空调水系统设计与水力计算简便方法

空调水系统设计与水力计算简便方法空调水系统的分类方法很多，按照管道的布置形式和工作原理，一般可归纳为以下几种主要类型：按原理可分为：闭式循环和开式循环；按供、回水管道数量分为：两管制、三管制和四管制；按供、回水在管道内的流动关系分为：同程式和异程式；按调节方式可分为：定水量和变水量。冷冻水系统原理图：冷却水系统原理图：当空调系统采用风机盘管、诱导器和水冷式表冷器冷却用时，冷水系统宜采用闭式系统。高层建筑宜采用闭式系统。空调系统采用喷水室冷却空气时，宜采用开式系统。暖通空调管道阀门选型原则：3.png4.png冷冻水水流速度：压力水管的水流速主要是经济和噪声两个因素。管内的水速太大，对环路的平衡不利，故总管流速可以取得大一些，而分支管路可以小一些。管内水流速推荐值(m/s)：冷冻水管管径确定：连接各空调末端装置的供回水支管的管径，宜与设备的进出水管接管管径一致，可查产品样本获知。管径计算公式如下：Q(L/s)：管段内流经的水流量；d(mm)：管道内径；v(m/s)：假定的水流速。水系统的流量和单位长度阻力损失表：8.png空调冷冻水和冷却水循环系统水力计算简便方法：水系统管路水力计算是系统正确设计和优化的基础。空调水系统的管路水力计算是在已知水流量和推荐流速下，确定水管管径，计算水在管路中流动的沿程阻力损失和局部阻力损失，确定水泵的扬程和流量。1.空调水循环管路水力计算的原理1.1沿程阻力损失：水管路将流量和管径不变的一段管路称为一个计算管段，计算管段沿程阻力损失，即：（1）式中：△py—计算管段沿程阻力损失，Pa；λ—沿程阻力系数，无因次量；l—直管段长度，m；d—管道直径，m。ρ—水密度，kg/m3；v—水速度，m/s；R—单位长度沿程阻力损失，又称比摩阻，Pa/m。冷水管采用钢管或镀锌管时，比摩阻一般为100Pa/m～400Pa/m，最常用的为250Pa/m。（2）沿程阻力系数λ与流体的流态和管壁的相对粗糙度有关，即λ=f(Re，K/d)式中：Re—雷诺数，Re=vd/ν=ρvd/μ；ν—水的运动粘滞系数，m2/s；μ—水的动力粘滞系数，Pa·s；K—管壁的当量糙粒高度，m；空调冷冻水闭式系统管路K=0.2mm，开式系统管路K=0.5mm；空调冷却水系统管路K=0.5mm。空调水循环管路，管道设计中采用较低水流速，流动状态一般处于紊流过渡区内，沿程阻力系数λ可采用柯列勃洛克公式(3)和阿里特苏里公式(4)进行计算，1.2沿程阻力损失计算表管道内的流速、流量和管径的关系表达式为：（5）式中：qm—管段中的水质量流量，kg/h；将式(5)的流速v代入式(2)，整理成更方便的计算公式：（6）在给定水状态参数及其流动状态的条件下，λ和ρ值均为已知，则式(6)就表示为R=f(d，qm)的函数式。利用公式(4)，(5)，(6)，计算出冷却水和冷冻水在不同水流量、不同管径、不同速度的沿程比摩阻，详见表1和表2。15.png注：表中冷却水温度为34.5℃((32℃+37℃)/2)，密度994.3kg/m3，运动粘滞系数0.735×10-6m2/s，管壁绝对粗糙度0.5mm。注：表中冷冻水温度为9.5℃((7℃+12℃)/2)，密度999.75kg/m3，运动粘滞系数1.329×10-6m2/s，管壁绝对粗糙度0.2mm。1.3局部阻力损失当流体通过管道的一些附件如阀门、弯头、三通、盘管等时，产生局部阻力损失，管段的局部阻力损失表示为：（7）式中：△pj—计算管段的总局部阻力损失，Pa；Σζ—计算管段局部阻力系数之和，无因次。2空调水系统水力计算方法2.1空调冷冻水系统水力计算方法2.1.1冷冻水水量：空调冷冻水循环系统一般采用闭式系统，系统的供水温度通常为7℃，回水温度为12℃，温差为5℃，泵的流量按空调系统夏季最大计算冷负荷确定，即：（8）式中：qm—系统环路总流量，kg/s；Φ—系统环路的计算冷负荷，W；△t—冷冻水供回水温差，℃；c—冷冻水比热容，通常取c=4.187×103J/(kg·K)。2.1.2冷冻水系统水泵扬程若空调冷冻水循环系统采用一次泵循环管路，则水泵的扬程应能克服冷冻水系统最不利环路的用冷设备、产冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求。