空调水系统设计的若干问题.ppt
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1、集中空调水系统设计的集中空调水系统设计的若干问题探讨若干问题探讨中国建筑设计研究院中国建筑设计研究院 潘云钢潘云钢华森集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式二、水系统的分区二、水系统的分区三、冷却水系统三、冷却水系统四、平衡阀四、平衡阀五、几个问题研讨五、几个问题研讨集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基一、冷冻水系统的基本形式本形式1、同程与异程、同程与异程(1)系统特点和主要区别)系统特点和主要区别以水流经的管道的以水流经的管道的物理长度而不仅仅是原物理长度而不仅仅是原理图
2、理图来区分。来区分。(2)水力平衡目标:)水力平衡目标:各支路(末端)的各支路(末端)的设设计水流阻力相同计水流阻力相同而不是而不是水流经的管道的物理长水流经的管道的物理长度相同。度相同。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式1、同程与异程、同程与异程(3)同程系统的平衡机理)同程系统的平衡机理当各末端的水流阻力相差较当各末端的水流阻力相差较小时,如果水流经的管道的物理长度相同,则各末端之路小时,如果水流经的管道的物理长度相同,则各末端之路的水阻力容易实现自然的平衡。的水阻力容易实现自然的平衡。如果末端支路阻力相差悬如果
3、末端支路阻力相差悬殊时,同程系统也并不具有水力自然平衡的优点殊时,同程系统也并不具有水力自然平衡的优点。因此,采用同程只是手段而不是目的,并非任何时候因此,采用同程只是手段而不是目的,并非任何时候同程都一定是最好的解决方案。同程都一定是最好的解决方案。(4)水利平衡计算的原则:)水利平衡计算的原则:暖通规范暖通规范6.4.9条条各并各并联环路的设计水阻力相对差额不大于联环路的设计水阻力相对差额不大于15%(不分同程与异(不分同程与异程)。程)。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式2、开式与闭式、开式与闭式(1)开式系统
4、中的开式系统中的“吸水真空高度吸水真空高度”(有的水泵资料中称为(有的水泵资料中称为“净吸扬程净吸扬程”)水泵运行安全要求:水泵运行安全要求:防止水泵吸入口汽化,必须保证水泵吸入口的水压力防止水泵吸入口汽化,必须保证水泵吸入口的水压力大于水的气化压力。大于水的气化压力。要求吸水池水面的高度应大于水泵吸水管的阻力。要求吸水池水面的高度应大于水泵吸水管的阻力。在在冷却水冷却水系统中,一些系统中,一些实际工程由于冷却塔的安装标高不够,实际工程由于冷却塔的安装标高不够,出现了水泵吸入口为负压的现象(吸出现了水泵吸入口为负压的现象(吸入口软接头向内收缩)。入口软接头向内收缩)。(2)开式系统蓄水箱容量的
5、确定:)开式系统蓄水箱容量的确定:确定原则:蓄存所有的系统水容量并附加一定的安全系数;确定原则:蓄存所有的系统水容量并附加一定的安全系数;规范规范规定:按照系统循环水量的规定:按照系统循环水量的510%计算;(计算;(6.4.2条)条)*应取上述两者中的较大值作为最终结果。应取上述两者中的较大值作为最终结果。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式2、开式与闭式、开式与闭式(3)特点)特点 系统内的水(系统内的水(冷、热水冷、热水)是不与大气相接触。)是不与大气相接触。顶部设置开式膨胀水箱的系统也是闭式系统。顶部设置开式膨
6、胀水箱的系统也是闭式系统。(4)闭式系统的设计要求闭式系统的设计要求 实际运行可靠要求:系统中任何一点不宜出现负压,否则有可能将空气吸实际运行可靠要求:系统中任何一点不宜出现负压,否则有可能将空气吸入系统之中,由于管道系统封闭,空气不容易排除。因此对系统定压点和定入系统之中,由于管道系统封闭,空气不容易排除。因此对系统定压点和定压值有要求。压值有要求。系统安全要求:系统安全要求:设备工作压力需要考虑定压和水泵扬程两个因素设备工作压力需要考虑定压和水泵扬程两个因素。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式3、分区两管制、分区
