1、空调水系统基本知识1.概述 冷源或热源生产的冷量和热量通过能量传递介质输送到室内的供冷或采暖设备，承担室内的冷负荷或热负荷。空调中常用的能量传递介质有：（1）制冷剂（如R22、R134a等）（2）水传递冷量的称为冷冻水，也称冷 水；传递热量的称为热水。（3）蒸汽只用于传递热量。冷源向建筑供冷图1 冷源向建筑供冷原理图1末端装置；2冷冻水管路系统；3冷却塔4冷却水管路系统图2 热源向建筑供热原理图1末端装置；2冷却水管路系统 热源向建筑供冷 冷冻水、热水循环流动的动力来自水泵。水泵将原动机的机械能转换成水流动的机械能。用电动机拖动的水泵消耗电能。在空调系统中水泵的能耗（称输送能耗）占了不可不可忽
2、视的份额。制冷机空调机组风机盘管冷冻水泵冷却水泵冷却塔热水泵占总能耗百分比25%37%23%39%5%10%8%12%5%9%1%3%5%10%平均32%32.75%6.50%10.75%7.50%1.75%8.75%冷热水泵占了空调总能耗的19.5%。冷热水泵、冷却水泵能耗占空调总能耗的28%。GB50189-2019公共建筑节能设计标准规定：式中 ER输送能效比，泵的轴功率与输送冷量（或 热量）之比；H水泵设计扬程，mH20；t供回水温差，；设计工况下水泵效率。标准规定了ER的限值，如冷冻水管段ER0.0241。)t/(002342.0HER2.空调水系统种类 2.1 两管制和四管制系统图
3、3 两管制和四管制水系统原理图（a）两管制水系统；（b）四管制水系统图LC冷水机组；HE热交换器；P水泵；FC风机盘管V三通电磁阀；ET膨胀水箱；AC空调机组（或新风机组）2.2 定流量与变流量系统 空调处理机组需要调节冷量或热量以适应房间负荷的变化。调节方法：质调改变水的温度 量调改变通过空气/水换热器（称盘 管）的水流量 水流量调节方法两通阀调节和三通阀调节（旁 通调节）图4 盘管变水量调节1盘管；2两通电动阀；3三通电动阀 定流量与变流量水系统的原理图图5 定流量与变流量水系统原理图1旁通管；2电动调节阀；其他符号同图3 2.3 单级泵和双级泵系统图6 双级泵水系统原理图P1一次泵；P2
4、二次泵；其他符号同前3.空调水系统中的水泵 3.1 概述 水在管内流动有摩擦阻力（又称沿程阻力或长度阻力）和通过各个部件（如弯头、阀门、三通、设备等）的阻力（称局部阻力），水泵提供的压力（扬程）要克服这些阻力。闭式水系统中水泵所提供的压力应等于水在环路中循环一周的总压力损失。水泵的压力=通过支路的环路总阻力图7 有几个支路的水系统图上符号同图3 管路的摩擦阻力（单位Pa）局部阻力（单位Pa）式中，摩擦阻力系数；局部阻力系数；l、d分别为管长和管径，m；流体密度，kg/m3；流速，m/s。ldPm2222i P 设管内流量为 （m3/s），则 对同一管路系统有 式中，P管路总阻力，Pa；S管路特
5、性系数。空调水系统常用的水泵是离心式水泵V2d785.0VVSP多级泵泵）卧式和立式（又称管道泵单吸离心泵和双吸离心单级泵离心式水泵 3.2 水泵主要性能参数3.2.1 流量 单位m3/s，l/s；习惯上用m3/h。3.2.2 扬程 扬程水泵所输送的水单位体积所获得的能量，J/m3，即Pa，用压力P来表示。习惯上水泵扬程用水柱高度H来表示，单位写成mH20，与SI制单位换算关系是1mH20=9.8103Pa=9.8kPa 10kPa 例1，20mH20=209.8103=19.6103Pa=19.6kPa。例2，100kPa=100/9.8=10.2mH2010mH20。3.2.3 功率和效率
