空調水系統設計的若干問題--ppt課件

1、集中空調水系統設計的若干問題探討中國建筑設計研究院 潘云鋼華森1ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式二、水系統的分區(qū)三、冷卻水系統四、平衡閥五、幾個問題研討2ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式1、同程與異程（1）系統特點和主要區(qū)別以水流經的管道的物理長度而不僅僅是原理圖來區(qū)分。（2）水力平衡目標： 各支路（末端）的設計水流阻力相同而不是水流經的管道的物理長度相同。3ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式1、同程與異程（3）同程系統的平衡機理當各末端的水流阻力相差較小時，如果水流經的管道的物理長度相同，則各

2、末端之路的水阻力容易實現自然的平衡。如果末端支路阻力相差懸殊時，同程系統也并不具有水力自然平衡的優(yōu)點。 因此，采用同程只是手段而不是目的，并非任何時候同程都一定是最好的解決方案。（4）水利平衡計算的原則：暖通規(guī)范6.4.9條各并聯環(huán)路的設計水阻力相對差額不大于15%（不分同程與異程）。4ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式2、開式與閉式（1）開式系統中的“吸水真空高度”（有的水泵資料中稱為“凈吸揚程”） 水泵運行安全要求：防止水泵吸入口汽化，必須保證水泵吸入口的水壓力大于水的氣化壓力。 要求吸水池水面的高度應大于水泵吸水管的阻力。在冷卻水系統中，一些實際工程由于冷

3、卻塔的安裝標高不夠，出現了水泵吸入口為負壓的現象（吸入口軟接頭向內收縮）。（2）開式系統蓄水箱容量的確定： 確定原則：蓄存所有的系統水容量并附加一定的安全系數； 規(guī)范規(guī)定：按照系統循環(huán)水量的510%計算；（6.4.2條） *應取上述兩者中的較大值作為最終結果。5ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式2、開式與閉式（3）特點 系統內的水（冷、熱水）是不與大氣相接觸。 頂部設置開式膨脹水箱的系統也是閉式系統。（4）閉式系統的設計要求 實際運行可靠要求：系統中任何一點不宜出現負壓，否則有可能將空氣吸入系統之中，由于管道系統封閉，空氣不容易排除。因此對系統定壓點和定壓值有要

4、求。 系統安全要求：設備工作壓力需要考慮定壓和水泵揚程兩個因素。6ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式3、分區(qū)兩管制系統原理：系統的機房側（冷、熱源部分）為四管制，各末端設備為兩管制，與末端設備的連接管道按照不同的干路（分區(qū)）采用兩管制；采用原則：各區(qū)域存在明顯的區(qū)域性冷、熱供應要求的分別時間段。7ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（1）區(qū)分標準以用戶側（而不僅僅是末端）的系統水流量是否處于實時變化的特點來區(qū)分。 在多臺并聯水泵的系統中，如果僅僅因為水泵臺數變化導致的流量變化，不能稱為“變流量系統”。（2）定流

5、量系統末端采用電動三通閥實時控制水流量的系統；末端無任何自動控制水流量裝置和措施的系統。定水量系統適合于冷水機組不超過兩臺的小型空調水系統。用戶側水流量判斷處用戶側機房側8ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（3）一次泵變流量系統系統特點：末端采用兩通閥實時控制水流量，使得用戶側的系統水量實時發(fā)生變化。實施要求： （a）末端水量實時控制； （b）保證冷水機組運行的最小安全流量。實施方式： （a）系統供、回水設置壓差旁通閥控制目前最常用方式； （b）水泵采用變速控制（通常是變頻調速因此也稱為一次泵變頻調速系統或冷水機組變流量系統）。9ppt課件

6、集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（3）一次泵變流量系統 推薦采用水泵與冷水機組一一對應連接（“先串后并”方式）。優(yōu)點：運行可靠、節(jié)省投資。缺點：機房布置管道略有增加。 “先并后串”方式涉及問題：（1）大小搭配的平衡閥配置，（2）電動蝶閥選擇及連鎖程序；10ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（3）一次泵變流量系統壓差旁通閥設置： （a）原則：保證冷水機組的最低安全運行流量。 （b）常見做法：保證冷水機組的運行流量恒定。 （c）流量計算： #按照（a），應為冷水機組的最低安全運行流量； #按照（b）

