布置时应考虑使用的灵活性 。 当系统服务于 多 个房间时 ， 可根据房间的用途分组 ， 设置各个支风道 ， 以便与调节 。 2 风道的布置应根据工艺和气流组织的要求 ， 可以采用架空明敷设 ， 也可以暗敷设于地板下 、 内墙或顶棚中 。 3 风道的布置应力求顺直 ， 避免复杂的局部管件 。 弯头 、 三通等管 件应安排得当 ， 管件与风管的连接 、 支管与干管的连接要合理 ， 以 减少阻力和噪声 。 4 风管上应设置必要的调节和测量装置 （ 如阀门 、 压力表 、 温度计 、 风量测定孔 、 采样孔等 ） 或预留安装测量装置的接口 。 调节和测量 装置应设在便于操作和观察的地方 。 5 风道布置应最大限度地满足工艺需要 ， 并且不妨碍生产操作 。 6风道布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原 则。 二 . 风管材料的选择 用作风管的材料有薄钢板 、 硬聚氯乙烯塑料板 、 玻璃钢板 、 胶合板 、 铝板 、 砖及混凝土等 。 需要经常移动的风管 ， 则大多采用柔性材料制 成各种软管 ， 如塑料软管 、 金属软管 、 橡胶软管等 。 薄钢板有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。钢板厚度，一般采用 0.5 1.5mm左右。 对于有防腐要求的空调工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃钢 板制作的风管。仅限于室内应用，且流体温度不可超过 -10 +60 。 以砖、混凝土等材料制作风管，主要用于与建筑、结构相配合的 场合。 三 . 风管断面形状的选择 风管断面形状有圆形和矩形两种 。 圆形断面的风管强度大 、 阻力 小 、 消耗材料少 ， 但加工工艺比较复杂 ， 占用空间多 ， 布置时难以 与建筑 、 结构配合 ， 常用于高速送风的空调系统；矩形断面的风管 易加工 、 好布置 ， 能充分利用建筑空间 ， 弯头 、 三通等部件的尺寸 较圆形风管的部件小 。 为了节省建筑空间 ， 布置美观 ， 一般民用建 筑空调系统送 、 回风管道的断面形状均以矩形为宜 。 常用矩形风管的规格如下表所示。为了减少系统阻力，并考虑 空调房间吊顶高度的限制，进行风道设计时，矩形风管的高宽比宜 小于 6，最大不应超过 10。 外边长 （ 长 宽 ） (mm) 120 120 320 200 500 400 800 630 1250 630 160 120 320 250 500 500 800 800 1250 800 160 160 320 320 630 250 1000 320 1250 1000 200 160 400 200 630 320 1000 400 1600 500 200 200 400 250 630 400 1000 500 1600 630 250 120 400 320 630 500 1000 630 1600 800 250 160 400 400 630 630 1000 800 1600 1000 250 200 500 200 800 320 1000 1000 1600 1250 250 250 500 250 800 400 1250 400 2000 800 320 160 500 320 800 500 1250 500 2000 1000 一 .风道设计的原则 风道设计时应统筹考虑经济 、 实用两条基本原则 。 二 .风道设计的基本任务： 1 确定风管的断面形状 ， 选择风管的断面尺寸 。 2 计算风管内的压力损失 ， 最终确定风管的断面尺寸 ， 并 选择合适的通风机 。 2.1.2风 道设计的基本任务 风管的压力损失 P由沿程压力损失 Py和局部压力损失 Pj两部分组 成 ， 即： P=Py+Pj （ Pa） （ 一 ） 沿程压力损失的基本计算公式 长度为 l(m)的风管沿程压力损失可按下式计算： Py=pyl (Pa) 式中 py 单位管长沿程压力损失，也称为单位管长摩擦阻力损 失 ，单位为 Pa/ m， 可查阅附录 13以及有关设计手册中风管单位长度 沿程压力损失计算表进行计算 。 （ 二 ） 局部压力损失的基本计算公式 Pj= 2/2 （ Pa） 式中 局部阻力系数； 与之对应的断面流速 。 空气密度 ， 标准状况下 （ 大气压力为 101325 Pa， 温 度为 20 ） ， =1.2kg/m3； 附录 14以及许多文献资料中，都载有各种各样管件的局部阻力 系数 计算表，可供设计时选用。 一 风道水力计算方法 风道的水力计算是在系统和设备布置 、 风管材料 、 各送 、 回风点 的位置和风量均已确定的基础上进行的 。 风道水力计算的主要目的是确定各管段的管径 （ 或断面尺寸 ） 和 阻力 ， 保证系统内达到要求的风量分配 ， 最后确定风机的型号和动 力消耗 。 