《暖通空调工程设计》课件 第七章 空调水系统设计

（暖通空调工程设计）EngineeringDesignforHVAC

1第七章

空调水系统设计2空调工程常采用冷（热）水作介质，通过水系统将冷热源产生的冷（热）量输送给换热器、空气处理设备等，并最终将这些冷（热）量供应至用户。空调水系统主要由三部分组成：冷热源：主要有冷（热）水机组、热水锅炉和热交换器等；输配系统：水泵、供回水管道及附件；3）末端设备：如换热器（包括表冷器、空气加热器、风机盘管等）以及喷水室等热湿交换设备和装置。按使用对象不同，空调水系统可分为：热水系统、冷冻水系统、冷却水系统和冷凝水系统。37.1空调冷热水系统的类型及参数7.2空调冷热水系统的设计7.3空调冷却水系统7.4空调冷凝水系统7.5其他附件7.6空调水系统设计步骤及案例第七章

空调水系统设计锅炉《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012），对空调冷热水的参数作如下规定：空调冷冻水系统供水温度5～9℃，供回水温差5～10℃；一般供水温度7℃，回水温度12℃，供回水温差5℃。采用市政热力或锅炉供应的一次热源通过换热器加热二次空调热水时，其空调热水供水温度宜根据系统需求和末端能力确定。对于严寒地区的预热时，不宜低于70℃；对于一般的非预热盘管，宜采用50~65℃。严寒地区空调热水的供回水温差不应小于15℃，寒冷地区空调热水的供回水温差不应小于10℃采用直燃式冷（温）水机组、空气源热泵、地源热泵等作为热源，空调热水供回水温度和温差应按设备要求确定7.1空调冷热水系统的类型及参数类型按用户侧水与冷热源侧是否通连：直接连接、间接连接；按与大气接触情况循环方式：开式循环、闭式循环；按水流路径：同程系统和异程系统；按运行调节的方法：定流量和变流量；按系统中循环泵的配置方式：一次泵、二次泵；按供回水制数（管数）：两管制、四管制、分区两管制。1.直接连接、间接连接直接连接水系统特点：负荷侧管路中的水与冷热源中的水是连通的系统称为直连系统。直连系统中各设备的水力工况和热力工况是相互影响的。效率较高，但适于中小系统。系统较大时，低区设备的承压要注意；各支路的阻力与流量平衡比较困难1.直接连接、间接连接间接连接水系统特点系统管路中的水与冷热源中的水是不连通的系统称为间连系统，通常采用板式换热器隔开。间连系统间各设备的水力工况是各自独立的。换热器会产生热损失，效率较低，适合于大型系统或不宜直接连接的系统（如腐蚀、不同介质等）。如高层建筑的高区与低区，供热干网与各用户，冰蓄冷系统。间接连接示意图2.开式系统、闭式系统开式系统优点蓄水箱有蓄水能力，与蓄冷水池配合简单室内温度波动小开式系统缺点开式易腐蚀水泵要克服的静压大回水池开式水系统图开式水系统图2.开式系统、闭式系统开式适用场合冷冻机的调节不能满足空调系统负荷变化蓄冷、蓄热以削减高峰负荷末端采用喷水室2.开式系统、闭式系统闭式优点腐蚀小水泵耗功小闭式缺点蓄冷能力弱，低负荷时，冷水机组频繁开停适用场合末端采用表冷器高层建筑热水开式、闭式系统除设蓄冷蓄热水池等直接供冷供热的蓄能系统及用喷水室处理空气的系统外，空调水系统应采用闭式循环系统3.同程、异程式优缺点初投资水阻力，水泵功耗系统初调节的难易程度用水点的分布、阻力均匀状况若末端设备支环路阻力较小，而负荷侧干管环路较长且阻力比例较大时——同程若管路系统小，支管环路上末端设备的阻力大，其阻力占负荷侧干管环路阻力的比例较大——异程垂直（竖向）同程的管路布置

冷热损失设备承压排气装置水平同程的管路布置对比？垂直同程和水平同程的管路布置4.两管制、四管制、分区两管制(1)两管制在同一时间水管中仅送热水或冷水，因此只需一根送水管和一根回水管的系统称为两管制系统。如风机盘管系统，普通的全空气系统：夏天时管内为冷水，冬天时管内为热水。是最常见的系统形式，投资较少，通常适于舒适性空调；两管制水系统

