技术：空调水系统的基础构成、分类、水力计算

制冷空调换热器技术 09-19 838

前言：

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本期我们一起来了解下空调水系统的组成、构成、水力计算。

什么是空调水系统？

水系统即空调以水为冷媒，水系统比传统氟系统更为庞大，一般用于大型建筑，同时开启率在90%以上节能，美系品牌占市场主要份额，以商业市场为主。

水系统将室内负荷全部由冷热水机组来承担，各房间风机盘管通过管道与冷热水机组相连，靠所提供的冷热水来供冷和供热。

典型空调机组主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统、主机三部分组成：

1、冷冻水循环系统该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

2、冷却水循环部分该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。

空调冷却水系统冷却塔：工程上常见的冷却塔有逆流式、横流式、喷射式和蒸发式等4种类型。冷却塔的设置位置（1）制冷站设在建筑物的地下室，冷却塔设在通风良好的室外绿化地带或室外地面上。（2）制冷站为单独建造的单层建筑时，冷却塔可设置在制冷站的屋顶上或室外地面上。（3）制冷站设在多层建筑或高层建筑的底层或地下室时，冷却塔设在高层建筑裙房的屋顶上。如果没有条件这样设置时，只好将冷却塔设在高层建筑主（塔）楼的屋顶上，应考虑冷水机组冷凝器的承压在允许范围内。冷却塔的直接/间接供冷系统冷却水系统设计中的几个问题：冷却水泵的选择；冷却水补充水量：蒸发水损、排污水损、飘散水损。冷却水的水质要求。

3、主机主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成。

水系统的组成

放气阀：将水循环中的空气集中在或在局部位置自动排出。它是空调系统中不可缺少的阀类。一般安装在闭式水路系统的最高点和局部最高点。

止回阀：主要用于阻止介质倒流。主要安装在水泵的出水段。

过滤器：空调系统安装过程中，水管内会流下一些泥砂之类的脏物，水系统在长期运行中，会不断产生一些锈之类的污物。为了防止空调设备传热管污染及系统局部发生堵塞，要求在冷水机组热源等重要设备水流入口处，设置水质处理装置。

温控电动二通阀或三通阀：根据负荷控制温度，如果夏季室温低于整定值时，通过电动阀调节或关断来调节水量。另外，电动阀与风机盘管的风机电源连锁，当风机盘管停止使用时，电动阀随之关闭停止供水。

膨胀水箱：一是收集因水加热体积膨胀而增加的水容积，防止系统损坏，另外，还起定压作用。膨胀水箱的连接处为定压点，因此，膨胀水箱接于系统内不同的位置，可以改变水系统内的压力分布，这对高层建筑水系统的压力分布分析十分重要。

水系统仪表：为了空调系统调试和运行管理方便，水系中要求设置一些必要的仪表，主要设备进、出口，一般需要设置测压装置，以便了解水系统中的压力分布情况及设备的阻力。以及水温发生变化的地点，应设置测温装置，如冷、热源设备进、出口。

水系统阀门：水系统中设置的阀一般有两个作用：一是起调节用，调节管网中的水量；二是起关断作用，如变换季节时的冷、热源转换，或设备检修时，用阀门关断。

空调水系统的分类一、冷冻水系统空调冷冻水系统由：水泵、管道、定压设备、阀门、换热器、除污器等主要部件构成。

(一）冷冻水系统的主要形式冷冻水系统均为循环水系统；冷冻水系统从管道和设备的布局上分，可分为开式系统和闭式系统

1、开式和闭式系统

开式系统水量大，运行工况稳定，但易污染，且水泵压头较高。

2、闭式系统闭式水系统与外界空气接触少，管道腐蚀可能性小，水泵能耗小。闭式系统必须采用壳管式蒸发器，用户处则应采用表面式换热设备（表冷器或空调箱），还需增设膨胀水箱，以适应水系统内的水在温度变化时的体积膨胀。工程设计中，冷冻水系统多采用闭式水系统。