风道水力计算方法比较多 ， 如假定流速法 、 压损平均法 、 静压复 得法等 。 对于低速送风系统大多采用假定流速法和压损平均法 ， 而 高速送风系统则采用静压复得法 。 2.1.3 风 道设计 计算的方法与步骤 1 假定流速法 假定流速法也称为比摩阻法 。 先按技术经济要求选定风管的风速 ， 再 根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力 。 这是低速送风系统目前 最常用的一种计算方法 。 2 压损平均法 压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长压力损失相等为 前提，在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或压力损失最大的 环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各个部分，再 根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合 各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差 值小于 15%。该方法适 用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平 衡等场合。 3静压复得法 静压复得法的含义是 ， 当流体的全压一定时 ， 风速降低 ， 则静压增加 ， 利用这部分 “ 复得 ” 的静压来克服下一段主干管道的阻力 ， 以确定 管道尺寸 ， 从而保持各分支前的静压都相等 ， 这就是静压复得法 。 此 方法适用于高速空调系统的水力计算 。 二 风道水力计算步骤 以假定流速法为例 ， 说明风道水力计算的方法步骤： 1 确定空调系统风道形式 ， 合理布置风道 ， 并绘制风道系统轴测图 ， 作为水力计算草图 。 2 在计算草图上进行管段编号 ， 并标注管段的长度和风量 。 管段长度一般按两管件中心线长度计算 ， 不扣除管件 （ 如三通 、 弯头 ） 本身的长度 。 3 选定系统最不利环路 ， 一般指最远或局部阻力最多得环路 。 4 根据造价和运行费用的综合最经济的原则 ， 选择合理的空气流速 。 根据经验总结 ， 风管内的空气流速可按 P111表 6.3确定 。 5 根据给定风量和选定流速 ， 逐段计算管道断面尺寸 ， 并使其符合 表 6.1所列的矩形风管统一规格 。 然后根据选定了的断面尺寸和风量 ， 计算出风道内实际流速 。 通过矩形风管的风量 G可按下式计算： G=3600ab (m3/h) 式中 a， b 分别为风管断面净宽和净高 ， m。 6 计算风管的沿程阻力 根据沿程阻力计算公式： Py=pyl 查 风管单位长度沿程压力损失计算表 求出单位长度摩擦阻力损 失 py， 再根据管长 l， 计算出管段的摩擦阻力损失 。 7 计算各管段局部阻力 根据局部阻力计算公式： Pj= 2/2 查 局部阻力系数 计算表 取得局部阻力系数 值 ， 求出局部阻 力损失 。 8 计算系统的总阻力 ， P= （ pyl +Pj ） 。 9 检查并联管路的阻力平衡情况 。 10 根据系统的总风量 、 总阻力选择风机 。 三 风道设计计算实例 （ P112例 6.1 ） 空调系统推荐的送风机静压值如下 ， 可供估算时参考 。 空调系统类别 风机静压值 (Pa) 小型空调系统（空调服务面积 300m2以内） 中型空调系统（空调服务面积 2000m2以内） 大型空调系统（空调服务面积大于 2000m2） 高速送风系统（空调服务面积 2000m2以内） 高速送风系统（空调服务面积大于 2000m2） 400500 600750 6501000 10001500 15002500 小型通风系统 一般通风系统 100250 300400 一单风机系统 单风机系统是指只设送风机而不设回风机，整个系统内的压力 损失全部由送风机来承担的空调系统。 对于单风机系统来说，要注意到零点的位置，若系统排风位于 回风的负压区，则排风不可能通过排风阀排出，必须单设一轴流式 排风机，如图中虚线所示。 2.1.4 风管内的压力分布 二双风机系统 双风机系统是指既设置有送风机而且设置有回风机的空调系统，系统 内的压力损失由送风机和回风机共同承担。 对于双风机系统来说，排风必须处于回风机的正压段，而新风和回风 必须处于送风机的负压段。如图中所示， 段由于回风机的加压 作用，处于正压区，排风可以通过排风阀直接排出。而 段由于 送风机的抽吸作用，处于负压区，新风和回风均可被抽吸进来。为 零位阀，通过该阀处的风压应该为零。 特别需要注意的是：新风、排风、回风的位置。 复习思考题 1简叙风道布置的原则。 2常用的风管材料由哪些？各适用于什么场合？ 3为什么说 “ 矩形风管的高宽比宜小于 6，最大不小于 10” ？ 