空调水系统设计若干问题

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1、集中空调水系统设计的若干问题探讨 中国建筑设计研究院 潘云钢 华森,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 二、水系统的分区 三、冷却水系统 四、平衡阀 五、几个问题研讨,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 1、同程与异程 （1）系统特点和主要区别以水流经的管道的物理长度而不仅仅是原理图来区分。 （2）水力平衡目标：各支路（末端）的设计水流阻力相同而不是水流经的管道的物理长度相同。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 1、同程与异程 （3）同程系统的平衡机理当各末端的水流阻力相差较小时，如果水流经的管道的物理长度相同，则各末端

2、之路的水阻力容易实现自然的平衡。如果末端支路阻力相差悬殊时，同程系统也并不具有水力自然平衡的优点。因此，采用同程只是手段而不是目的，并非任何时候同程都一定是最好的解决方案。 （4）水利平衡计算的原则：暖通规范6.4.9条各并联环路的设计水阻力相对差额不大于15%（不分同程与异程）。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 2、开式与闭式 （1）开式系统中的“吸水真空高度”（有的水泵资料中称为“净吸扬程”）水泵运行安全要求：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气化压力。要求吸水池水面的高度应大于水泵吸水管的阻力。在冷却水系统中，一些实际工程由于冷却塔的安装标

3、高不够，出现了水泵吸入口为负压的现象（吸入口软接头向内收缩）。 （2）开式系统蓄水箱容量的确定：确定原则：蓄存所有的系统水容量并附加一定的安全系数；规范规定：按照系统循环水量的510%计算；（6.4.2条）*应取上述两者中的较大值作为最终结果。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 2、开式与闭式 （3）特点系统内的水（冷、热水）是不与大气相接触。顶部设置开式膨胀水箱的系统也是闭式系统。 （4）闭式系统的设计要求实际运行可靠要求：系统中任何一点不宜出现负压，否则有可能将空气吸入系统之中，由于管道系统封闭，空气不容易排除。因此对系统定压点和定压值有要求。系统安全要求：设备工

4、作压力需要考虑定压和水泵扬程两个因素。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 3、分区两管制 系统原理：系统的机房侧（冷、热源部分）为四管制，各末端设备为两管制，与末端设备的连接管道按照不同的干路（分区）采用两管制； 采用原则：各区域存在明显的区域性冷、热供应要求的分别时间段。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （1）区分标准以用户侧（而不仅仅 是末端）的系统水流量是否处于实时变 化的特点来区分。在多台并联水泵的系统中，如果仅仅 因为水泵台数变化导致的流量变化，不能 称为“变流量系统”。 （2）定流量系统 末端采用电动三通

5、阀实时控制水流量的 系统； 末端无任何自动控制水流量装置和措施 的系统。 定水量系统适合于冷水机组不超过两台 的小型空调水系统。,用户侧水流量判断处,用 户 侧,机房侧,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （3）一次泵变流量系统 系统特点：末端采用两通阀实时控制水流量，使得用户侧的系统水量实时发生变化。 实施要求：（a）末端水量实时控制；（b）保证冷水机组运行的最小安全流量。 实施方式：（a）系统供、回水设置压差旁通阀控制目前最常用方式；（b）水泵采用变速控制（通常是变频调速因此也称为一次泵变频调速系统或冷水机组变流量系统）。,集中空调水系统设计

6、的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （3）一次泵变流量系统推荐采用水泵与冷水机组一一 对应连接（“先串后并”方式）。 优点：运行可靠、节省投资。 缺点：机房布置管道略有增加。“先并后串”方式涉及问题： （1）大小搭配的平衡阀配置， （2）电动蝶阀选择及连锁程序；,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （3）一次泵变流量系统 压差旁通阀设置：（a）原则：保证冷水机组的最低安全运行流量。 （b）常见做法：保证冷水机组的运行流量恒定。（c）流量计算：#按照（a），应为冷水机组的最低安全运行流量；#按照（b），应为一台水泵的设

