【暖通小课堂二十二期】图文详解空调冷|热水系统的设计步骤

一、选择冷|热水系统的形式

1、空调水系统的形式

A、双管制和四管制系统

      对任一空调末端装置，只设一根供水管和一根回水管，夏季供冷水、冬季供热水，这样的冷（热）水系统，称为双管制系统；

      对任一空调末端装置，设有两根供水管和两根回水管，其中一组供回水管用于冷水系统，另外一组用于热水系统，这样的冷（热）水系统，称为四管制系统。

B、闭式和开式系统

      闭式系统的水循环管路中无开口处，而开式系统的末端水管是与大气相通的。开式系统使用的水泵，除要克服管路阻力损失外，还需具有把水提升到某一高度的压头，因此，要求有较大扬程，相应的能耗也较大。闭式系统管路系统不与大气相通，水泵所需扬程仅需克服管路阻力损失，不需涉及将水位提高所需的位置压头，因此，所需扬程较开式小，相应的能耗也小，并且管路和设备受空气腐蚀的可能性也小。

C、异程式和同程式系统

      风机盘管设在各空调房间内，按照起并联于供水干管和回水干管间的各机组的循环管路总长是否相等，可分为异程式和同程式系统。

      异程式管路系统配置简单，省管材，但各并联环路管长不等，因而阻力不等，流量分配难以均衡，增加了初次调整的难度。同程式各并联环路管长相等，阻力大致相等，流量分配也较均衡，可减少初次调整的难度，但初投资较高。

D、定水量和变水量系统

      定水量系统中的系统水量是不变的。它通过改变末端装置的供水量来调节空调房间的负荷变化。各空调末端装置或各分区水量，采用手设在空调房内感温器控制的电动三通阀进行调节。

      变水量系统则保持空调水系统供、回水的温度不变，通过改变水系统的水流量来适应空调负荷的变化，这种系统各空调末端装置的水流量收设在室内的感温器控制的电动二通阀进行调节，目前采用变水量调节方式的较多。

       因为变水量系统负荷处于变化状态，建议在中央机房内的供回水管之间设置旁通管，并设置压差电动调节阀。

       此外，无论是定水量还是变水量系统，空调末端设置除设自动控制的电动阀外，为了维修方便，前后两边必须设置截止阀，或增加旁通装置。

E、单式水泵系统和复式水泵系统

      以中央机房的供回水集管为界，冷热源侧和负荷侧共用水泵的，叫单式水泵系统；冷热源侧和负荷侧分别设置水泵的，叫复式水泵系统，也叫二次泵系统。

2、空调水系统形式的选择与分区

      A、一般建筑物的舒适性中央空调，其冷（热）水系统宜采用单式水泵、变水量调节、双管制系统，并尽可能为同程式或分区同程式。

      B、舒适性要求很高的建筑物可采用四管制系统。

      C、高层建筑，特别是超高层建筑，在每层供水半径不大时，常采用竖向总管同程式，水平异程管式。

      D、如果全系统只设置一台空调主机时，宜采用定水量系统；设置多台主机时，则考虑采用变水量系统。

       E、大型建筑中一般情况宜采用单式水泵系统，但若各分区负荷变化规律不一，或各分区供水环路阻力相差大，或使用功能及运行时间不一，或供水作用半径相差悬殊等情况，均宜采用复式水泵系统。

二、冷|热水系统水管管径的确定

        空调水系统的管材有镀锌钢管和无缝钢管。当管径DN≤100mm时，可采用镀锌钢管，其规格用公称直径DN表示；当管径DN＞100mm时，可采用无缝钢管，其规格用外径*壁厚表示。常用钢管规格如下表（直径、壁厚单位mm，质量单位kg/m）：

常用钢管规格表

注明：镀锌管比不镀锌钢管重3~6%左右。

管径计算公式一

dn=1.13 * 对应管段水流量（立方米/秒）除以水流速（米/秒）的商的平方根；

管径计算公式二

dn=0.48 * 对应管段冷量（冷吨）的平方根。

参考表格如下：

管内水的最大允许水流速

冷冻水管速算表

水系统的管径和单位长度阻力损失

三、供、回水集管的设计

       供水集管又称为分水器（分水缸），回水集管又称为集水器（回水缸），它们都是一段水平安装的大管径钢管。各台冷水机组（或热水器）生产的冷（热）水送入分水器，再经分水器，向各子系统或各区分别供水；各子系统或各区的空调回水，先回流到集水器，然后再由水泵送入各冷水机组（或热水器）。分水器和集水器上的各管路均应设置调节阀和压力表，底部应设排污管和排污阀（一般选用DN40）。