4风道设计的基本任务是什么？ 5试解释下列名词： （ 1）沿程压力损失； （ 2）单位管长摩擦阻力损失； （ 3）局部压力损失； （ 4）风管的当量直径。 6影响局部阻力系数 的因素有哪些？ 7为什么说风管内空气流速对空调系统的经济性有较大的影响？ 2.2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。 2.2.1 空调冷媒水系统分类 1.按照冷媒水的循环方式分 ： 1） 开式循环系统：它的末端管路是与大气相通的 ， 冷媒回水集中进 入建筑物的回水箱或蓄冷水池内 ， 再由循环泵将回水打入冷水机组的 蒸发器内 ， 经重新冷却后的冷媒供水被输送至整个系统 。 典型的开式循环系统有：组合式空调机组采用喷水室处理空气的 冷媒水系统 、 具有蓄冷水池的冷媒水系统等 。 2） 闭式循环系统：冷媒水在系统内进行密闭循环 ， 不与大气相接触 为了容纳系统中水体积的膨胀 ， 在系统的最高点设膨胀水箱 。 典型的闭式循环系统有：组合式空调机组采用表冷器处理空气以 及风机盘管机组 、 新风机组的冷媒水系统等 。 开式系统与闭式系统的比较： （ 1） 开式系统所用的循环泵的扬程高 ， 除了克服环路阻力外 ， 还要提供几何提升高度和末端的资用压头 ， 循环水易受污染 ， 管路和设备易受腐蚀且容易产生水击等 ， 除非高层建筑的地下室 设有蓄冷水池 ， 一般用得不多 。 （ 2） 闭式系统所用的循环泵的扬程比较低 ， 循环水不易受污 染而管路的腐蚀程度轻 ， 不用设回水池 ， 而需要设膨胀水箱 。 2. 按照供 、 回水制式分： 1） 双管制供水方式： 一根供水管 ， 一根回水管 ， 供冷 、 供热合用同一管路系统 。 2） 三管制供水方式： 一根供冷水管 ， 一根供热水管 ， 一根公用回水管 。 3） 四管制供水方式： 一根供冷水管 ， 一根冷水回水管 ， 一根供热水管 ， 一根热水回水管 。 FCU FCU T T FCU T 冷 热 FCU T 冷 热 冷 热 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 。 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。 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。 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； 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）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 。 （ 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。 （ 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。 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 。 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 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。 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 。 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。 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 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 。 2.2.2 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 1.0MPa， 加强型可达 1.7MPa， 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 。 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 。 ( ) 空调水系统竖向分区的可能方案 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。 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。 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； （ 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 。 