即：式中：p—水泵扬程，Pa；Σ(△py+△pj+△pm)—最不利环路各计算管段沿程、局部和设备阻力损失之和，Pa；△py—各计算管段沿程阻力损失，Pa；△pj—各计算管段总局部阻力损失，Pa；△pm—各计算管段总设备阻力损失，Pa。若空调冷冻水循环系统采用二次泵循环管路，则：1)一次泵的选择a)泵的流量应等于冷水机组蒸发器的额定流量；b)泵的扬程为克服一次环路的阻力损失，其中包括一次环路的管道阻力和设备阻力；c)一次泵的数量与冷水机组台数相同。2)二次泵的选择a)泵的流量按分区夏季最大计算冷负荷确定；b)二次泵的扬程应能克服所管分区的二次最不利环路中用冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求。无论采用一次泵冷冻水系统，还是采用二次泵冷冻水系统，选择水泵时，流量附加10%的余量，扬程也附加10%的余量。2.2空调冷却水系统水力计算方法空调冷却水循环系统一般采用开式系统，水力计算是确定冷却水流量后，确定冷却水泵的扬程。2.2.1冷却塔冷却水量冷却塔冷却水量可按下式计算：（10）式中：qm—冷却塔冷却水量，kg/s；Φ—冷却塔排走热量，W，压缩式制冷机，取制冷机负荷的1.3倍左右，吸收式制冷机，取制冷机负荷的2.5倍左右。△t′—冷却塔的进出水温差，℃；压缩式制冷机，取4℃～5℃；吸收式制冷机，取6℃～9℃；c—水的比热容，J/(kg·K)。2.2.2冷却水系统水泵扬程冷却水泵所需扬程应能克服冷却水系统环路的用冷设备、产冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求，即：p=Σ(△py+△pj+△pm)+△p0+△ph(11)式中：p—冷却水泵的扬程，Pa；Σ(△py+△pj+△pm)—冷却水循环管路总阻力损失之和，Pa；△py—冷却水各计算管段的沿程阻力损失，Pa；△pj—冷却水各计算管段的总局部阻力损失，Pa；△pm—冷却水各计算管段中总设备阻力损失，Pa；△p0—冷却塔喷嘴喷雾压力，Pa，约等于49kPa；△ph—冷却塔中水提升高度(从冷却塔盛水池到喷嘴的高差)所需的压力，Pa。2.3管径的确定空调水系统中管内水流速按表3中的推荐值选用，或按表4根据流量确定管径。3工程应用3.1冷冻水系统管路水力计算应用如图1所示的空调冷冻水二次泵循环系统(一级循环略去)，此系统计算冷负荷为48.8kW，冷冻水供水温度为7℃，回水温度为12℃，空调机组表冷器水侧阻力为50kPa，各管段的长度见表5，求各管段的管径及二次水泵的流量和扬程。计算系统所需的冷冻水流量，为：此系统最不利环路为1-2-3-4-5-6组成的环路。根据各管段的流量，由表5确定各管段直径。由表2可查出比摩阻R，查各管件的局部阻力系数表，确定各管段的总阻力损失见表5。图1冷冻水系统图此水系统为闭式水系统，水泵的扬程为最不利环路的总阻力损失，加上表冷器的阻力损失，即p=Σ(△py+△pj+△pm)=74.48kPa=7.59mH2O。选用水泵，流量和扬程皆考虑10%的余量，则选用水泵的参数为流量1.1×8.39m3/h=9.23m3/h，扬程1.1×7.59m=8.35mH2O。3.2冷却水系统管路水力计算应用某建筑建筑面积为4000m2，选用冷水机组一台，制冷量为455KW。冷凝器侧水阻力为4.9×104Pa，进、出冷凝器的水温分别为32℃和37℃，水处理器的阻力为2.0×104Pa，冷却水管总长48m，冷却塔盛水池到喷嘴的高差为2.5m，确定各管段的管径和水泵的选择参数。冷却水循环管路，由于管径没有沿程变化，认为是一个计算管段，则计算管段的冷却水流量为：根据冷却水流量102.3m3/h，查表4，选用管道公称直径DN150mm，管道水流速为：查表1得比摩阻R=187.43Pa/m，管道长度为48m，沿程压力损失为△py=Rl=(187.43×48)Pa=9.0×103Pa。弯头、止回阀、闸阀等管件等的局部阻力系数总和Σζ=12.46，总局部阻力为=1.61×104Pa。设备总阻力损失包括冷凝器阻力损失和水处理器阻力损失，为△pm=(4.9×104+2×104)Pa=6.9×104Pa。冷却塔喷雾所需压力△p0=4.9×104Pa。冷却水提升高度为2.5m，所需的提升压力为：△ph=2.5m×9807N/m3=2.45×104