7、，應為一臺水泵的設計流量。 （d）控制壓差值：根據系統水力計算的結果確定。 （e）閥門口徑：應根據對流通能力的計算后選擇，不能等同于機組或水泵的接管管徑。11ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（4）二次泵變流量系統主導思想設計的出發(fā)點 （a）冷水機組在運行過程中水流量不 發(fā)生變化； （b）協調冷源側與用戶側水量的供需 矛盾（對于非線性水系統） （c）盡可能節(jié)省水泵的運行能耗。 （d）降低次級泵裝機容量（針對不同 環(huán)路阻力相差較大的系統）系統特點：將用戶側和冷源側的運行控制參數和環(huán)路完全分開。用初級泵（一次泵）來滿足（a）的要求，用次級泵（二

8、次泵）來滿足（b）的要求。12ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（4）二次泵變流量系統實施要求： （a）末端水量實時控制，用戶側變流量運行； （b）冷水機組運行流量不變； （c）次級泵組供水量需要符合用戶側的需求； （d）兩級泵串聯，需要做好壓力平衡初級、次級泵揚程必須計算確定。實施方式： （a）系統供、回水設置壓差旁通控制（次級泵采用定速泵）； （b）水泵采用供、回水壓差變速控制（次級泵變頻調速）； （c）設置盈虧管，平衡初級泵組和次級泵組的水流量差。13ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量

9、系統（4）二次泵變流量系統盈虧管設計原則 （a）盈虧管內水的流向：理論上允許雙向流。但實際上，如果回水流向供水，將導致系統供水溫度上升，形成“惡性循環(huán)”：供水溫度升高末端冷量不夠閥門自動開大次級泵供水量增加更多的回水流向供水供水溫度繼續(xù)升高。 因此，實際運行過程中，宜使得運行中的任何時候盈虧管的流向都是：供水管回水管。只有系統啟動過程時水由回水管流向供水管（先啟動一臺次級泵）。 （b）最大水流量計算： *在線性水系統中，盈虧管的最大水流量為一臺初級泵與一臺次級泵的設計流量差值； *在非線性水系統中，盈虧管的最大可能的水流量為：全部初級泵組的設計總流量與一臺次級泵的設計流量差值； （c）盈虧管作

10、為兩個環(huán)路的平衡管，在設計狀態(tài)下，要求兩端壓差為零（無流量）。因此，初級泵和次級泵的揚程應根據此要求進行詳細的計算確定。 （d）典型問題：次級泵揚程過大（未詳細計算），盈虧管水倒流（回水流向供水）。14ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（4）二次泵變流量系統供、回水壓差控制 （a）采用壓差旁通閥、次級泵定速方式此方式與一次泵系統的壓差旁通閥控制原理相同，不能實時節(jié)省次級泵能耗（運行臺數轉換時節(jié)能）； （b）采用壓差旁通閥、次級泵轉速控制方式可實時節(jié)省次級泵能耗且不會對主機的運行產生影響。由于水泵必須設置最小流量限制，因此當水泵降低至最小流量

11、時，壓差旁通閥開始起作用同（a）。 （c）壓差旁通閥流量確定：*在（a）方式中，為一臺次級泵的設計流量；*在（b）方式中，為一臺次級泵的最小運行流量；*次級泵的最小運行流量應根據系統特點、水泵特性等因素來分析后確定。15ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討一、冷凍水系統的基本形式4、定流量與變流量系統（4）二次泵變流量系統節(jié)能機理與一次泵系統相比較 （a）理論依據1：在全年運行的絕大多數時間段內，用戶側需流量小于冷水機組需要的流量。因此，降低用戶側的供水量（改變次級泵的運行臺數或者變頻）可以實現次級泵的運行能耗節(jié)省。 （b）理論依據2：在多環(huán)路系統中，如果各環(huán)路的水阻力存在明顯的差別，那

12、么各環(huán)路獨立配置次級泵后，某些環(huán)路需要的總揚程（初級泵+次級泵）小于一次泵系統的揚程，水泵的總安裝容量和運行能耗都有所降低。 （c）暖通規(guī)范6.4.4條：中小型工程宜采用一次泵系統；系統較大、阻力較高，且各環(huán)路負荷特性或阻力特性相差懸殊時，宜在空氣調節(jié)水的冷熱源側和負荷側分別設一次泵和二次泵。 （d）由于變頻器價格的降低，目前主流設計主張采用次級泵變頻調速方式。16ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討二、水系統分區(qū)（與分環(huán)路）1、定義（1）水系統分區(qū)水壓力不相關，構成兩個獨立的水系統（最終冷源有可能是一個，也有可能是多個）。（2）水系統分環(huán)路水壓力相關，構成幾個特定的并聯水環(huán)路，冷源裝置

