9.水系統(tǒng)水力計(jì)算

1、安徽理工大學(xué)土木工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)9空調(diào)水系統(tǒng)方案確定和水力計(jì)算9. 1冷凍水系統(tǒng)的確定9. 1. 1冷凍水系統(tǒng)的基本形式9.1 . 1.1 雙管制、三管制和四管制系統(tǒng)(1) 雙管制系統(tǒng)夏季供應(yīng)冷凍水、冬季供應(yīng)熱水均在相同管路中進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)是系 統(tǒng)簡單，初投資少。絕大多數(shù)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用雙管制系統(tǒng)。但在要求高的全年空調(diào)建筑中，過渡季節(jié)出現(xiàn)朝陽房間需要供冷而背陽房間需要供熱的情況，這時(shí)改系統(tǒng)不能滿足要求。(2) 三管制系統(tǒng)分別設(shè)置供冷、供熱管路，冷熱回水管路共用。優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)滿 足供冷供熱的要求，管路系統(tǒng)較四管制簡單。其最大特點(diǎn)是有冷熱混合損失，投資高于 兩管制，管路復(fù)雜。(3) 四管制系統(tǒng)供冷、供

2、熱分別由供回水管分開設(shè)置，具有冷熱兩套獨(dú)立的系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)滿足供冷、供熱要求，且沒有冷熱混合損失。缺點(diǎn)是初投資高，管路系統(tǒng) 復(fù)雜，且占有一定的空間。9.1.1.2 開式和閉式系統(tǒng)(1) 開式水系統(tǒng)與蓄熱水槽連接比較簡單，但水中含氧量較高，管路和設(shè)備易腐 蝕，且為了克服系統(tǒng)靜水壓頭，水泵耗電量大，僅適用于利用蓄熱槽的低層水系統(tǒng)。(2) 閉式水系統(tǒng)不與大氣相接觸，僅在系統(tǒng)最高點(diǎn)設(shè)置膨脹水箱。管路系統(tǒng)不易 產(chǎn)生污垢和腐蝕，不需克服系統(tǒng)靜水壓頭，水泵耗電較小。9.1.1.3 同程式和異程式系統(tǒng)(1) 同程式水系統(tǒng)除了供回水管路以外，還有一根同程管，由于各并聯(lián)環(huán)路的管路總長度基本相等，各用戶盤管的

3、水阻力大致相等，所以系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性好，流量分 配均勻。高層建筑的垂直立管通常采用同程式，水平管路系統(tǒng)范圍大時(shí)宜盡量采用同程式(2) 異程式水系統(tǒng)管路簡單，不需采用同程管，水系統(tǒng)投資較少，但水量分配。 調(diào)節(jié)較難，如果系統(tǒng)較小，適當(dāng)減小公共管路的阻力，增加并聯(lián)支管的阻力，并在所有 盤管連接支路上安裝流量調(diào)節(jié)閥平衡阻力，亦可采用異程式布置。9.1.1.4 定流量和變流量系統(tǒng)(1)定流量水系統(tǒng)中的循環(huán)水量保持定值，負(fù)荷變化時(shí)可以通過改變風(fēng)量或改變 供回水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如用供回水支管上三通調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)供回水量混合比，從而調(diào) 節(jié)供水溫度，系統(tǒng)簡單操作方便，不需要復(fù)雜的自控設(shè)備，缺點(diǎn)是水流量不變輸送能耗

4、始終為設(shè)計(jì)最大值。（2）變流量水系統(tǒng)中供回水溫度保持定值，負(fù)荷改變時(shí)，通過改變供水量來調(diào)節(jié)。 輸送能耗隨負(fù)荷減少而降低，水泵容量和電耗小，系統(tǒng)需配備一定的自控裝置。9.1.1.5 單式泵和復(fù)式泵系統(tǒng)（1）單式泵水系統(tǒng)的冷熱源側(cè)和負(fù)荷側(cè)只有一組循環(huán)水泵，系統(tǒng)簡單初投資省， 這種系統(tǒng)不能調(diào)節(jié)水泵流量，不能節(jié)省水泵輸送能量。（2）復(fù)式泵水系統(tǒng)的冷熱源側(cè)和負(fù)荷側(cè)分別設(shè)置循環(huán)水泵，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)水泵 變流量運(yùn)行，能節(jié)省輸送能耗，并能適應(yīng)供水分區(qū)不同壓降的需要，系統(tǒng)總的壓力低。 但系統(tǒng)較復(fù)雜，初投資高。9.1.2 確定冷凍水系統(tǒng)形式除了參考以上幾種系統(tǒng)劃分優(yōu)缺點(diǎn)的比較，在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體的情況來考慮