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 容纳水受热膨胀后多余的体积； 解决系统的定压问题； 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： 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 。 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。 溢流管 当系统内水的体积膨胀超过水箱内的溢水管口时 ， 水会 自动溢出 。 溢出管上不许安装阀门 。 排水管 在清洗水箱并将水箱放空时用，排水管上应安装阀门。 通常将溢水管和排水管连在一起，排至附近的下水道或 屋面上。 循环管 在寒冷地区为防止膨胀水箱内水结冻而设置的。当水箱 内没有结冻可能时，可不设循环管。特别在高层建筑中 膨胀水箱和生活给水水箱通常设在屋顶水箱间内，并将 水箱保温，因此无结冻可能。 （ 3） 膨胀水箱的补水方式 膨胀水箱的补水方式有两种： 1） 浮球阀自动补水 当所在地区生活给水水质较软 、 且制冷 装置对冷媒水水质无特殊要求时 ， 可利用屋顶生活给水水箱 ， 通过 浮球阀直接向膨胀水箱补水 。 这时 ， 膨胀水箱要比生活给水水箱低 一定的高度 。 2）高低水位控制器补水 当所在地区生活给水水质较硬、且 制冷装置（例如，溴化锂吸收式冷温水机组）要求冷媒水必须是软 化水时，应在膨胀水箱内设置高低水位传感器来控制软化水补水泵 的启动或关停。一旦水位低于信号管，补水泵会自动向系统补水。 这种方式要有一套软化水处理设备。 来自补水泵的补水管可以接到 集水器上，也可接到冷媒水循环泵的吸入口前。 4.气压罐装置 （ 闭式低位膨胀水箱 ） 气压罐不但能解决系统中水体积的膨胀问题 ， 而且可实现对系 统进行稳压 、 自动补水 、 自动排气 、 自动泄水和自动过压保护等功 能 。 与开式高位膨胀水箱相比 ， 它要消耗一定的电能 。 工程上采用的气压罐是隔膜式的 ， 罐内空气和水安全分开 ， 对 冷媒水的水质有保证 。 气压罐的布置比较灵活方便 ， 不受位置高度 的限制 ， 可安装在制冷机房 、 热交换站和水泵房内 ， 也不存在防冻 的问题 。 1.气压罐； 2.补水泵； 3.配电箱； 4.安全法； 5.压力控制器； 6.自动排器罐； 7.出水口； 8.吸水口； 9.底座； 10.吊装环 （ 1） 工作原理 采用气压罐装置定压时，通常把定压点放在空调水系统 循环泵的吸入端。 1.补水泵； 2.补气罐； 3.吸气阀； 6.气压罐； 10.压力控制器； 11.电节点电压力表； 12.电控箱 1） 自动补水 按空调水系统的稳压要求 ， 在压力控制器内设定气压 罐的上限压力 P2和下限压力 P1。 P1值实际上就是整个水系统的静压 ， 即 建筑物的高度 。 上限压力 P2应比水系统的静压高 3 5m水柱 ， 即 （ 0.03 0.05） MPa。 所以 ， P1 =P2 - （ 0.03 0.05） MPa 当需要向系统补水时 ， 气压罐内的气枕压力 P随水位而下降 。 当 P 下降到下限压力 P1时接通电机 ， 启动水泵 ， 把贮水箱内的水压入补气罐 ， 使罐内的水位和压力上升 ， 压力上升到上限压力 P2时 ， 切断水泵电源 ， 停止补水 。 此时 ， 补气罐内的水位下降 ， 吸开吸气阀 ， 使外界空气进 入补气罐 。 在如此循环工作中 ， 不断地向系统补充所需的水量 。 2）自动排气 由于水泵每工作一次，给气压罐补气一次，罐内 的气枕容积逐步扩大，水位也逐步下降。当下降到自动排气阀的限 定水位时，就排出多余的气体，恢复正常水位。 3）自动泄水 当水系统内水的体积膨胀，使水倒流到气压罐 内，其水位上升时，罐内压力 P亦上升。当压力超过系统静压 （ 0.01 0.02） MPa， 即达到电接点压力表所设定的上限压力 P4时，接 通并打开泄水电磁阀，把气压罐内的水泄回到贮水箱。待泄水到电 接点压力表所设定的下限压力 P3时停止。 一般取 P3= P4-（ 0.02 0.04） MPa 4） 自动过压保护 当气压罐内的压力超过电接点压力表所设 定的上限压力 P5时，自动打开安全阀和电磁阀一起快速泄水，迅速 降低气压罐的压力，达到保护系统的目的。安全阀的设定压力为 P5 ， 一般取 P5 = P4 +（ 0.01 0.02） MPa。 5.集水器和分水器 在空调水系统中 ， 为有利于各空调分区流量分配和调节灵活 方便 ， 常常在供 、 回水干管上设置分水器和集水器 ， 再从分水器 和集水器分别连接各空调分区的供水管和回水管 ， 这样在一定程 度上也起到均压的作用 。 分水器和集水器的筒身直径 ， 可按并联接管的总流量和通过 分水器和积水器时的断面流速为 1.0 1.5m/s来确定 。 