第八章 水系统与制冷机房设计

第八章水系统与制冷机房设计1第1页，共58页，2023年，2月20日，星期三基本空调循环HFC134a空气处理器风机盘管空气三通阀压缩机吸气排气蒸发器冷凝器HFC134a制冷剂输入功率66kW冷却塔冷冻水240GPM冷却水300GPM室外空气350C干球23.90C湿球热力膨胀阀35℃29.40C18.9升/秒==15.1升每秒7.20C12.80C2第2页，共58页，2023年，2月20日，星期三第一节空调水系统由于现代高层建筑空间的限制以及用户调节使用的方便，大量采用空气——水空调系统方式，室内冷热负荷由冷冻水和热水承担。在空调用制冷系统中，水管系统包括冷冻水系统和冷却水系统。一、空调水系统概述3第3页，共58页，2023年，2月20日，星期三制冷机组的能效比kW/kW系统能效比

kW/kW系统季节能效比

kWh/kWh4第4页，共58页，2023年，2月20日，星期三二、冷冻水系统空调冷冻水系统由：水泵、管道、定压设备、阀门、换热器、除污器等主要部件构成。(一）冷冻水系统的主要形式冷冻水系统均为循环水系统；冷冻水系统从管道和设备的布局上分，可分为开式系统和闭式系统1.开式和闭式系统5第5页，共58页，2023年，2月20日，星期三6第6页，共58页，2023年，2月20日，星期三7第7页，共58页，2023年，2月20日，星期三8第8页，共58页，2023年，2月20日，星期三（1）开式系统系统水量大，运行工况稳定，但易污染，且水泵压头较高。近年来，由于能源的紧张和空调技术的发展，国内外不少工程中采用蓄冷池蓄冷的空调方式，相应地水系统需采用开式系统。用户端用户端用户端冷水箱冷冻水泵开式冷冻水系统制冷剂回水箱冷冻水箱水泵蒸发器水泵用户9第9页，共58页，2023年，2月20日，星期三（2）闭式系统闭式水系统与外界空气接触少，管道腐蚀可能性小，水泵能耗小。闭式系统必须采用壳管式蒸发器，用户处则应采用表面式换热设备（表冷器或空调箱），还需增设膨胀水箱，以适应水系统内的水在温度变化时的体积膨胀。工程设计中，冷冻水系统多采用闭式水系统。水泵用户蒸发器膨胀水箱10第10页，共58页，2023年，2月20日，星期三开式与闭式系统的水泵扬程相差较大：闭式系统中，水泵的扬程为：管道、制冷机组、换热器、阀门等闭式循环水路中各个部件压力损失的总和。开式系统中，水泵除承担管道等部件的压力损失外，还要克服将水从开式水箱提升到管路最高点的高度差。设计时需注意的事项：对于开式系统，注意水泵吸水真空高度的问题，应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汽化压力。对于闭式系统，在水泵吸入口设置定压水箱，保证水系统任何一点的最低运行压力为5kPa以上，防止系统中任何一点出现负压，否则有可能将空气吸入水系统中（抽空）或造成部分软连接向内收缩等问题。11第11页，共58页，2023年，2月20日，星期三12第12页，共58页，2023年，2月20日，星期三开式系统蓄水箱容量的确定原则：（1）蓄存所有的系统水容量并附加一定的安全系数；（2）按照系统小时循环水量的5%~10%计算。在实际设计中应取上述两者中较大的值。膨胀水箱的作用与安装位置其作用是：（1）抵消系统内温度变化时水体积的膨胀和收缩；（2）补充系统内水的损耗；（3）稳定系统内特别是水泵吸入口的压力。安装位置：尽量接至水泵吸入口，其连通管道上不要装设任何阀门；膨胀水箱水位应高于系统最高水位1m以上，冬天要注意其防冻。目前，膨胀水箱正逐步用设在泵房内的定压罐来代替。13第13页，共58页，2023年，2月20日，星期三14第14页，共58页，2023年，2月20日，星期三2.直连系统与间连系统根据用户水系统与制冷机组的连接方式不同，冷冻水系统可以分为直连系统和间连系统。图8-4直连式冷冻水系统图8-5间连式冷冻水系统系统规模较大，用户比较分散，普遍用于大型建筑和超高层建筑（高度大于100m)的空调系统中。系统规模小，用户比较集中15第15页，共58页，2023年，2月20日，星期三3.异程系统和同程系统冷冻水系统可分为异程系统和同程系统。图8-6异程冷冻水系统图8-7同程冷冻水系统16第16页，共58页，2023年，2月20日，星期三4.两管制、三管制和四管制系统图8-8两管制水系统图8-9三管制水系统8-10四管制水系统17第17页，共58页，2023年，2月20日，星期三5.一次泵和二次泵系统8-11一次泵冷冻水系统图8-12二次泵冷冻水系统18第18页，共58页，2023年，2月20日，星期三19第19页，共58页，2023年，2月20日，星期三一次泵系统组成简单，控制容易，运行管理方便，一般多采用此种系统。二次泵系统：一次环路负责冷冻水的制备-------定流量运行；二次环路负责冷冻水的输配-------变流量运行。二次泵系统的最大优点是：能够分区分路供应用户侧所需的冷冻水，适用于大型系统。20第20页，共58页，2023年，2月20日，星期三6.变水量和定水量系统图8-13定水量系统图8-14变水量系统21第21页，共58页，2023年，2月20日，星期三（二）典型冷冻水系统分析1.一次泵定水量系统（a）一机一泵；（b）多泵共用；（c）多泵备用22第22页，共58页，2023年，2月20日，星期三2.一次泵变水量系统（a）一机一泵；（b）多泵共用；（c）多泵备用23第23页，共58页，2023年，2月20日，星期三3.二次泵变水量系统24第24页，共58页，2023年，2月20日，星期三冷却水进水温度一般应不高于32℃