5、系統(tǒng)形式。對(duì)于本設(shè)計(jì)，空調(diào)水路中以風(fēng)機(jī)盤管和吊頂式空氣處理器為空調(diào)設(shè)備，由 于各處風(fēng)機(jī)盤管的型號(hào)相差不大，其水流阻力的差距較小，且平面布置規(guī)律性較強(qiáng)，采 用同程式系統(tǒng)有利于環(huán)路中各風(fēng)機(jī)盤管小環(huán)路的水力平衡，但在豎直方向高度不是很 高，采用豎程浪費(fèi)管材且阻力加大，所以本系統(tǒng)只采用水平同程豎向不同程，豎向加閥 門調(diào)節(jié)不平衡率；在管制方面，由于本設(shè)計(jì)不考慮過渡季節(jié)出現(xiàn)即供冷又供熱的情況， 在系統(tǒng)的復(fù)雜性和初投資方面，采用兩管制系統(tǒng)；由于開式系統(tǒng)水中含氧量較高，管路 和設(shè)備易腐蝕，且需要克服系統(tǒng)靜水壓頭，水泵耗電量大，僅適用于利用蓄熱槽的低層 水系統(tǒng)，所以對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，采用閉式系統(tǒng)；為了節(jié)約能耗和更

6、有效地控制冷凍水系 統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用二次泵變流量水系統(tǒng)。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的冷凍水系統(tǒng)形式為閉式同程式兩管制二次泵變流量水系統(tǒng)。9.2水管水力計(jì)算內(nèi)容空調(diào)水系統(tǒng)阻力一般由三大部分組成，即設(shè)備阻力、附件阻力和管道阻力。設(shè)備阻 力通常由設(shè)備生產(chǎn)廠家提供，因此進(jìn)行水力計(jì)算的主要內(nèi)容是附件和管件（如閥門、三 通、彎頭等）的阻力以及直管段的阻力。通常前者也稱局部阻力，后者稱為沿程阻力。9.2.1 空調(diào)水系統(tǒng)的管材空調(diào)水系統(tǒng)中，常用管材有焊接鋼管、無縫鋼管、鍍鋅鋼管及PVC塑料管。空調(diào)冷熱水一般采用焊接鋼管和無縫鋼管，當(dāng)公稱直徑 DW 50mm寸，采用普通焊接鋼管；DN > 50mm寸，采用無縫鋼管；

7、DN> 250者，采用螺旋焊接鋼管。管道在使用之前，應(yīng)進(jìn)行 除銹及涮防銹漆處理，然后必須進(jìn)行保溫。所以本工程空調(diào)水系統(tǒng)的管材采用鋼管，DNv 50mm寸，采用普通的焊接鋼管，DN> 50mm時(shí)，采用無縫鋼管。9.2.2 管內(nèi)流速無論是局部阻力還是沿程阻力，都與水流速有關(guān)。流速過小，盡管水阻力較小，對(duì) 運(yùn)行及控制較為有利，但在水流量一定時(shí)，其管徑要求加大，既帶來投資（管道及保溫等）的增加。當(dāng)流速超過3m/s時(shí)還將對(duì)管件內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷腐蝕，影響使用壽命。 因此必須合理地選擇管內(nèi)流速。不同管徑閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)管內(nèi)流速推薦值按表9-1選用。該空調(diào)水系統(tǒng)采用的是閉式系統(tǒng)，所以初選流速時(shí)

