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探讨分析空调水系统设计中几个问题
时间: 09:08 | 来源:南方水泵厂 | 作者:广东南方水泵
空调水系统是一个较为复杂的系统，包含的内容很多，对空调工程的效果起着至关重要的作用。本文只对几个问题作一阐述。
一、空调冷热水系统的分区
空调冷热水系统竖向是否分区是由设备、管道及附件的承压能力决定的，一般情况下，普通型冷水机组的蒸发器及冷凝器的工作压力为1.0MPa，加强型机组的工作压力为1.6MPa，冬季用空调换热器的壳体承压也可达1.6MPa，空调末端装置的表冷器也有能承压1.6MPa压力的产品，至于管道与附件，只要选择适当，承受1.6MPa的压力是没有问题的。水系统的最大承压点是水泵出口处，机械轴封的水泵是可以承受较{压力的，因而水系统工作压力不超过1.6MPa时是可以不进行竖向分区的。{层建筑设计中，冷水机组一般位于地下室，是承受静压最高的设备之一。为了减小机组的承压，一般将循环水泵置于蒸发器或冷凝器的出水端，采取吸出方式。对于建筑高度低于100m的建筑，如果没有特殊的要求，水系统是可以不竖向分区的。超过100m的建筑，要求设避难层(一般兼作设备层)，可结合避难层及功能布置对水系统进行竖向分区。
二、冷热水循环水泵的选择
对于两管制空调水系统，冬夏共同一组管路，但冬夏季空调水系统流量及系统阻力相差很大，因而一般要分别设置冷水和热水循环泵，以满足不同的运行工况。对于用电量较小的小型系统确须共同水泵时，需校核供热工况时水泵的工作特性是否在高效率区，并确定合适的运行台数。
循环水泵的扬程，许多工程设计中选择过大，主要原因是对水系统计算不正确或根本不计算所致。如某空调工程，面积18000m2,地下二层，地上18层，所选循环水泵扬程为50m。而按设计流量计算，系统阻力不到30m，因而所选水泵扬程过大，并曾经导致南方水泵电机烧毁。
冷冻水系统循环泵的选择应满足水输送系数不小于30,寒冷地区热水系统循环泵的选择应满足水输送系数不小于150。
三、一次泵系统与二次泵系统
一次泵系统设计简单，运行可靠，在中小型工程中普遍应用。对于系统较大，阻力较{且各环路阻力相差悬殊时，可考虑在水的冷热源侧和负侧分别设一次泵和二次泵。二次泵的设置应根据水系统的大小、各并联环路压力损失的差异程度、使用条件和调节要求，通过技术经济比较确定，二次泵应采用变频调速，并绘制管路特性曲线配合变频泵的运转。
四、定流量系统与变流量系统
定流量水系统中水泵的流量是按照最大设计负荷选定的，在某个季节是按固定的水流量工作的。这种系统简单，操作方便，无需复杂的自控设备。但全年大部分时间内是在大流量小温差下工作，不仅浪费了广东南方水泵的输送能量，而且增加了管路系统的冷热量换失，不利于节能。
变流量系统的水流量是随负荷的大小而改变水流量的，南方水泵的流量是考虑负荷系数和同时使用系数后按瞬时的建筑物总设计负荷确定的。由于水泵功率的变化与流量的变化成三次方关系，如果变水量系统的水泵流量是定水量系统水泵流量的80%，则在设计工况下，变水量水系统的水泵轴功率仅是定流量水系统水泵轴功率的一半左右，节能效果是非常显著的，因而在大型空调工程中常采用变水量水系统。
变流量系统是通过用户冷却盘管处用两通阀，依据室内恒湿器的信号或送风温度信号，控制两通阀门的开度，改变用户(负荷侧)的水流量，达到变流量的目的。由于通过冷水机组蒸发器的水流量不能低于所需水量的额定值，所以变流量系统的冷源侧常采用多台冷水机组及相应的多台循环泵(一一对应)的方式，每台水泵水流量不变，东莞南方泵业通过控制水泵和相应的冷冻机组的运行台数来控制冷源侧的供水温度。