13、公用，在同樣的工況（供冷或供熱）下，通常各環(huán)路的實時供水水溫相同。17ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討二、水系統分區(qū)（與分環(huán)路）2、分區(qū)與分環(huán)路的設計原則（1）甲方要求在同一建筑區(qū)域內，使用性質完全不同的建筑，可根據要求設計為不同的水系統（分區(qū)）。（2）技術要求考慮系統情況（如開式與閉式系統、冷熱供應要求、水系統工作壓力等等）進行系統分區(qū)。（3）使用性質基本相同的同一區(qū)域內的建筑或房間，可通過不同的分環(huán)路設計，采用閥門等措施進行控制和管理。其優(yōu)點是可以綜合利用冷熱源，通過輸配系統實現冷熱源的實時優(yōu)化供應。18ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討二、水系統分區(qū)（與分環(huán)路）3、高、

14、低分區(qū)（1）分區(qū)原則設備承壓能力（關鍵點）、經濟性（2）分區(qū)方法高、低區(qū)完全為獨立系統（獨立冷、熱源設備）優(yōu)點是設計簡單，空調水溫可以相同等；缺點是由于冷熱源設備（主機）上樓，對施工安裝和運行噪聲的控制不利且綜合能效可能有影響；高、低區(qū)通過中間的換熱器來分開（冷、熱源通常集中在低區(qū)）優(yōu)點是：有利于能源的綜合利用，運行管理相對方便等；缺點是：二次水供水溫度達不到一次水供水溫度的要求，需要增大末端換熱面積，末端型號可能加大。高、低區(qū)負擔的范圍在采用中間的換熱器來分區(qū)時，低區(qū)盡可能用足設備承壓。降低高區(qū)對中間換熱器面積和末端換熱面積的總需求，減少高區(qū)投資，提高系統的經濟性和運行節(jié)能。注意高低區(qū)系統都

15、必須設置定壓、補水系統和裝置。高、低分區(qū)通常適合于超高層建筑（高度大于100m）。19ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討三、冷卻水系統1、與機組的連接方式 與冷凍水系統一樣，一一對應連接。2、旁通閥的設置（1）設置條件需要對冷水機組冷卻水進水溫度進行控制的場所： 一般電制冷機的冷卻水進水溫度要求不低于19，個別冷水機組可以做到不低于12.8； 吸收機不得低于23，否則容易引起溶液結晶； 冬季需要運行冷水機組的場所； 冷卻水溫越低，冷水機組的COP值越高，因此，只要在機組允許范圍，可以盡可能的低溫。（2）水流量確定小于一臺冷卻水泵的設計水量。20ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討

16、三、冷卻水系統3、防止水泵電機過載運行（1）超流量原因： a）不設旁通閥的情況 在水泵運行臺數減少時會發(fā)生超流量運行的情況管道阻力系數沒有變化，水泵運行臺數變化造成。設計臺數越多越明顯。圖a點至b1點。 b）設旁通閥的情況 在旁通閥調節(jié)過程中，將出現水泵超流量運行的情況（無論水泵運行臺數是否會發(fā)生變化）由于旁通閥調節(jié)，使得管道阻力系數降低。圖a點至a1點，b1點至b2點。（2）解決方式：在保證計算準確的前提下，適當增加水泵配電機的容量。21ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討三、冷卻水系統4、防止冷卻塔“抽空”（1）“抽空”原因：部分冷卻塔不運行時產生。（2）防止措施： 每個冷卻塔出水管

17、增加電動蝶閥 不運行的冷卻塔進出水電動蝶閥同時關閉。要求出口閥關閉嚴密。 缺點：增加投資，如果閥門不嚴，依然可能存在同樣現象。 每臺冷卻塔集水盤設置連通管 管徑盡可能做大，最小不小于一臺冷卻塔的接管尺寸。 冷卻塔安裝高度提高 利用回水管本身就是連通管的特點，增加自然水頭，防止抽空。22ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討四、平衡閥之一：分類及功能1、靜態(tài)手動平衡閥 機理：手動改變開度，初調試用，一次調試后鎖定開度。 關鍵要求：（1）調節(jié)性能好，（2）具有鎖定功能。 *帶流量（壓差）測量孔通常稱為“平衡閥”、“手動平衡閥”、“靜態(tài)平衡閥”。 *不帶流量（壓差）測量孔通常稱為手動調節(jié)閥。2、