7、两管制系统原理:系统的机房侧(冷、热源部分)为四管制,系统原理:系统的机房侧(冷、热源部分)为四管制,各末端设备为两管制,与末端设备的连接管道按照不各末端设备为两管制,与末端设备的连接管道按照不同的干路(分区)采用两管制;同的干路(分区)采用两管制;采用原则:各区域存在明显的区域性冷、热供应要求采用原则:各区域存在明显的区域性冷、热供应要求的分别时间段。的分别时间段。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(1)区分标准)区分标准以以用户侧用户侧(而不仅仅(而不仅仅是末端)是末端)
8、的系统水流量的系统水流量是否处于是否处于实时变实时变化化的特点来区分。的特点来区分。在多台并联水泵的系统中,如果仅仅在多台并联水泵的系统中,如果仅仅因为水泵台数变化导致的流量变化,不能因为水泵台数变化导致的流量变化,不能称为称为“变流量系统变流量系统”。(2)定流量系统)定流量系统末端采用电动三通阀实时控制水流量的末端采用电动三通阀实时控制水流量的系统;系统;末端无任何自动控制水流量装置和措施末端无任何自动控制水流量装置和措施的系统。的系统。定水量系统适合于冷水机组不超过两台定水量系统适合于冷水机组不超过两台的小型空调水系统。的小型空调水系统。用户侧水流量判断处用户侧水流量判断处用用户户侧侧机
9、房侧机房侧集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(3)一次泵变流量系统一次泵变流量系统系统特点:末端采用两通阀实时控制水流量,使得用户侧的系统水量系统特点:末端采用两通阀实时控制水流量,使得用户侧的系统水量实时实时发生变化。发生变化。实施要求:实施要求:(a)末端水量实时控制;)末端水量实时控制;(b)保证冷水机组运行的)保证冷水机组运行的最小安全流量最小安全流量。实施方式:实施方式:(a)系统供、回水设置压差旁通阀控制)系统供、回水设置压差旁通阀控制目前最常用方式;目前最常用方
10、式;(b)水泵采用变速控制(通常是变频调速)水泵采用变速控制(通常是变频调速因此也称为因此也称为一次泵变频一次泵变频调速系统或冷水机组变流量系统调速系统或冷水机组变流量系统)。)。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(3)一次泵变流量系统一次泵变流量系统 推荐采用水泵与冷水机组一一推荐采用水泵与冷水机组一一对应连接(对应连接(“先串后并先串后并”方式)。方式)。优点:运行可靠、节省投资。优点:运行可靠、节省投资。缺点:机房布置管道略有增加。缺点:机房布置管道略有增加。“先并后串
11、先并后串”方式涉及问题:方式涉及问题:(1)大小搭配的平衡阀配置,)大小搭配的平衡阀配置,(2)电动蝶阀选择及连锁程序;)电动蝶阀选择及连锁程序;集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(3)一次泵变流量系统一次泵变流量系统压差旁通阀设置:压差旁通阀设置:(a)原则:原则:保证冷水机组的最低安全运行流量。保证冷水机组的最低安全运行流量。(b)常见做法:保证冷水机组的运行流量恒定。)常见做法:保证冷水机组的运行流量恒定。(c)流量计算:)流量计算:#按照(按照(a),应为冷水机组的最
12、低安全运行流量;),应为冷水机组的最低安全运行流量;#按照(按照(b),应为一台水泵的设计流量。),应为一台水泵的设计流量。(d)控制压差值:控制压差值:根据根据系统水力计算系统水力计算的结果确定。的结果确定。(e)阀门口径:阀门口径:应根据对流通能力的计算后选择,应根据对流通能力的计算后选择,不能等同于机组或不能等同于机组或水泵的接管管径。水泵的接管管径。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(4)二次泵变流量系统二次泵变流量系统主导思想主导思想设计的出发点设计的出发点 (a)
13、冷水机组在运行过程中水流量不冷水机组在运行过程中水流量不 发生变化;发生变化;(b)协调冷源侧与用户侧水量的供需)协调冷源侧与用户侧水量的供需 矛盾(对于矛盾(对于非线性水系统非线性水系统)(c)尽可能节省水泵的运行能耗。)尽可能节省水泵的运行能耗。(d)降低次级泵装机容量(针对)降低次级泵装机容量(针对不同不同 环路阻力相差较大的系统环路阻力相差较大的系统)系统特点:将用户侧和冷源侧的运行系统特点:将用户侧和冷源侧的运行控制参数和环路完全分开。用初级泵控制参数和环路完全分开。用初级泵(一次泵)来满足(一次泵)来满足(a)的要求,用次)的要求,用次级泵(二次泵)来满足(级泵(二次泵)来满足(b
