管道系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

上海群壇機(jī)電設(shè)備有限公司空調(diào)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)2013.11.27一、空調(diào)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 空調(diào)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原則如下： 1 空調(diào)管路系統(tǒng)應(yīng)具備足夠的輸送能力，例如，在中央空調(diào)系統(tǒng)中通過水系統(tǒng)來確保渡過每臺(tái)空調(diào) 機(jī)組或風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)器的循環(huán)水量達(dá)到設(shè)計(jì)流量，以確保機(jī)組的正常運(yùn)行；又如，在蒸汽型吸收 式冷水機(jī)組中通過蒸汽系統(tǒng)來確保吸收式冷水機(jī)組所需要的熱能。2 合理布置管道：管道的布置要盡可能地選用同程式系統(tǒng)，雖然初投資略有增加，但易于保持環(huán)路 的水力穩(wěn)定性；若采用異程系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意各支管間的壓力平衡。3 確定系統(tǒng)的管徑時(shí)，應(yīng)保證能輸送設(shè)計(jì)流量，并使阻力損失和水流噪聲小，以獲得經(jīng)濟(jì)合理的效 果。眾所周知，管徑大則投資多，但流動(dòng)阻力小，循環(huán)水泵的耗電量就小，使運(yùn)行費(fèi)用降低，因 此，應(yīng)當(dāng)確定一種能使投資和運(yùn)行費(fèi)用之和為最低的管徑。同時(shí)，設(shè)計(jì)中要杜絕大流量小溫差問 題，這是管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)原則。4 在設(shè)計(jì)中，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的水力計(jì)算，以確保各個(gè)環(huán)路之間符合水力平衡要求，使空調(diào)水系統(tǒng)在實(shí) 際運(yùn)行中有良好的水力工況和熱力工況。 5 空調(diào)管路系統(tǒng)應(yīng)滿足中央空調(diào)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)要求； 6 空調(diào)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要盡可能多地采用節(jié)能技術(shù)措施； 7 管路系統(tǒng)選用的管材、配件要符合有關(guān)的規(guī)范要求； 8 管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要注意便于維修管理，操作、調(diào)節(jié)方便。 9應(yīng)注意問題 （1）放氣排污。在水系統(tǒng)的頂點(diǎn)要設(shè)排氣閥或排氣管，防止形成氣塞；在主立管的最下端(根部)要有排除污物的支管并帶閥門；在所有的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)泄水管。 （2）熱脹、冷縮。對(duì)于長度超過40m的直管段，必須裝伸縮器。在重要設(shè)備與重要的控制閥前應(yīng)裝水過濾器。 （3）對(duì)于并聯(lián)工作的冷卻塔，一定要安裝平衡管。 （4）注意管網(wǎng)的布局，盡量使系統(tǒng)先天平衡。實(shí)在從計(jì)算上、設(shè)計(jì)上都平衡不了的，適當(dāng)采用平衡閥。 （5）要注意計(jì)算管道推力。選好固定點(diǎn)，做好固定支架。特別是大管道水溫高時(shí)更得注意。 （6）所有的控制閥門均應(yīng)裝在風(fēng)機(jī)盤管冷凍水的回水管上。 （7）注意坡度、坡向、保溫防凍。 二、管路系統(tǒng)的管材 管路系統(tǒng)的管材的選擇可參照下表選用：三、供回水總管上的旁通閥與壓差旁通閥的選擇 在變水量水系統(tǒng)中，為了保證流經(jīng)冷水機(jī)組中蒸發(fā)器的冷凍水流量恒定，在多臺(tái)冷水機(jī)組的供回水總管上 設(shè)一條旁通管。旁通管上安有壓差控制的旁通調(diào)節(jié)閥。