空调水系统设计和可能出现的问题分析

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一、空调机房大小和净深

　　1.1空调面积占建筑面积比例

建筑类型　 比例（%）　 建筑类型　 比例（%）　 旅游旅馆、饭店　 70~80　 医院　 15~35　 办公楼、展览中心　 65~80　 百货商店　 50~65　 剧院、电影院、俱乐部　 75~85　 　 　 　　

　　1.2空调机房建筑面积概算指标

空调建筑面积
（m²）　 各层机组单风道（定风量或变风量（m²）　 风机盘管加新风
（各层机组）
（m²）　 双风道
（m²）　 平均估算值
（m²）　 1000　 75（7.5）　 —　 70（7.0）　 70（7.0）　 3000　 190（6.3）　 120（4.0）　 200（6.7）　 200（6.6）　 5000　 310（6.2）　 200（4.0）　 300（6.0）　 290（5.8）　 10000　 550（5.5）　 350（3.5）　 500（5.0）　 450（4.5）　 15000　 750（5.0）　 550（3.7）　 600（4.0）　 600（4.0）　 20000　 960（4.8）　 730（3.7）　 700（3.5）　 770（3.8）　 25000　 1200（4.8）　 850（3.4）　 900（3.2）　 920（3.7）　 30000　 1400（4.7）　 1000（3.0）　 1000（3.0）　 1090（3.6）　

　　1.3设备层

　　布置原则：

　　20层以内的高层建筑：宜在上部或下部设一个设备层

　　30层以内的高层建筑：宜在上部和下部设两个设备层

　　30层以上超高层建筑：宜在上、中、下分别设设备层

　　设备层内管道布置原则：

　　离地 h≤2.0 m 　　　布置空调设备，水泵等

　　h=2.5~3.0 m 　 布置冷、热水管道

　　h=3.6~4.6 m 　 布置空调、通风管道

　　h 〉4.6 m 　　 布置电线电缆

　　设备层层高概略

 

建筑面积（m²）　 设备层层高（m）　 建筑面积（m²）　 设备层层高（m）　 1000　 4.0　 15000　 5.5　 3000　 4.5　 20000　 6.0　 5000　 4.5　 25000　 6.0　 10000　 5.0　 30000　 6.5　

 

　　二、冷负荷计算

　　2.1建筑物冷负荷概算指标

建筑物　 冷负荷W/m²　 逗留者m²/人　 照明W/m²　 送风量l/sm²　 显冷负荷　 总冷负荷　 办公室　 中部区　 65　 95　 10　 60　 5　 周边　 110　 160　 10　 60　 6　 个人办公室　 160　 240　 15　 60　 8　 会议室　 185　 270　 3　 60　 9　 学校　 教室
图书馆
自助餐厅　 130　 190　 2.5　 40　 9　 130　 190　 6　 30　 9　 150　 260　 1.5　 30　 10　 公寓　 高层，南向
高层，北向　 110　 160　 10　 20　 10　 80　 130　 10　 20　 9　 戏院、大会堂
实验室
图书馆、博物馆　 110
150
95　 260
230
150　 1
10
10　 20
50
40　 12
10
8　 医院　 手术室
公共场所　 110
50　 380
150　 6
10　 20
30　 8
8　 卫生所、诊所
理发室、美容院　 130
110　 200
200　 10
4　 40
50　 10
10　 百货商店　 地下
中间层
上层　 150
130
110　 250
225
200　 1.5
2
3　 40
60
40　 12
10
8　 药店
零售店
精品店
酒吧
餐厅　 110
110
110
130
110　 210
160
160
260
320　 3
2.5
5
2
2　 30
40
30
15
17　 10
10
10
10
12　 饭店　 房间
公共场所　 80
110　 130
160　 10
10　 15
15　 7
8　 工厂　 装配室
轻工业　 150
160　 260
260　 3.5
15　 45
30　 9
10　

　　注：

　　商场人员密度根据地区和设计人员的经验不同，取值差异较大，如果全按设计手册中的指标选取往往导致实践中选取机组容量过小，无法达到要求：

　　以下是从实践中得出的数据仅供参考：

　　设计商店空调时，营业厅的人数取值：大型百货楼，一层按1.5~2人/ m2，其它层按1人/ m2；一般商店按0.9~1.0人/ m2.商店的照明负荷按40~60W/ m2.