18、定流量閥某些廠家稱為“動態(tài)平衡閥” 機理：按照設定值，在運行過程中，始終自動保持設定的流量不變。 關鍵要求：（1）自力式控制水量的能力，（2）調節(jié)性能3、動態(tài)電動平衡閥與風系統中的“壓力無關型VAV末端”相似。 機理：（1）在壓差改變的情況下，自動維持改變前的水流量不變； （2）在壓差不變、控制參數發(fā)生變化的情況下，根據控制參數改變流量。 關鍵要求：（1）壓差無關功能，（2）調節(jié)性能23ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討四、平衡閥之二：用途1、靜態(tài)手動平衡閥 當水系統個環(huán)路設計無法通過管道和設備配置來實現設計狀態(tài)下的水力平衡時采用。因此，這是為滿足設計狀態(tài)下的流量要求而設置的初調試功能

19、。在系統運行過程中，其典型特點是阻力系數不發(fā)生改變（開度不變）。2、定流量閥 只能在需要定流量的場所使用?？赡軋鏊簾o溫度自控的采暖系統，定水量空調水系統，變水量系統中需要定水量的場所定水量一次泵、二次泵系統中的次級泵、冷卻泵、冷水機組冷水與冷卻水進口（或出口）、冷卻塔等。 不能應用的場所：變流量水系統的用戶側包括分、集水器支路，各空調機組和末端風機盤管等設備的進口或出口。3、動態(tài)電動平衡閥 可以替代末端常用的電動二通調節(jié)閥。性能及功能較好，但價格昂貴。24ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討四、平衡閥之三：設計要求對于靜態(tài)手動平衡閥和定流量閥應注明各閥的設計水流量，否則無法調試或設定。

20、對于動態(tài)電動平衡閥設計要求與電動二通調節(jié)閥相似：提出流量系數、閥門調節(jié)性能等要求。因為平衡閥本身存在較大的阻力，靜態(tài)手動平衡閥不能隨意設置，否則導致系統阻力增加。因此首先強調的是“設計自身的平衡”。定流量閥一定要根據系統情況（定、變流量）來設置。25ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討四、平衡閥之四：幾種典型錯誤設計（1）手動平衡閥（靜態(tài)閥）不分清系統各環(huán)路阻力情況，在每個環(huán)路（甚至每個末端）上隨意設置。 在如圖所示的系統中，最遠點為最不利環(huán)路，在每個環(huán)路甚至每個支路都設置平衡閥的結果是：環(huán)路水阻力至少增加了兩個平衡閥的全開阻力。如果頂層空調機組末端的水阻力大于其他層，此現象更為明顯。

21、在采暖系統中，由于采暖環(huán)路水阻力本身較小，許多支環(huán)路本身是可以通過良好的設計來平衡的，隨意增加閥門的結果將導致新的不平衡的出現26ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討四、平衡閥之四：幾種典型錯誤設計（2）定流量閥（靜態(tài)閥）在變流量側設置定流量閥在變水量空調系統的末端上增加定水量閥（名為在動態(tài)條件下保證水利平衡），結果是：空調機組電動閥的調節(jié)性能由設想的線性調節(jié)方式變成了開關調節(jié)方式低負荷時，隨著電動閥的關閉，定流量閥不斷開大，起不到實時的流量控制作用。在變水量空調系統分集水器供（回）支管上設置定流量閥由于壓差控制器通常設置與機房側，這種設置與末端設置定流量閥的結果相同。更典型的錯誤是：在

22、每個支管和末端都設置定流量閥。27ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討四、平衡閥之五：機房優(yōu)化設計優(yōu)化后原設計想法：對于多臺機組設計，但只有部分機組運行時，為了保證每臺機組的分配水量，設置定流量閥。尤其是當機組采用大小容量搭配時，此方式看起來有利于不同容量機組的水量分配。優(yōu)化后：將“先并后串”方式改為“先串后并”方式，減少了相應的閥件，降低了水流阻力，系統的穩(wěn)定性也得到足夠的提高，經濟性突出。為設計人員帶來的“不方便”是：機房內管線布置相對略多，需要設計更為精心。28ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題1、冷水機組大小搭配的系統設計2、一次泵變頻變水量系統的控制3

