空调水系统的设计

空调水系统包括冷却水系统（冷却水管、泵、冷却塔、冷凝器、阀门等）、冷冻水系统（冷冻水管、泵、末端、阀门、保温、膨胀水箱等）和冷凝水系统。

空调水系统设计主要包括以下内容：水系统方案的总体构思，水系统形式的选择与分区，水系统管网布置及走向，水系统水管的选择与管径的确定，水系统的辅助设备和配件的配置与选择，水系统的防腐、保温和保护，水系统的调节与控制。

系统管制（两管制、三管制、四管制）：

四管制系统初投资高，但若采用利用建筑物内部热源的热泵提供热量时，运行很经济；并且容易满足不同房间的空调要求（如有些房间要求供冷，而有些房间要供热）。

开式与闭式循环：

闭式循环的优点：

1.由于管路不与大气相接触，管道与设备不宜腐蚀。

2.不需为高处设备提供的静水压力，循环水泵的压力低，从而水泵的功率相对较小。

3.由于没有回水箱、不需重力回水、回水不需另设水泵等，因而投资省、系统简单。

闭式循环的缺点：

1.蓄冷能力小，低负荷时，冷冻机也需经常开动。

2.膨胀水箱的补水有时需要另设加压水泵。

开式循环的优点：冷水箱有一定的蓄冷能力，可以减少冷冻机的开启时间，增加能量调节能力，且冷水温度的波动可以小一些。

开式循环的缺点是：

1.冷水与大气接触，循环水中含氧量高，宜腐蚀管路。

2.末端设备（喷水池、表冷器）与冷冻站高差 较大时，水泵则须克服高差造成的静水压力，增加耗电量。

3.如果喷水池较低，不能直接自流回到冷冻站时，则需增加回水池和回水泵。

4.如果采用自流回水，回水的管径较大，会增加投资。

同程式和异程式：

同程式：各并联环路管长相等，阻力大致相同，流量分配较平衡，可减少初次调整的困难，但初投相对较大。

异程式：管路配置简单，管材省，但各并联环路管长不相等，因而阻力不等，流量分配不平衡，增加了初次调整的困难。

定水量和变水量系统：

1）定水量系统

系统中循环水量为定值，或夏季和冬季分别采用不同的定水量，负荷变化时，改变供、回水温度以改变制冷量或制热量的系统。

2）变水量系统

保持供水温度在一定范围内，当负荷变化时，改变供水量的系统。

单式泵和复式泵：

单式泵：冷（热）源侧与负荷侧合用一组循环水泵。

特点：单式泵系统简单，初投资省。但是不能调节系统流量，在低负荷时不能减少系统流量以节约能耗。常用于小型建筑物的空调系统中，不能适应供水半径相差悬殊的大型建筑物的空调系统中。

