空调水系统设计案例分析

一、冷却水系统

1 、冷却塔设计

各型冷却塔的冷能力是指该塔在设计工况和气象参数条件下的名义流量。

设计时应修正：设计时应根据具体地方的气候条件及塔的服务对象确定塔的工作流量及台数，并留有适当备用系数。

其它：选用冷却塔时除应考虑其冷却效率、电耗、噪场、价格等因素外，还应根据防火要求及环境条件优先选用阻燃的冷却塔。

安装位置：做初步设计时，对冷却塔的位置即应予以慎重的考虑。冷却塔的噪声较大，故其安装位置应尽量选择避免影响其他房间。与住宅及办公楼应保持一定距离，使冷却塔的噪场衰减到：白天≤55dB(A)，夜间≤45dB（A）。且不宜设置于中间的屋顶上或地上，最好放在建筑物的最高层。

     

接管：冷却塔周围的接管，应注意以下几点：

1 ）冷却塔的出水管必须靠重力返回水泵，不得弯上弯下。距水泵吸入口处最好能有5倍管径长度的直管段，以不影响水泵效率。

     

2 ）对几台并联工作的冷却塔，水量分配会不平衡，极易造成溢流，所以设计时要重视各冷却塔之间的管道阻力平衡，特别是塔至水泵吸入管段部分。同时在冷却塔的水池之间希望用与进水干管相同管径的均压（平衡管）连接。此外，为了使冷却塔中水位一致，出水干管应采用比进水干管大两号的集合管，如图。

3 ）几台冷却塔并联时，应按同一水位决定各塔的基础高度。

2 、案例分析

现象：某工程地上10层，地下4层，屋面上还有塔楼3层。5层上有一计算机房，采用了水冷机组，冷却塔设在塔楼顶上，水泵设在屋面下的塔楼内，且水泵装在冷却塔的进水管上，结果循环不了，而且还产生严重振响。

     

原因：水泵的吸入扬程小于管网的阻力。一般来说，冷却塔的出水管最好是靠重力流入水泵。冷却水泵的吸入扬程约3~4m米水柱。

对策：将水泵由冷却塔的进水管上改到冷却塔的出水管上，如图。

冷却塔的循环水泵在系统中的位置应设在冷凝器的前边（即将冷却水压入冷凝器中）而且水泵吸入部分的水平管不宜太长，水平管应坡向水泵吸入方向。

     

现象：某建筑物第二层为公室，采用了水冷整体空调器，作为夏天降温用，受场地限制，机组冷却塔设置在室外地面上。系统使用过程中发现，停泵时经常出现冷却塔跑水满地。

     

原因：冷却塔的位置低于整体式空调器的冷凝器，停泵后管内冷却水落入塔中而造成管中真空，产生虹吸，将整个冷却系统中的水吸到冷却塔而流出。

     

对策：将冷却水的顶端设一个防止真空的阀，破坏管中真空度，当水泵停止时即不再会生产虹吸现象，使水流失量达到最小。

现象：某工程制冷机的冷却塔安装在30m高的屋顶上，地下室中设有一水池，制冷机，冷却水泵均在地下室中。冷却水泵的扬程为60m水柱，水量为300m ³ /h，水泵的电机容量为75KW，共3台。

     

分析：因冷却水系统开式系统，设地下水池的冷却水系统，水泵的扬程既要克服系统阻力又要满足送水高度(30m)，即水泵的扬程为管道阻力、设备阻力与提升高度三者之和。所以水泵的所需动力较大，运行耗电多。

     

对策：改造管道，将冷却塔的出水管直接接到泵的吸入口，则水泵的扬可以减少到30m水柱。更换水泵，水泵的电机容量减小为40kW。

     

节省能耗：(75-40)kW/台*3台*16h/d*200d/a*0.5元/kWh＝16.8万/a。

现象：某综合楼中央空调冷却水系统设计5台冷却塔并联运行，冷却塔进水管上设置自动控制阀与机组对应设置。在实际工程中常发现冷却塔塔溢水现象严重，造成大量补水。

     

原因：系统连接管道及阀门的阻力不平衡，冷却塔进出水均匀，出水量小的塔就会溢流，而大的塔却要进行补水。只在供水管上装自动阀门，则水盘中的水位在使用的那个塔中就会降低而引起溢水，但同时其他几个不同塔中水位出现补水。     