对于一次泵系统，负荷侧的流量变化是由用户两通阀的开度的大小实现的，并影响冷源侧与负荷侧之间的旁通阀的流量，但通过每台冷水机组的水量是基本不变的。一次泵系统的流量变化是通过控制冷冻水泵及其对应的冷水机组的运行台数来实现的。对于二次泵系统，负荷侧变流量调节方法有：①二次泵采用定流量栗，用户末端装置盘管采用两通阀，根据室内负荷变化，调节进入盘管的水量。②用户末端装置盘管用两通阀，根据用户侧供回水压差控制多台并联二次粟，进行台数控制。③用户末端装置盘管用两通阀，根据用户侧供回水管压差控制二次水泵的转速。④二次泵用变速泵和定速泵并联工作。
五、同程系统与异程系统
空调水系统比采暖散热器水系统对于同程的要求要低得多。一般情况下，当支管环路阻力占负荷侧环路阻力的2/3~4/5时，采用异程系统是可以的，对于某个支路与其内部的小支路亦然。对于有些工程其支路内部只有几个风机盘管也设计成同程的做法是没有必要的。假如一个风机盘管的阻力为2m，管路平均阻力为500Pa/m，则一个盘管的阻力相当于40m长管道的阻力，若风机盘管支管上安装了电动两通阀，该阀的阻力更大(3~5m)，另外，连接盘管的支管上还有关断阀，甚至过滤器等。因而支管环路长度达到100m时不设计成同程也是允许的。
六、管道流速与比摩阻
管内流速的选择应使投资费和运行费最经济，即按经济流速选择，但也需考虑到水中空气、砂和其他固体物质的腐蚀作用以及引起的噪声等因素。管内比摩阻一般考虑在300&#Pa，管内流速控制在0.5~3.0m/s，小管采用低流速，大管采用高流速，广东南方水泵吸入段流速小于水泵压出段流速。
七、管道的坡度
空调供回水管坡度一般要求采用0.003，不得小于0.002。如因条件限制，可无坡度敷设，但管中的水流速度不得小于0.25m/s。目前空调界有一种被大多数人认可的观点，即空调水平供、回水干管和支干管，只要设计合理，管中存在空气能够带走时，管道可不设坡度。
对于冷凝水管，凝水盘的泄水支管沿水流方向坡度不小于0.01，干管坡度不小于0.005,且不允许有积水部位。
八、空调水系统的泄漏量
空调水系统的小时泄漏量一般按系统水容量的1%计算(不是按系统的循环水量计算)，对于空气一水空调系统，系统水容量为0.7~1.301/m2。一个10000m2的空调工程，系统水容量最大为13m3左右，泄漏量为0.13m3，补水泵的最小流量为0.65m3/h。
九、定压膨胀水箱的设置
在闭式空调水系统中，东莞南方泵业为了给系统定压及容纳系统内的膨胀水，需设置定压膨胀水箱。目前的设计中，落地气压罐占很大的比例，其优点是该设备可设于机房内，便于管理，亦便于往系统内补软化水，其缺点是设备投资较{，耗电多，并占用一定的机房面积，且存在一定的安全隐患。而{位水箱具有定压简单、可靠、稳定、省电等优点，因而在条件许可时，应优先采用{位水箱。{位水箱的最低水平面{度应{于系统最{点0.5m以上，膨胀水量按计算确定。例如，一个10000m2的空调工程，水温度最大变化值按5℃至60℃考虑，其水容量为13m3,则其膨胀水量为0.22m3。
十、冷凝水的排放
冷凝水管除了满足沿水流方向的坡度外，南方水泵厂认为还应考虑积水盘是否位于空调机组的正压或负压段，若存在这种情况，凝水盘的出水口应设置水封，水封{度应大于积水盘处的正压或负压值。否则，处在负压段的冷凝水排不出去，处在正压段时会出现漏风现象。
冷凝水管不应采用焊接钢管，可采用塑料管或镀锌钢管，并需采取防结露措施。
冷凝水最好单独排放，不要与污水系统和室内雨水系统直接，以防臭味和雨水从空气处理机凝水盘外溢。