旁通管的最大設(shè)計(jì)流量按一臺(tái)冷水機(jī)組的冷凍水水 量確定，旁通管管徑直接按冷凍水管最大允許流速選擇，不應(yīng)未經(jīng)計(jì)算就選擇與旁通閥相同規(guī)格的管徑。 當(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)采用國產(chǎn) ZAPB、ZAPC型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為旁通閥，末端設(shè)備管段的阻力為 0.2MPa時(shí)，對(duì)應(yīng) 不同冷量冷水機(jī)組旁通閥的通徑，可按下表選用：冷凍水壓差旁通系統(tǒng)的選擇計(jì)算 在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為方便控制，節(jié)約能量，常使用變流量控制。因?yàn)槔渌畽C(jī)組為運(yùn)行穩(wěn)定， 防止結(jié)凍，一般要求冷凍水流量不變，為了協(xié)調(diào)這一對(duì)矛盾，工程上常使用冷凍水壓差旁通系統(tǒng)以保證在 末端變流量的情況下，冷水機(jī)組側(cè)流量不變。在這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，壓差旁通系統(tǒng)的作用是通過控制壓通旁通 閥的開度控制冷凍水的旁通流量，從而使供回水干管兩端的壓差恒 定。根據(jù)水泵特性我們可得知，泵送壓力恒定時(shí)，流量亦保持恒定。 顯然旁通閥3的口徑要滿足最大旁通水量的要求。如一圖，當(dāng) 末端負(fù)荷減小時(shí)，電動(dòng)二通閥5關(guān)小，供水量減小，而旁通水量增 加。當(dāng)旁通水量持繼增加，直到系統(tǒng)負(fù)荷減小到設(shè)計(jì)負(fù)荷的一半， 則冷水機(jī)組1關(guān)閉一臺(tái)，冷凍水泵2同樣關(guān)閉一臺(tái)，供回水壓差減 小，旁通閥3再度關(guān)上。因此旁通閥的最大旁通水量就是系統(tǒng)負(fù)荷 減小到一臺(tái)冷水機(jī)組停機(jī)時(shí)所需的旁通水量。 表面上看，最大旁通水量就是一臺(tái)冷水機(jī)組的額定流量，其實(shí) 不然，因?yàn)槔鋬鏊坎⒉灰欢〞?huì)與負(fù)荷同比例匹配，而應(yīng)考慮末端 設(shè)備的熱特性與控制方式，如下： 1、 采用比例或比例積分控制的空調(diào)器?？刂破骶_控制二通 閥的開度以調(diào)節(jié)盤管出力。根據(jù)盤管熱特性（如圖二），當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，所需流量減小速率更快， 當(dāng)負(fù)荷為 50%時(shí)，水流量僅需 13%左右，即旁通水量需 87%。 2、 風(fēng)機(jī)盤管一般均采用二位控制，二通閥全開或全閉，即水流量在設(shè)計(jì)工況下?lián)Q熱。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，水流量同比率減小。甚而小負(fù)荷時(shí)，風(fēng)機(jī)盤管可能轉(zhuǎn)至小檔運(yùn)行，風(fēng)量減小，水溫差減小，水流量 增大，而旁通水量減小。 在一般系統(tǒng)中，這兩種情況均會(huì)出現(xiàn)，此時(shí)就需綜合考慮空調(diào)器與風(fēng)機(jī)盤管水量的比例，部分負(fù)荷時(shí)間，來選擇旁通閥旁通水量。在一些典型的場(chǎng)合如商場(chǎng)，旁通水量甚至?xí)^一臺(tái)冷水機(jī)組（共三臺(tái)機(jī)組 時(shí)）額定水量的兩倍。 旁通閥口徑的選擇計(jì)算，在許多文章均有論及，此處簡述如下： Kv G DDD G流量。m3/h Kv流通能力，與所選擇的閥門有關(guān)。 P阻力損失。Bar 例：一臺(tái)制冷量 500RT的冷水機(jī)組，額定冷凍水量 302m3/h，接管 口徑 250mm。旁通水量取350m3/h，供回水計(jì)算壓差為 2bar（約 2x105Pa）。 DN125旁通閥流通能力 250，計(jì)算如下： G （m3/h）350 353 250所以采用DN125旁通閥即可滿足要求。旁通閥都具有高流通能力，所以一般其口徑可比冷水機(jī)組接 管口徑小二個(gè)規(guī)格。 壓差控制系統(tǒng)的控制方式有比例控制（Honeywell），輸出比例變化的電阻信號(hào)，有三位控制（ Johnson， Erie），輸出進(jìn)、停、退信號(hào)。比例控制的精度較高，價(jià)格也高，需根據(jù)不同的精度要求選配。兩種方式所 配套的執(zhí)行器也不同。 