　　三、冷冻水系统设计

　　3.1系统冷冻水和冷却水流量估算/RT（冷吨 1RT=3516.91W）

水量 　 冷冻水（或盐水） 　 冷却水 　 冷冻水 　 盐水 　 制冰 　 冷却塔 　 自来水 　 海水 　 L/s 　 0.14～0.20 　 0.25～0.40 　 0.64～1.25 　 0.20～0.25 　 0.13 　 0.20 　

　　3.2冷冻水系统的补水量（膨胀水箱）

　　水箱容积计算： Vp=a△tVs m3

　　Vp—膨胀水箱有效容积（即从信号管到溢流管之间高差内的容积）m3 a —水的体积膨胀系数，a=0.0006 L/℃△t—最大的水温变化值 ℃Vs—系统内的水容量 m3，即系统中管道和设备内总容水量

　　水系统中总容水量（L/m2建筑面积）

 

系统型式 　 全空气系统 　 空气-水空调系统 　 供冷时 　 0.40~0.55 　 0.70~1.30 　 供暖时 　 1.25~2.00 　 1.20~1.90 　

 

　　供暖系统： 当95-70°C供暖系统 V=0.031Vc

　　当110-70°C供暖系统 V=0.038Vc

　　当130-70°C供暖系统 V=0.043Vc

　　式中V——膨胀水箱的有效容积（即相当于检查管到溢流管之间高度的容积），L；Vc——系统内的水容量，L.

　　3.3空调冷冻水泵进出口压力不正常的原因分析

　　在密闭式空调冷冻水系统中，循环泵的作用主要是用来克服冷冻水在管网中的流动阻力，其进出口两端的压力差基本上等于水泵所提供的扬程。

　　1、在遇有压力不正常时，应首考虑到系统内是否已充满水。这时可检查膨胀水箱内是否有水。膨胀水箱设在系统的最高处，具有容纳系统冷冻水膨胀量和向系统补水的作用。如果补水阀被误关闭，水则不能补入系统，这样空气就会进行管网，造成水循环不畅，导致压力不正常。

　　2、如果系统中阀门操作不当，将会造成管网阻力不平衡，流量分配不均，从而影响水泵进出口压力不正常。

　　3、在许多空调工程中，除在循环泵入口设有大口径过滤器外，风机盘管及空调机处设有大口径过滤器，过滤器多达几百只甚至上千只。

　　在无缝管预安装再镀锌两次安装的工程中，由于管网受污染的机会小些，过滤器堵塞的情况要好些，但在一次焊接的工程中则要严重些。因此施工时要特别注意。

　　4、系统运行时，水中不可避免混有空气，这里要及时检查所有的自动排气阀工作是否正常，并拧开风机盘管排气螺丝手动排气。特别要注意立管顶端最易积聚空气，阻碍冷冻水正常流动。

　　5、在多台冷冻水循环泵并联的系统中，通常会有一台备用泵。在调试运用时要注意备用泵的进出口阀门是否已关闭。止回阀阀瓣能否复位止回。如果止回阀失灵，其它泵运行时冷冻水就有可能经过备用泵短路，浪费能量，影响压力。

　　3.4冷水机组、水泵被推倒之问题

　　问题的提出：1998年3月，厦门大西洋海景城4台2800KW冷水机组以及配套冷冻水泵和冷却水泵在试压过程中发生水平推移达50毫米以上，重达15T的冷水机组甚至从减振台座上被推倒。所有橡胶挠性接头均被拉直至椭圆形。

　　问题的分析：原业主和施工人员担心试压时未经清洗的污水会进入冷水机组和水泵。由于在挠性接头后加上钢插板，当作水压试验时，作用于钢插板的水压力由于挠性接头的伸缩性而成为一个自由端，沿箭头方向运动而最终推倒冷水机组。

