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空调水系统设计

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课程内容• 冷冻水系统的设计• 冷却水系统的设计• 冷凝水系统的设计• 管道的安装

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我们的目标• 初步掌握冷冻水系统的设计• 学会冷却水系统的设计• 全面掌握冷凝水系统的设计• 了解管道的安装概要

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空调水系统• 冷冻水系统 风冷冷水机组• 冷却水系统 水冷柜机，水冷冷水机组• 冷凝水系统 空调器的蒸发器 , 空调箱 , 风机盘管等表

冷器

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水的参数• 温度 oc• 速度 m/s• 密度 kg/m3

• 压力 Pa , kgf/cm2 • 流量 m3/h • 运动粘性系数 m2/s• 比热容 kcal/kg* oc• 热导率 kcal/m*h* oc

温度 oc 密度 kg/m3

0 999.8

10 999.73

20 998.23

30 995.67

40 992.24

50 988.07

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• 闭式循环和开式循环 1. 闭式循环系统，管路系统不与大气接触，在系统 最高点设膨胀水箱并有排气和泄水装置的系统。 2. 开式循环系统，管路之间有贮水箱 ( 或水池 ) 通大气

空调冷冻水系统的分类

蓄冷水池

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空调冷冻水系统

• 两管制，三管制，四管制 两管制：供冷和供热采用同一管路 三管制：分别设置供冷和供热管路到换热器，共用回水管 四管制：供冷和供热的供回水管各自有独立的管路系统

R

M

M

MP C

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空调冷冻水系统• 定水量和变水量 定水量系统：系统中循环水量为定值，负荷变化时，减少制冷量或 制热量，改变供回水温度的系统。

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。

风机盘管

M7 C

7 C

12 C

风机盘管

M7 C12 C

温控器

二通阀

温控器

三通阀

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空调冷冻水系统• 同程式 供回水干管中的水流方向相同，经过每一环路的管路长度相等。

• 异程式 供回水干管中的水流方向相反，经过每一环路的管路长度不等。

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空调冷冻水系统

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空调冷冻水系统

二通阀 三通阀水系统中风机盘管进口不能全部安装二通阀，当所有房间温度低于温控器设定值时二通阀关断，整个水路就不循环，造成机组损坏。建议全部采用三通阀有利于系统的节能。或 2/3采用三通阀和 1/3二通阀混合安装。

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• Y 型过滤器 - 随机附件

• 水压力表• 温度计• 防震软管• 流量开关

水管路 (I)

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• 膨胀水箱- 补充水

- 冷热水的膨胀- 建立回水压力

• 自动放气阀 - 自动排除水系统中的空气• 平衡阀 ( 球阀或蝶阀 )

- 调整水流量• 截止阀或闸阀

- 用于维修 / 保养

水管路 (II)

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CHILLER机组 1

CHILLER机组 2

单向阀

出水 进水

多台机组并联的水管连接示意图－机组内置水泵

必须在机组出水管至总管之间加装单向阀，避免只有一台机组运转时进回水短路

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CHILLER机组 1

CHILLER机组 2

出水进水

多台机组并联的水管连接示意图－机组无内置水泵

必须在机组出水总管上安装水泵，减小机组的承压单靠机组内置水泵不能满足整个水系统的要求－压头、水流量等

CHILLER机组 3

CHILLER机组 4

外置水泵

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空调水系统的分区

• 系统的承压 1. 系统的最高压力：在系统的最低处或水泵的出口处，设

计时应对系统各点的压力进行分析，选择合适的构件和设备。

A. 系统停止运行， A 点承压最大 PA=9.81h B. 系统正常运行时 PA=9.81h+Pg-HCB-HBA

PB=9.81h1+Pg-HCB

c. 系统开始运行时 , 阀还未打开 PB=9.81h1+P PA,PB- A 点和 B 点的静压。 HCB ， HBA 摩擦和局部阻力之和。 Pg ， P 水泵的静压和全压

B

A

h

C

h1

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空调水系统的分区

2. 设备的承压(1) 管道，水煤气管 <1 Mpa(2) 阀门， 1.0, 1.6, 2.5 - 100MPa 均有产品(3) 风机盘管，冷水表冷器，冷水机组等，一般按 <1 Mpa出厂