复式泵：冷（热）源测与负荷侧分别配备循环水泵。

特点：复式泵系统可实现水泵变流量（冷热源侧设置定流量，负荷侧设置二次水泵，可调节流量），节约输送能耗。能过适应空调分区的负荷变化。适用于大型的空调系统。

冷冻水系统的设计：

管道材料：镀锌钢管和无缝钢管。

镀锌钢管分普通管（1MPa）和加厚管（1.6MPa)，用DN表示,最大DN150。

无缝钢管用热扎（外径>57mm)或冷拔法制成，一般电焊接，用外径D×壁厚表示。

管径DN125，无缝钢管。

管件：

（一）螺纹连接配件

用于螺纹连接的管件，按用途可分以下几种：

1、管路延连接用配件：外丝（内接头）等。

2、管路分支连接用配件：三通（丁字管），四通（十字管）。

3、管路转弯用配件：90度弯头，45度弯头。

4、管子变径用配件：补心（内外丝）、异管管箍（大小头）。

5、管子堵口用配件：丝堵、管堵头。

（二）阀类

1、关断阀：闸阀（关断主要）、球形阀（球阀、截止阀），蝶阀（用于DN100以上）。

球形阀（控制流量为主）。

自动放气阀：安装位置；闭式水路最高点或局部最高点。

止回阀：单向阀。安装位置；循环水泵出水段。

阀门：

浮球阀：膨胀水箱和冷却塔。

平衡阀：流量调节和平衡管路阻力。

管道配件：除污器或过滤器

Y型过滤器：一般滤网孔径18目。局部系数2.2。安装位置。

水泵或热交换设备的入口段。

除污器：局部系数4～6。

周边应设置闸阀，为什么？

管道配件：

电子水处理装置：用于处理水质，除去长时间循环的冷水，冷却水的重碳酸盐、细菌、藻类等。

目前用得最多的是高频电子水垢处理仪。传统的是定期向系统中投入一定量的药物清洗剂。

阀门：

关断阀：闸板阀（关断主要）、球形阀（控制流量为主）、蝶阀（用于DN100以上）。

自动放气阀：安装位置。

闭式水路最高点或局部最高点。

浮球阀：膨胀水箱和冷却塔。

止回阀：单向阀。循环水泵出水段。

平衡阀：流量调节和平衡管路阻力。

水系统的分区：

冷、热水系统的分区一般与空调系统的分区、风系统的分区是结合考虑的，一般是一致的。可从负荷特性、使用功能、空调房间的平面布置、建筑层数、空调基数和空调精度方面考虑。

主要内容有以下几点：

a) 水系统形式的选择与分区；

b) 水系统管网布置及走向；

c) 水系统水管的选择与管径的确定；

d) 水系统的辅助设备和配件的配置与选择；

e）水系统的防腐、保温和保护；

空调水系统设计应坚持的原则是：

1）在宾馆等空调工程中多采用双水管系统供水。对舒适性要求很高的建筑物，在有可靠的自控元件的前提下，也可采用四水管系统供水。由于系统规模小，水管路大多采用异程式。

2）空调水管的水流速主要与经济和噪声两因素有关，管内流速按推荐表选用。

3）应对水管进行阻力计算，校核主机所选配的水泵扬程是否满足要求。

4）为避免空气滞留管内，水管的最高处应设自动排气阀。

5）机组与水管连接处应配软管，以减少机体的振动对室内管道的影响。

6）机组与空调水管的连接处，应装设温度计和压力表，以便于日常运转时检查。

7）机组进水口应设Y形水过滤器，以防堵塞机组内的换热器。

8）为便于水流量调节，空调箱和风机盘管的支管切断阀宜选用有一定调节作用的截止阀或球阀。

9）选用的管材、配件要符合规范的要求。

10）便于维修管理，操作、调节方便。

空调冷（热）水系统水管管径的确定：

1）各空调末端装置的供回水支管的管径，宜与设备的进出水接管管径一致，可查产品样本获知。

2）供回管干管的内径di（单位为mm），可根据各管段中水的体积流量qv(L/s)和选定的流速v(m/s)，通过计算确定：

公式中：L-所求管段的水流量；V-所求管段允许的水流速。

公式中：L-所求管段的水流量；V-所求管段允许的水流速。

冷水流量：Q=cpρL∆t

L(m3/h)=0.172Q(KW) ；L(m3/h)=0.605Q(USRT)

冷却水流量： L(m3/h)=0.172Q(KW)×(1.19~1.25)；

L(m3/h)=0.605Q(USRT)×(1.19~1.25)或者看产品手册。

公式中：L-所求管段的水流量；V-所求管段允许的水流速。

冷水流量：Q=cpρL∆t

L(m3/h)=0.172Q(KW) ；L(m3/h)=0.605Q(USRT)

