【空调水系统】管路设计与施工,全是最实用的现场经验!

发布于 2021-04-08 06:29

这是布林特节能科技的第961期文章


空调管路系统的设计原则

空调管路系统设计主要原则如下：
1．空调管路系统应具备足够的输送能力，例如，在中央空调系统中通过水系统来确保渡过每台空调机组或风机盘管空调器的循环水量达到设计流量，以确保机组的正常运行；又如，在蒸汽型吸收式冷水机组中通过蒸汽系统来确保吸收式冷水机组所需要的热能动力。
2．合理布置管道：管道的布置要尽可能地选用同程式系统，虽然初投资略有增加，但易于保持环路的水力稳定性；若采用异程系统时，设计中应注意各支管间的压力平衡问题。
3．确定系统的管径时，应保证能输送设计流量，并使阻力损失和水流噪声小，以获得经济合理的效果。众所周知，管径大则投资多，但流动阻力小，循环水泵的耗电量就小，使运行费用降低，因此，应当确定一种能使投资和运行费用之和为最低的管径。同时，设计中要杜绝大流量小温差问题，这是管路系统设计的经济原则。
4．在设计中，应进行严格的水力计算，以确保各个环路之间符合水力平衡要求，使空调水系统在实际运行中有良好的水力工况和热力工况。
5．空调管路系统应满足中央空调部分负荷运行时的调节要求；
6．空调管路系统设计中要尽可能多地采用节能技术措施；
7．管路系统选用的管材、配件要符合有关的规范要求；
8．管路系统设计中要注意便于维修管理，操作、调节方便。

管路系统的管材

管路系统的管材的选择可参照下表选用：

供回水总管上的旁通阀与压差旁通阀的选择

在变水量水系统中，为了保证流经冷水机组中蒸发器的冷冻水流量恒定，在多台冷水机组的供回水总管上设一条旁通管。旁通管上安有压差控制的旁通调节阀。旁通管的最大设计流量按一台冷水机组的冷冻水水量确定，旁通管管径直接按冷冻水管最大允许流速选择，不应未经计算就选择与旁通阀相同规格的管径。
当空调水系统采用国产ZAPB、ZAPC 型电动调节阀作为旁通阀，末端设备管段的阻力为0.2MPa 时，对应不同冷量冷水机组旁通阀的通径，可按下表选用：
冷冻水压差旁通系统的选择计算：在冷冻水循环系统设计中，为方便控制，节约能量，常使用变流量控制。因为冷水机组为运行稳定，防止结冻，一般要求冷冻水流量不变，为了协调这一对矛盾，工程上常使用冷冻水压差旁通系统以保证在末端变流量的情况下，冷水机组侧流量不变。系统图如图一。
1：冷水机组2：冷冻水泵3：压差旁通阀4：压差控制器5：电动二通阀6：末端设备图一：变水量冷冻水系统图
在这种系统设计中，压差旁通系统的作用是通过控制压通旁通阀的开度控制冷冻水的旁通流量，从而使供回水干管两端的压差恒定。根据水泵特性我们可得知，泵送压力恒定时，流量亦保持恒定。
显然旁通阀3 的口径要满足最大旁通水量的要求。如一图，当末端负荷减小时，电动二通阀5 关小，供水量减小，而旁通水量增加。当旁通水量持继增加，直到系统负荷减小到设计负荷的一半，则冷水机组1 关闭一台，冷冻水泵2 同样关闭一台，供回水压差减小，旁通阀3 再度关上。因此旁通阀的最大旁通水量就是系统负荷减小到一台冷水机组停机时所需的旁通水量。
表面上看，最大旁通水量就是一台冷水机组的额定流量，其实不然，因为冷冻水量并不一定会与负荷同比例匹配，而应考虑末端设备的热特性与控制方式，如下：
1、采用比例或比例积分控制的空调器。控制器精确控制二通阀的开度以调节盘管出力。根据盘管热特性（如图二），当负荷减小时，所需流量减小速率更快，当负荷为50%时，水流量仅需13%左右，即旁通水量需87%。
2、风机盘管一般均采用二位控制，二通阀全开或全闭，即水流量在设计工况下换热。当负荷减小时，水流量同比率减小。甚而小负荷时，风机盘管可能转至小档运行，风量减小，水温差减小，水流量增大，而旁通水量减小。
在一般系统中，这两种情况均会出现，此时就需综合考虑空调器与风机盘管水量的比例，部分负荷时间，来选择旁通阀旁通水量。在一些典型的场合如商场，旁通水量甚至会超过一台冷水机组（共三台机组时）额定水量的两倍。
旁通阀口径的选择计算，在许多文章均有论及，此处简述如下：
图二：盘管负荷随水流量变化图
G=Kv×ΔPG—流量。m3/hKv—流通能力，与所选择的阀门有关。△P—阻力损失。Bar
例：一台制冷量500RT 的冷水机组，额定冷冻水量302m3/h，接管口径250mm。旁通水量取350m3/h，供回水计算压差为2bar（约2×105Pa）。DN125 旁通阀流通能力250，计算如下：G=250×2=353（m3/h）＞350所以采用DN125 旁通阀即可满足要求。旁通阀都具有高流通能力，所以一般其口径可比冷水机组接管口径小二个规格。
压差控制系统的控制方式有比例控制（Honeywell），输出比例变化的电阻信号，有三位控制（Johnson，Erie），输出进、停、退信号。比例控制的精度较高，价格也高，需根据不同的精度要求选配。两种方式所配套的执行器也不同。
旁通阀执行器与阀门需根据不同的系统压差，配套不同系列的阀门，例如某品牌VBG 阀门+VAT 执行器适用的最大工作压差为2bar，而DSGA 阀门+MVL 执行器的最大工作压差则为8bar。若定货时未指明，厂商一般均会按较高压差配套。
总之，在压差旁通系统的选型中，要认真考虑各种因素，阀门特性，压差，流通能力，执行器都需考量。在有的工程中，只是简单地按冷水机组口径选择旁通阀径，往往会造成浪费。
空调水系统管径的确定