旁通閥執(zhí)行器與閥門需根據(jù)不同的系統(tǒng)壓差，配套不同系列的閥門，例如某品牌 VBG閥門+VAT執(zhí)行 器適用的最大工作壓差為 2bar，而 DSGA閥門+MVL執(zhí)行器的最大工作壓差則為 8bar。若定貨時(shí)未指明， 廠商一般均會(huì)按較高壓差配套。 總之，在壓差旁通系統(tǒng)的選型中，要認(rèn)真考慮各種因素，閥門特性，壓差，流通能力，執(zhí)行器都需考 量。在有的工程中，只是簡單地按冷水機(jī)組口徑選擇旁通閥徑，往往會(huì)造成浪費(fèi)。 四、空調(diào)水系統(tǒng)管徑的確定 水管管徑d由下式確定：建議，水系統(tǒng)中管內(nèi)水流速按表一中的推薦值選用，經(jīng)試算來確定其管徑，或按表二根據(jù)流量確定管徑。 表一、管內(nèi)水流速推薦值（m/s）表二、水系統(tǒng)的管徑和單位長度阻力損失五、冷凍水泵揚(yáng)程估算方法 所謂水泵的選取計(jì)算其實(shí)就是估算（很多計(jì)算公式本身就是估算的），估算分的細(xì)致些考慮的內(nèi)容全面些就是精確的計(jì)算。特別補(bǔ)充：當(dāng)設(shè)計(jì)流量在設(shè)備的額定流量附近時(shí)，上面所提到的阻力可以套用，更多的是往往都大過設(shè)備的額定流量很多。同樣，水管的水流速建議計(jì)算后，查表取阻力值。 關(guān)于水泵揚(yáng)程過大問題。設(shè)計(jì)選取的水泵揚(yáng)程過大，將使得富裕的揚(yáng)程換取流量的增加，流量增加才使得水泵噪音加大。特別的，流量增加還使得水泵電機(jī)負(fù)荷加大，電流加大，發(fā)熱加大，“換過無數(shù)次軸承”還是小事，有很大可能還要燒電機(jī)的。 另外“水泵出口壓力只有0.22兆帕”能說明什么呢？水泵進(jìn)出口壓差才是問題的關(guān)鍵。例如將開式系統(tǒng)的水泵放在100米高的頂上，出口壓力如果是0.22MPa，就這個(gè)系統(tǒng)將水泵放在地上向100米高的頂上送，出口壓力就是0.32MPa了！ 1、水泵揚(yáng)程簡易估算法 暖通水泵的選擇：通常選用比轉(zhuǎn)數(shù)ns在130150的離心式清水泵，水泵的流量應(yīng)為冷水機(jī)組額定流量的1.11.2倍（單臺(tái)取1.1，兩臺(tái)并聯(lián)取1.2。按估算可大致取每100米管長的沿程損失為5mH2O，水泵揚(yáng)程（mH2O）： Hmax=P1+P2+0.05L (1+K) P1為冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水壓降。 P2為該環(huán)中并聯(lián)的各占空調(diào)未端裝置的水壓損失最大的一臺(tái)的水壓降。 L為該最不利環(huán)路的管長 K為最不利環(huán)路中局部阻力當(dāng)量長度總和和與直管總長的比值，當(dāng)最不利環(huán)路較長時(shí)K值取0.2 0.3，最不利環(huán)路較短時(shí)K值取0.40.6 2、冷凍水泵揚(yáng)程實(shí)用估算方法 這里所談的是閉式空調(diào)冷水系統(tǒng)的阻力組成，因?yàn)檫@種系統(tǒng)是最常用的系統(tǒng)。 1.冷水機(jī)組阻力：由機(jī)組制造廠提供，一般為60100kPa。 2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中單位長度的磨擦阻力即比摩組取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。若取值大則管徑小，初投資省，但水泵運(yùn)行能耗大；若取值小則反之。目前設(shè)計(jì)中冷水管路的比摩組宜控制在150200Pa/m范圍內(nèi)，管徑較大時(shí)，取值可小些。 3.空調(diào)未端裝置阻力：末端裝置的類型有風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，組合式空調(diào)器等。它們的阻力是根據(jù)設(shè)計(jì)提出的空氣進(jìn)、出空調(diào)盤管的參數(shù)、冷量、水溫差等由制造廠經(jīng)過盤管配置計(jì)算后提供的，許多額定工況值在產(chǎn)品樣本上能查到。此項(xiàng)阻力一般在2050kPa范圍內(nèi)。 4.調(diào)節(jié)閥的阻力：空調(diào)房間總是要求控制室溫的，通過在空調(diào)末端裝置的水路上設(shè)置電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥是實(shí)現(xiàn)室溫控制的一種手段。二通閥的規(guī)格由閥門全開時(shí)的流通能力與允許壓力降來選擇的。如果此允許壓力降取值大，則閥門的控制性能好；若取值小，則控制性能差。