十一、冷却水循环泵与冷水机组的配置与连接
同冷冻水一次泵与冷水机组一一对应一样，冷却水循环泵与冷水机一般也要求&一对一&地设置，并尽量一对一连接。若多台机组与冷却水循环泵之间并联接管时，东莞南方泵业为了使流经冷凝器的冷却水量恒定，保证冷凝温度稳定，制冷机正常工作，要求每台制冷机与对应水泵的连接管上设置电动阀，电动阀与制冷机联锁。
十二、开式冷却水系统的补水量及间歇运行的冷却水系统的存水量
开式系统冷却水补水量按系统的蒸发损失、飘逸损失、排污损失、泄漏损失之和计算。据有关资料介绍，每℃温降蒸发损失占系统循环水量的0.185%，飘逸损失占0.3%~0.35%，排污及泄漏损失约占0.3%。冷却水按5℃温降考虑时，系统补水量占循环水量的比例为5*0.185%+(0.3%~0.35%)+0.3%=1.525%~1.575%。
间歇运行的冷却水系统，在系统停机后，冷却塔填料的淋水表面的水滴会落下来。一些管道内的水容量由于重力作用，也从系统开口部位下落，系统内如没有足够的容纳这些水量的容积，就会造成大量溢水浪费，当系统重新开机时，首先需要一定的存水量，以湿润冷却塔干燥的填料表面和充满停机时泄空的管道，否则会造成广东南方水泵缺水进气空蚀，不能稳定运行。
在工程设计中使用的冷却塔大部分采用塔的底盘存水，底部补水水位以上的存水量应不小于冷却塔布水槽以上水平的供水管道内的水容量，以及湿润冷却塔填料等部位所需水量，根据有关资料介绍，这部分湿润水量为：逆流塔约为冷却塔标称循环水量的1.2%，横流塔约为1.5%。
由于空调水系统涉及的问题较多，且大部分问题均已达成共识，文中不再赘述。对于本文提及的12个问题，也仅就南方水泵所了解的资料和认识予以综述，不当之处，请批评指正。
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压差控制对变流量空调水系统水力稳定性的影响
分析了异程系统干管压差控制、异程系统末端压差控制、同程系统干管压差控制、同程系统末端压差控制、环形管网干管压差控制和环形管网末端压差控制对变流量空调水系统水力稳定性的影响.计算结果表明,同程系统、环形管网末端压差控制具有最好的水力稳定性.
Zhong Zaipeng
Chen Yanhua
Fu Yangzheng
作者单位：
武汉市建筑设计院
武汉科技大学
年，卷(期)：
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摘要： 对在供热、空调水系统中使用加压泵的可行性进行了 分析 ，并导出了节能率 计算 公式，指出当最不利环路阻力较次最不利环路的阻力大30%以上时，可以考虑采用加压泵。探讨了一次泵空调系统中加压泵的控制 方法 ，认为常规控制方法仍可沿用，提出了空调供冷和供热情形下加压泵的调节方法。 关键词： 供热空调 管网 加压泵 节能 1 引言 在供热、空调水系统设计中，水环路的划分原则上应使各个环路的阻力基本平衡，但实际上由于建筑的多功能性，为便于分时管理，水环路的划分更多地考虑到供热或空调区域的使用功能。因此，设计中各个水环路的阻力有时相差较大，选择水泵的常规方法是，由最不利环路的阻力确定水泵扬程，尽管这一环路上的流量可能仅为系统总流量的很小一部分，也不得不选择大扬程泵，而其他环路就不得不依靠平衡阀或调节阀等阻力元件来平衡，从而造成水系统的能耗偏高。在供热、空调管网中用加压泵替代静态平衡阀，从节能角度，变传统的&抑好（向最坏的对象看齐）&的水力平衡方法为&提差（向较好的对象看齐）&，不仅可以起到节能的作用，而且其可靠性和 经济 性也已得到了初步的论证，说明这一设计方法具有工程实用价值 [1]-[3] 。