冷却水主要指冷凝器和压缩机冷却用水。（一）直流式冷却水系统最简单的冷却水系统是直流式供水系统，即升温后的冷却回水直接排除，不循环使用。这种系统只适用于水源水量特别充足的地区，例如靠近江、河、湖泊、海等地方，城市自来水不宜选用。二、冷却水系统25第25页，共58页，2023年，2月20日，星期三（二）循环式冷却水系统1、自然通风冷却循环系统26第26页，共58页，2023年，2月20日，星期三热水电磁阀喷淋式水塔吸入口补水排水，溢流三通阀冬天放水冷水冷凝器空调机组2、机械通风冷却循环系统27第27页，共58页，2023年，2月20日，星期三28第28页，共58页，2023年，2月20日，星期三图8-20单元式冷却水系统图8-21干管式冷却水系统(a)一泵一机；(b)多泵共用29第29页，共58页，2023年，2月20日，星期三(a)一泵一机图8-22混合式冷却水系统(b)多泵共用30第30页，共58页，2023年，2月20日，星期三图8-20单元式冷却水系统单元式冷却水系统优点：流量分配合理，各个单元之间相互影响小，运行可靠性高。缺点：配管管线布置最为复杂，管路数目多，占用空间大，各设备不能相互备用。一机对一塔31第31页，共58页，2023年，2月20日，星期三图8-21干管式冷却水系统(a)一泵一机；(b)多泵共用干管式冷却水系统优点：供回水都采用集中干管形式，管路数目少，占用空间小，设备之间可以相互备用，可通过冷却风机的台数或转速控制降低制冷机组部分负荷时的冷却塔风机能耗，故应用最广。多机对多塔32第32页，共58页，2023年，2月20日，星期三在干管式系统和混合式系统中，由于冷却塔可以相互备用，如果水系统设计和控制不当，则容易出现“溢流”、“旁通”和“抽空”现象。当冷却水系统出现上述现象时：冷却塔的进水管上安装了电动阀，而回水管上未装；当出水电动阀关闭而进水电动阀开启时；冷却塔水量分配不平衡时；多台大小不同的冷却塔并联设置且集水盘水位不相同时，容易出现“溢流”问题。避免措施：当冷却塔不运行时，同时严密关闭冷却塔进、出水电动阀。33第33页，共58页，2023年，2月20日，星期三目前，冷却水系统大多采用循环式冷却水系统，利用冷却塔机械循环。冷却塔中冷却水的终温一般可达到比当地的湿球温度高５℃左右的温度（约为３２℃）。冷却水系统由冷凝器、冷却塔、水泵等组成，冷却塔是以冷凝器的冷却水流量作为依据，选择低噪音型，安装位置离居住区远，离制冷机近，一般安装在制冷机房屋面上，其出水管比进水管大一号，因出水管是靠重力返回水泵。同型号多台冷却塔并联使用应考虑均压连接和自动（手动）补水，且每台互为备用。34第34页，共58页，2023年，2月20日，星期三2、冷却水泵扬程的确定冷却水系统的水力计算冷却水泵所需扬程：(mH2O)——冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力（mH2O）——冷凝器阻力（mH2O）（一般为5~10mH2O）——冷却塔中水的提升高度（从冷却塔盛水池到喷嘴的高差）（mH2O）——冷却塔喷嘴喷雾压力（mH2O），3-6mH2O35第35页，共58页，2023年，2月20日，星期三36第36页，共58页，2023年，2月20日，星期三37第37页，共58页，2023年，2月20日，星期三38第38页，共58页，2023年，2月20日，星期三39第39页，共58页，2023年，2月20日，星期三40第40页，共58页，2023年，2月20日，星期三3.冷却水温度控制冷却水温度控制的原则：（1）一般蒸气压缩式制冷机组的冷却水进水温度要求不宜低于15.5℃（不包括水源热泵等特殊设计机组）；（2）吸收式制冷机组的冷却水进水温度要求不低于24℃

