空调管路系统的设计原则.docx

一、空调管路系统设计标准
　　空调管路系统设计关键标准以下：
　　1．空调管路系统应含有足够输送能力，比如，在中央空调系统中经过水系统来确保渡过每台空调机组或风机盘管空调器循环水量达成设计流量，以确保机组正常运行；又如，在蒸汽型吸收式冷水机组中经过蒸汽系统来确保吸收式冷水机组所需要热能动力。
　　2．合理部署管道：管道部署要尽可能地选择同程式系统，即使初投资略有增加，但易于保持环路水力稳定性；若采取异程系统时，设计中应注意各支管间压力平衡问题。
　　3．确定系统管径时，应确保能输送设计流量，并使阻力损失和水流噪声小，以取得经济合理效果。众所周知，管径大则投资多，但流动阻力小，循环水泵耗电量就小，使运行费用降低，所以，应该确定一个能使投资和运行费用之和为最低管径。同时，设计中要杜绝大流量小温差问题，这是管路系统设计经济标准。
　　4．在设计中，应进行严格水力计算，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调整要求；
　　6．空调管路系统设计中要尽可能多地采取节能技术方法；
　　7．管路系统选择管材、配件要符合相关规范要求；
　　8．管路系统设计中要注意便于维修管理，操作、调整方便。
　　二、管路系统管材
　　管路系统管材选择可参考下表选择：

　　三、供回水总管上旁通阀和压差旁通阀选择
　　在变水量水系统中，为了确保流经冷水机组中蒸发器冷冻水流量恒定，在多台冷水机组供回水总管上设一条旁通管。旁通管上安有压差控制旁通调整阀。旁通管最大设计流量按一台冷水机组冷冻水水量确定，旁通管管径直接按冷冻水管最大许可流速选择，不应未经计算就选择和旁通阀相同规格管径。
　　当空调水系统采取国产ZAPB、ZAPC型电动调整阀作为旁通阀，末端设备管段阻力为0.2MPa时，对应不一样冷量冷水机组旁通阀通径，可按下表选择：

　　冷冻水压差旁通系统选择计算
　　在冷冻水循环系统设计中，为方便控制，节省能量，常使用变流量控制。因为冷水机组为运行稳定，预防结冻，通常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确保在末端变流量情况下，冷水机组侧流量不变。系统图图一。

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，压差旁通系统作用是经过控制压通旁通阀开度控制冷冻水旁通流量，从而使供回水干管两端压差恒定。依据水泵特征我们可得悉，泵送压力恒定时，流量亦保持恒定。
　　显然旁通阀3口径要满足最大旁通水量要求。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二分之一，则冷水机组1关闭一台，冷冻水泵2一样关闭一台，供回水压差减小，旁通阀3再度关上。所以旁通阀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旁通水量。
　　表面上看，最大旁通水量就是一台冷水机组额定流量，其实不然，因为冷冻水量并不一定会和负荷同百分比匹配，而应考虑末端设备热特征和控制方法，以下：
　　1、采取百分比或百分比积分控制空调器。控制器正确控制二通阀开度以调整盘管出力。依据盘管热特征（图二），当负荷减小时，所需流量减小速率愈加快，当负荷为50%时，水流量仅需13%左右，即旁通水量需87%。
　　2、风机盘管通常均采取二位控制，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。
　　在通常系统中，这两种情况均会出现，此时就需综合考虑空调器和风机盘管水量百分比，部分负荷时间，来选择旁通阀旁通水量。在部分经典场所如商场，旁通水量甚至会超出一台冷水机组（共三台机组时）额定水量两倍。
　　旁通阀口径选择计算，在很多文章全部有论及，此处简述以下：

