空调水系统的分类方法很多,按照管道的布置形式和工作原理,一般可归纳为以下几种主要类型:

按原理可分为:闭式循环和开式循环;

按供、回水管道数量分为:两管制、三管制和四管制;

按供、回水在管道内的流动关系分为:同程式和异程式;

按调节方式可分为:定水量和变水量。

冷冻水系统原理图:

冷却水系统原理图:

当空调系统采用风机盘管、诱导器和水冷式表冷器冷却用时,冷水系统宜采用闭式系统。高层建筑宜采用闭式系统。空调系统采用喷水室冷却空气时,宜采用开式系统。

暖通空调管道阀门选型原则:

冷冻水水流速度:

压力水管的水流速主要是经济和噪声两个因素。管内的水速太大,对环路的平衡不利,故总管流速可以取得大一些,而分支管路可以小一些。

管内水流速推荐值(m/s):

冷冻水管管径确定:

连接各空调末端装置的供回水支管的管径,宜与设备的进出水管接管管径一致,可查产品样本获知。

管径计算公式如下:

Q(L/s):管段内流经的水流量;

d(mm):管道内径;v(m/s):假定的水流速。

水系统的流量和单位长度阻力损失表:

空调冷冻水和冷却水循环系统水力计算简便方法:

水系统管路水力计算是系统正确设计和优化的基础。

空调水系统的管路水力计算是在已知水流量和推荐流速下,确定水管管径,计算水在管路中流动的沿程阻力损失和局部阻力损失,确定水泵的扬程和流量。

1.空调水循环管路水力计算的原理

1.1沿程阻力损失:

水管路将流量和管径不变的一段管路称为一个计算管段,计算管段沿程阻力损失,即:

(1)

式中:△py—计算管段沿程阻力损失,Pa;

λ—沿程阻力系数,无因次量;

l—直管段长度,m;d—管道直径,m。

ρ—水密度,kg/m3;v—水速度,m/s;

R—单位长度沿程阻力损失,又称比摩阻,Pa/m。

冷水管采用钢管或镀锌管时,比摩阻一般为100Pa/ m~400Pa/m,最常用的为250Pa/m。

(2)

沿程阻力系数λ与流体的流态和管壁的相对粗糙度有关,即λ= f(Re,K/d)

式中:Re—雷诺数,Re=vd/ν=ρvd/μ;

ν—水的运动粘滞系数,m2/s;

μ—水的动力粘滞系数,Pa·s;

K—管壁的当量糙粒高度,m;

空调冷冻水闭式系统管路K=0.2mm,开式系统管路K =0.5mm;空调冷却水系统管路K=0.5mm。

空调水循环管路,管道设计中采用较低水流速,流动状态一般处于紊流过渡区内,沿程阻力系数λ可采用柯列勃洛克公式(3)和阿里特苏里公式(4)进行计算,

1.2 沿程阻力损失计算表

管道内的流速、流量和管径的关系表达式为:

(5)

式中:qm—管段中的水质量流量,kg/h;

将式(5)的流速v代入式(2),整理成更方便的计算公式:

(6)

在给定水状态参数及其流动状态的条件下,λ和ρ值均为已知,则式(6)就表示为R=f(d,qm)的函数式。

利用公式(4),(5),(6),计算出冷却水和冷冻水在不同水流量、不同管径、不同速度的沿程比摩阻,详见表1 和表2。

注:表中冷却水温度为34.5℃((32℃+37℃)/2),密度994.3kg/m3,运动粘滞系数0.735×10-6m2/s,管壁绝对粗糙度0.5mm。

注:表中冷冻水温度为9.5℃((7℃+12℃)/2),密度999.75kg/m3,运动粘滞系数1.329×10-6m2/s,管壁绝对粗糙度0.2mm。

1.3 局部阻力损失

当流体通过管道的一些附件如阀门、弯头、三通、盘管等时,产生局部阻力损失,管段的局部阻力损失表示为:

(7)

式中:△pj—计算管段的总局部阻力损失,Pa;

Σζ—计算管段局部阻力系数之和,无因次。

2 空调水系统水力计算方法

2.1 空调冷冻水系统水力计算方法

2.1.1冷冻水水量:

空调冷冻水循环系统一般采用闭式系统,系统的供水温度通常为7℃,回水温度为12℃,温差为5℃,泵的流量按空调系统夏季最大计算冷负荷确定,即:

(8)

式中:qm—系统环路总流量,kg/s;

Φ—系统环路的计算冷负荷,W;

△t—冷冻水供回水温差,℃;

c—冷冻水比热容,通常取c=4.187×103J /(kg·K)。

2.1.2 冷冻水系统水泵扬程

若空调冷冻水循环系统采用一次泵循环管路,则水泵的扬程应能克服冷冻水系统最不利环路的用冷设备、产冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求。即:

式中:p—水泵扬程,Pa;

Σ(△py+△pj+△pm)—最不利环路各计算管段沿程、局部和设备阻力损失之和,Pa;

△py—各计算管段沿程阻力损失,Pa;

△pj—各计算管段总局部阻力损失,Pa;

△pm—各计算管段总设备阻力损失,Pa。

若空调冷冻水循环系统采用二次泵循环管路,则:

1) 一次泵的选择

a)泵的流量应等于冷水机组蒸发器的额定流量;

b)泵的扬程为克服一次环路的阻力损失,其中包括一次环路的管道阻力和设备阻力;

c)一次泵的数量与冷水机组台数相同。

2) 二次泵的选择

a)泵的流量按分区夏季最大计算冷负荷确定;

b)二次泵的扬程应能克服所管分区的二次最不利环路中用冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求。

无论采用一次泵冷冻水系统,还是采用二次泵冷冻水系统,选择水泵时,流量附加10%的余量,扬程也附加10%的余量。

2.2 空调冷却水系统水力计算方法

空调冷却水循环系统一般采用开式系统,水力计算是确定冷却水流量后,确定冷却水泵的扬程。

2.2.1冷却塔冷却水量

冷却塔冷却水量可按下式计算:

(10)

式中:qm—冷却塔冷却水量,kg/s;

Φ—冷却塔排走热量,W,压缩式制冷机,取制冷机负荷的1.3倍左右,吸收式制冷机,取制冷机负荷的2. 5倍左右。

△t′—冷却塔的进出水温差,℃;压缩式制冷机,取4 ℃~5℃;吸收式制冷机,取6℃~ 9℃;

c—水的比热容,J/(kg·K)。

2.2.2 冷却水系统水泵扬程

冷却水泵所需扬程应能克服冷却水系统环路的用冷设备、产冷设备、管道、阀门附件等总阻力要求,即:

p=Σ(△py+△pj+△pm)+△p0+△ph (11)

式中:p—冷却水泵的扬程,Pa;

Σ(△py+△pj+△pm)—冷却水循环管路总阻力损失之和,Pa;

△py—冷却水各计算管段的沿程阻力损失,Pa;

△pj—冷却水各计算管段的总局部阻力损失,Pa;

△pm—冷却水各计算管段中总设备阻力损失,Pa;

△p0—冷却塔喷嘴喷雾压力,Pa,约等于49kPa;

△ph—冷却塔中水提升高度(从冷却塔盛水池到喷嘴的高差)所需的压力,Pa。

2.3 管径的确定

空调水系统中管内水流速按表3中的推荐值选用,或按表4 根据流量确定管径。

工程应用

3.1 冷冻水系统管路水力计算应用

如图1所示的空调冷冻水二次泵循环系统(一级循环略去),此系统计算冷负荷为48.8kW,冷冻水供水温度为7℃,回水温度为12℃,空调机组表冷器水侧阻力为50kPa,各管段的长度见表5,求各管段的管径及二次水泵的流量和扬程。

计算系统所需的冷冻水流量,为:

此系统最不利环路为1-2-3-4-5-6组成的环路。根据各管段的流量,由表5 确定各管段直径。由表2可查出比摩阻R,查各管件的局部阻力系数表,确定各管段的总阻力损失见表5。

图1 冷冻水系统图

此水系统为闭式水系统,水泵的扬程为最不利环路的总阻力损失,加上表冷器的阻力损失,即p=Σ(△py+△pj+△pm)=74.48kPa=7.59mH2O。

选用水泵,流量和扬程皆考虑10%的余量,则选用水泵的参数为流量1.1×8.39m3/h=9.23m3/h,扬程1.1 ×7.59m=8.35mH2O。

3.2 冷却水系统管路水力计算应用

某建筑建筑面积为4000m2,选用冷水机组一台,制冷量为455KW。冷凝器侧水阻力为4.9×104Pa,进、出冷凝器的水温分别为32℃和37℃,水处理器的阻力为2.0×104Pa,冷却水管总长48m,冷却塔盛水池到喷嘴的高差为2.5m,确定各管段的管径和水泵的选择参数。

冷却水循环管路,由于管径没有沿程变化,认为是一个计算管段,则计算管段的冷却水流量为:

根据冷却水流量102.3m3/h,查表4,选用管道公称直径DN150mm,管道水流速为:

查表1得比摩阻R=187.43Pa/m,管道长度为48m,沿程压力损失为△py=Rl=(187.43×48)Pa=9.0×103 Pa。

弯头、止回阀、闸阀等管件等的局部阻力系数总和Σζ=12.46,总局部阻力为

=1.61×104Pa。

设备总阻力损失包括冷凝器阻力损失和水处理器阻力损失,为△pm=(4.9×104+2×104)Pa= 6.9 ×104Pa。

冷却塔喷雾所需压力△p0= 4.9×104Pa。

冷却水提升高度为2.5m,所需的提升压力为:

△ph=2.5m×9807N/m3=2.45×104Pa。

故冷却水泵的扬程为:

p=Σ(△py+△pj+△pm)+△p0+△ph

=(9.0×103+1.61×104+6.9×104)Pa+4.9×104Pa+2.45×104Pa=16.76×104Pa=17.1mH2O

选用水泵,流量和扬程皆考虑10%的余量;则选用水泵的参数为流量1.1×102.3m3/h=112.5m3/h,扬程1. 1×17.1m=18.81mH2O。

本文来源于互联网,部分取材《空调冷冻水和冷却水循环系统水力计算简便方法》,作者:许淑惠,罗文斌;暖通南社整理编辑。

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