8、應(yīng)按閉式系統(tǒng)的流速去選擇。表9-1不同管徑閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)管內(nèi)流速推薦值（單位：m/s）管內(nèi)水流速的推薦值管徑/mm1520253240506580閉式系統(tǒng)040.50.5-0.60.6-0.70.7-0.90.8-1.00.9-1.21.1-1.41.2-1.6開式系統(tǒng)030.40.4-0.50.5-0.60.6-0.80.7-0.90.8-1.00.9-1.21.1-1.4管徑/mm100125150200250300350400閉式系統(tǒng)131.81.5-2.01.6-2.21.8-2.51.8-2.61.9-2.91.6-2.51.-2.6開式系統(tǒng)1.2-1.61.4-1.81.5-2

9、.01.6-2.31.7-2.41.7-2.41.6-2.11.8-2.3923空調(diào)管道水力計(jì)算的基本公式空調(diào)水在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)像其他流體一樣會(huì)產(chǎn)生壓力損失，這種損失包括沿程摩擦損失和局部摩擦損失。（1）沿程摩擦壓力損失計(jì)算公式.-：Pm=d=R l式中 厶Pm 摩擦壓力損失，Pa；摩擦系數(shù)；d管道內(nèi)徑，mi 管道長度，m一一流體在管道內(nèi)的流速，m/s ；?流體的密度，kg /m3 ；R 單位長度沿程摩擦壓力損失，簡稱比摩阻 Pa/m<（2）局部壓力損失計(jì)算公式式中'Pj局部壓力損失，Pa；局部阻力系數(shù)(3) 水系統(tǒng)總壓力損失AP =凡瀉 ,;Ps式中.Ps水系統(tǒng)設(shè)備阻力，Pa；-

10、：P水系統(tǒng)總壓力損失，Pa。9.3水系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)計(jì)算方法空調(diào)水系統(tǒng)的管路計(jì)算是在已知水流量和推薦流速下，確定水管管徑及水流動(dòng)阻 力。選擇水泵及配用電機(jī)?？照{(diào)水系統(tǒng)管路計(jì)算流程圖如圖9-2所示：繪制空調(diào)水系統(tǒng)軸測(cè)圖1對(duì)各段水管進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)注長度和水流量1確定管徑計(jì)算各管段實(shí)際流速計(jì)算最不利環(huán)路沿程阻力和局部阻力通過與最不利環(huán)路并聯(lián)管路的阻力平衡計(jì)算，調(diào)整及確定各支管管徑T冷水機(jī)組阻力輔助設(shè)備阻力末端裝置阻力計(jì)算或確定系統(tǒng)中設(shè)備阻力F1計(jì)算水系統(tǒng)總阻力(最不利環(huán)路阻力加系統(tǒng)設(shè)備阻力)，總水流量選擇水泵及配用電機(jī)圖9-2 水系統(tǒng)管路計(jì)算流程圖9.4冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)水力計(jì)算詳細(xì)說明在水力計(jì)算時(shí)，

11、初選管內(nèi)流速和確定最后的流速時(shí)必須滿足規(guī)范要求。空調(diào)水系統(tǒng)的系統(tǒng)圖見附錄圖4。1. 選定最不利環(huán)路，給管段標(biāo)號(hào)。2. 用假定流速法確定管段管徑。根據(jù)各管段的冷負(fù)荷確定管段的供回水流量，計(jì)算式如下:G=0.86 Q/(t g-t h) Kg/h=0.86 Q/(t g-t h)* tm計(jì)算比摩阻從而計(jì)算管段的沿程阻力沿程阻力的計(jì)算式如下： 式中Hy :沿程阻力，PaR:每米管長的沿程損失(比摩阻)，Pa /mL:管段長度，m摩擦阻力系數(shù)由柯列勃洛克公式確定：12.51K /d2lg()丁九ReJ 扎 3.72式中 K:管道的相對(duì)粗糙度，本設(shè)計(jì)中取 K=0.15mmRe:雷洛數(shù)。 用局部阻力系數(shù)法