流量特别大 时 ， 允许增大流速 ， 但最大不宜超过 4.0m/s。 也可以按经验估算 法来确定管径 ， 即 D=1.5 3.0dmax， 其中 dmax为支管中的最大管 径 。 分水器和集水器 ， 应按压力容器进行加工制造 ， 其两端应采用椭 圆形封头 。 分水器和集水器的长度 ,应根据各分支配管之间距并考虑两阀 门手轮或搬把之间便于操作等原则来确定 。 分水器和集水器上应安装压力表和温度计 ， 并应加强保温 。 在其底部应有排污管接口 ， 管径一般为 DN40。 6.管材和管道敷设 （ 1） 空调冷 （ 热 ） 媒水管道 ， 采用碳素钢管 : 公称直径 DN12462kW时， DN=150mm。 2.2.4 空调水系统循环水泵的扬程 1.冷（热）媒水管路系统 循环水泵的扬程： 对于闭式系统应是水系统管路 沿程阻力和局部阻力之和，加 上冷水机组蒸发器阻力，再乘 以 1.1 1.2的安全系数。 H=( hy+ hj+hz) (1.1 1.2) 循环水泵的扬程： 对于开式系统应在闭式水系统 总阻力的基础上，在加上开式 水系统的静水压力，再乘以 1.1 1.2的安全系数。 H=( hy+ hj+hz +Hj ) (1.1 1.2) 2.冷却水管路系统 （ 1）冷却塔的冷却水量 冷却塔的冷却水量可按下式计算： W=Q/4.19(tw1-tw2) 式中 Q 冷却塔排左的热量， kW， 对于压缩式冷水机组 Q=1.3Q0 对于吸收式冷水机组 Q=2.5Q0 tw1-tw2 冷却塔进出水温差， ， 对于压缩式冷水机组 tw1-tw2 =4 5 ； 对于吸收式冷水机组 tw1-tw2 =6 9 。 （ 2）冷却水泵的扬程 对于常用的闭式系统： 冷却水泵的扬程应是冷却水系统管路沿程阻力和局部 阻力之和，加上冷水机组冷凝器阻力，冷却塔中水的提 升高度 h， 以及冷却塔布水器的喷射压力（约为 5m水 柱），再乘以 1.1 1.2的安全系数。 H=( hy+ hj+hl+ h+5) (1.1 1.2) 对于开式系统： 冷却水泵的扬程应是冷却水系统管路沿程阻力和局部 阻力之和，加上冷水机组冷凝器阻力，冷却塔的提升高 度 H， 以及冷却塔布水器的喷射压力（约为 5m水柱）， 再乘以 1.1 1.2的安全系数。 H=( hy+ hj+hl+ H+5) (1.1 1.2) 需要指出的事 ， 目前 ， 我国大多数生产厂家生产 的标准系列水泵 （ 如 IS泵等 ） ， 都是以为开式系统服 务为基准制造的 （ 给排水专业用 ） 。 这些水泵提供的 扬程较高 ， 而泵的壳体所承受的压力较低 。 空调水系 统大多是闭式循环 ， 所需水泵的扬程不高 （ 假如 ， 水 系统的总高度为 100m， 闭式循环的扬程约需 30 40 左右 ） ， 但要求水泵壳体的耐压较高 ， 一般水泵吸入 口压力以 1.0MPa为准 。 因此 ， 空调水系统不应采用给 水工程用的水泵 ， 而应采用专门为空调水系统生产的 耐高压水泵 。 2.2.4 常用水泵的类型 通常空调水系统所用的循环泵均为离心式水泵 。 按水泵的安装形式来分，有卧式泵、立式泵和 管道泵；按水泵的构造来分，有单吸泵和双吸泵。 卧式泵 是最常用的空调水泵，其结构简单，造价相对低 廉，运行稳定性好，噪声较低，减振设计方便，维修比较容易， 但需占用一定的面积。 立式泵 当机房面积较 为紧张时 ， 可采用立式 泵 。 由于电机设在水泵 的上部 ， 其高宽比大于 卧式泵 ， 因而运行的稳 定性不如卧式泵 ， 减振 设计相对困难 ， 维修难 度比卧式泵大一些 。 在 价格上一般高于卧式泵 。 立式泵 多级泵 管道泵 是立式泵的一 种特殊形式 ， 其最大的 特点是可以直接连接在 管道上 ， 因此不占用机 房面积 。 但也要求它的 重量不能过大 。 国产的 管道泵电机容量不超过 30kW。 屏蔽管道泵 角度式 管道泵 单吸泵 其特点是水从泵的中轴线流入 ， 经叶轮加压后沿径向排出 它的水力效率不可能太高 ， 运行中存在着轴向推力 。 这种泵制造简 单 ， 价格较低 ， 因而在空调工程中得到较广泛的应用 。 双吸泵 它采用叶轮 两侧进水 ， 其水力效率 高于同参数的单吸泵 ， 运行中的轴向不平衡力 也得以消除 。 水泵的流 量较大 。 这种泵的构造 较为复杂 ， 制造的工艺 要求高 ， 价格较贵 。 因 此 ， 双吸泵常用于流量 较大的空调水系统 。 双吸泵 轴开式双吸泵（水平进水） 轴开式双吸泵（垂直进水） 几 种常 用的 热水 双吸 泵 工程上常用的空调水系统循环泵有： SB型卧式单级单吸离心泵； SB-SJ型上进上出单级单吸离心泵； KTS型空调用双吸泵； SB-L型立式双吸离心泵； SB型轴开式单级双吸离心泵； 单级单吸管道离心泵等 。 空调用水泵的壳体耐压为 1.0MPa， 高层建筑用水 泵的壳体耐压可达 1.6MPa（ 实验压力为 2.0MPa） 。 思考题 谢谢！