3. 合理布置管路系统和设备的位置，有助于减少冷水机组设备及其部件的承压。

(1) 将循环水泵设置在蒸发器或冷凝器的出水端(2) 水泵供水管引向最高点的同程式布置。

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水系统的分区• 水系统的分区 1. 如层高不高，可仅有一个区 2. 按承压需 2 个区 3. 按承压需 3 个区

冷水机组

泵

高层塔

楼

裙房

冷水机组 泵

冷水机组

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水管路设计

• 冷冻水或冷却水流速1. 压力水管的水流速太大，对环路的平衡不利，且噪音增加。流速太小材料成本及安装费用增加。总管流速可取大一些，支管可取小一些。

GBJ13-86推荐的流速(m/s)

管道公称直径 (mm)

管道种类

水泵吸水管

水泵出水管 1.5-2.0 2.0-2.5 2.0-3.0

<250 250-1600 >1600

1.0-1.2 1.2-1.6 1.5-2.0

设计手册推荐的流速 (m/s)

管 道

加压送水

主管 水泵 出口

水泵 入口 立管 支管 接自

来水

自然送水

2.4- 1.2-1.2- 0.9- 1.5- 0.9- 0.6-3.6 2.1 4.5 3.0 3.0 2.1 1.5

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水管路设计2. 管材：低压系统，《DN50的可用焊接钢管， >DN50的用无缝钢管，高压

系统一律采用无缝钢管。管道作保温处理前要刷两道防锈底漆。

3. 定水量系统的总水流量按最大负荷计算：

4. 变水量系统的总水流量按下式计算 W=

Qc ( t h-t j )

W=n1n2Q

c ( t h-t j )

式中：W--- 冷水总水量 (m3/s)Q --- 各空调房间设计工况时 的负荷总和 ( kW )c --- 水的比热容 ，取 4.19kJ/(kg. C) --- 水的密度，取 1000kg/m3t h --- 回水的平均温度 ( C )t j --- 供水温度 ( C )n1--- 同时使用系数，例如宾馆， 可取 n1=0.7-0.8n2--- 负荷系数，如不仔细计算 ,以围护结构负荷为主的，取 0.7-0.8

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水管路设计• 管道的公称直径 由选取的各管段合适水流速，并根据各管段水流量算出管径，并根据计算管径选取靠近的标准管径作为该段水管的管径。

W= (d/2)2

W--- 水流量 m3/sd --- 水管内径 m --- 水流速 m/s

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水管路设计• 水管压力损失1. 管道的摩擦压力损失 (沿程阻力 )由流量和管径查水管的水力计算图，得出每米水管的压力降 (及流速 ) 。

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水管路设计

2. 局部压力损失 ( 局部阻力 ) 由阀门，弯头，三通等管路部件查表得出其等效长度。 ( 局部阻力

还有另外的计算方法 )3. 水管压力损失 =( 水管长度 + 管路部件等效长度 )x压力降 /米

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水泵所需扬程• 开式水系统

• 闭式水系统

Hp=hf+hd+hm+hs

Hp=hf+hd+hm

式中：hf, hd--- 水系统总的沿程阻力和 局部阻力损失 (pa)hm------ 设备阻力损失 (pa)hs ------ 开式水系统的静水压力 (pa)

设备阻力损失设备名称 阻力 (kpa) 备注离心式冷冻机蒸 发 器 3 - 8 依不同产品定冷 凝 器 5 - 8 “吸收式冷冻机蒸 发 器 4 - 10 ”冷 凝 器 5 - 14 “

设备名称 阻力 (kpa) 备注冷 却 塔 2 - 8 不同喷雾压力冷热水盘管 2 - 5 水流速度在 0.8- 1.5m/s 左右热交换器 2 - 5 风机盘管机组 1 - 2 风机盘管容量愈大，阻自动控制阀 3 - 5 力愈大，最小 3 kpa 左右

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水泵轴功率• 水泵的功率根据全系统流量和水泵扬程确定。 计算公式为：