閥門全開時(shí)的壓力降占該支路總壓力降的百分?jǐn)?shù)被稱為閥權(quán)度。水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求閥權(quán)度S0.3，于是，二通調(diào)節(jié)閥的允許壓力降一般不小于40kPa。 根據(jù)以上所述，可以粗略估計(jì)出一幢約100m高的高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)的壓力損失，也即循環(huán)水泵所需的揚(yáng)程： 1. 冷水機(jī)組阻力：取80 kPa（8m水柱）； 設(shè)備阻力損失2.管路阻力：取冷凍機(jī)房內(nèi)的除污器、集水器、分水器及管路等的阻力為50 kPa；取輸配側(cè)管路長度300m與比摩阻200 Pa/m，則磨擦阻力為300*200=60000 Pa=60 kPa；如考慮輸配側(cè)的局部阻力為磨擦阻力的50%，則局部阻力為60 kPa*0.5=30 kPa；系統(tǒng)管路的總阻力為50 kPa+60 kPa+30 kPa=140 kPa（14m水柱）； 3.空調(diào)末端裝置阻力：組合式空調(diào)器的阻力一般比風(fēng)機(jī)盤管阻力大，故取前者的阻力為45 kPa（4.5水柱）； 4.二通調(diào)節(jié)閥的阻力：取40 kPa（0.4水柱）。 5.于是，水系統(tǒng)的各部分阻力之和為：80 kPa+140kPa+45 kPa+40 kPa=305 kPa（30.5m水柱） 6.水泵揚(yáng)程：取10%的安全系數(shù)，則揚(yáng)程H=30.5m*1.1=33.55m。 根據(jù)以上估算結(jié)果，可以基本掌握類同規(guī)模建筑物的空調(diào)水系統(tǒng)的壓力損失值范圍，尤其應(yīng)防止因未經(jīng)過計(jì)算，過于保守，而將系統(tǒng)壓力損失估計(jì)過大，水泵揚(yáng)程選得過大，導(dǎo)致能量浪費(fèi)。3、水泵揚(yáng)程設(shè)計(jì) （1）冷、熱水管路系統(tǒng) 開式水系統(tǒng) Hp=hf+hd+hm+hs （10-12） 閉式水系統(tǒng) Hp=hf+hd+hm （10-13） 式中 hf、hd水系統(tǒng)總的沿程阻力和局部阻力損失，Pa； hm設(shè)備阻力損失，Pa； hs開式水系統(tǒng)的靜水壓力，Pa。 hd/ hf值，小型住宅建筑在11.5之間；大型高層建筑在0.51之間；遠(yuǎn)距離輸送管道（集中供冷）在0.20.6之間。設(shè)備阻力損失見表10-5。 六、冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目前最常用的冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是冷卻塔設(shè)在建筑物的屋頂上，空調(diào)冷凍站設(shè)在建筑物的底層或地 下室。水從冷卻塔的集水槽出來后，直接進(jìn)入冷水機(jī)組而不設(shè)水箱。當(dāng)空調(diào)冷卻水系統(tǒng)僅在夏季使用時(shí)， 該系統(tǒng)是合理的，它運(yùn)行管理方便，可以減小循環(huán)水泵的揚(yáng)程，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。為了使系統(tǒng)安全可靠的運(yùn) 行，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1 冷卻塔上的自動(dòng)補(bǔ)水管應(yīng)稍大一點(diǎn)，有的按補(bǔ)水能力大于2倍的正常補(bǔ)水量設(shè)計(jì)； 2 在冷卻水循環(huán)泵的吸入口段再設(shè)一個(gè)補(bǔ)水管，這樣可縮短補(bǔ)水時(shí)間，有利于系統(tǒng)中空氣的排出； 3 冷卻塔選用蓄水型冷卻塔或訂貨時(shí)要求適當(dāng)加大冷卻塔的集水槽的貯水能力； 4 應(yīng)設(shè)置循環(huán)泵的旁通止逆閥，以避免停泵時(shí)出現(xiàn)從冷卻塔內(nèi)大量溢水問題，并在突然停電時(shí)，防 止系統(tǒng)發(fā)生水擊現(xiàn)象； 5 設(shè)計(jì)時(shí)要注意各冷卻塔之間管道阻力平衡問題；按管時(shí)，注意各塔至總干管上的水力平衡；供水 支管上應(yīng)加電動(dòng)閥，以便在停某臺(tái)冷卻塔時(shí)用來關(guān)閉； 6 并聯(lián)冷卻塔集水槽之間設(shè)置平衡管。管徑一般取與進(jìn)水干管相同的管徑，以防冷卻塔集水槽內(nèi)水 位高低不同。