中央空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)問題

劉云輝

摘 要：根據(jù)中央空調(diào)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了確定管道流速應(yīng)考慮空調(diào)部分負(fù)荷運(yùn)行的影響，討論了水泵選擇不當(dāng)給空調(diào)系統(tǒng)帶來的問題。

關(guān)鍵詞：水系統(tǒng)；管道；部分負(fù)荷；水泵選擇

中央空調(diào)水系統(tǒng)同建筑給水系統(tǒng)、建筑消防水系統(tǒng)相比，有其自身的特點(diǎn)。中央空調(diào)水系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，冷凍水系統(tǒng)是將空調(diào)冷源制取的冷量通過管道傳輸給末端設(shè)備（風(fēng)機(jī)盤管等），冷卻水系統(tǒng)是將空調(diào)冷源制取冷量中產(chǎn)生的熱量通過管道傳輸給冷卻塔而排入大氣，水泵是完成傳輸?shù)谋匾獥l件。當(dāng)由空調(diào)負(fù)荷大小確定了冷源設(shè)備（制冷機(jī)）后，冷凍水量和冷卻水量就自然確定了。水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是通過已知水量，合理確定管道流速和管徑；計(jì)算管道系統(tǒng)阻力；選擇水泵。

1 合理確定管道流速和管徑

合理的管道流速最好是通過初投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用兩方面平衡綜合考慮。流速大，則管徑可選小，初投資費(fèi)用可減少，但需要水泵的揚(yáng)程大，運(yùn)行費(fèi)用增大。反之亦然。理論上說，合理的管道流速就是兩者費(fèi)用之和最小時(shí)的流速（圖一中A點(diǎn)）。根據(jù)這個(gè)原則，一般的設(shè)計(jì)規(guī)范或手冊(cè)中都提供了一個(gè)流速范圍（如表一）。但在這個(gè)范圍內(nèi)，是取上限，還是下限或中間值呢？我認(rèn)為在空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，取上限值較合適，理由是：

1.1 空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間短，大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，如根據(jù)ARI-500-90標(biāo)準(zhǔn)給出的負(fù)荷率曲線，在一個(gè)空調(diào)季節(jié)，80%的時(shí)間負(fù)荷率在70%以下，而確定管道流速和管徑時(shí)是按滿負(fù)荷流量考慮的，所以在系統(tǒng)運(yùn)行中，大部分時(shí)間管道內(nèi)的流速都不會(huì)很高，特別是主管道。

1.2 現(xiàn)代建筑功能多，要求高，建筑內(nèi)管線多。如在有裝修、 空調(diào)的房間天花內(nèi)，至少有消防（噴淋）水管，電線槽，空調(diào)的冷凍水管，冷凝水管，送風(fēng)管，新風(fēng)管，排風(fēng)管，有的還有給水管，排水管，管線之間多有交叉，都要占據(jù)一定的空間。而為降低建筑初投資費(fèi)用，增加使用面積，建筑商不希望各類管線占據(jù)太多的平面、 立面空間，管徑小一些容易滿足建筑商的這一客觀要求。

在一些工程設(shè)計(jì)中，水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流速都偏小 ，小管的流速不到1m/s，大管的流速不到2m/s，這無疑加大了初投資費(fèi)用，而且在這些設(shè)計(jì)中水泵的裕量也偏大，運(yùn)行費(fèi)用也不會(huì)小，這種設(shè)計(jì)是不可取的。如一工程冷凍水主管道有95米長，其在滿負(fù)荷時(shí)設(shè)計(jì)水量為480m /h，管徑為DN300mm，管內(nèi)計(jì)算流速為1.87m/s，若選用DN250mm管，管內(nèi)流速為2.51m/s（在70℅負(fù)荷時(shí)，管內(nèi)流速為1.76m/s）。倆者僅材料費(fèi)用相差就超過數(shù)十萬元。

2 管道系統(tǒng)阻力計(jì)算

管道流速和管徑確定之后，就可以計(jì)算出系統(tǒng)最不利環(huán)路的阻力。阻力計(jì)算方法已經(jīng)很成熟，只要充分考慮到系統(tǒng)中的各個(gè)因素，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)是比較準(zhǔn)確的。按照系統(tǒng)阻力計(jì)算公式：P=P+ρgz+Σ（H）。要注意的是：

2.1 冷凍水系統(tǒng)是閉式系統(tǒng)，只需要考慮第三項(xiàng)Σ（H），即管系（包括管道，管配件，設(shè)備）的阻力。冷卻水系統(tǒng)是開式系統(tǒng)，三項(xiàng)都應(yīng)該考慮，而第一、二項(xiàng)為冷卻水塔的阻力損失，只要查閱選用的冷卻水塔的阻力損失值（在冷卻水塔的樣本資料中，以“揚(yáng)程”表示）就可以得出。