14、)的要求。)的要求。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(4)二次泵变流量系统二次泵变流量系统实施要求:实施要求:(a)末端水量实时控制,用户侧变流量运行;)末端水量实时控制,用户侧变流量运行;(b)冷水机组运行流量不变;)冷水机组运行流量不变;(c)次级泵组供水量需要符合用户侧的需求;)次级泵组供水量需要符合用户侧的需求;(d)两级泵串联,需要做好压力平衡)两级泵串联,需要做好压力平衡初级、次级泵扬程必须计算确定初级、次级泵扬程必须计算确定。实施方式:实施方式:(a)系统供、
15、回水设置压差旁通控制(次级泵采用定速泵);)系统供、回水设置压差旁通控制(次级泵采用定速泵);(b)水泵采用供、回水压差变速控制(次级泵变频调速);)水泵采用供、回水压差变速控制(次级泵变频调速);(c)设置盈亏管,平衡初级泵组和次级泵组的水流量差。)设置盈亏管,平衡初级泵组和次级泵组的水流量差。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(4)二次泵变流量系统二次泵变流量系统盈亏管设计原则盈亏管设计原则 (a)盈亏盈亏管内水的流向:理论上允许双向流。但实际上,如果回水流向供水,将导致
16、系管内水的流向:理论上允许双向流。但实际上,如果回水流向供水,将导致系统供水温度上升,形成统供水温度上升,形成“恶性循环恶性循环”:供水温度升高:供水温度升高末端冷量不够末端冷量不够阀门自动阀门自动开大开大次级泵供水量增加次级泵供水量增加更多的回水流向供水更多的回水流向供水供水温度继续升高。供水温度继续升高。因此,实际运行过程中,宜使得运行中的任何时候因此,实际运行过程中,宜使得运行中的任何时候盈亏盈亏管的流向都是:供水管管的流向都是:供水管回回水管。只有系统启动过程时水由回水管流向供水管(先启动一台次级泵)。水管。只有系统启动过程时水由回水管流向供水管(先启动一台次级泵)。(b)最大水流量计
17、算:)最大水流量计算:*在在线性线性水系统中,水系统中,盈亏盈亏管的最大水流量为一台初级泵与一台次级泵的设计流量差值;管的最大水流量为一台初级泵与一台次级泵的设计流量差值;*在在非线性非线性水系统中,水系统中,盈亏盈亏管的最大可能的水流量为:全部初级泵组的设计总流量与一台管的最大可能的水流量为:全部初级泵组的设计总流量与一台次级泵的设计流量差值;次级泵的设计流量差值;(c)盈亏盈亏管作为两个环路的平衡管,在设计状态下,要求两端压差为零(无流量)。因管作为两个环路的平衡管,在设计状态下,要求两端压差为零(无流量)。因此,初级泵和次级泵的扬程应根据此要求进行详细的计算确定。此,初级泵和次级泵的扬程
18、应根据此要求进行详细的计算确定。(d)典型问题:典型问题:次级泵扬程过大(未详细计算),盈亏管水倒流(回水流向供水)。次级泵扬程过大(未详细计算),盈亏管水倒流(回水流向供水)。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(4)二次泵变流量系统二次泵变流量系统供、回水压差控制供、回水压差控制 (a)采用压差旁通阀、次级泵定速方式)采用压差旁通阀、次级泵定速方式此方式与一次泵系统的压差旁通阀此方式与一次泵系统的压差旁通阀控制原理相同,不能控制原理相同,不能实时实时节省次级泵能耗(运行台数
19、转换时节能);节省次级泵能耗(运行台数转换时节能);(b)采用压差旁通阀、次级泵转速控制方式)采用压差旁通阀、次级泵转速控制方式可实时节省次级泵能耗且不会可实时节省次级泵能耗且不会对主机的运行产生影响。由于水泵必须设置最小流量限制,因此当水泵降低对主机的运行产生影响。由于水泵必须设置最小流量限制,因此当水泵降低至最小流量时,压差旁通阀开始起作用至最小流量时,压差旁通阀开始起作用同(同(a)。)。(c)压差旁通阀流量确定:)压差旁通阀流量确定:*在(在(a)方式中,为一台次级泵的设计流量;)方式中,为一台次级泵的设计流量;*在(在(b)方式中,为一台次级泵的最小运行流量;)方式中,为一台次级泵的