然而在设计中，何种情况下宜采用这一方法， 目前 尚无一般性的结论，加压泵及其所在的供热/空调系统如何调节以适应负荷的变化，也需要进行 研究 。2 加压泵代替调节阀可行性分析 设水系统有 k 个水环路，按照阻力从小到大的顺序排列为： H 1 ,H 2 ,&,H k-1 ,H k &，相应的流量为 Q 1 ,Q 2 ,&,Q k-1 ,Q k &。用常规方法进行水泵选型时，应根据最不利环路选取水泵，即水泵流量为各个环路上的流量之和，扬程为最不利环路上的水力损失，再考虑到一定的富裕量。如果最不利环路的阻力与次最不利环路的阻力相差较大，则可以根据次最不利环路选取水泵（主循环泵或泵组）的扬程，而在最不利环路上再添加一加压泵，见图1。此加压泵的流量应为最不利环路上的设计流量，扬程为最不利环路上阻力与次最不利环路上阻力之差。这两种方案的电机输入功率分别为：(1)(2)式中 & &,g 为水的密度和重力加速度， Q 为总流量，亦即各个环路上流量之和。 & & 1 & ，& & 2 &分别为两种主循环泵及其电机的运行效率； & 为加压泵及其电机的运行效率。后一种方法相对于常规方法的节能率为：(3)水泵型号不一，设计效率和运行效率均会有一定的差异，但国内生产的新型泵或国外进口泵，效率均较高，差异不大。作为方案的评估和节能分析，可以忽略这些差异。因此，有：(4) 显然，使用加压泵方案是节能的。节能率的高低与两个因素有关。最不利环路与次最不利环路的阻力之比愈大，节能率愈高；最不利环路上流量与总流量的比值愈小，节能率愈高，见图2。图中横坐标 H k /H k-1 &为最不利环路与次最不利环路的阻力之比。当两者之比小于130%时，节能率一般不高于20%；当两者之比大于130%，最不利环路上的流量小于总流量的30%时，节能率不低于15%。显然，如果采用常规方法设计，这些本可以节约下来的能量就被最不利环路以外的其他环路上的平衡阀或调节阀所消耗掉了。对于两个或两个以上环路上使用加压泵，也不难得到总的节能率。假设主循环泵的扬程根据第i个环路上的水力损失而确定，则第i+1,i+2,&,k个环路使用加压泵带来的节能为：(5)即某一环路采用加压泵的节能率和这一环路阻力与 参考 环路的阻力之比有关，和此环路上的流量与总流量之比有关。供热、空调系统大部分时间内是在非设计工况下运行，与之相应的各个水环路上的流量也要发生变化，这一变化可能是通过冷热源的台数进行调节，也有可能直接对循环泵的转速进行调节。无论是哪一种调节方式，如果不考虑阀门开度变化引起管路上阻抗的变化，则各个环路上的流量应该等比一致地变化，以响应各个环路上的末端散热（冷）设备负荷等比一致变化的要求，即各环路间流量之比 Q i /Q j &和阻力之比 H i /H j &均不变。由于旁通的 影响 ，部分负荷下任一环路上流量与总流量之比 Q j /Q 应小于设计工况情形。因此，由（5）式可见，部分负荷下的节能率不低于设计工况下的节能率。采用加压泵方案，加压泵代替了最不利环路以外其它环路上的平衡阀，且由于按照次最不利环路选泵，主循环泵较小，其投资可以得到降低。因此，加压泵方案与常规方案相比，在一次投资方面也相差无几。所以，当最不利环路阻力较次最不利环路的阻力大30%时，或阻力大20％，同时最不利环路上流量较小时，宜考虑采用加压泵方案。3 加压泵的控制 方法 &目前 工程中加压泵方案 应用 较少的原因，主要还在于人们对其控制管理的复杂程度有所顾虑。因此，探讨简便易行的控制方法就显得尤为重要。