　　问题的解决：拆去损坏的挠性接头，冷水机组，水泵复位，试压时连同冷水机组水泵一道并入系统同时试验，若要加钢插板也只能加压阀门后，挠性接头前。

　　3.5风冷冷水机组无法启动之问题

　　问题的提出：1998年4月，厦门共和电子城空调系统。系统作试运行时发现冷冻水泵出口压力仅0.01MPa，设于冷水机组回水管入口处压力表为0MPa，在此情况下冷水机组水流开关无法闭合，机组亦无法启动。

　　问题的分析：以上现象和仅有0.01MPa出水压力说明水泵和整个7层部分管内充满着空气，水泵空转着只是偶然吸了点水上来。分布在7层系统最高处的数个自动放气阀也不起作用。

　　分析其原因，主要是膨胀水箱高度距水泵入口处仅2米，如此低的水压力无法将系统高处管内空气顺利排出。

　　问题的解决：为了顺利将系统内空气排出，将系统内水放干净后重新充水，充水时将所有高处自动放气阀取下并打开自动放气阀前的阀门。要求充分缓慢，让水缓慢地由下区漫及上区，漫及上区后下区末端设备充分放气。

　　当充水完毕后装上各高点自动放气阀，仅留水泵出口管放气阀管口（下称喷口）处放气阀不装。开启水泵，喷口处水流呈音乐喷泉状态，时高时低的喷流将系统内空气缓慢地带出来，随着喷流的越来越高以及越来越稳定，说明系统内空气越排得干净，当喷口水流高达6米左右，不再跌落时，喷流即可结束。关闭喷口处阀门，水泵出口表压为0.25MPa，此时顺利地开启冷水机组。

　　3.6冷水机组因水流开关不能起动之问题

　　问题的提出：1997年9月，厦门宾馆8#楼2台1350KW离心式冷水机组作启动调试。调试过程发现冷冻水系统水流开关闭合，冷却水系统水流开关无法闭合而不能启动冷水机组。

　　问题的分析：观察水流开关安装位置是符合装在5倍管道长度直管段上，基本符合要求，观察冷凝器冷却水进出水压差为0.18MPa，说明冷却水流量很大。观察蒸发器冷冻水进出水压差为0.05MPa，说明冷冻水流量偏小。

　　仔细分析，可能是流量大小对水流开关影响。水流对水流开关簧片冲击较小，水流开关簧后片角度合适带动摇臂触点闭合。当流量较大时，水流对水流开关簧片冲击很大导致簧片沿水流方面后弯得很利害，再由于插入管口偏大，后弯的簧片顶住管口处，过度的簧片后弯反而使水流开关摇臂变直，开关触点无法闭合。

　　四、冷却水系统设计4.1制冷机冷却水量估算表

 

活塞式制冷机（t/kw） 　 0.215 　 离心式制冷机（t/kw） 　 0.258 　 吸收式制冷机（t/kw） 　 0.3 　 螺杆式制冷机（t/kw） 　 0.193~0.322 　

 

　　4.2冷却水系统的补水量（补水管）

　　冷却水系统的补水量包括：

　　1 蒸发损失；2 漂水损失 3 排污损失 4 泄水损失

　　当选用逆流式冷却塔或横流失冷却塔时,空调冷却水的补水量应为：

　　电动制冷1.2—1.6%

　　溴化锂吸收式制冷 1.4—1.8%

　　还应综合考虑各种因素的影响,因蒸发损失是按最大冷负荷计算的,实际上出现最大冷负荷的时间是很短的,空调系统绝大多数时间是部分负荷下运行的,如果把上述补水量适当减少一点,绝大多数时间都能在控制的浓度倍数下运行,很短时间内水质超出要求的范围,不会对系统产生危害。