水管管径d 由下式确定：

我们建议，水系统中管内水流速按表一中的推荐值选用，经试算来确定其管径，或按表二根据流量确定管径。
表一、管内水流速推荐值（m/s）

表二、水系统的管径和单位长度阻力损失

冷冻水泵扬程估算方法

摘自：〖全国勘察设计注册公用设备工程师考试复习教材（暖通空调专业）〗这里所谈的是闭式空调冷水系统的阻力组成，因为这种系统是量常用的系统。
1.冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。
2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩组取决于技术经济比较。若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。目前设计中冷水管路的比摩组宜控制在150~200Pa/m 范围内，管径较大时，取值可小些。
3.空调未端装置阻力：末端装置的类型有风机盘管机组，组合式空调器等。它们的阻力是根据设计提出的空气进、出空调盘管的参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供的，许多额定工况值在产品样本上能查到。此项阻力一般在20~50kPa 范围内。
4.调节阀的阻力：空调房间总是要求控制室温的，通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。如果此允许压力降取值大，则阀门的控制性能好；若取值小，则控制性能差。阀门全开时的压力降占该支路总压力降的百分数被称为阀权度。水系统设计时要求阀权度S>0.3，于是，二通调节阀的允许压力降一般不小于40kPa。
根据以上所述，可以粗略估计出一幢约100m 高的高层建筑空调水系统的压力损失，也即循环水泵所需的扬程：
1.冷水机组阻力：取80kPa（8m 水柱）；

2.管路阻力：取冷冻机房内的除污器、集水器、分水器及管路等的阻力为50kPa；取输配侧管路长度300m 与比摩阻200Pa/m，则磨擦阻力为300*200=60000Pa=60kPa；如考虑输配侧的局部阻力为磨擦阻力的50%，则局部阻力为60kPa*0.5=30kPa；系统管路的总阻力为50kPa+60kPa+30kPa=140kPa（14m水柱）；
3.空调末端装置阻力：组合式空调器的阻力一般比风机盘管阻力大，故取前者的阻力为45kPa（4.5 水柱）；
4.二通调节阀的阻力：取40kPa（0.4 水柱）。

5.于是，水系统的各部分阻力之和为：

80kPa+140kPa+45kPa+40kPa=305kPa（30.5m 水柱）

6.水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H=30.5m*1.1=33.55m。
根据以上估算结果，可以基本掌握类同规模建筑物的空调水系统的压力损失值范围，尤其应防止因未经过计算，过于保守，而将系统压力损失估计过大，水泵扬程选得过大，导致能量浪费。

冷却水系统的设计

目前最常用的冷却水系统设计方式是冷却塔设在建筑物的屋顶上，空调冷冻站设在建筑物的底层或地下室。水从冷却塔的集水槽出来后，直接进入冷水机组而不设水箱。当空调冷却水系统仅在夏季使用时，该系统是合理的，它运行管理方便，可以减小循环水泵的扬程，节省运行费用。为了使系统安全可靠的运行，实际设计时应注意以下几点：
1．冷却塔上的自动补水管应稍大一点，有的按补水能力大于2 倍的正常补水量设计；
2．在冷却水循环泵的吸入口段再设一个补水管，这样可缩短补水时间，有利于系统中空气的排出；
3．冷却塔选用蓄水型冷却塔或订货时要求适当加大冷却塔的集水槽的贮水能力；
4．应设置循环泵的旁通止逆阀，以避免停泵时出现从冷却塔内大量溢水问题，并在突然停电时，防止系统发生水击现象；
5．设计时要注意各冷却塔之间管道阻力平衡问题；按管时，注意各塔至总干管上的水力平衡；供水支管上应加电动阀，以便在停某台冷却塔时用来关闭；
6．并联冷却塔集水槽之间设置平衡管。管径一般取与进水干管相同的管径，以防冷却塔集水槽内水位高低不同。避免出现有的冷却塔溢水，还有冷却塔在补水的现象。

