探讨空调水系统减阻节能设计

　　实用、节能是空调设计的终纵目标，如何达到此目标可有多种途径。本文试图从影响空调水系统阻力的三个因素进手，给出水系统减阻措施，供各位设计者参改。
　　一、空调节能设计主要由下列主面组成
　　1、选用高效节能制冷设备，很多制冷设备供给商也在此方面做了大量工作，在现有的制冷模式和制冷剂情况下，某些制冷机cop值已超过6，甚至高达6.5，再进步已经相当困难，故节能设计只追求高效节能制冷机意义不大。
　　2、进步围护结构效能。
　　3、尽量减少新风耗冷量，在人数众多的公共建筑，新风负荷可占到总冷负荷的30%。在保证新风量情况下，尽量降低新风冷负荷也是节能的有效途径之一。目前较多地采用新回风换气机获取新风达到节能目的。
　　4、尽量减少空调系统输送动力能耗。
　　二、空调系统输送动力能耗由输送空气的风性能耗以及输送水的水泵能耗组成，本文仅讨论空调水系统。
　　1、空调水系统包含冷冻水系统、冷却水系统以及冷凝水系统，其中冷凝水系同一般为重力排放，只须保证能顺利排放即行，故不在本文讨论范围。
　　2、空调水系统输送动力能耗占整个空调系统能耗比重视系统大小、输送间隔远近以及输送方式不同而定。据作者对已完成的四个设计项目统计，所占比重在20%~40%之间。当空调水系统采用定频水泵时，由于制冷设备尚具备卸载功能，空调水系统输送动力能耗有时甚至超过制冷设备能耗。
　　3、众所周知，水系统输送水泵扬程与系统内阻力成正比关系，故减少空调水系统阻力是空调系统节能设计的有效途径之一。
　　三、空调水系统减阻措施
　　1、空调水系统输送动力能耗主要用来克服水系统阻力，而水系统阻力因素由计算管长、沿程阻力和局部阻力构成。
　　2、与计算管长有关的减阻措施
　　2.1制冷机房是否处于负荷中心将决定水平配送干管的长度。若制冷机房处于建筑物一隅，而某配水点处于建筑物的另一隅，则水平配送干管将横穿整个建筑物，显然增加了计算长度，对减阻不利。


　　2.2冷却塔由于排热、排湿以及噪音等环保因素影响，其放置位置受到很大的制约，有的只能放置于塔楼屋面，冷却水泵功率甚至超过冷冻水泵功率。由于冷却水系统大多使用定频水泵，只要系统启用则必须100%开启。故选用一个合适的位置尽量缩短冷却水管计算管长在初步设计阶段则显得非常重要。
　　2.3在初步设计阶段应布置出垂直输送主管干管，公道的垂直输送系统能有效地缩短各供冷层水平管的长度。一般地各垂直输送立管均依附在楼梯间向上延伸，故其间距一般不超过60米，而各楼层每组立管服务的面积在800m2以下。
　　2.4空调水系统最不利环路阻力加上各设备阻力之和作为确定水泵扬程的依据，故千方百计地缩小最不利环路的长度能将水泵扬程缩小下来。特别在某些水平层中由于水力分配需求而将水平管设计成同程供水。当同程供水管服务面积过大，则大大增加了最不利环路管长，使得该回路扬程需求进步，进步了水泵扬程。此时应考虑将该同程管系同一分为二，甚至一分为三，尽量缩短最不利环路管长。
　　2.5某些设计者为了各水平层水力分配均匀，采用了垂直管同程布置。如此做法输送立管长度增加了一倍。由于各楼层水力分配相对较为轻易，且若十分必要的话也可增设各楼层水力平衡阀来分配各楼层的水量。故建议不采用垂直同程系统。
　　3、与沿程阻力有关的减阻措施