                       图二：盘管负荷随水流量改变图
G=Kv×ΔP
G——流量,m3/h
Kv——流通能力，和所选择阀门相关。
△P——阻力损失。Bar
　　例：一台制冷量500RT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2x105Pa）。
　　DN125旁通阀流通能力250，计算以下：
　　G=250×2=353（m3/h）>350
　　所以采取DN125旁通阀即可满足要求。旁通阀全部含有高流通能力，所以通常其口径可比冷水机组接管口径小二个规格。
　　压差控制系统控制方法有百分比控制（Honeywell），输出百分比改变电阻信号，有三位控制（Johnson，Erie），输出进、停、退信号。百分比控制精度较高，价格也高，需依据不一样精度要求选配。两种方法所配套实施器也不一样。
　　旁通阀实施器和阀门需依据不一样系统压差，配套不一样系列阀门，比如某品牌VBG阀门+VAT实施器适用最大工作压差为2bar，而DSGA阀门+MVL实施器最大工作压差则为8bar。若定货时未指明，厂商通常均会按较高压差配套。
　　总而言之，在压差旁通系统选型中，要认真考虑多种原因，阀门特征，压差，流通能力，实施器全部需考量。在有工程中，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。
　　四、空调水系统管径确实定
　　水管管径d由下式确定：

　　我们提议，水系统中管内水流速按表一中推荐值选择，经试算来确定其管径，或按表二依据流量确定管径。
　　表一、管内水流速推荐值（m/s）

　　表二、水系统管径和单位长度阻力损失

　　五、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）〗
　　这里所谈是闭式空调冷水系统阻力组成，因为这种系统是量常见系统。
　　1.冷水机组阻力：由机组制造厂提供，通常为60~100kPa。-
　　2.管路阻力：包含磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度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。现在设计中冷水管路比摩组宜控制在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：末端装置类型有风机盘管机组，组合式空调器等。它们阻力是依据设计提出空气进、出空调盘管参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供，很多额定工况值在产品样本上能查到。此项阻力通常在20~50kPa范围内。
　　4.调整阀阻力：空调房间总是要求控制室温，经过在空调末端装置水路上设置电动二通调整阀是实现室温控制一个手段。二通阀规格由阀门全开时流通能力和许可压力降来选择。假如此许可压力降取值大，则阀门控制性能好；若取值小，则控制性能差。阀门全开时压力降占该支路总压力降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，二通调整阀许可压力降通常大于40kPa。
　　依据以上所述，能够粗略估量出一幢约100m高高层建筑空调水系统压力损失，也即循环水泵所需扬程：
　　1.冷水机组阻力：取80kPa（8m水柱）；
　　2.管路阻力：取冷冻机房内除污器、集水器、分水器及管路等阻力为50kPa；取输配侧管路长度300m和比摩阻200Pa/m，则磨擦阻力为300*200=60000Pa=60kPa；如考虑输配侧局部阻力为磨擦阻力50%，则局部阻力为60kPa*0.5=30kPa；系统管路总阻力为50kPa+60kPa+30kPa=140kPa（14m水柱）；
　　3.空调末端装置阻力：组合式空调器阻力通常比风机盘管阻力大，故取前者阻力为45kPa（4.5水柱）；
　　4.二通调整阀阻力：取40kPa（0.4水柱）。
　　5.于是，水系统各部分阻力之和为：80kPa+140kPa+45kPa+40kPa=305kPa（30.5m水柱）
　　6.水泵扬程：取10%安全系数，则扬程H=30.5m*1.1=33.55m。
　　依据以上估算结果，能够基础掌握类同规模建筑物空调水系统压力损失值范围，尤其应预防因未经过计算，过于保守，而将系统压力损失估量过大，水泵扬程选得过大，造成能量浪费。
　　（静水压力应该是水泵停止状态下，冷却塔静止液面到水泵或设备末端得高差。
　　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，再加上冷却塔水提升高度，再X个系K=1.1~1.2,不知道这么算出扬程和实际有多大误差？）
　　六、冷却水系统设计
　　现在最常见冷却水系统设计方法是冷却塔设在建筑物屋顶上，空调冷冻站设在建筑物底层或地下室。水从冷却塔集水槽出来后，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，它运行管理方便，能够减小循环水泵扬程，节省运行费用。为了使系统安全可靠运行，实际设计时应注意以下几点：
　　1．冷却塔上自动补水管应稍大一点，有按补水能力大于2倍正常补水量设计；
　　2．在冷却水循环泵吸入口段再设一个补水管，这么可缩短补水时间，有利于系统中空气排出；
　　3．冷却塔选择蓄水型冷却塔或订货时要求合适加大冷却塔集水槽贮水能力；
　　4．应设置循环泵旁通止逆阀，以避免停泵时出现从冷却塔内大量溢水问题，并在忽然停电时，预防系统发生水击现象；
　　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水力平衡；供水支管上应加电动阀，方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。管径通常取和进水干管相同管径，以防冷却塔集水槽内水位高低不一样。避免出现有冷却塔溢水，还有冷却塔在补水现象。
　　七、冷却水系统补水量
　　现在资料给出冷却水系统补水量数据判别较大，见下表：