7、计流量。（d）控制压差值：根据系统水力计算的结果确定。（e）阀门口径：应根据对流通能力的计算后选择，不能等同于机组或水泵的接管管径。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （4）二次泵变流量系统 主导思想设计的出发点（a）冷水机组在运行过程中水流量不发生变化；（b）协调冷源侧与用户侧水量的供需矛盾（对于非线性水系统）（c）尽可能节省水泵的运行能耗。（d）降低次级泵装机容量（针对不同环路阻力相差较大的系统） 系统特点：将用户侧和冷源侧的运行 控制参数和环路完全分开。用初级泵 （一次泵）来满足（a）的要求，用次 级泵（二次泵）来满足（b）的要求。,集中

8、空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （4）二次泵变流量系统 实施要求：（a）末端水量实时控制，用户侧变流量运行；（b）冷水机组运行流量不变；（c）次级泵组供水量需要符合用户侧的需求；（d）两级泵串联，需要做好压力平衡初级、次级泵扬程必须计算确定。 实施方式：（a）系统供、回水设置压差旁通控制（次级泵采用定速泵）；（b）水泵采用供、回水压差变速控制（次级泵变频调速）；（c）设置盈亏管，平衡初级泵组和次级泵组的水流量差。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （4）二次泵变流量系统 盈亏管设计原则（a）盈亏管

9、内水的流向：理论上允许双向流。但实际上，如果回水流向供水，将导致系统供水温度上升，形成“恶性循环”：供水温度升高末端冷量不够阀门自动开大次级泵供水量增加更多的回水流向供水供水温度继续升高。因此，实际运行过程中，宜使得运行中的任何时候盈亏管的流向都是：供水管回水管。只有系统启动过程时水由回水管流向供水管（先启动一台次级泵）。（b）最大水流量计算：*在线性水系统中，盈亏管的最大水流量为一台初级泵与一台次级泵的设计流量差值；*在非线性水系统中，盈亏管的最大可能的水流量为：全部初级泵组的设计总流量与一台次级泵的设计流量差值；（c）盈亏管作为两个环路的平衡管，在设计状态下，要求两端压差为零（无流量）。因

10、此，初级泵和次级泵的扬程应根据此要求进行详细的计算确定。（d）典型问题：次级泵扬程过大（未详细计算），盈亏管水倒流（回水流向供水）。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （4）二次泵变流量系统 供、回水压差控制（a）采用压差旁通阀、次级泵定速方式此方式与一次泵系统的压差旁通阀控制原理相同，不能实时节省次级泵能耗（运行台数转换时节能）；（b）采用压差旁通阀、次级泵转速控制方式可实时节省次级泵能耗且不会对主机的运行产生影响。由于水泵必须设置最小流量限制，因此当水泵降低至最小流量时，压差旁通阀开始起作用同（a）。（c）压差旁通阀流量确定： *在（a）方

11、式中，为一台次级泵的设计流量； *在（b）方式中，为一台次级泵的最小运行流量； *次级泵的最小运行流量应根据系统特点、水泵特性等因素来分析后确定。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,一、冷冻水系统的基本形式 4、定流量与变流量系统 （4）二次泵变流量系统 节能机理与一次泵系统相比较（a）理论依据1：在全年运行的绝大多数时间段内，用户侧需流量小于冷水机组需要的流量。因此，降低用户侧的供水量（改变次级泵的运行台数或者变频）可以实现次级泵的运行能耗节省。（b）理论依据2：在多环路系统中，如果各环路的水阻力存在明显的差别，那么各环路独立配置次级泵后，某些环路需要的总扬程（初级泵+次级泵）小于一次泵系统