水泵轴功率 (kW) = 扬程 (m) 流量 (L/S) (kg/L)

102 水泵效率

--- 水的密度， kg/L

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膨胀水箱容量

• 采用闭式水系统时，为容纳水系统内水的膨胀量，应设置膨胀水箱

膨胀水量 V = (1/2 -1)V 水在 4 度时的密度最大 , 1 =1, 膨胀量最

大 ,Vmax = (1/2 -1)V=βv1 , 2 为系统运行前后水的密度－ 可查有关手册β 为水箱系数V 为水系统的总容水量

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膨胀水箱设计安装要点• 膨胀水箱安装位置，应考虑防止水箱内水的冻结，若水箱

安装在非供暖房间内时，应考虑保温。• 膨胀管在重力循环系统时接在供水总立管的顶端；在机械

循环系统时接至系统定压点，一般接至水泵入口前，循环管接至系统定压点前的水平回水干管上，该点与定压点之间，应保持不小于 1.5-3m 的距离。

• 膨胀管、溢水管和循环管上严禁安装阀门，而排水管和信号管上应设置阀门。

• 设在非供暖房间内的膨胀管，循环管理体制、信号管均应保温。

• 一般开式膨胀水箱内的水温不应超过 95°C 。

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冷却水系统

• 冷却水系统的分类 1 。直流供水系统 2 。循环冷却水系统

• 冷却塔的种类机械通风式冷却塔一般有开放式和密闭式两种。1 。开放式冷却塔冷却塔的循环水量，由主机的制冷能力，冷却水进出口温度和成绩

系数确定。 冷却塔的水量和风量

W = 3600Qc

CW (tS1 - tS2)

G = 3600Qc

is2 - is1

W --- 水量 (kg/h)G --- 风量 (kg/h)Qc--- 冷却塔冷却热量 (kW) ，对压缩式制冷 机取制冷机负荷的 1.3倍左右，吸收式 为 2.5 倍左右。is1,is2--- 对应于 ts1,ts2 之饱和空气焓值 (kJ/kg)ts1,ts2--- 为室外空气的进，出口湿球温度CW--- 水的比热 (kJ/kgK)

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冷却水系统2. 密闭式冷却塔：一般用于大气污染严重的地区或水源热泵机组。

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冷却水系统• 冷却塔设置 空气畅通 噪音及水流飞溅 校核结构承压强度 补水量为冷却塔循环水量的 1-3%，补水水质

• 冷却水箱的设置 冷却水箱的功能，是增加系统水容量，使冷却水循环泵能稳定的工作，

保证水泵入口不发生空蚀现象。冷却塔水盘及冷却水箱的有效容积应能满足冷却塔部件由基本干燥到湿润成正常运转情况所附着的全部水量。

浮球阀自动补水• 加药装置

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冷却水系统• 冷却水泵所需扬程

Hp = hf+hd+hm+hs+ho式中： hf,hd --- 冷却水管路系统总的沿程阻 力和局部阻力 (mH2O) hm---- 冷凝器阻力 ( mH2O ) hs ---- 冷却塔中水的提升高度 (从冷 却塔盛 水池到喷嘴的高差 )(mH2O) ho---- 冷却塔喷嘴喷雾 压力 ( mH2O ) ， 约等于 5mH2O

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冷却水系统• 冷却水温的控制

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冷却水系统 --- 冷却水质稳定处理

•研究水中二氧化碳 .重碳酸钙和碳酸钙之间的平衡关系

•防止管道中形成碳酸钙沉淀和二氧化碳浸蚀。

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冷却水系统 --- 冷却水质稳定处理方法

• 排污法 排除部分矿物盐浓度较大的循环水• 化学法

– 酸化法 将碳酸盐硬度转变为溶解度较大的非 碳酸盐硬度– 磷化法 防止生成碳酸钙沉淀– 烟气处理法

• 利用二氧化碳 抑制重碳酸盐• 利用二氧化硫 中和重碳酸盐• 利用二氧化碳及二氧化硫 稳定重碳酸盐 ,降低碱度