空调一次泵系统如图1所示，为适应负荷变化，常规的控制策略是，负荷侧由温控器调节末端空气处理设备上的二通调节阀的开度，控制流过冷却盘管的水流量；冷源侧为保证通过冷水机组的流量恒定，根据供回水压差，调节旁通管上调节阀的开度和旁通流量，以维持供回水压差恒定。对于使用加压泵的情形，仍然应该采用上述控制策略，即保持加压泵转速不变，调节末端设备上的调节阀开度以适应负荷的变化，尽管在部分负荷情况下，这将使得调节阀与加压泵的作用相互矛盾而有所抵消，也不得不如此。因为如果在最不利环路上将调节阀替换为变速泵，如图3所示，则加压泵的调速将不可避免地使得供回水总管的压降 H ab &发生变化，不能满足冷源侧水流量恒定的要求。可见，调节阀与压差控制器的联合使用，不仅有流量调节作用，而且还有环路间的解耦作用，使得各环路相对独立，当然这是以一定的能耗为代价的。应该指出，变速泵虽然节能，却无解耦作用，会使控制变得复杂。从这里可以看出，变速泵代替调节阀也是需要一定条件的。如果主循环泵采用变频调速方案，原则上可以在最不利环路上用加压泵代替调节阀,但控制较为复杂，超出了本文的讨论范围。如果系统中冷热水循环泵分设，由于通常热水循环泵的流量和扬程较冷水循环泵的流量和扬程小许多，从节能管理角度考虑，加压泵应该采用变频调速或变极调速来进行调节。加压泵所在管路的管路特性曲线可以表示为（6）式中 H ab &和 H 分别为供回水总管上的压差和加压泵扬程， S k &为最不利环路上负荷侧的管路阻抗。图4中曲线I和1分别对应于空调供冷时管路特性曲线和加压泵的性能曲线，A点为其工况点；曲线II和2分别为空调供热情形下管路特性曲线和加压泵调速时的性能曲线，B点为其工况点； H ab, & 冷 和 H ab, & 热 为对应的供回水总管上压差，为确定值。空调供热时加压泵的转速可由水泵调速性能曲线方程 [4] (7)及工况点A和B求出。即将空调供热时的工况点（ Q k, & 热 ， H k, & 热 ）代入上式，就可求得 r ，这里 r 为变速加压泵供热时转速与供冷时转速之比。上式中 a 0 &， a 1 &和 a 2 &为性能曲线的拟合系数。由图可见，供热与供冷时相比，加压泵的流量减小较多，而扬程变化相对不大。在空调供冷和供热时，变速加压泵只要进行一次性的初调节，就可确定加压泵的转速和电机的频率，除了供冷、供热季节之间转换外，不需要进行调节。实际上，由于水泵并不需要连续可调，因此，不一定需要配置变频器，用双速电机即可。可见采用加压泵方案，并没有增加控制方面的复杂程度，无论系统是否配有自控系统，均可采用。加压泵一般可以安装在回水管上，只要膨胀水箱的高度大于加压泵的扬程，以保证加压泵吸入侧不会出现汽蚀现象，否则应安装在供水管上。4 结语 在供热、空调水系统设计中采用加压泵方案节能可行。节能率与两个比值有关，即最不利环路与次最不利环路的阻力的比值和最不利环路上流量与总流量的比值。当最不利环路阻力较次最不利环路的阻力大30%时，或阻力大20％，同时最不利环路上流量较小时，可以考虑采用加压泵方案。加压泵的控制方法可以沿用常规控制方法，空调供冷和供热情形下加压泵有简便的调节方法。参考 &文献 &1. 江亿. 用变频泵/风机代替调节用水阀/风阀的技术 经济 &分析 . 暖通空调. ):66-712. 狄洪发, 袁涛. 分布式变频调节系统在供热中的节能分析. 暖通空调. ):90-933. 周英菁. 一次泵与加压泵结合的供热供冷站. 制冷技术, -434. 李苏泷,朱孟标,张国强.水泵变频调速方案 计算 机辅助论证.暖通空调,):83-85
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