　　经对表中资料分析，从理论上说，如把水冷却5oC，蒸发水量不到被冷却水量1%。不过，实际上还应考虑排污量和因为空气夹水滴飘溢损失；同时，还应综合考虑多种原因（如冷却塔结构、冷却水水泵扬程、空调系统大部分时间里是在部分负荷下运行等）影响。我们提议：电动制冷时，冷却塔补水量取为冷却水流量1%~2%；溴化锂吸收式冷水机组补水量取为冷却水流量2%~2.5%。
　　八、冷却水循环系统设计中应注意多个问题：
　　1．电动冷水机组冷凝器进、出水温差通常为5oC，双效溴化锂吸收式冷水机组冷却水进、出口温差通常为6~6.5oC，所以，在选择冷却塔时，电动冷水机组宜选一般型冷却塔（Δt=5oC）；而双效溴化锂吸收式冷水机组宜选中温型冷却塔（Δt=8oC）；
　　2．选择冷却塔时应遵照《工业企业噪音控制设计规范》（GBJ87-85）要求，其噪声不得超出下表所列噪声限制值》：

　　厂界噪声限制值/dB(A)
　　3．空调冷却水系统中宜选择逆流式冷却塔。当处理水量在300m3/h以上时，宜选择多风机方形冷却塔，方便实现多风机控制。
　　4．因为冷却水进水温度过低将会引发溴化锂吸收式冷水机组结晶等故障，所以，设计溴化锂吸收式冷水机组冷却水系统时，应在冷却塔供、回水管间设置一旁通管，能够使部分冷却水不经冷却塔，以确保冷却水进水温度不会过低。
　　九、膨胀水箱选型
　　1．水箱容积计算
　　当95-70°C供暖系统V=0.031Vc
　　当110-70°C供暖系统V=0.038Vc
　　当130-70°C供暖系统V=0。043Vc
　　式中V——膨胀水箱有效容积（即相当于检验管到溢流管之间高度容积），L；
　　Vc——系统内水容量，L。
　　膨胀水箱选择
　　开式高位膨胀水箱
　　适适用于中小型低温水供暖系统，膨胀水箱规格见下表，结构见国家标准图。

　　2．膨胀水箱设计安装关键点
　　膨胀水箱安装位置，应考虑预防水箱内水冻结，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顶端；在机械循环系统时接至系统定压点，通常接至水泵入口前，循环管接至系统定压点前水平回水干管上，该点和定压点之间，应保持大于1.5-3m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。
　　设在非供暖房间内膨胀管，循环管理体制、信号管均应保温。
　　通常开式膨胀水箱内水温不应超出95°C。
　　十、电动冷水机组类型和台数选择
　　（1）通常来说，单机名义工况制冷量小于呀等于116Kw场所，以选择活塞式、涡旋式冷水机组为宜；单机容量为116~700Kw场所，以选择活塞式冷水机组为宜，亦可选择螺杆式冷水机组，不宜选择离心式冷水机组；单机容量为700~1054Kw场所，以选择螺杆式和离心式冷水机组为宜；单机容量在1758Kw以上场所，应选择离心式冷水机组。
　　（2）电动冷水机组台数确实定：一个冷冻站内选择冷水机组台数多和少，各有利弊。从调整灵活、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。机组台数多少，应按空调工程规模大小、空调负荷改变规律及部分负荷运行调整要求而定。规范中要求不宜少于2台；当小型工程仅设1台，应选择调整性能优良、运行可靠机型。