6、 有效功率 （单位W）水在水泵中获得的能量 水泵功率单位常用kW，因此 注意：流量 的单位是m3/s。eWVVHVPWge1000geVHW 轴功率 （单位为kW）输入水泵的功率 式中，称为水泵效率，一般在0.50.8之间。水泵配用电机的功率需考虑安全裕量。水泵实际消耗的功率还应考虑电机效率。sW1021000geSVHVHWW3.2.4 转速 转速由n1n2时，流量、扬程、功率的变化如下：2112nnVV21212)nn(HH31212nn）（WW3.2.5 工作压力 工作压力水泵可能承受的最大压力。两种标识：（1）规定吸入压力某值。（2）工作压力某值。例如工作压力 1.6MPa，即要求吸入
7、压力+扬程1.6MPa 3.3 水泵的性能曲线3.3.1 单台性能曲线有三种性能曲线 （1）常用的性能曲线 （2）（3）水泵在设计工作点的效率最高，偏离它愈大，效率愈低）（Vf）（VHf）（VWfS3.3.2 两台相同性能水泵并联工作性能图9 两台性能相同的泵并联工作性能曲线3.3.3 两台不同性能水泵并联工作性能图10 两台性能不同的泵并联工作性能曲线3.3.4 转速改变时性能曲线的变化图11 水泵转速改变时性能曲线的变化 图中A1A2，B1 B2，C1 C2按3.2.4中关系式变换。例如：原转速n1=1450rpm，变频转速n2=1305rpm，固有9.014501305nn12 则129
8、.0 VV122)9.0(HH132)9.0(SSWW相应点的效率相等。3.4 水系统工况调节3.4.1 管路阀门调节图12 水泵运行的工作点1管路特性曲线；2调节阀门后的管路特性曲线；P水泵性能曲线 当关闭管路中阀门，管路特性曲线由12，工作点OO 图12也表示了当水泵扬程选得过大的后果。设设计流量为 ，所选水泵扬程HO，实际运行时工作点在O，实际流量为 若要在流量 运行，工作点在O，(HOHO)为多余的扬程，这就是多消耗了功率。理想情况：按O选水泵。DVDVV0DV3.4.2 变频调节图13 水泵变频调节工作点的变化H1、H2不同转速的水泵性能曲线3.4.3 水泵台数调节 以2台泵并联为例
9、图14 水泵台数改变时工作点的变化H1、H2分别是1台泵和2台泵工作的性能曲线3.4.4 一台变速泵和一台变频泵调节 流量在VA、VC之间两台泵工作；流量VC时，一台变频工作。图15 并联泵中一台变频泵的工作点3.4.5 管路特性形式的辨识式中，H1系统的静扬程，mH20。H1？物理意义不明！开式水系统21VSHH2VShH图16 开式水系统及其管路特性1水泵特性曲线；2管路特性曲线3.5 空调水系统中水泵的选择 水泵根据流量与扬程选择。流量根据设备（冷水机组、直燃机、烟气机）的流量来确定。单级泵水系统中水泵扬程=水在管路中循环一周的阻力，即水泵冷水机组分水器空气处理机组集水器水泵。双级泵水系
10、统一次泵的扬程=（a一次泵LCb）的阻力 二次泵的扬程=（b二次泵空气处理机组a）的阻力 图17 双级泵水系统图中符号同前4.水系统的定压 水系统定压保证系统在确定的压力下稳定运行，防止出现真空、超压。定压设备有多种，它的主要功能是保持系统内某点的压力恒定；在水温变化时容纳或补充多余或欠缺的水量。4.1 膨胀水箱定压图18 膨胀水箱1箱体；2膨胀管；3溢流管；4排水管5信号管；6循环管 膨胀水箱上接管：膨胀管接到定压点上，此管上不得装阀门 循环管当膨胀水箱在不采暖区时，防止水冻 结，与膨胀水箱同时接到回水管上，相距1.53m。信号管用于检查水箱内是否有水，接到机房水 盆处。溢流管膨胀水箱水过多