12、的扬程，水泵的总安装容量和运行能耗都有所降低。（c）暖通规范6.4.4条：中小型工程宜采用一次泵系统；系统较大、阻力较高，且各环路负荷特性或阻力特性相差悬殊时，宜在空气调节水的冷热源侧和负荷侧分别设一次泵和二次泵。（d）由于变频器价格的降低，目前主流设计主张采用次级泵变频调速方式。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,二、水系统分区（与分环路） 1、定义 （1）水系统分区水压力不相关，构成两个独立的水系统（最终冷源有可能是一个，也有可能是多个）。 （2）水系统分环路水压力相关，构成几个特定的并联水环路，冷源装置公用，在同样的工况（供冷或供热）下，通常各环路的实时供水水温相同。,集中空调水系统设计

13、的若干问题探讨,二、水系统分区（与分环路） 2、分区与分环路的设计原则 （1）甲方要求在同一建筑区域内，使用性质完全不同的建筑，可根据要求设计为不同的水系统（分区）。 （2）技术要求考虑系统情况（如开式与闭式系统、冷热供应要求、水系统工作压力等等）进行系统分区。 （3）使用性质基本相同的同一区域内的建筑或房间，可通过不同的分环路设计，采用阀门等措施进行控制和管理。其优点是可以综合利用冷热源，通过输配系统实现冷热源的实时优化供应。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,二、水系统分区（与分环路） 3、高、低分区 （1）分区原则设备承压能力（关键点）、经济性 （2）分区方法 高、低区完全为独立系统（独

14、立冷、热源设备）优点是设计简单，空调水温可以相同等；缺点是由于冷热源设备（主机）上楼，对施工安装和运行噪声的控制不利且综合能效可能有影响； 高、低区通过中间的换热器来分开（冷、热源通常集中在低区）优点是：有利于能源的综合利用，运行管理相对方便等；缺点是：二次水供水温度达不到一次水供水温度的要求，需要增大末端换热面积，末端型号可能加大。 高、低区负担的范围在采用中间的换热器来分区时，低区尽可能用足设备承压。降低高区对中间换热器面积和末端换热面积的总需求，减少高区投资，提高系统的经济性和运行节能。 注意高低区系统都必须设置定压、补水系统和装置。 高、低分区通常适合于超高层建筑（高度大于100m）。

15、,集中空调水系统设计的若干问题探讨,三、冷却水系统 1、与机组的连接方式与冷冻水系统一样，一一对应连接。 2、旁通阀的设置 （1）设置条件需要对冷水机组冷却水进水温度进行控制的场所：一般电制冷机的冷却水进水温度要求不低于19，个别冷水机组可以做到不低于12.8；吸收机不得低于23，否则容易引起溶液结晶；冬季需要运行冷水机组的场所；冷却水温越低，冷水机组的COP值越高，因此，只要在机组允许范围，可以尽可能的低温。 （2）水流量确定小于一台冷却水泵的设计水量。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,三、冷却水系统 3、防止水泵电机过载运行 （1）超流量原因：a）不设旁通阀的情况在水泵运行台数减少时会发

16、生超流量运行的情况管道阻力系数没有变化，水泵运行台数变化造成。设计台数越多越明显。图a点至b1点。b）设旁通阀的情况在旁通阀调节过程中，将出现水泵超流量运行的情况（无论水泵运行台数是否会发生变化）由于旁通阀调节，使得管道阻力系数降低。图a点至a1点，b1点至b2点。 （2）解决方式：在保证计算准确的前提下，适当增加水泵配电机的容量。,集中空调水系统设计的若干问题探讨,三、冷却水系统 4、防止冷却塔“抽空” （1）“抽空”原因：部分冷却塔不运行时产生。 （2）防止措施：每个冷却塔出水管增加电动蝶阀不运行的冷却塔进出水电动蝶阀同时关闭。要求出口阀关闭严密。缺点：增加投资，如果阀门不严，依然可能存在同样现象。每台冷却塔集水盘设置连通管管径尽可能做大，最小不小于一台冷却塔的接管尺寸。冷却塔安装高度提高利用回水管本身就是连通管的特点，增加自然水头，防止抽空。,