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1、空调教育训练教學單元1空調用鋼管種類及規格2空調系統標稱冷卻水量與冰水量如何決定3直接回水配管與逆回水配管設計法則4如何選擇空調水管尺寸5水管保溫厚度計算6開放式膨脹水箱容量計算7何謂淨正吸入頭NPSH8何謂水錐效應9何謂水泵系統揚程10水泵性能定律11何謂管件壓力損失等效長度空調用鋼管種類及規格 管的種類可區分為鋼管、鑄鐵管、非金屬管等，空調配管常用管材為鋼管，而鋼管為了防止腐蝕，在管之裡外均鍍上鋅者，稱之為鍍鋅鋼管，未鍍鋅者稱為黑鋼管。鋼管又分為有縫鋼管與無縫鋼管二種。空調水配管常用有縫鋼管，而無縫鋼管則使用在冷媒配管中較多。 目前常用鋼管規格可分為中國CNS及美國標準，其標準內容如下 1
2、. CNS 2056 G3030 低压有缝钢管2. CNS 6445 G3127 配管用碳钢钢管3. CNS 2606 C4060 电线用钢管4. CNS 4178 G3098 高压有缝钢管5. 美规 ASTM A536. BS M&B 国内钢管厂自订规格B级管7. BS A-1国内钢管厂自订规格A级管空調系統標稱冷卻水量與冰水量如何決定 假設有一空調主機，其冷凍能力為 1USRT ( 3024 Kcal / Hr )，因一般市售冰水器入水溫度為12 ，而出水溫度 7 ，其溫差 5 時， 流入該冰水器之冰水流量可由下列公式計算得之 熱量H(Kcal/Hr) = 60 X 流量 Q ( L /
3、min ) X 水比熱 X 進出水溫度差() 3024Kcal/Hr = 60 X Q ( L / min ) X 1 X ( 12-7 ) Q 10 L / min 因此當冷凍能力為 1USRT 時，而流入熱交換器之進出水溫度為5 時，其每 1USRT 所需冰水量為10 L / min。 在冷凝器冷卻水量因冷凝器能力為冰水器能力 + 壓縮機壓縮功，一般壓縮機壓縮功為冰水器冷凍能力之 25 30 ，故市售空調箱主機冷凝器能力為3024Kcal / Hr + 3024Kcal / Hr X 30 = 3931Kcal/ Hr ，其冷凝器進出水溫度為 32 / 37 ，溫度差為 5 ，故其冷卻水量
4、為 3931Kcal / Hr = 60 X Q ( L / min ) X 1 X ( 37-32 ) Q 13 L / min 因此當空調主機 1USRT 冷凍能力時，其冷凝器所需之冷卻水量為13 L / min。 當非標準市售空調主機規格時，不同壓縮機壓縮功與進出水溫度差，即得不同流量，因此需重新計算設計流量。直接回水配管與逆回水配管設計法則空調密閉冰水系統配管方式可分為直接回水配管與逆回水配管。其配管方式如下圖 在密閉冰水系統，進入空調箱或室內送風機冰水盤管的冰水流量如果減少，那樣即會影響該空調設備應有的設計冷卻能力，因此如何確保在每一個空調設備皆能獲得正確設計冰水流量，即為配管設計最
5、重要的課題。 為確保每一各空調箱設備有一定設計水量，必須先確保每一設備管路壓力損失一樣，如此即可使每一回路設計水量均衡。每一回路設備管路壓力損失包含盤管壓力損與管路等效壓力損( 含管路彎頭、三通、閥件壓力損 )，因此假設每回路空調盤管壓力損皆一樣時，在直接回水配管法中，回路 A 接近進出水管，即其配管管路最短，其管路等效壓力損即最小，而回路 D 離進出水管最遠，即其從進水至出水，其配管管路最長，其管路等效壓力損即最大，如此配管系統即會產生大量冰水流入回路 A，而使最末端回路 D 無法達到應有的設計水量，導致回路 D 空調設備無法發揮應有的功能，為改善直接回水配管法的缺失，因而發展出逆回水配管法
6、，藉以改善上述的缺點。 逆回水的配管法中，可由上圖看出回路A、B、C 與回路 D 之配管長度是一樣的，其管路壓力損失皆一樣，因此使各回路皆可獲得均衡設計水量。 理論上，設計逆回水配管法可使各回路空調設備獲得均衡的設計水量，但實務上是如此嗎 ? 答案是否定的，因為一開始我們即假設各回路空調設備盤管壓降是一樣，而逆回水配管法能造就相同的每一回路管路等效壓力損，但在實務設計每一回路空調設備盤管壓力降是無法一樣的，因此縱然利用逆回水配管法造就相同的管路等效壓力損。但每一回路因空調設備壓力降不同，而使每一回路總壓力損失不同，因而使系統流量不均衡。 因此建議在密閉管路設計中，以採逆回水配管，再加上平衡閥的
7、適當安裝。如何選擇空調水管尺寸流體在管內流動時，因為粘度會造成與管壁之摩擦力，因而產生能量之損失，此時單位重量流體所損失之能量稱為損失水頭，或管路壓力降。 一般直管之摩擦損失水頭 h 常用下列公式來計算 摩擦損失係數l 管之長度d 管之內徑V管內平均流速 由上式得之摩擦損失水頭與流速 V 之平方及管之長度 L 成正比，與管之直徑成正比，與管壓力大小無關。而管內面粗糙度所造成之影響程度定為摩擦損失係數 ，因冷卻管路為開放系統，管壁因而容易結垢，而冰水管路為密閉系統，管壁不易結垢因此冷卻管路之摩擦損失係數 值比冰水管路為大。 空調水管尺寸選擇中，我們常用摩擦損失水頭線圖來選擇管徑 1. 開放冷卻水