      分水器和集水器的管径，按其中水的流速为0.5~0.8m/s的范围内确定。分、集水器的管长由所需连接的管接头个数、管径及间距确定。两相邻接头中心线间距宜为两管外径+120mm；两边管接头中心距管端面宜为外径+60mm。

四、水头损失计算

       流体在管道内运行阻力损失包括两部分，即沿程阻力损失和局部阻力损失。管路的水头损失（mH2O）=各管段沿程阻力损失之和（mH2O）+各管段局部阻力损失之和（mH2O）

1、沿程阻力计算方法

A、近似估算

P（mH2O）= 0.025*（L/d）*V2/2g

L：管路长度，m；

d：管道直径，m；

V：管道内水流速，m/s.

B、   按水力坡降计算

P（mH2O）= I * L mH2O

I：水力坡度，即单位管长的水力损失mH2O /m；

L：管路长度，m。

对旧钢管和铸铁管的水力坡度：

当V≥1.2m/s时，I=0.00107*V2/d1.3   mH2O /m

当V＜1.2m/s时，I=0.000912*V2/d1.3 *(1+0.867/V)0.3  mH2O /m

d：管道计算内径，m；

V：管道内水流速，m/s.

2、局部阻力计算方法

A、常用计算公式

P（mH2O）= 局部阻力系数（可查表）* V2/2g

V：管道内水流速，m/s.

B、    按水力坡降计算

P（mH2O）= I * L mH2O

I：水力坡度，即单位管长的水力损失mH2O /m；

L：局部阻力当量长度，m。

各种局部阻力损失折合当量长度表

五、冷|热水泵的配置与选择

       每台空调主机至少应该配置一台水泵，一般要考虑备用泵，以备维修之用。一般空调水系统的水泵与机组连接方式是采用压入式（对机组而言），只有在水泵的吸入段有足够的压头才能防止水汽化。水泵通常选用比转数N在30~150的离心式清水泵。

1、水泵流量的确定

水泵的流量计算式如下：

V=β1*V1m3/s

式中：β1------流量储备系数，当水泵单台工作时，β1=1.1，当两台并联工作时，β1=1.2；

V1------冷水机组额定流量，m3/s。

2、水泵扬程的确定

水泵的扬程计算式如下：

H=β2*HmaxmH2O

式中：β2------扬程储备系数，一般β2=1.1；

Hmax------水泵所承担的供回水管网最不利环路的水压降，mH2O。

最不利环路的总水压降Hmax可按下式计算：

Hmax=P1+P2+P3mH2O

式中：P1------冷水机组蒸发器的水压降，mH2O，可从产品样本中查知。（参考换算1KPa=0.1mH2O）

P2------环路中并联的各台空调末端装置中最大的水压降，mH2O，可从产品样本中查知。

P3------环路中各种管件的水压降与沿程压降之和，mH2O，可从产品样本中查知。

在估算时，可大致取每100米管长的沿程损失为5mH2O。

这样，最不利环路的总长（一般为供回水管长度之

和为L，则最不利环路的水压降可按下式估算：

Hmax=P1+P2+0.05（1+K）*LmH2O

式中：P1、P2同上

K为最不利环路中局部阻力当量长度总和与该环路管道总长的比值。当最不利环路较短时，取K=0.2~0.3；当最不利环路较长时，取K=0.4~0.6。

六、膨胀水箱的配置与选择

闭式水系统，为容纳水系统内水的热胀冷缩的变化和补充系统的渗漏水，应该设置膨胀水箱。膨胀水箱一般设置在高出水系统最高点的2~3米处，且一般连接在水泵的吸入侧。膨胀水管应该具备通气管、溢流管、信号管、排污管、膨胀管、补水管、循环管总共7个管口。

空调水系统的膨胀水量V可按下式计算：

V=（1/ρ1-1/ρ2）*V’L

式中：ρ1------系统运行前水的密度，kg/l；

ρ2------系统运行后水的密度，kg/l；

V’------系统中水总容量，l；V’=VF*F

F------为建筑总面积，m2；

VF------水容量概算值，L/m2

参考用表：

水的密度

水系统中水容量概算值VF（L/m2）