一个完整的暖通空调系统由三大部分组成:即冷热源、供冷与供热管网、暖通空调用户系统。
所谓的冷热源就是通过管道将各种设备组成制备冷媒成热媒的热力系统。供冷与供热管网是输送冷媒与热媒的大动脉,将冷热源的冷、热媒输送到用户。
暖通空调用户系统也是由管路系统与末端装置组成冷里或热量的分配系统、按负荷的大小合理地将冷量、热量分配到各个房间。
空调水系统:
开式循环系统:
开式循环系统的下部设有水箱(或蓄冷水池),它的末端管路是与大气相通的。空调冷水流经末端设备(例如,风机盘管等)释放出冷量后,回水靠重力作用集中进入回水箱或蓄冷水池,再由循环泵将回水打入冷水机组的蒸发器,经重新冷却后的冷水被输送至整个相通。例如采用蓄冷水池方案,或空气处理机组采用喷水室处理空气的,其水系统是开式的。
开式循环系统的特点是:①水泵扬程高(除克服环路阻力外,还要提供几何提升高度和末端资用压头),输送耗电量大;②循环水易受污染,水中总含氧量高,管路和设备易受腐蚀;③管路容易引起水锤现象;④该系统与蓄冷水池连接比较简单(当然蓄冷水池本身存在无效耗冷量)。
闭式循环系统:
闭式循环系统的冷水在系统内进行闭式循环,因为膨胀水箱是开式的,它与大气相通,在系统的最高点设膨胀水箱(其功能是接纳水体积膨胀量,对系统进行定压和补水)。
闭式循环系统的特点是:①水泵扬程低,仅需克服环路阻力,与建筑物总高度无关,故输送耗电量小;②循环水不易受污染,管路腐蚀程度轻;③不用设回水池,制冷机房占地面积减小,但需设膨胀水箱;④系统本身几乎不具备蓄冷能力,若与蓄冷水池连接,则系统比较复杂。

同程式系统:
水流通过各末端设备时的路程都相同(或基本相等)的相同称为同程式相同。同程式相同各末端环路的水流阻力较为接近,有利于水力平衡,因此相同的水力稳定性好,流量分配均匀。但这种相同管路布置较为复杂,管路长,初投资相对较大。
一般来说,当末端设备支环路的阻力较小,而负荷侧干管环路较长,且阻力所占的比例较大时,应采用同程式。

异程式系统 :异程式中,水流经每个末端设备的路程是不相同的。采用这种相同的主要优点是管路配置简单,管路长度短,初投资低。由于各环路的管路总长度不相等,故各环路的阻力不平衡,从而导致了流量分配不均匀的可能性。在支管上安装流量调节装置,增大并联支管的阻力,可使流量分配不均匀的程度得以改善。

定流量系统:所谓定流量水系统是指系统中循环水量保持不变,当空调负荷变化时,通过改变供、回水的温差来适应。
变流量系统所谓变流量系统是指系统中供、回水温差保持不变,当空调负荷变化时,通过改变供水量来适应。设置2台或2台以上冷水机组和循环泵的空气调节水系统,应能适应负荷变化改变系统流量。也就是说,负荷侧环路应按照变流量运行,为此,该系统必须设置相应的自控设施。
在冷源侧和负荷侧合用一组循环泵的称为一次泵或称单式泵)系统;在冷源侧和负荷侧分别配置循环泵的称为二次泵(或称复式泵)系统。
一次泵:
冷水机组与循环水泵一一对应布置,并将冷水机组设在循环泵的压出口,使得冷水机组和水泵的工作较为稳定。只要建筑高度不太高(<100m),这样布置是可行的,也是目前用得较多的一种方式。如果建筑高度高(>100m),系统静压大,则将循环泵设在冷水机组蒸发器出口,以降低蒸发器的工作压力。
当空调负荷减小到相当的程度,通过旁通管路的水量基本达到一台循环泵的流量时,就可停止一台冷水机组的工作,从而达到节能的目的。旁通管上电动两通阀的最大设计水流量应是一台循环泵的流量,旁通管的管径按一台冷水机组的冷水量确定。
一次泵变流量系统的特点是简单、自控装置少、初投资较低、管理方便,因而目前广泛应用。但是它不能调节泵的流量,难以节省系统输送能耗。
特别是当各供水分区彼此间的压力损失相差较为悬殊时,这种系统就无法适应。因此,对于系统较小或各环路负荷特性或压力损失相差不大的中小型工程,宜采用一次泵系统。

该系统用旁通管将冷水系统划分为冷水制备和冷水输送两个部分,形成一次环路和二次环路。
一次环路由冷水机组、一次泵,供回水管路和旁通管组成,负责冷水制备,按定流量运行。
二次环路由二次泵、空调末端设备、供回水管路和旁通管组成,负责冷水输送,按变流量运行。
设置旁通管的作用是使一次环路保持定流量运行。旁通管上应设流量开关和流量计,前者用来检查水流方向和控制冷水机组、一次泵的启停;后者用来检测管内的流量。旁通管将一次环路与二次环路两者连接在一起。