　　3.1管径与管内流速决定管内沿程阻力。必须留意到同样的流速在不同管径中其沿程阻力相差甚远，如同为1.8m/s流速在DN200管径中其沿程阻力为28/1000米。而在DN20管径中，共沿程阻力高达490/1000米，相差17倍。故较大管径可适当进步流速，较小管径应适当降低流速，以求达到减少沿程阻力的目的。
　　3.2如前述的最不利环路阻力决定水泵扬程。故最不利环路应适当放大管径，尽量减少沿程阻力。而其余环路则可视情况适当缩小管径，增大沿程阻力，以期达到各环路水力平衡。
　　4、与局部阻力有关的减阻措施
　　4.1 应选用低阻的制冷设备及末端设备。一般地制冷设备其阻力在4～8米之间，设计中宜说明采用低阻设备。
　　4.2 当放置冷却塔位置适合放置有动力冷却塔时应尽量采用有动力冷却塔。其原因在于无动力冷却塔需要的喷前压力大大地增加了水泵扬程。而无动力冷却塔大多采用塔内喷雾达到热湿交换目的，为了防止喷口堵塞，冷却塔进水口处需设置高性能水过滤器，也人为地增加了阻力。当冷却水输送间隔较远的情况下，采用无动力冷却塔系统所需的水泵功率将超过采用动力型冷却塔风机功率与所配置的水泵功率之和。
　　4.3 由于多台水泵并联运行将损失10～20%扬程，故尽量不用水泵并联供水方式。对于冷冻水系统，大多采用单管供回方式，故冷冻水泵并联在所难免。而对于冷却水系统则可考虑冷却水泵与制冷设置逐一对应直接至冷却塔方式如图1所示。如图1所示系统还可免往各进出塔电动二通阀。至于冷却水泵备用则可采用另外购置一台放置于机房内，冷却水泵损坏需更换时即时更换。
　　4.4 某些设计者不管系统大小，冷冻水系同一律采用供、集水器供回水。由于供、集水构造使然，供(回)水总管一般垂直插进供(集)水器，然后再进行水量分配，人为地增加了阻力。所以，当系统不需要供(集)水器供水方式时，应尽量不采用供、集水器。
　　4.5 过滤器此配件虽小但其阻力却较大，一般为1~3米。市场上供给的Y型水过滤器过滤面积小，且滤网大多为大孔径的不锈钢孔板外复不锈钢滤网，其阻力更大。
　　对空调水系统而言，可答应直径<2mm杂质在系统内运行而不会对制冷机、末端设备以及换热设备造成损坏。故应采用较大滤孔、较大过滤面积的过滤器，减少过滤器阻力。
　　4.6 一般地水系统中设置了大量不起调节作用仅起关断作用的阀门。常用的如闸阀、截止阀、蝶阀等。上述三种阀门由于结构方式不同，其阻力也不尽相同。如闸阀，在开启时通过暗杆或明杆将阀片提升上往，其全开时阻力最小。如蝶阀，开启时将阀片旋转90°，由于阀片处于水流之中，其阻力较大。如截止阀，全开时水流基本呈90°从下部冲向阀片，故其阻力最大。
　　4.7 某些设计者为防止堵塞末端设备盘管，在设备前增设了水过滤器，人为地增加了阻力和维护工作量。解决上述题目的做法可采用管路末端增设冲洗阀，系统冲洗时开启冲洗阀，系统内污物由水泵前过滤器隔离。系统运行时封闭冲洗阀。
　　四、小结
　　1、空调水系统减阻节能是实实在在的，但必须从“点点滴滴”开始。空调水系统水泵全程伴随制冷机运行，当制冷机卸载运行时，某些水泵还须全力运行，故能将系统阻力减下来，水泵扬程降下来，其节能相当可观。
　　2、空调水系同一般可用三种方式减阻。
　　2.1 尽量缩短水管长度，特别是最不利环路水管长度，使计算长度最小。
　　2.2 公道选用管径，使系统内沿程阻力最小。
　　2.3 在多个环节中，留意局部阻力减阻，使局部阻力最小。