23、、二次泵的兩種組合方式（分環(huán)路和泵組方式）4、二次泵臺數與轉速的聯合控制5、水泵轉速控制與旁通閥的聯合控制29ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題1、機組大小搭配系統（1）單臺機組容量確定一般的民用建筑首先確定大機組的最小容量（防止發(fā)生喘振）比Ro： 離心機：20%30%， 螺桿機：15%25%， 吸收機：20%30%。確定采用的大機組臺數（小機組通常一臺）N： 根據機房情況，通常不少于兩臺。根據計算的總冷量Q的需求，計算小機組的容量Q1和大機組容量Qo： 計算原則：小機組的額定冷量滿足大機組的最小容量要求。 計算公式：NQ1/Ro+Q1=Q 小機組容量：Q1=RoQ/

24、（N+Ro） 大機組容量：Qo=Q1/Ro 系統可滿足的最低負荷率Rs 由于小機組一般采用螺桿機，假定其最小容量比為R1，則系統最小能滿足的供冷量為：R1Q1 系統可滿足的最低負荷率：Rs= R1Q1/Q=R1Ro/（N+Ro）30ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題1、機組大小搭配系統（2）單臺機組容量確定對低負荷Qmin有特定要求的建筑。 通常這是指建筑的最低負荷率低于按照前述（1）計算的情況。首先確定最小負荷率Rs=Qmin/Q確定采用的大機組臺數N： *如果采用一臺小機組，可根據前面的計算公式： Rs=R1Ro/（N+Ro），得出：N=（R1-Rs）Ro/Rs

25、*如果上述計算出來的N數量過多，機房無法布置或者系統不合理，則需要采用多臺小機組來滿足要求，小機組的數量n的確定需要與大機組統一協調考慮，原則之一是：nQ1=RoQo。由下式計算出N與n的關系： N Rs/（Ro R1）+n Rs/R1=131ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題1、機組大小搭配系統（3）壓差旁通閥的流量確定 *機組為同型號（同容量）時 對于機組定流量系統，按照一臺機組的額定流量來確定；對于機組變流量系統，按照最小冷水機組流量來確定。 *機組為不同型號（不同容量）時 a）安全要求：按照大機組的額定流量確定； b）調節(jié)要求：只有小機組運行時，需要按照小機組

26、的額定流量來控制。個人觀點：以安全考慮為主來選擇，同時，對小容量運行情況下的閥門Kv值進行校核。 通常閥門的理想可調比為30，在旁通閥應用中，實際可調比可達到2025左右，因此最小可控流量為5%4%。由于閥門的最佳調節(jié)性能處于30%70%之間，因此，如果最小旁通流量的30%能夠大于按照大機組選擇流量的5%（即最小流量不小于17%相當于冷水機組的小、大容量比為17%），則認為系統可行（一般工程可以滿足）。如果此條件不成立，則建議另外并聯一個小口徑電動閥門。32ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題2、一次泵變頻變水量系統的控制關鍵點： （1）設計人必須確保冷水機組適應變水量

27、的運行，并且能夠清楚掌握機組最小水量的限制值； （2）水量變化的速率是影響冷水機組的另一個關鍵因素。只有緩慢的流量變化才是可接受的。因此此方法不適用于短時間內空調負荷的峰谷值相差較大的水系統中。目前的三種控制方法：流量（或冷量）控制、壓差控制、溫度控制。 不同的參數控制方法，需要根據不同的系統特點來采用。 同一個系統中，不同的時段（或者流量段）也可能要采用不同的控制方式。 如果水系統為線性系統，采用壓差控制或者流量控制都是可行的。33ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題3、二次泵的兩種組合方式（分環(huán)路和泵組方式）（1）分環(huán)路設置二次泵 a）適用情況：各環(huán)路設計阻力相差較大的系統 b）優(yōu)點：可以降低一些環(huán)路的二次泵揚程 c）缺點：系統二次泵較多，控制復雜，投資可能偏高，綜合能效比相對較差。 d）典型問題：如果所有環(huán)路要求的二次泵揚程都相同，則此方式必要性不大（這也是目前發(fā)現的一些二次泵系統設計的問題之一）。（2）二次泵組集中設置 a）使用情況：各環(huán)路設計阻力相差不大、且水系統非線性較強 b）優(yōu)缺點：與（1）相反。34ppt課件集中空調水系統設計的若干問題探討五、幾個討論的問題4、二次泵組臺數選擇