　　综上所述,建议冷却水系统的补水量取为循环水量的1—1.6%,电制冷、水质好时，取小值，溴化锂吸收式制冷、水质差时，取大值。

　　4.3冷却水系统存在的问题

　　（1）吸入管道上阻力过大，而且返上返下管内窝气，冷却水量减少，使系统不能正常运行。

　　（2）并联两台或更多的冷却塔吸入管道的阻力不平衡。当单台使用时经常有空气吸入，造成水击、振动等。且有的溢流，有的补水。

　　（3）各塔的水盘水位应安装在同一标高上，各盘之间作平衡管连通。接管时注意各塔至总干管上的水力平衡。做自动控制时供回水支管上均加电动阀。

　　4.4冷却塔漂水过大之问题

　　问题的提出：1997年8月，厦门合作银行一台150T/h圆形逆流低噪冷却塔，系统运行半个月，发现冷却塔漂水严重，观察运行中的冷却塔，可看到一股白雾冲天而起，并有小水珠飘脸的感觉。

　　问题的分析：观察冷水机组冷凝器进出水管处压力表，发现进出水压差高达0.2Mpa,说明进出冷凝器水量远远超出额定之流量。观测冷却水泵运行电流，也可说明流量超过额定流量。观察塔顶布水器运转情况，布水器转动飞快，布水器喷口喷射角度过于朝下，水高速喷出喷口后雾化和水冲击填料层溅激起小水珠是漂水过大的直接原因。

　　问题的解决：由于系统全套安装完毕，已无法更改冷却水泵流量和扬程，只有通过阀门调节。一边观察进出水压力表，一边调整阀门开启度将进出水反差锁定在0.08MP.调整冷却塔布水器喷射角度旋转向水平方面15度。

　　五、冷凝水系统设计5.1冷凝水管的设计

　　通常，可以根据机组的冷负荷Q（kW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径；

 

Q≤7kW 　 DN＝20mm 　 Q＝7.1～17.6kW 　 DN＝25mm 　 Q=101～176kW 　 DN＝40mm 　 Q＝177～598kW 　 DN＝50mm 　 Q=599～1055kW 　 DN＝80mm 　 Q＝1056～1512kW 　 DN＝100mm 　 Q=1513～12462kW 　 DN＝125mm 　 Q>12462kW 　 DN＝150mm 　

 

　　注：（1）DN＝15mm的管道，不推荐使用。

　　（2）立管的公称直径，就与水平干管的直径相同。

　　（3）本资料引自美国“McQUAY”水源热泵空调设计手册。

　　风机盘管机组、整体式空调器、组合式空调机组等运行过程中产生的冷凝水，必须及时予以排走。排放冷凝水管道的设计，应注意以下事项：

　　沿水流方向，水平管道应保持不小于千分之一的坡度；且不允许有积水部位。

　　当冷凝水盘位于机组负压区段时，凝水盘的出水口处必须设置水封，水封的高度应比凝水盘处的负压（相当于水柱温度）大50％左右。水封的出口，应与大气相通。

　　为了防止冷凝水管道表面产生结露，必须进行防结露验算。

　　注：（1）采用聚氯乙烯塑料管时，一般可以不必进行防结露的保温和隔汽处理。

　　（2）采用镀锌钢管时，一般应进行结露验算，通常应设置保温层。

　　冷凝水立管的顶部，应设计通向大气的透气管。

　　设计和布置冷凝水管路时，必须认真考虑定期冲洗的可能性，并应设计安排必要的设施。

　　冷凝水管的公称直径DN（mm），应根据通过冷凝水的流量计算确定。

　　一般情况下，每1kW冷负荷每1h约产生0.4kg左右冷凝水；在潜热负荷较高的场合，每1kW冷负荷每1h约产生0.8kg冷凝水。

　　5.2空调水系统设计中应注意的问题

　　（1）放气排污。在水系统的顶点要设排气阀或排气管，防止形成气塞；在主立管的最下端（根部）要有排除污物的支管并带阀门；在所有的低点应设泄水管。

　　（2）热胀、冷缩。对于和度超过40m的直管段，必须装伸缩器。在重要设备与重要的控制阀前应装水过滤器。

　　（3）对于并联工作的冷却塔，一定要安装平衡管。

　　（4）注意管网的布局，尽量使系统先天平衡。实在从计算上、设计上都平衡不了的，适当采用平衡阀。

　　（5）要注意计算管道推力。选好固定点，做好固定支架。特别是大管道水温高时更得注意。

　　（6）所有的控制阀门均应装在风机盘管冷冻水的回水管上。

　　（7）注意坡度、坡向、保温防冻。