空调冷热水系统的分区:
空调水系统的分区通常有两种方式,即按水系统的承压能力来分区和按空调用户的负荷特性来分区。
空调水系统设计中,应以设备、管路和附件的承压能力作为主要依据,来决定在垂直方向是否分区或分几区。当系统水压超过设备承压能力时,则在高区另设独立的闭式系统。通常的作法有:
(1) 冷、热源设备均在地下室,但高区和低区分为两个系统,低区系统用普通型设备.高区系统用加强型设备。(2)冷、热源布置在塔楼中间技术设备层或避难层内。(3)高低区合用冷、热没备,低区采用冷水机组直接供冷,同时在设备层设置板式换热器,作为高、低区水压的分界设备,分段承受水静压力。(4)高、低区的冷热源设备分别设置在地下室和屋顶。
水系统的竖向要不要分区,应根据制冷和空调设备、管道及附件等的承压能力来确定。分区的目的是为了避免因压力过大造成系统泄漏,如果制冷空调设备、管道及附件等的承压能力处在允许范围内就不应分区,以免造成浪费。
原则:建筑总高度(包括地下室高度)H≤100m时,即冷水系统静压不大于1.0MPa时,冷水系统竖向可不分区(冷水泵为吸入式,即冷水机组的蒸发器处在水泵的吸入侧),可“一泵到顶”。
建筑总高度H>100m即系统静压大于1.0MPa时,冷水系统应竖向分区。对于100m以上的超高层建筑,制冷机也可以集中设置不分区,在制冷机承压范围内可直接供冷,超过制冷机承压允许范围部分的高区采用板式换热器,利用换热后的二次水降温。高区冷热源设备布置在中间设备层或顶层时,应妥善处理设备噪声及振动的问题。

按用户的负荷特性来区分:
(1)现代建筑的规模越来越大.其使用功能也越来越复杂,公共服务用房(中西餐厅、大宴会厅、酒吧、商店、休息厅、健身房、娱乐用房等等)所占面积的比例很大,而公共服务用房空调系统大都具有间歇使用的特点。因此,在水系统分区时,应考虑建筑物各区的使用功能和使用时间上的差。将水系统按上述特点进行分区。这样,便于各区独立管理,不用时可以最大限度地节省能源,使用方便、灵活。
(2)空调水系统还应考虑建筑物各部分的朝向和内、外区的差别进行分区、南北朝向的房间由于太阳辐射不一样,在过渡季时可能会出现南向的房间需要供冷,而北向的房间又可能需要供热。同样,建筑物内区的负荷与室外气温的关系不大,需要全年供冷,而建筑外区负倚随着室外气温的变化而变化,有时要供冷,有时要供热。因此,空洞水系统区时,对建筑物的不同朝向和内、外区应给予充分的注意,根据上述特点进行合理的分区或分环。
空调水系统的定压和设备:
定压设备使水系统运行在确定的压力水平下,防止系统出现气化、超压等现象。常用定压设备有膨胀水箱、补给水采和定压罐等。这些定压设备设置在热源、热力站、冷冻站以及独立的水系统中时,其作用原理与计算方法相同,只足设备容量大小有区别。
膨胀水箱定压:
膨胀水箱定压方式压力稳定,系统简单,基本不用管理。缺点是水箱应放置于系统最高处,占据一定空间。建筑物要承受水箱及水的荷重。它是中小型热水采暖系统与空调水系统中常用的定压方式。
膨胀水箱是热水供暖系统的重要附属设备之一,用于收贮受热后的膨胀水量,解决系统定压和补水问题。在多个采暖建筑的同一供热系统中只能设一个膨胀水箱。
膨胀水箱的功用是对系统定压、容纳水体积膨胀和向系统补水。
当建筑物有空调设施时,空调水系统应单独设置膨胀水箱。但为独立热源仅供一栋建筑物使用时,可与采暖系统膨胀水箱合用。(显然夏季空调水的体积膨胀量比冬季小很多,按冬季选用)
当系统中水温升高时,系统中的水容积增加,如果不容纳水的这部分膨胀量,势必造成系统内的水压增高,将影响正常运行。利用开式膨胀水箱来容纳系统的水膨胀量,可减小系统因水的膨胀而造成的水压波动,提高了系统运行的安全、可靠性。
当系统由于某种原因漏水或系统降温时,开式膨胀水箱的水位下降,此时,可利用膨胀管(兼作补水管)自动向系统补水。
开式高位膨胀水箱一般用钢板焊制而成,有方形和圆形两种。
开式膨胀水箱设置在系统的最高位置,膨胀水箱的安装高度应至少高出系统最高点1.0m。
膨胀水箱通过水箱底部的膨胀管与系统连接,膨胀管上不得设阀门。上部设置的溢流管是为了控制水箱内的最高水位,溢流管上也不得设阀门,就近引至排水系统。泄水管设在水箱底部,清洗和检修排空时使用,上面装设阀门,通常与溢流管连接在一起。
当水箱放在不供暖房间时,为了防止水箱冻结,须设置循环管,循环管也与系统相连,与膨胀管的连接点保持1.5~3m的距离,以维持水箱中的水能缓缓流动。一般开式水箱的水温不应超过95 ℃。
水箱下部设检查管,也称信号管,引至管理人员能观察到的地方,在出口处设阀门,以便检查系统水位。