8、管摩擦損失水頭線圖2. 密閉冰水管摩擦損失水頭線圖 因空調管路每段水流速不同，故在管徑尺寸選擇中，我們定義一定之單位長度損失水頭( MAq / 1M or FtWG / 100 Ft )，與水流量，根據水量值與單位長度損失水頭值即可在摩擦損失水頭線圖查得管徑尺寸與水流速，一般單位長度損失水頭建議在 3 5 FtWG / 100 Ft 之間，因為單位長度損失水頭如取得太大，其管徑即較小，而使水流速增大，造成水系統問題產生，如取得太小，其管徑即非常大，而使造價成本偏高，不符經濟效益。 例如有一冷卻管路，其冷卻水流量為 300 GPM，而單位長度損失水頭值為 4FtWG/ 100Ft，則根據開放冷卻
9、水管摩差損失水頭線圖查得所需管徑為 5 in，當實際將 5 in 管路流過300 GPM冷卻水量時，其單位長度損失水頭值為 2.98 FtWG / 100Ft。水管保溫厚度計算 決定保溫管之厚度，由溫度之相對安全性，能源之經濟性，材料費用等因素決定。其中溫度之相對安全性，為如何決定表面溫度以下之材料厚度，其方法入下所述 D1，D2 保溫材料之內外徑 ( m ) 保溫材料之熱傳導率 ( Kcal / mh ) 保溫材料向外氣熱傳之表面傳熱率 ( Kcal / mh ) i 管內流體溫度 s 保溫材表面之溫度 0 管內流體溫度 為簡化繁瑣的計算方式，以下提供管路保溫經濟厚度選用表外氣條件管路口徑管
10、路內溫度60 15 10 5 0 -10 -20 -40 -60 一大氣壓室溫30相對溼度70 1/221/23/81/25/83/41-1/81-1/222-1/42-1/255/83/85/83/411-3/81-3/42-1/22-5/86123/41/23/47/81-1/41-1/223-1/23-3/4一大氣壓室溫30相對溼度80 1/221/21/25/87/811-3/422-1/22-3/42-1/255/81/23/411-1/82-1/42-1/233-1/46123/43/47/81-1/81-1/42-1/2344-1/2一大氣壓室溫30相對溼度90 1/221/21
11、1-1/41-1/21-7/82-1/42-3/43-1/24-1/22-1/255/81-1/81-1/21-7/82-1/42-3/43-1/24-1/45-1/46123/41-1/41-3/42-1/22-1/23-1/4456開放式膨脹水箱容量計算 開放式膨脹水箱，主要在空調管路應用功能，是為讓因溫度變化而使管內水收縮膨脹所產生之水體積有地方容納，因此如何計算其體積膨脹量，必須先算出配管系統中所有管路之內體積與機器設備水容積，在查得其運轉前溫度之比體積，與運轉後溫度比體積，兩者之差即得其膨脹量。 例如有一冰水系統，其全部管路體積 + 機器設備體積為30m3，空調運轉前水溫為 20 ，
12、其比體積為0.0010017 m/ Kg，運轉後其水溫度為 5 ，比體積為 0.001 m/ Kg，故其冰水膨脹量為 管路全部容積為30m3，其單位重量為 30m3x 1000 Kg / m= 30000 Kg膨脹量 = 30000 Kg ( 0.0010017 - 0.001 ) m/ Kg = 51L 由上例可知，在台灣使用之冰水系統，其因溫差並非很大，故其膨脹量非常地小，但如使用在熱水系統或嚴寒之地區，其膨脹量即非常地大。何謂淨正吸入頭NPSH 水在一溫度下具有一定之飽和壓力時，會使水蒸發成水蒸氣，而在泵浦吸入端至葉輪間會存在一壓力損失，因此 NPSH 為必需維持水流入泵浦內，以克服泵浦
13、內部壓力損失所需的吸入壓力稱之。 泵浦所需 NPSH 值如不足，即會使水在泵浦吸入口蒸發，而形成氣泡，這些氣泡送到泵浦出口時，因壓力昇高，使氣泡崩潰，造成泵浦內部震動，發出低隆隆的噪音，更使葉輪表面形成麻點或侵蝕的機械損害。何謂水鎚效應 水鎚現象為一封閉管路中，因流速急劇變化，導致壓力亦隨之發生劇變的一種現象。空調管路系統因為一密閉循環管路，發生水鎚現象常因泵浦停止運轉，導致管中水流急速變化，使管內壓力亦變化，而使管路發生震動與噪音。解決水鎚現象方法常在管路上加裝水鎚吸收器，或在水泵上安裝緩衝啟動器何謂水泵系統揚程 在一空調管路循環中，泵浦輸送冷卻水或冰水時，在管路中流動必受到管路、閥件、彎頭、三通與空調設備間的摩擦阻力，而水泵自出口端輸送水至入口端，期間必須克服的摩擦阻力稱為系統揚程。 水泵性能定律水泵的水量、轉速、葉輪直徑、水頭損失與馬力數會有一關係式如下 1. 水量與轉速成正比2. 水頭損失與轉速平方成正比3. 馬力與轉速三次方成正比4. 轉速與葉輪直徑成正比 何謂管件壓力損失等效長度 在空調管路系統中，水流過閥體或彎頭三通時，必會產生一摩擦阻力，然而在計算水泵系統揚程時，為簡化計算流程，將管件摩擦阻力換算成直管的摩擦損失稱之。 有一