，否则容易引起溶液结晶；（3）由于冷却水温度降低时制冷机组的COP增大，因此只要在制冷机组允许的情况下，尽量降低冷却水温度；（4）在过渡季和冬季，利用冷却塔产生较低的冷却水，实现“free--cooling”.41第41页，共58页，2023年，2月20日，星期三冷却水温度控制的方法（1）风机台数控制与转速（变频）控制过渡季节，降低风机的转速以减少能耗；多台冷却塔并联系统中，减少冷却塔的风机开启台数以降低能耗；（2）冷却水旁通控制当冷却水温度过低时，可以在冷却水供、回水干管间设置旁通管，减少流经冷却塔的水流量，提供冷却水的温度。42第42页，共58页，2023年，2月20日，星期三冷却塔冷凝器蒸发器冷凝器蒸发器冷凝器蒸发器冷凝器冷却塔冷却塔板式换热器板式换热器低区回水高区供、回水（一）冷冻水泵冷水机组冷却水泵热水泵化学处理缸低区供水高区供、回水（二）上海扬子江大酒店冷冻水系统示意图水系统实例43第43页，共58页，2023年，2月20日，星期三第二节制冷机房的设计一、设计步骤六个步骤：1、确定制冷机房的总冷负荷制冷机房的总冷负荷应包括用户实际所需的制冷量以及制冷系统本身和供冷系统的冷损失。2、确定制冷机组类型根据用户使用要求、冷负荷及其全年变化、当地能源供应等情况，比较制冷机房一次投资和全年运行费用，确定制冷机组类型，包括制冷方式、制冷剂种类、冷凝器冷却方式等。其次，冷热源设备的选用须按技术先进性、经济性和安全可靠性等原则进行比较后确定。44第44页，共58页，2023年，2月20日，星期三从提供相同冷量、消耗一次能源的角度来说，电力驱动的制冷机比吸收式制冷机能耗要低。但对当地电力供应紧张，或有现成的热源，特别是有余热、废热可利用的场合，应优先选用吸收式制冷机。从能耗、单机容量和调节等方面考虑，选择电力驱动冷水机组时，当单机名义工况制冷量大于1758KW时，宜选用离心式冷水机组；当制冷量在1054~1758KW时，宜选用螺杆式或离心式；当制冷量在116~1054KW时，宜选用螺杆式；当制冷量小于116KW时，宜选用涡旋式。45第45页，共58页，2023年，2月20日，星期三46第46页，共58页，2023年，2月20日，星期三47第47页，共58页，2023年，2月20日，星期三3、确定制冷机组的设计工况蒸发温度（t0）以冷冻水、盐水为冷媒：t0=t冷媒－（2-3）℃以空气为冷媒：t0=t送风－（6-8）℃冷凝温度（tk）以空气为冷却介质：tk=t空气进口+（10-16）℃以水为冷却介质：tk=t出水+（2-4）℃

48第48页，共58页，2023年，2月20日，星期三4、确定制冷机组容量和台数

设计制冷机房时，应考虑建筑物全年空调负荷的变化规律和制冷机部分负荷的调节特性，合理选择机型、单机容量、台数和全年运行方式，以便提高制冷系统在部分负荷时的运行效率，从而降低年运行费用。一般选择2-3台同型号的制冷机组，台数不宜过多。除特殊要求外，可不设置备用制冷机组。5、设计水系统确定冷冻水和冷却水系统形式，选择冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的规格和台数，进行管路系统设计计算。6、布置制冷机房49第49页，共58页，2023年，2月20日，星期三二、制冷机房根据系统工艺流程，设备型式特点、操作维修等综合因素考虑。（1）主要通道、操作走道的宽度和压缩机突出部分与配电盘之间均应≥1.5m。（2）非主要通道和操作走道