2.2 設(shè)備（包括冷水機(jī)組，末端設(shè)備，冷卻水塔等）的阻力值最好是通過查閱設(shè)備的樣本資料取得，因?yàn)楦鱾€(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備的阻力值不盡相同，就是在額定水量相同的情況下，阻力值也有較大差異。如額定水量均為240m3/h，LSLGF1000冷水機(jī)組的冷凝器的阻力為60kPa，19XL4040333CL冷水機(jī)組的冷凝器的阻力為100kPa，若不核對(duì)樣本資料，而靠估計(jì)，就有可能使結(jié)果帶來較大誤差。遺憾的是有些樣本資料未能提供阻力數(shù)據(jù)，給設(shè)計(jì)帶來不便。

3 水泵選擇

由系統(tǒng)的額定流量和系統(tǒng)最不利環(huán)路的阻力，考慮一定的裕量后作為選擇水泵的依據(jù)。

由水泵的工作原理可知，當(dāng)水泵被裝置在管路系統(tǒng)中工作時(shí)，產(chǎn)生的流量和揚(yáng)程必須同時(shí)滿足管路系統(tǒng)的要求，因此在L-P圖上，我們可以看出，只有水泵L-P曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)，才是水泵的工作點(diǎn)（圖二中A點(diǎn)）。為充分利用設(shè)備的能力，我們希望水泵的工作點(diǎn)位于高效率區(qū)。中央空調(diào)水系統(tǒng)中一般選用轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分的單極離心泵，這類泵雖然規(guī)格已經(jīng)不少，但有時(shí)候還是難以選到與系統(tǒng)參數(shù)最接近的。在這種情況下，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)管徑流速進(jìn)行調(diào)整（增大或減小管徑），改變系統(tǒng)阻力以保證選用的水泵工作在高效率區(qū)。

一方面，水泵的流量、 揚(yáng)程小于系統(tǒng)的流量、阻力時(shí)，不能滿足系統(tǒng)需要。另一方面，水泵的流量、 揚(yáng)程過大也是不可取的。除了使水泵的效率降低外，還會(huì)在運(yùn)行中帶來一系列問題：

3.1 水泵額定水量與系統(tǒng)要求水量相同，而額定揚(yáng)程比系統(tǒng)阻力大很多時(shí)，實(shí)際運(yùn)行的水量會(huì)遠(yuǎn)大于額定水量，引起水泵電機(jī)過載。如某大廈空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，冷卻水泵選用單極離心泵，型號(hào)為IS200-150-400B，額定流量為340m/h，額定揚(yáng)程為38mH2O，水泵配用的電機(jī)功率為55kW。系統(tǒng)在使用中經(jīng)常出現(xiàn)“跳閘”的現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。業(yè)主十分頭疼。經(jīng)檢查，冷卻水泵電機(jī)運(yùn)行電流達(dá)到120安培，超過額定電流，因而造成熱繼電器動(dòng)作停機(jī)，與之聯(lián)鎖的冷水機(jī)組也隨之停機(jī)。其原因就是因?yàn)槔鋮s水泵的揚(yáng)程大于系統(tǒng)阻力（額定流量下計(jì)算系統(tǒng)阻力僅為25mH2O，）造成水泵工作點(diǎn)偏移，水量大于額定水量，而使電流過大。若熱繼電器失靈，還可能燒毀水泵電機(jī)。雖然靠調(diào)節(jié)水泵出口閥門增大系統(tǒng)阻力，減少水泵出水量來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，但仍然多消耗了能源。

3.2 系統(tǒng)的水量過大會(huì)導(dǎo)致冷卻水塔大量飄水，既造成水的浪費(fèi)，又給周圍環(huán)境帶來影響。一般冷卻水塔要求實(shí)際水量不大于額定水量的10℅。

3.3 對(duì)冷水機(jī)組的影響。若流經(jīng)冷水機(jī)組的熱交換器內(nèi)的水量超過額定流量太多，熱交換器內(nèi)流速過高，引起水管簇側(cè)沖刷腐蝕，會(huì)降低冷水機(jī)組使用壽命。

綜上所述，冷卻水泵揚(yáng)程過大百害而無一利。而在工程中，存在不少這種現(xiàn)象，其主要原因是設(shè)計(jì)人員，特別是那些缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，只擔(dān)心對(duì)系統(tǒng)阻力估計(jì)不足，選小了水泵揚(yáng)程，到實(shí)際運(yùn)行時(shí)，沒有足夠的水量供應(yīng)。而對(duì)于水泵揚(yáng)程大于系統(tǒng)阻力所造成的影響，往往不去過多考慮。

4 結(jié)語

4.1 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到部分負(fù)荷運(yùn)行的特點(diǎn)，管道流速可在允許范圍內(nèi)取較大值。

4.2 水系統(tǒng)中設(shè)備的阻力值應(yīng)從生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品樣本資料中獲得，切忌憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，以免給設(shè)計(jì)帶來較大誤差。

4.3 選擇水泵既不能小，也不能過大。當(dāng)選取的水泵性能參數(shù)與系統(tǒng)流量、阻力參數(shù)相差較大時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)管徑、流速進(jìn)行調(diào)整（增大或減小管徑），改變系統(tǒng)阻力以保證選用的水泵工作在高效率區(qū)。

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