仅有一套供水管路和一套回水管路，机房进行冷热切换优点：构造简单、布置方便、少占空间及投资缺点：不能同时供冷、供热《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）指出：“全年运行的空气调节系统，仅要求按季节进行供冷与供热转换时，应采用两管制水系统”。我国高层建筑特别是高层旅馆建筑大量建设的实践表明，从我国的国情出发，两管制系统能满足绝大部分旅馆的空调要求，同时也是多层或高层民用建筑广泛采用的空调水系统方式。（2）四管制水系统系统中全年任何时候均供送热水和冷水，因此可进行各种加热和冷却处理的系统形式。热水管路和冷水管路分别包括各自的供水管和回水管，总共四根管而得名。通常用于全年参数保证率高的场合，如宾馆的总统套房，工艺性空调等，初投资高，占用面积多，运行费用高。四管制出现背景建筑面积大、进深深，内外区空调负荷矛盾计算机和信息产业建筑标准提高四管制水系统

优点：自由选择供热或供冷的运行模式精度控制缺点：①投资较大②管路较多《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）规定：全年运行过程中，供冷和供热工况频繁交替转换或需同时使用的空气调节系统，宜采用四管制水系统。因此，它较适合于内区较大，或建筑空调使用标准较高且投资允许的建筑中

（3）三管制水系统将四管制中的热水和冷水的回水管合并成一根管就变成三管制系统，具有四管制系统的所有功能，初投资减少，但效率降低（冷热混合浪费能量）三管制冷水热水分别供给，回水管共用末端设备处冷热切换，独立供冷或供热缺点：冷热抵消末端控制和水量控制复杂回水温度过高(4)分区两管制水系统背景：两管制功能不足、四管制投资高Zoningtwo-pipewatersystem定义：按建筑物的负荷特性将空气调节分为冷水和冷热水合用的两个两管制系统分区两管制水系统

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）规定：当建筑物内有些空气调节区需全年供冷水，有些空气调节区则冷、热水定期交替供应时，宜采用分区两管制水系统。4.定流量、变流量定流量（CWV）输配管路流量保持恒定，房间温度靠末端风量、三通阀控制水泵功耗大二通阀调节水量三通阀调节水量适用场合间歇使用小系统（一机一泵）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003），指出“设置2台或2台以上冷水机组和循环泵的空气调节系统，应能适应负荷变化改变系统流量”。4.定流量、变流量变流量：输配管路的水流量随着末端装置的调节而实时变化一级泵变流量若采用定速水泵，则水泵的运行能量不节省末端流量由二通调节阀控制一级泵变水量系统的控制策略压差旁通控制法一级泵的适用场合系统较小、各环路负荷特性或压力损失相差不大的中、小型工程，宜采用一次泵系统。系统较大、当各环路扬程相差较大时不宜设置一次泵系统。二级泵二次泵分区供水213二级泵二次泵并联运行阻力相差不大二次泵控制策略二次泵采用压差控制、一次泵采用流量盈亏控制变流量7.2冷热水系统的设计完成功能：用户的水量需求得到满足安全、稳定：不超压、不汽化、不漏气节能一.完成功能用户的水量需求得到满足按最不利环路计算选取水泵1.冷热水循环泵的配置冷热水循环泵是否分开设置？夏季供回水温差5℃，冬季10℃南方地区冬季空调负荷比夏季空调负荷小冬季汽——水换热器阻力比夏季蒸发器小对于大中型工程的两管制空调水系统，《采暖通风与空气调节设计规范》规定“宜分别设置冷水循环泵和热水循环泵”循环泵的台数一次泵台数：一泵对一机，不要求备用二次泵台数：无需与冷水机组对应，应按系统分区和每个分区的调节方式配置2.循环泵的参数及选型流量一次泵的流量为对应冷水机组的流量乘以1.05~1.2的安全系数二次泵的流量为该区的冷负荷综合最大值计算出的流量乘以1.05~1.2的安全系数扬程闭式循环一次泵系统：管路、管件、冷水机组蒸发器、末端闭式循环二次泵系统：一次冷水泵为一次管路、管件和冷水机组蒸发器阻力之和；二次冷水泵为二次管路、管件及末端阻力之和设有蓄冷水池的开式循环一次泵系统：为闭式循环一次泵系统加上蓄冷水池最低水位到末端设备空气冷却器之间高差水泵扬程为上述阻力分别乘以1.05~1.1的安全系数循环水泵的选型要求一般选用单级单吸离心泵，若流量超过500m3/h宜选用双吸泵高层建筑应明确提出对水泵的承压要求为了降低噪声，一般选用转速1450r/min循环水泵性能曲线的选择：平坦型、陡降型、驼峰型一用一备：平坦型多台并联：G过小，单台运行容易超载水泵的选择流量扬程冷冻水冷却水定流量变流量冷冻水冷却水沿程阻力局部阻力设备阻力沿程阻力局部阻力设备阻力冷却塔阻力蒸发器空调末端布水器出水压头集水盘到布水器水静压2个性能参数3.冷水机组与水泵之间的连接一对一连接通过共用集管连接互为备用2用1备二、水系统的承压及定压水系统的最大压力点：水泵出口停止运行：hA=ho正常运行：hA=ho＋Hpump-v2/2g起动瞬间：hA=ho＋Hpump水泵全压DCBE水系统的承压水系统中常用设备的承压能力蒸发器、冷凝器：国产，100m水柱；进口特加强型，可达200m风机盘管：100m水柱，175m水柱两种管材：低压250m，高压10000m阀门：低压160m，高压10000m可能出问题可能出问题解决水系统的承压方法解决高层建筑水系统承压问题的办法高低区空调系统分开冷源置于顶层高低区共用冷源，水系统分开—使用板式换热器解决高层建筑水系统承压问题的办法板式换热器7.3冷却水系统组成：冷却塔、冷却水箱、加药装置、冷却水泵、冷水机组冷凝器冷却塔的类型逆流式、横流式、喷射式和蒸发式构成：塔体：玻璃钢淋水装置：填料层（木材、竹材）配水装置通风设备收水器（防飘水）集水池逆流式对比换热效率电机耗功噪音飘水量引射式蒸发式冷却水系统的形式下水箱式上水箱式多台并联冷却塔的选型、冷却塔要求的水量可按下式计算:Q---冷却塔水量t/h；Qc---为冷凝器的负荷，KW；Qe---为蒸发器的冷量，KW；△T---为冷却水进出口温差（℃），压缩式制冷机△t=5℃，吸收式制冷机△t=6℃；k考虑制冷机耗功的热量系数，对压缩式制冷机，k=1.25-1.3m3/h7.4冷凝水系统1.水封的设置2.泄水支管：坡度0.01，水平干管0.0033.冷凝水管材：防锈、软管下垂——镀锌钢管、PVC防结露4.冷凝水水管管径：0.4~0.8kg/kW5.冷凝水的排放：空气隔断6.冷凝水排水系统常遇到的问题及解决办法