12、求管段的局部阻力局部阻力計(jì)算式如下：A 丸因2pj 2- 式中：'pj :局部阻力，Pa；1 :管段中總的局部阻力系數(shù)。/h式中Q:冷負(fù)荷，W3":水的密度，Kg/ m ;t g :冷凍水、冷卻水供水溫度，分別為 7C、30C；t h :冷凍水、冷卻水回水溫度，分別為 12C、35C；故：冷凍水、冷卻水tg-th=5C根據(jù)假定的流速和確定的流量計(jì)算出管徑，計(jì)算式如下:d =根據(jù)給定的管徑規(guī)格選定管徑，由確定的管徑和選定的設(shè)備的流量計(jì)算出管 內(nèi)的實(shí)際流速：5. 計(jì)算總的阻力，計(jì)算式如下： P= Py+Fj水力計(jì)算的詳細(xì)步驟，見附錄表一。6. 將此環(huán)路的總阻力累加起來得 ip =

13、61150.9184 Fa= 61 KPa7. 已知最不利環(huán)路上的各個(gè)附件的總阻力損失之和為160 KPa，冷水機(jī)組的水阻力為69 KPa，風(fēng)機(jī)盤管的阻力為35 KPa，因此此最不利環(huán)路總阻力為：F = 61+160+69+35=325 KPa8. 同理可得出其它各層環(huán)路的水管管徑。其中四層環(huán)路的水力計(jì)算詳細(xì)計(jì)算步驟和圖見附錄表二和圖5,三層環(huán)路的水力計(jì)算詳細(xì)計(jì)算步驟和圖見附錄表三和圖6,二層環(huán)路的水力計(jì)算詳細(xì)計(jì)算步驟和圖見附錄表四圖7，一層環(huán)路的水力計(jì)算詳細(xì)計(jì)算步驟和圖見附錄表五和圖&9.5 冷凝水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9.5.1水封的設(shè)置不論空調(diào)末端設(shè)備的冷凝水盤是位于機(jī)組的正壓段還是負(fù)壓段，

14、 冷凝水盤出水口處 均需設(shè)置水封，水封高度應(yīng)大于冷凝水盤處正壓或負(fù)壓值。 在正壓段設(shè)置水封是為了防 止漏風(fēng)，在負(fù)壓段設(shè)置水封是為了順利排除冷凝水。9.5.2冷凝水管材冷凝水管處于非滿流狀態(tài)，內(nèi)壁接觸水和空氣，不應(yīng)采用無防銹功能的焊接鋼管； 冷凝水為無壓自流排放，若采用軟塑料管會(huì)形成中間下垂，影響排放。因此空調(diào)冷凝水 管材應(yīng)采用強(qiáng)度較大和不易生銹的鍍鋅鋼管或排水PVC管，管道應(yīng)采取防結(jié)露措施。9.5.3冷凝水水管管徑冷凝水管管徑應(yīng)按冷凝水的流量和管道坡度確定。一般情況下，1KW冷負(fù)荷每小時(shí)約產(chǎn)生0.40.8kg的冷凝水，在此范圍內(nèi)管道最小坡度為 0.003時(shí)冷凝水管管徑可按 下表9-2進(jìn)行估算。

15、表9-2冷凝水管管徑選擇表冷凝水管管徑選擇表冷負(fù)荷422314011101 2001 3501 >/KW422304001100200035001500015000管道公稱 直徑DN/mm2532405080100125150本設(shè)計(jì)冷凝水管的管徑按上表進(jìn)行計(jì)算， 管徑大小標(biāo)在系統(tǒng)軸側(cè)圖和各層水平面圖上。9.5.4冷凝水的排放冷凝水排入污水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)有空氣隔斷措施，冷凝水管不得與室內(nèi)密集雨水系統(tǒng)直接連接。以防銹味和雨水從空氣處理機(jī)組冷凝水盤外溢。為便于定期沖洗、檢修，冷凝 水水平干管始端應(yīng)設(shè)掃除口。本設(shè)計(jì)空調(diào)的冷凝水直接排入衛(wèi)生間。9.5.5冷凝水排水系統(tǒng)常遇到的問題及解決辦法（1）由于冷凝水排水管坡度較小，或根