11、时溢流用，接到排水处 排水管用于水箱检修时排水。膨胀管的连接位置分析图19 膨胀水箱连接位置对系统压力的影响图中符号同前 设 水泵中心标高为0.0；d点标高20m；水泵扬程25mH20；冷水机组阻力10mH20；膨胀水箱水位标高25m；当膨胀管接在a点时 Ha=25 mH20（定压点）Hb=25+25=50 mH20（冷水机组承压约0.5MPa）Hc=50-10=40 mH20 Hd=25-20+hda0 He=40-20-hceHd0 当膨胀管接在b点时 Hb=25 mH20（定压点）Ha=25-25=0 mH20 Hc=25-10=15 mH20 He=15-20-hce0 Hd=0-20
12、+had一般说是负压 当膨胀管接在c点时 Hc=25 mH20（定压点）Hb=25+10=35mH20 Ha=35-25=10 mH20 He=25-20-hce，当hce 5 mH20，He0 由上面分析可见，定压点在水泵的吸入管上是适宜的 又设d点标高为90m，膨胀水箱水面标高为95m。当定压点仍在a点时，则 Ha=95 mH20；Hb=95+25=120 mH20 若机组承压能力为1MPa，这时机组的承压能力系统内工作压力。怎么办？解决方案一，更换承压能力高的机组。解决方案二，将水泵移到c点，定压点不变，这时 Ha=95 mH20；Hd=95-90+hda 04.2 气压罐定压图20 气
13、压罐定压原理图1气压罐；2水箱；3系统循环泵；4补水泵；5补气罐；6电磁阀；7安全阀；8压力传感器；9自动排气阀；10吸气阀；C控制器 气压罐在最低压力P1和最高压力P2之间运行，定压点a基本上在P1P2之间波动。P1按系统最高点来确定 P2=P1+（0.030.05）MPa 当系统缺水，罐内向系统补水，罐内水位下降，压力P。P=P1时，补水泵启动，向罐内补水。P=P2时，补水泵停，补气罐内水位下降，吸气阀打开，补气，经多次补气后，气容积，水容积。当水位下降到自动排气阀限定的水位时自动排气，水位恢复正常。当温度升高，水容积增大，P。P=P2+（0.010.02）MPa时，打开电磁阀，泄水。当P
14、=P2-（0.010.02）MPa时，关闭电磁阀。当P=P2+（0.02+0.04）MPa，安全阀打开，泄水。4.3 膨胀水箱、气压罐的选择 按容积选，容积=系统中水因温度变化引起的容积变化。膨胀水箱根据国家标准图集选用和制作。气压罐已有产品供应，可按样本选用。5.烟气机的机房水系统 5.1 烟气机在空调水系统中的连接方式图21 烟气机在空调水系统连接示意图LC冷水机组；HE热交换器；GA烟气型吸收式冷热水机组 这种并联连接，要求不同类型的机组在设计工况下供水温度、温差均一致。制冷工况：冷水机组一般供/回水温度为7/12，与烟气机一致，直接并联即可。当冷水机组的供/回水温度为7/13时，应调节
15、烟气机的温差。制热工况：常规设计，供水温度60，温差810 烟气机的供/回水温度各种型号不一样。Yazaki烟气机55/48；远大烟气机65/55；三洋烟气机60/56；三洋烟气热水机60/57.2 当生产热水的设备供回水温度不一致时，需调整到一致。5.2 烟气机水泵的配置5.2.1 烟气机水泵台数 有的烟气机额定工况下的冷水流量与热水流量相等，如Yazaki、三洋设备。有的不相等，如远大。当烟气机与其他制冷、制热设备并联在一个系统中时，烟气机一般应分别设冷水泵和热水泵，或设一台冬夏都用的变频泵，原因为：1）不同类型机组的冷热水供回温度调整到一致，导致流量的变化。2）建筑物冬夏负荷不一样，冷、