冷却水系统水泵扬程的计算：水泵扬程＝管道沿程阻力+局部阻力+设备阻力+冷却塔布水器压力+布水器到集水器高差我个人认为水塔扬程确定为：冷凝器60 到100KPA，沿程和局部阻力为80到120PA每米，冷却塔喷雾压力50KPA，再加上冷却塔水的提升高度，再X个系K=1.1~1.2,不知道这样算出的扬程和实际的有多大的误差？）
冷却水系统的补水量

现在的资料给出的冷却水系统的补水量数据判别较大，见下表：
经对表中资料的分析，从理论上说，如把水冷却5℃，蒸发的水量不到被冷却水量的1%。但是，实际上还应考虑排污量和由于空气夹水滴的飘溢损失；同时，还应综合考虑各种因素（如冷却塔的结构、冷却水水泵的扬程、空调系统的大部分时间里是在部分负荷下运行等）的影响。我们建议：电动制冷时，冷却塔的补水量取为冷却水流量的1%~2%；溴化锂吸收式冷水机组的补水量取为冷却水流量的2%~2.5%。
冷却水循环系统设计中应注意的几个问题

1．电动冷水机组的冷凝器进、出水温差一般为5℃，双效溴化锂吸收式冷水机组冷却水进、出口温差一般为6~6.5℃，因此，在选用冷却塔时，电动冷水机组宜选普通型冷却塔（Δt=5℃）；而双效溴化锂吸收式冷水机组宜选中温型冷却塔（Δt=8℃）；
2．选用冷却塔时应遵循《工业企业噪音控制设计规范》GB/T50087-2013的规定，其噪声不得超过下表所列的噪声限制值》：
厂界噪声限制值/dB(A)
3．空调冷却水系统中宜选用逆流式冷却塔。当处理水量在300m3/h以上时，宜选用多风机方形冷却塔，以便实现多风机控制。
4．由于冷却水进水温度过低将会引起溴化锂吸收式冷水机组结晶等故障，因此，设计溴化锂吸收式冷水机组的冷却水系统时，应在冷却塔供、回水管间设置一旁通管，可以使部分冷却水不经冷却塔，以保证冷却水进水温度不会过低。

膨胀水箱选型

1．水箱容积计算当95-70℃供暖系统V=0.031Vc当110-70℃供暖系统V=0.038Vc当130-70℃供暖系统V=0.043Vc式中V——膨胀水箱的有效容积（即相当于检查管到溢流管之间高度的容积），L；Vc——系统内的水容量，L。
膨胀水箱选用开式高位膨胀水箱适用于中小型低温水供暖系统，膨胀水箱规格见下表，构造见国标图。
2．膨胀水箱设计安装要点膨胀水箱安装位置，应考虑防止水箱内水的冻结，若水箱安装在非供暖房间内时，应考虑保温。
膨胀管在重力循环系统时接在供水总立管的顶端；在机械循环系统时接至系统定压点，一般接至水泵入口前，循环管接至系统定压点前的水平回水干管上，该点与定压点之间，应保持不小于1.5-3m 的距离。
膨胀管、溢水管和循环管上严禁安装阀门，而排水管和信号管上应设置阀门。设在非供暖房间内的膨胀管，循环管理体制、信号管均应保温。一般开式膨胀水箱内的水温不应超过95℃。
电动冷水机组类型与台数的选择

（1）一般来说，单机名义工况制冷量小于等于116Kw 的场合，以选用活塞式、涡旋式冷水机组为宜；单机容量为116~700Kw 的场合，以选用活塞式冷水机组为宜，亦可选用螺杆式冷水机组，不宜选用离心式冷水机组；单机容量为700~1054Kw 的场合，以选用螺杆式和离心式冷水机组为宜；单机容量在1758Kw以上的场合，应选用离心式冷水机组。
（2）电动冷水机组台数的确定：一个冷冻站内选用冷水机组台数的多与少，各有利弊。从调节灵活、有利于节能等角度，台数多些为好；从设备投资、占地面积及维修管理等方面考虑，台数不宜过多，多数为2~5 台。机组台数的多少，应按空调工程规模的大小、空调负荷变化规律及部分负荷运行的调节要求而定。规范中规定不宜少于2 台；当小型工程仅设1 台，应选择调节性能优良、运行可靠的机型。


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