避免出現(xiàn)有的冷卻塔溢水，還有冷卻塔在補(bǔ)水的現(xiàn)象。 1、冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水量 現(xiàn)在的資料給出的冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水量數(shù)據(jù)判別較大，見下表：經(jīng)對(duì)表中資料的分析，從理論上說，如把水冷卻5 _C，蒸發(fā)的水量不到被冷卻水量的1%。但是，實(shí)際上還應(yīng)考慮排污量和由于空氣夾水滴的飄溢損失；同時(shí)，還應(yīng)綜合考慮各種因素（如冷卻塔的結(jié)構(gòu)、冷 卻水水泵的揚(yáng)程、空調(diào)系統(tǒng)的大部分時(shí)間里是在部分負(fù)荷下運(yùn)行等）的影響。我們建議：電動(dòng)制冷時(shí)，冷卻塔的補(bǔ)水量取為冷卻水流量的1%2%；溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的補(bǔ)水量取為冷卻水流量的2%2.5%。 2、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題： 1電動(dòng)冷水機(jī)組的冷凝器進(jìn)、出水溫差一般為5 _C，雙效溴化鋰吸收式冷水機(jī)組冷卻水進(jìn)、出口溫 差一般為66.5 _C，因此，在選用冷卻塔時(shí)，電動(dòng)冷水機(jī)組宜選普通型冷卻塔（t=5 _C）；而雙效溴化 鋰吸收式冷水機(jī)組宜選中溫型冷卻塔（t=8 _C）； 2選用冷卻塔時(shí)應(yīng)遵循工業(yè)企業(yè)噪音控制設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ87-85）的規(guī)定，其噪聲不得超過下表所列的噪聲限制值： 廠界噪聲限制值/dB(A)七、冷凝水管道設(shè)計(jì) 通常，可以根據(jù)機(jī)組的冷負(fù)荷Q（kW）按下列數(shù)據(jù)近似選定冷凝水管的公稱直徑；注： （1）DN15mm的管道，不推薦使用。 （2）立管的公稱直徑，就與水平干管的直徑相同。 風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組、整體式空調(diào)器、組合式空調(diào)機(jī)組等運(yùn)行過程中產(chǎn)生的冷凝水，必須及時(shí)予以排走。排放冷凝水管道的設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)： 沿水流方向，水平管道應(yīng)保持不小于千分之一的坡度；且不允許有積水部位。 當(dāng)冷凝水盤位于機(jī)組負(fù)壓區(qū)段時(shí)，凝水盤的出水口處必須設(shè)置水封，水封的高度應(yīng)比凝水盤處的負(fù)壓（相當(dāng)于水柱溫度）大50左右。水封的出口，應(yīng)與大氣相通。了防止冷凝水管道表面產(chǎn)生結(jié)露，必須進(jìn)行防結(jié)露驗(yàn)算。 注：（1）采用聚氯乙烯塑料管時(shí)，一般可以不必進(jìn)行防結(jié)露的保溫和隔汽處理。（2）采用鍍鋅鋼管時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行結(jié)露驗(yàn)算，通常應(yīng)設(shè)置保溫層。冷凝水立管的頂部，應(yīng)設(shè)計(jì)通向大氣的透氣管。設(shè)計(jì)和布置冷凝水管路時(shí)，必須認(rèn)真考慮定期沖洗的可能性，并應(yīng)設(shè)計(jì)安排必要的設(shè)冷凝水管的公稱直徑DN（mm），應(yīng)根據(jù)通過冷凝水的流量計(jì)算確定。 一般情況下，每1kW冷負(fù)荷每1h約產(chǎn)生0.4kg左右冷凝水；在潛熱負(fù)荷較高的場(chǎng)合，每1kW冷負(fù)荷每1h約產(chǎn)生0.8kg冷凝水。 八、分汽缸、分水器、集水器尺寸的確定 1、 直徑D （1）按斷面流速v確定D:分汽缸按斷面流速8-10m/s計(jì)算；分水器、集水器按斷面流速0.1m/s計(jì)算。 （2）按經(jīng)驗(yàn)估算確定D: D=1.5-3dmax 式中D分汽缸、分水器、集水器直徑，mm; dmax分汽缸、分水器、集水器支管中的最大直徑，mm。 2、 配管間距L1L2L3 分汽缸、分水器、集水器配管尺寸表（mm）依接管管徑確定配管尺寸表（mm）九、膨脹水箱的容積計(jì)算膨脹水箱型式的分類：分開式和閉式開式有：密閉板式；隔膜式；球膽式；水泵定壓補(bǔ)水一體式從箱內(nèi)壓力變化考慮：膨脹水箱又