20、最小运行流量;*次级泵的最小运行流量应根据系统特点、水泵特性等因素来分析后确定。次级泵的最小运行流量应根据系统特点、水泵特性等因素来分析后确定。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨一、冷冻水系统的基本形式一、冷冻水系统的基本形式4、定流量与变流量系统、定流量与变流量系统(4)二次泵变流量系统二次泵变流量系统节能机理节能机理与一次泵系统相比较与一次泵系统相比较 (a)理论依据)理论依据1:在全年运行的绝大多数时间段内,用户侧需流量小于冷水机:在全年运行的绝大多数时间段内,用户侧需流量小于冷水机组需要的流量。因此,降低用户侧的供水量(改变次级泵的运行台数或者变组需要的流
21、量。因此,降低用户侧的供水量(改变次级泵的运行台数或者变频)可以实现次级泵的运行能耗节省。频)可以实现次级泵的运行能耗节省。(b)理论依据)理论依据2:在多环路系统中,如果各环路的水阻力存在明显的差别,那:在多环路系统中,如果各环路的水阻力存在明显的差别,那么各环路独立配置次级泵后,某些环路需要的总扬程(初级泵么各环路独立配置次级泵后,某些环路需要的总扬程(初级泵+次级泵)小于次级泵)小于一次泵系统的扬程,水泵的总安装容量和运行能耗都有所降低。一次泵系统的扬程,水泵的总安装容量和运行能耗都有所降低。(c)暖通规范暖通规范6.4.4条:中小型工程宜采用一次泵系统;系统较大、阻力较条:中小型工程宜
22、采用一次泵系统;系统较大、阻力较高,高,且且各环路各环路负荷特性负荷特性或或阻力特性阻力特性相差悬殊时,宜在空气调节水的冷热源侧相差悬殊时,宜在空气调节水的冷热源侧和负荷侧分别设一次泵和二次泵。和负荷侧分别设一次泵和二次泵。(d)由于变频器价格的降低,目前主流设计主张采用次级泵变频调速方式。)由于变频器价格的降低,目前主流设计主张采用次级泵变频调速方式。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨二、水系统分区(与分环路)二、水系统分区(与分环路)1、定义、定义(1)水系统分区)水系统分区水压力不相关,构成两个独立的水系水压力不相关,构成两个独立的水系统(最终冷源有可能是一
23、个,也有可能是多个)。统(最终冷源有可能是一个,也有可能是多个)。(2)水系统分环路)水系统分环路水压力相关,构成几个特定的并联水压力相关,构成几个特定的并联水环路,冷源装置公用,在同样的工况(供冷或供热)下,水环路,冷源装置公用,在同样的工况(供冷或供热)下,通常各环路的实时供水水温相同。通常各环路的实时供水水温相同。集中空调水系统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨二、水系统分区(与分环路)二、水系统分区(与分环路)2、分区与分环路的设计原则、分区与分环路的设计原则(1)甲方要求)甲方要求在同一建筑区域内,使用性质完全不同在同一建筑区域内,使用性质完全不同的建筑,可根据要求设
24、计为不同的水系统(分区)。的建筑,可根据要求设计为不同的水系统(分区)。(2)技术要求)技术要求考虑系统情况(如开式与闭式系统、冷考虑系统情况(如开式与闭式系统、冷热供应要求、水系统工作压力等等)进行系统分区。热供应要求、水系统工作压力等等)进行系统分区。(3)使用性质基本相同的同一区域内的建筑或房间,可通)使用性质基本相同的同一区域内的建筑或房间,可通过不同的分环路设计,采用阀门等措施进行控制和管理。过不同的分环路设计,采用阀门等措施进行控制和管理。其优点是可以综合利用冷热源,通过输配系统实现冷热源其优点是可以综合利用冷热源,通过输配系统实现冷热源的实时优化供应。的实时优化供应。集中空调水系
25、统设计的若干问题探讨集中空调水系统设计的若干问题探讨二、水系统分区(与分环路)二、水系统分区(与分环路)3、高、低分区高、低分区(1)分区原则)分区原则设备承压能力(关键点)设备承压能力(关键点)、经济性、经济性(2)分区方法)分区方法高、低区完全为独立系统(独立冷、热源设备)高、低区完全为独立系统(独立冷、热源设备)优点是设计简单,空调水温可以相优点是设计简单,空调水温可以相同等;缺点是由于冷热源设备(主机)上楼,对施工安装和运行噪声的控制不利且综同等;缺点是由于冷热源设备(主机)上楼,对施工安装和运行噪声的控制不利且综合能效可能有影响;合能效可能有影响;高、低区通过中间的换热器来分开(冷、
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