开式与闭式系统的水泵扬程相差较大：
闭式系统中，水泵的扬程为：管道、制冷机组、换热器、阀门等闭式循环水路中各个部件压力损失的总和。

开式系统中，水泵除承担管道等部件的压力损失外，还要克服将水从开式水箱提升到管路最高点的高度差。

对于开式系统，注意水泵吸水真空高度的问题，应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汽化压力。

对于闭式系统，在水泵吸入口设置定压水箱，保证水系统任何一点的最低运行压力为5kPa以上，防止系统中任何一点出现负压，否则有可能将空气吸入水系统中（抽空）或造成部分软连接向内收缩等问题。

膨胀水箱的作用与安装位置其作用是：（1）抵消系统内温度变化时水体积的膨胀和收缩；（2）补充系统内水的损耗；（3）稳定系统内特别是水泵吸入口的压力。

安装位置：尽量接至水泵吸入口，其连通管道上不要装设任何阀门；膨胀水箱水位应高于系统最高水位1m以上，冬天要注意其防冻。目前，膨胀水箱正逐步用设在泵房内的定压罐来代替。

根据用户水系统与制冷机组的连接方式不同，冷冻水系统可以分为直连系统和间连系统。（左边直连系统、右边建连系统）

冷冻水系统可分为异程系统和同程系统。（左边异程系统、右边同程系统）

两管制、三管制和四管制系统

一次泵和二次泵系统

一次泵系统：组成简单，控制容易，运行管理方便，一般多采用此种系统。

二次泵系统：一次环路负责冷冻水的制备-------定流量运行；二次环路负责冷冻水的输配-------变流量运行。

二次泵系统的最大优点是：能够分区分路供应用户侧所需的冷冻水，适用于大型系统。

二、冷却水系统
冷却水进水温度一般应不高于32 ℃ ，冷却水主要指冷凝器和压缩机冷却用水。

（一）直流式冷却水系统最简单的冷却水系统是直流式供水系统，即升温后的冷却回水直接排除，不循环使用。这种系统只适用于水源水量特别充足的地区，例如靠近江、河、湖泊、海等地方，城市自来水不宜选用。

（二）循环式冷却水系统（左）单元式冷却水系统（右）干管式冷却水系统

干管式冷却水系统优点：供回水都采用集中干管形式，管路数目少，占用空间小，设备之间可以相互备用，可通过冷却风机的台数或转速控制降低制冷机组部分负荷时的冷却塔风机能耗，应用较广。在干管式系统和混合式系统中，由于冷却塔可以相互备用，如果水系统设计和控制不当，则容易出现“溢流”、“旁通”和“抽空”现象。

当冷却水系统出现上述现象时：冷却塔的进水管上安装了电动阀，而回水管上未装；
当出水电动阀关闭而进水电动阀开启时；冷却塔水量分配不平衡时；多台大小不同的冷却塔并联设置且集水盘水位不相同时，容易出现“溢流”问题。

避免措施：当冷却塔不运行时，同时严密关闭冷却塔进、出水电动阀。

冷却水系统大多采用循环式冷却水系统，利用冷却塔机械循环。冷却塔中冷却水的终温一般可达到比当地的湿球温度高５℃左右的温度（约为３２ ℃ ）。

冷却水温度控制
冷却水温度控制的原则：（1）一般蒸气压缩式制冷机组的冷却水进水温度要求不宜低于15.5℃（不包括水源热泵等特殊设计机组）

（2）吸收式制冷机组的冷却水进水温度要求不低于24℃ ，否则容易引起溶液结晶

（3）由于冷却水温度降低时制冷机组的COP增大，因此只要在制冷机组允许的情况下，尽量降低冷却水温度

空调水系统的水力计算1.空调水系统的管材：空调水系统中，常用管材有焊接钢管、无缝钢管、镀锌钢管及PVC塑料管几种。2.管内流速：管内流速推荐值水管流速表管内水流速推荐值3.单位管长的摩擦阻力（比摩阻）：冷水管路比摩阻宜控制在100Pa/m～300 Pa/m。当量绝对粗糙度，闭式系统K=0.2mm，开式系统K=0.5 mm。4.局部阻力系数：阀门及管件的局部阻力系数，三通的局部阻力系数。

循环泵的扬程：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）。

3.空调冷凝水系统：