对策：各出水支管上装控制阀，与进水管上的阀成对动作。在各塔之间的加平衡管，并加大出水管的共用管段的管径。

现象：某空调冷却水系统管道布置如图所示，运行时发现冷却泵会吸入空气，造成系统中水击现象。

原因：停泵时冷却塔出水管上升段水返空，下一次启泵时吸入空气。

     

对策：取消冷却塔出水管段的上升段，出水管坡向冷却泵。

     

设计冷却塔的管路时，水泵在任何时候必须有水充满。水池至水泵的管道必须是自流的。

二、冷冻水系统

一）设计施工细节

在设计时常被忽略的点滴小事，看起来道理很简单，可是往往因小而失大，疏忽不得。

1 、放气排污：在水系统的顶点要设排气阀或排气管，防止形成气塞；在主立管的最下端(根部)要有排除污物的支管并带阀门；在所有的低点应设泄水管。

2 、热胀、冷缩、过滤。对于长度较长（超过40m）的直管段，必须考虑管道的热胀冷缩，装设伸缩装置。在重要设备及重要的控制阀前应装水过滤装置，系统应考虑水处理措施。

3 、注意管网的布局，尽量使系统先天平衡。实在从计算上、设计上都平衡不了的，可适当采用平衡阀。

4 、要注意计算管道推力。选好固定点，做好固定支架。特别是大管道水温高时更得注意。

5 、控制阀门应装在水处理设备的回水管上。

6 、应注意坡度、坡向、保温防冻。

二）案例分析 

现象：某宾馆空调的冷源为离心式冷水机组。冷冻水系统为二次泵系统。一次水泵的台数与制冷机一一对应，扬程为24m水柱。二次水泵扬程28m水柱，与一次泵串联使用。实际运行时发现系统流量超过设计值很多，系统处于大流量、小温差状态下运行，制冷机起停频繁。

原因：设计时水泵选型考虑所需扬程富裕量太大，管路管径又偏保守，系统流量偏大、于是供回水温差变小，严重时导致制冷机卸载停机。

对策：更换水泵，重新计算系统阻力，选择扬程小的水泵。一次泵扬程14m，二次泵扬程14m，系统运行正常。

现象：某空调工程冷冻水系统设计多台水泵与制冷机对应设置并联运行，发现单台泵运行时，时常电机过热跳闸，影响正常使用。

原因：设计时水泵选型按并联工况选择，但所选择的水泵运行曲线属平缓型，单台水泵运行时，系统流量下降，阻力随之下降，单台运行比并联运行时的水量大很多，导致电机过载。

对策：更换水泵，选型工作点按并联工况确定，但所选择的水泵运行曲线按陡降型，必要时水泵出水管设置限流装置（流量控制器）。

三）管材与管径 

管路系统的管材的选择可参照下表选用：

     

水管管径D由下式确定：

D ＝（4G/3.14v) ^1/2

式中：D——水管管径，m；G——管段水流量，m ³ /s；v——管段水流速，m/s。

管内水流速推荐值（m/s）：

     

水系统的管径和单位长度阻力损失：

     

四）水泵扬程估算

1. 冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。

2. 管路阻力：包括沿程阻力、局部阻力。

比摩阻值取决于技术经济比较。比摩组宜控制在150~200Pa/m范围内。

估算1：比摩阻取100Pa/m，局部阻力/沿程阻力＝1；

估算2：比摩阻取200Pa/m，局部阻力/沿程阻力＝1/2；

建议每种类型的工程算一两个，积累数据，做到心里有底!

3. 空调未端装置阻力：取最不利环路末端装置的阻力，可查产品样本。此项阻力一般在20~50kPa 范围内。

4. 调节阀的阻力：末端装置：二通调节阀、三通调节阀，一般要求不小于40kPa；

5. 机房局部阻力（另计）：

蝶阀～0.2mH ₂ O/个；止回阀～1.5mH ₂ O/个；过滤器～1.0mH ₂ O/个；除垢仪～0.3mH ₂ O/个；弯头～0.6mH ₂ O/个。

6. 安全系数：一般取10～15％的安全富裕量。

以上估算方法以闭式系统为例，若为开式系统应考虑高程差附加扬程!

本文来源于互联网，暖通南社整理编辑于2021年9月16日。