冷却水流量 L(m3/h)=0.172Q(KW)×(1.19~1.25)；

L(m3/h)=0.605Q(USRT)×(1.19~1.25)或者看产品手册。

集水器和分水器：

一段水平安装的大管径无缝钢管。

水的流速大致控制在0.5~0.8m/s，管径应大于最大接管开口直径的2倍。

管长由所需连接的管接头个数、管径及间距确定。

供回水集管底部应设排污管接头，一般选用DN40。

冷水机组的选择：

冷水泵的配置和选择：

1）水泵的主要形式：

2）配置

每台冷水机组应各配置一台冷水泵。考虑维修需要，宜有备用水泵并有一台备用泵。即（n+1)台，n为冷水机组台数。

蒸发器设置在水泵的压出段上，这样有利于安全运行和维护保养。

若蒸发器或热水器承压能力较小，则应设在水泵的吸入段上。冷水泵的吸入段上应设过滤器。

2）选择

结论：空调水系统设计中应考虑到部分负荷运行的特点，管道流速可在允许范围内取较大值。

(2)设备的阻力值应从产品样本获得，切忌凭经验估计。

(3)选择水泵既不能小，也不能过大。

3）经验选择

水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1~1.2倍（单台工作时取1.1，两台并联工作时取1.2）。

水泵的扬程应为它承担的供回水管网最不利环路的总水压降的1.1~1.2倍。

Hmax=Δp1＋Δp2＋0.05L（1+ K）(m)

4）经验值

1.制冷机组蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O；（具体值可参看产品样本）

2.末端设备（空气处理机组、风机盘管等）表冷器或蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O；（据体值可参看产品样本）