在工程上由于建筑条件的限制或其他原因,设置高位开式膨胀水箱定压有困难时,也可采用隔膜式气压罐定压或补给水泵变频定压方式。
气压罐定压俗称低位闭式膨胀水箱定压。气压罐不但能解决系统中水体积的膨胀问题,而且可实现对系统进行稳压、自动补水、自动排气、自动泄水和自动过压保护等功能。与高位开式膨胀实现相比,它要消耗一定的电能。
工程上用来定压的气压罐是隔膜式的,罐内空气和水完全分开,对冷水的水质有保证。
气压罐的布置比较灵活方便,不受位置高度的限制,可安装在制冷机房、热交换站和水泵房内,也不存在防冻的问题。

补给水泵定压:
用补给水泵定压时,补给水泵的台数应选两台以上兼顾备用,可不考虑单独设备用泵。选泵时要分别考虑正常和事故工况补水要求。例如选两台时,正常工况下一台工作,一台备用,事故工况下两台同时远行。室内采暖通风空调的水系统一般采用低于95℃的低温水,补给水泵的扬程应保证将水送到系统最高点并留有2—5mH2O的富裕压头。补给水泵的流量可按系统的循环水量进行估算。正常条件下补水装置的补水量取系统循环水量的1%,事故补水量为正常补水量的4倍。


循环水泵的选择:
1.冷热水循环泵是否分开设置的问题:
宜分别设置冷水循环泵和热水循环泵。
如果冬夏两季合用循环水泵,工程上一般是按系统的供冷运行工况来选择循环泵,供热运行时系统和水泵工况不相吻合,往往使得水泵不在高效率区运行,或者系统的运行成为小温差大流量,造成电能的浪费,不宜合用。
2.循环泵的台数
(1)一次冷水泵的台数:采取“一泵对一机”
(2)二次冷水泵的台数:按系统的分区和每个分区的流量调节方式来确定
(3)热水泵的台数:根据供热系统规模和运行调节方式确定。
循环泵的流量、扬程及水泵的选型:对于大多数多层和高层建筑来说,空调冷(热)水系统主要为闭式循环系统,冷水泵的流量较大,但扬程不会太高。
据统计,一般情况下,20层以下的建筑物,空调冷水系统的冷水泵扬程大多在16~28m水柱之间,乘上1.1的安全系数后最大就是30m~35m水柱。所以,在选择冷水泵时,一定要选择水泵制造厂专为空调、制冷行业设计制造的单级离心泵。
一般选用单吸泵,当流量大于500m3/h时宜选用双吸泵。同时,在设计高层建筑空调水系统时,应明确提出对水泵的承压要求。
为了降低噪声,一般选用转速为1450m3/h的水泵。还可选用屏蔽泵(水冷电机)。

冷水机组与冷水泵之间的连接:冷水机组和水泵通过管道一对一连接,冷水机组和水泵通过共用集管连接。

分水器和集水器:

空调水管的坡度和伸缩:供水管道可无坡度敷设,但管内的水流速度不得小于0.25m/s。
对于垂直管道,当长度超过40m时,应设置补偿器。
管道与设备的保温与隔热:

管路附件及器具:
管道支架:

平衡阀:
平衡阀的功能:
1)测量流量 2)调节流量
3)隔断功能 4)排污功能
选用平衡阀时应注意事项
阀门的压差(降)△p应大于3kPa,否则会影响测量的准确性,而阀门的局部阻力系数为10~14,按此折算出管内水流速度应大于0.7m/s,这样可使阀门口径与管径相同,不作变径。
平衡阀应尽可能设在回水管上,以保证供水压力不致降低。
为使流经阀门前后的水流稳定,保证测量精度,平衡阀应尽可能安装在直管段上,满足阀前为5D、阀后为2D的要求(D为管道公称直径)。当阀前为水泵时,直管段长度应加大至10D。