16、热水温也不一样，导致空调水系统冬夏流量和系统阻力不相等。采暖通风与空气调节规范（GB50119-2019）有关循环水泵设置的规定：（1）冷冻水泵与冷水机组台数相对用，即不备用。（2）热水泵不宜少于2台；严寒及寒冷地区，当热水泵 不超过3台时，其中1台宜设为备用泵。根据上述的分析及规范的规定，在非严寒和寒冷地区，烟气机水泵设置方案：（1）当水泵内有2台或2台以上制热设备（包括烟气机和 其他制热设备）时，热水泵台数与烟气机台数对 应；冷、热水泵可合用1台变频泵。（2）当系统只有1台烟气机供热时，热水泵宜选2台，每 台流量等于烟气机热水流量的1/2。（3）冷水泵台数与烟气机台数相对应。5.2.2 烟
17、气机水泵的流量与扬程 流量 水泵与烟气机一对一配置时，水泵流量=烟气机流量 水泵与烟气机二对一配置时，水泵流量=烟气机流量/2 扬程 水泵扬程取决于系统的阻力，系统阻力分两部分：负荷侧阻力(H)l从分离器空气处理器 集水器 的阻力 冷热源侧阻力(H)s从集水器水泵制 冷制热设备分水器的阻力 单级泵系统循环水泵的扬程H=(H)S+(H)l 双级泵系统中一次泵的扬程H1=(H)S 双级泵系统中二次泵的扬程H2=(H)S 空调水系统通常按制冷工况设计管路系统。在估算时，可而根据在制冷运行时阻力换算成制热运行时的阻力。冷热源（烟气机）侧冷热水阻力换算 设烟气机额定工况下冷水流量 ，阻力HC；热水流量
18、，阻力Hh1（以上均为样本数据）。又设实际运行冷水流量 ，机房内除烟气机外的管路阻力为Hp.c；热水流量 。1hVcVcV2hV 制冷运行时，冷源侧阻力 制热运行时，管路阻力 制热运行时烟气机阻力 制热运行时热源侧阻力2c2hc.ph.pVVHHcpccsHHH.)(21h2h1h2hVVHHh.2hh.)(psHHH 负荷侧冷热水阻力换算 设制冷运行时负荷侧总流量（含烟气机和其他制冷设备）为 ；空气处理机组阻力Hu，管路阻力(Hl.p)c，则这时负荷侧阻力为 设制热运行时负荷侧总流量为 ，则负荷侧管路阻力l.hVl.cVccHHH)()(p.lu.l2l.cl.hcl.phc.lVVHH）（
19、）（制热运行时，负荷侧阻力 单级泵系统中烟气机冷水泵的扬程为 热水泵的扬程为 设计手册推荐：选水泵时宜对计算流量和扬程增加5%10%的裕量。l.cs.cc）（）（HHHuhl.ph.l)(HHH）（l.hs.hh）（）（HHH5.2.3 烟气机分设冷热水泵的几个配置方案 一台烟气机，系统内有其他制热设备 图22 一台烟气机水泵配置方案 Pc、P、P水泵；VS变频调速器；GA烟气机 二台同规格烟气机 方案一，每台烟气机按图22配置水泵。方案二，如图23所示 图23 烟气机水泵的配置方案V电动阀；其余符号同前 6.空调水系统控制要求 6.1 单级泵系统压差旁通控制 压差控制器（PD）设定压差值？制
20、冷工况应为(H)l.c 制热工况应为(H)l.h图24 压差旁通控制PD压差控制器 如果在制冷运行和制热运行采用同一压差值控制有什么后果呢？例：设冷水泵扬程27mH2O；冷源侧阻力(H)s.c=14mH2O；负荷侧阻力(H)l.c=13mH2O；热水泵扬程为20mH2O；热源侧阻力(H)s.h=10.5mH2O；负荷侧阻力(H)l.h=9.5mH2O。若压差设定值全年均为13mH2O，在制热运行时热水泵用于热源侧的扬程为20-13=7mH2O(H)s.h=10.5mH2O；导致制热机组流量小于设定值，6.2 机组运行台数控制 系统中不同类型机组的组合有多种，下面只讨论电动冷水机组于烟气机组合的