3.回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O；

4.分水器、集水器水阻力：一般一个为3mH2O；

5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为7~10mH2O；

综上所述，冷冻水泵扬程26~35mH2O，一般为32~36mH2O。

注意：扬程的计算要根据制冷系统的具体情况而定，不可照搬经验值！

热水泵的配置与选择：

流量相同或相差不大，不另行设置，只注意能承受60℃热水的温度。

流量相差较大，增设与热水系统相匹配的热水泵。

另外，还有一种方法就是采用双速水泵，夏季高速 OR 低速？冬季高速 OR 低速？

但这种方法受到水泵型号的限制。

系统容量较小或冬季送暖的时间不长，允许使用同一套循环水泵，对系统管路作适当调整。

膨胀水箱的配置与选择：

应在水管路最高点1～2m处设膨胀水箱，且应连接在水泵的吸入侧（尽量靠近）。

视空调系统规模大小，膨胀水箱的容积一般可选0.5～1m3。怎么计算？

通常按系统水容量的0.5%~1%考虑。

注意膨胀水箱应加盖和保温。

采用带有网络线铝箔贴面的玻璃棉保温时，保温层厚度可取25mm。

管道防腐与保温：

供水管还是回水管？

刷红丹防锈漆两道；

贴保温棉；用网络线铝箔贴面。

加保护层（油毡玻璃丝布或涂抹石棉水泥）。

保温管套：

保温管套的功能：良好的隔热保温性能，良好的防潮抗水性能，防火性能。

目前常用的保温材料：聚苯乙烯（自熄型）即PE保温板，玻璃棉、岩棉、发泡橡胶保温材料等。

冷却水系统设计：

冷却水泵和冷却塔的配置：

通常一台冷水机组配置一台冷却水泵，并且应有备用的冷却水泵。

例如两台冷水机组常设三台冷却水泵，其中一台为备用泵，并预先连接在冷却水管路系统中，可切换使用。

为利于安全运行和维护保养，冷水机组的冷凝器宜设置在冷却水泵的压出段上。冷却水泵吸入段应设过滤器。

以便于调节和控制冷水机组运行为原则，冷却塔、冷却水泵和机组可有如下配置形式：

1）冷水机组、水泵、冷却塔分类并联然后连接组成的系统，简称群机群泵对群塔系统。

2）冷水机组与水泵一一对应与并联的冷却塔连接组成的系统，简称一机一泵对群塔系统。

3）冷水机组、水泵、冷却塔一一对应分别连接组成的系统，简称一机一泵一塔系统。

冷却水系统管径的确定：

一台冷水机组配置一台冷却塔和一台冷却水泵时，冷却水系统管路的管径可按冷却塔的进出水接管管径确定。

一座冷却塔与几台冷水机组对应时，各台冷水机组的冷却水进出水管管径与该冷水机组冷凝器冷却水接管管径相同。冷却塔的进出水管管径与冷却塔的进出水接管管径相同。

多座冷却塔并联运行时，应设进水干管和出水干管。进水干管的流量为各冷却塔的流量之和，流速约取0.8m/s，然后可算出进水干管所需内径。

为了使各冷却塔出水量均衡，一是应用连通管(又称均压管或平衡管)将各冷却塔的接水盘连接起来，并使连通管的管径与进水干管的管径相同；二是冷却塔出水干管宜采用比进水干管大两号的集管，并用45°弯管与各冷却塔的出水管连接。

冷却水泵的选择：

1）冷却水泵流量应为冷水机组冷却水量的1.1～1.2倍。

2）冷却水泵的扬程：H=1.1～1.2（Δp1+Z+5+0.05L ）

3）参考冷却水泵的流量和扬程,水泵性能参数表选用冷却水泵。

冷却塔的选择：

1）选择冷却塔的主要依据是冷却循环水量，初选的冷却塔的名义流量应满足冷水机组要求的冷却水量，同时塔的进水、出水温度应分别与冷水机组冷凝器的出水和进水温度相一致。

2）根据冷却塔安装位置的高度和周围环境对噪声的要求，进一步确定是选用普通型、低噪音型还是超低噪音型，以最小限度满足噪声要求为准。

3）若对冷却循环水的水质要求很高，或者冷却塔周围污染较重，含尘浓度较高，则可以考虑封闭型冷却塔。

4）较核冷却塔的结构尺寸、运行重量是否适合现场安装条件。

保温：

室内冷却水管及室外暗装的冷却水管是不需要保温的。在较炎热地区或日照较强的地方，室外明装的冷却塔出水管需要保温。

保温材料一般采用带有网格线铝箔贴面的玻璃棉时，厚度可取25mm。

冷凝水系统的设计：

风机盘管机组、整体式空调器、组合式空调机组等运行过程中产生的冷凝水，必须及时予以排走。

冷凝水管的布置：

若邻近有下水管或地沟时，可用冷凝水管将空调器接水盘所接的凝结水排放至邻近的下水管中或地沟内。

若相邻近的多台空调器距下水管或地沟较远，可用冷凝水干管将各台空调器的冷凝水支管和下水管或地沟连接起来。

冷凝水管管径的确定：

直接和空调器接水盘连接的冷凝水支管的管径应与接水盘接管管径一致（可从产品样本中查得）。

需设冷凝水干管时，某段干管的管径可依据与该管段连接的空调器总冷量(KW)按下表查得：

冷凝水管保温：

所有冷凝水管都应保温，以防冷凝水管温度低于局部空气露点温度时，其表面结露滴水。

采用带有网络线铝箔贴面的玻璃棉保温时，保温层厚度可取25mm。

冷凝水管设计注意事项：

1）沿水流方向，水平管道应保持不小于千分之一的坡度；且不允许有积水部位。

2）当冷凝水盘位于机组负压区段时，凝水盘的出水口处必须设置水封，水封的高度应比凝水盘处的负压（相当于水柱高度）大50％左右。水封的出口，应与大气相通。

3）采用聚氯乙烯塑料管时，一般可以不必进行防结露的保温和隔汽处理。

4）采用镀锌钢管时，通常应设置保温层。

5）冷凝水立管的顶部，应设计通向大气的透气管。

6）设计和布置冷凝水管路时，必须认真考虑定期冲洗的可能性，并应设计安排必要的设施。

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