暖通空调水系统的水质管理:
采暖与空调水系统中的水所含杂质及其危害。
暖通空调水系统中的水质的严格控制和管理:
1.闭式水系统的水质控制;
2.开式水系统购水质控制;
3.水质的运行管理。
风管系统及设计要点:
空调工程中输送空气的风管包括:集中式全空气系统的送(回)风风管、空气-水式系统的新风风管,空调建筑及其附属设施的排风风管,机械加压送风风管和机械排烟风管等。
风管的分类:
1.按制作风管的材质
(1)金属风管:
普通钢板风管、镀锌钢板风管、彩色涂塑钢板风管、镀锌钢板螺旋圆风管、镀锌钢板螺旋扁圆形风管、不锈钢板风管和铝合金扳风管等。
(2)非金属风管:
酚醛铝箔复合板风管、聚氨酯铝箔复合板风管、玻璃纤维复合板风管、无机玻璃钢风管、硬聚氯乙烯风管、砖砌或钢筋混凝土板等土建风道等。

(3)聚酯纤维织物风管、金属圆形柔性风管和以高强度钢丝为骨架的铝箔聚酯膜复合柔性风管等。
杜肯索斯纤维布质通风系统是替代送风管、风阀、散流器、绝热材料等的一种送出风末端系统。它的特点是:①主要依靠纤维渗透和喷孔射流的出风模式去均匀送风,出风面积大、风速低、无吹风感,舒适性较好;②系统通过整体管道壁纤维渗透冷气,在管壁外形成冷气层,使管壁内外几乎无温差,解决了凝露问题;③系统材质柔软、运行时风速低,不易产生和传递共振。


2.按风管系统的工作压力分:可分为低压系统、中压系统和高压系统。
3.按照风管的断面形状分:可把风管分为圆形、矩形、扁圆形和配合建筑空间要求确定的其他形状。圆形断面从节省材料和降低流动阻力来看,最为有利。空调系统的风管宜采用圆形断面或长、短边之比不大于4的矩形断面,其最大长、短边之比不应超过10。
圆形风管的规格是以外径D(mm)尺寸来划分:100、120、140、160、180、200、220、250、280、320、360、400、450、500、560、630、700、800、900、1000、1120、1250、1400、1600、1800、2000。
矩形风管的规格是以外边长A×B(mm)尺寸来划分:120×120、160×120、160×160、200×120、200×160、200×200、250×120、250×160、250×200、250×250、320×160、320×200、320×250、320×320、400×200…;500×200…;630×250…;800×320…;1000×320…;1250×400…1250×1000、1600×500…1600×1250;2000×800、2000×1000、2000×1250。
通风、空气调节系统的管道等,应采用不燃烧材料制作,但接触腐蚀性介质的风管和柔性接头,可采用难燃材料制作。所以,在选择空调风管的材质时,务必采用不燃烧材料制作。
空气调节风系统不应设计土建风道作为空气调节系统的送风道和已经过冷、热处理后的新风送风道。不得已而使用土建风道时,必须采取可靠的防漏风和绝热措施。有时,也可将土建风道作为敷设钢板风管的通道来使用。
通风管道配件:
矩形风管的配件:通风与空调工程的风管系统是由直风管和各种异形配件(例如弯管、来回弯管、变径管、天圆地方、三通、四通)、各种风量调节阀以及空气分布器(送风口、回风口和排风口)等部件所组成。
1弯管用来改变空气的流动方向,使气流转90°弯或其他角度;来回弯管用来改变风管的升降、躲让或绕过建筑物的梁、柱及其他管道;
2变径管用来连接断面尺寸不同的风管;
3天圆地方是用来连接圆形与矩形(或方形)两个断面的部件;
4三通和四通用于风管的分叉和汇合,即气流的分流和合流。



风量调节阀和定风量调节器:
1.风量调节阀 :蝶阀,多叶调节阀 ,拉杆式矩形三通调节阀 ,手柄式矩形三通调节阀 ,菱形调节阀。

2.定风量调节器
定风量调节阀是一种机械式的自力装置,它对风量的控制无需外加动力,只依靠气流自身的力来定位阀片的位置,从而在整个压力差范围内将气流保持在预先设定的流量上。适用于安装在要求风量固定的风管系统中。

风机与风管的连接:
通风机进、出口与风管的正确连接,可保证达到风机的铭牌性能。如果处理不当,会造成局部压力损失增大,导致系统风量的严重损失。即使风管系统阻力计算做得很精确,也无法得到弥补。为此,在进行系统设计布置时必须给以足够的注意。
1.风机吸入侧的连接:
风机吸入口与风管的连接要比压出口与风管的连接对风机性能的影响要大。在设计时应特别注意风机吸入口气流要均匀、流畅。从风管连接上极力避免偏流和涡流的产生。同时,对吸入侧防止产生偏流的尺寸要做出规定。
2.风机压出侧的连接


风管测定孔和检查孔:

空调系统风管内的压力分布:


空调系统风管内的空气流速:




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