21、系统的控制方案。图25 机组运行台数控制DDC直接数字式控制器；T温度控制器；其他符号同前 控制原则：优先使用烟气机 当冷负荷下降，压差旁通阀开启或开大，冷水（如7）返回到集水器，回水温度下降，经机组后供水温度下降。温度传感器T信号DOC 电动冷水机组卸载，供水温度恢复到7。烟气机不调节，供水温度低于7。增机与减机控制方案之一：根据冷水机组电机的电流值控制 当2台电动冷水机组电流值均在满载电流值的45%时，关闭一台冷水机组。当1台冷水机组负荷降到允许的最小负荷，而负荷再下降时，在供水温度达到低于7的设定值时，关闭此机组。当仅剩1台烟气机运行时，根据供水温度调节烟气机的制冷量与负荷相适应。当负荷
22、增加，供水温度升高到7以上的设定值时，增开1台电动冷水机组。当负荷继续增加，冷水机组的电流值=满负荷电流值的110%时，增开1台冷水机组。控制方案之二：根据系统冷水负荷来增机或减机 当负荷减少达到1台冷水机组制冷量的110%时，关闭1台冷水机组 当负荷增加，达到冷水机组制冷量的110%时，增开1台冷水机组。7.冷却水系统 冷却水系统如图26所示图26 冷却水系统原理图CT冷却塔；1电动阀；2平衡器；3水处理器；P冷却水泵 冷却塔台数、冷却水泵台数与制冷机组台数一一对应，同型号冷却塔在水路上并联，需设平衡管路使各塔地盘水位一致。冷水机组、冷却水泵、冷却塔及冷却塔进水管上电动阀门连锁。烟气机、直燃
23、机对冷却水温有一定要求，不得低于允许值。一般为2224。若该地区冷却水温可能低于允许的最低温度时，需采取措施，不使水温降到规定值以下。控制方案如图27所示。冷却水泵的扬程=管路阻力+LC阻力+冷却塔预流喷水压力+h图27 冷却塔水温调节原理图TC温度控制器；MV电动阀；其余符号同前8.管路推荐流量和流速 管路系统设计时，通常根据流量先选择管径；在设计手册上查出单位长度摩擦阻力R、局部阻力系数，最后计算管路系统的阻力。如何选管径？通常控制R在一定范围内。表1给出了多种管径的推荐流量及相应的流速和R。表1 钢管 推荐流量、流速和单位长度摩擦阻力 钢管内径mm 闭式系统开式系统流量，l/s流速，m/
24、sR，Pa/m流量，l/s流速，m/sR，Pa/m200.120.320.381.2100600250.220.600.451.210060000.501.00430320.461.20.571.51006000.51.00.61.2110400400.71.80.561.41006000.71.50.561.2100400501.43.60.711.81006001.42.90.711.5100400652.260.661.81006002.24.30.661.3100400804110.82.21006004.18.20.821.61004001008221.02.81006008.217
25、1.02.210040012515381.23.110060015311.22.510040015025581.43.310047025431.42.4100340200511001.63.210037051821.62.6100240250921561.93.2100260921251.92.81001803001402302.03.3902301251801.82.5801503501702601.82.7801801702201.82.3801304002303401.82.7801702203001.82.4701204503204402.02.8801503004001.92.5701205004205502.12.8801304005002.02.570110谢谢