水封设置冷凝水管的设计可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径；冷凝水排水系统常遇到的问题及解决办法无坡、小坡、反坡——漏水集水盘不平、出水口堵塞——漏水保温（阀门、集水盘底）不够，二次凝水就近排放，一般大等于ＤＮ２０7.5其他附件887.5.1关断阀和调节阀水系统初调以及维护管理的关闭都需要阀门。由于阀门结构方面的原因，闸阀、截止阀基本上不具备调节能力，大多用于只需要开、闭的场所，除了系统检修需要时关闭，其余时间处于常开状态。从结构上看，截止阀的密闭性优于闸阀，但截止阀尺寸也大于闸阀，因此通常在大管径上采用闸阀（≥50mm），小管径采用截止阀。蝶阀具有一定的调节能力，其调节性能接近于线性，且尺寸很小，但关闭的严密程度不如闸阀与截止阀(尤其是小管径)。因此，在一些大管径场所，蝶阀有替代闸阀的趋势，在一些需要一定调节能力要求的小管径场所，它也可以替代调节阀。调节阀的阀芯通常近似锥形结构，具有较好的调节能力，对于需要流量调节(如初调试)的场所，采用它是比较合理的。其外形尺寸与同口径的截止阀相当，价格略贵。7.5其他附件897.5.2平衡阀平衡阀可以分为静态平衡阀(手动平衡阀)，动态平衡阀(自动流量平衡阀)和多功能平衡阀三大类。当设计工况并联环路之间压力损失相对差额超过15%时，应采用静态平衡阀平衡环路之间的阻力差。7.5其他附件907.5.2平衡阀动态平衡阀实际上是一种保持流量不变的定流量阀。其功能是：当系统内有些末端设备，如风机盘管机组、新风机组等调节阀，随空调负荷的变化进行调节后导致管网中压力发生改变时，使其他末端设备的流量保持不变，仍然与设计值相一致。7.5其他附件917.5.2平衡阀随着平衡阀应用的发展，平衡阀与多种功能性阀门与设备的配合使用日益增多，出于空间和性能组合优化的考虑，平衡阀也可向多功能性化发展，见图7-47。7.5其他附件927.5.3分、集水器分水器起到向各分路分配水流量的作用，集水器起到由各分路、环路汇集水流量的作用。分水器和集水器是为了便于连接各个水环路的并联管道而设置的，起到均压作用，以使流量分配均匀。多于两路供应的空调水系统，宜设置分、集水器。分、集水器的直径应按并联管道的总流量，通过该管径时的断面流