第八章 水系統(tǒng)與制冷機(jī)房設(shè)計(jì)

第八章水系統(tǒng)與制冷機(jī)房設(shè)計(jì)1第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三基本空調(diào)循環(huán)HFC134a空氣處理器風(fēng)機(jī)盤管空氣三通閥壓縮機(jī)吸氣排氣蒸發(fā)器冷凝器HFC134a制冷劑輸入功率66kW冷卻塔冷凍水240GPM冷卻水300GPM室外空氣350C干球23.90C濕球熱力膨脹閥35℃29.40C18.9升/秒==15.1升每秒7.20C12.80C2第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)空調(diào)水系統(tǒng)由于現(xiàn)代高層建筑空間的限制以及用戶調(diào)節(jié)使用的方便，大量采用空氣——水空調(diào)系統(tǒng)方式，室內(nèi)冷熱負(fù)荷由冷凍水和熱水承擔(dān)。在空調(diào)用制冷系統(tǒng)中，水管系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。一、空調(diào)水系統(tǒng)概述3第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三制冷機(jī)組的能效比kW/kW系統(tǒng)能效比

kW/kW系統(tǒng)季節(jié)能效比

kWh/kWh4第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三二、冷凍水系統(tǒng)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)由：水泵、管道、定壓設(shè)備、閥門、換熱器、除污器等主要部件構(gòu)成。(一）冷凍水系統(tǒng)的主要形式冷凍水系統(tǒng)均為循環(huán)水系統(tǒng)；冷凍水系統(tǒng)從管道和設(shè)備的布局上分，可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)1.開式和閉式系統(tǒng)5第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三6第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三7第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三8第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三（1）開式系統(tǒng)系統(tǒng)水量大，運(yùn)行工況穩(wěn)定，但易污染，且水泵壓頭較高。近年來，由于能源的緊張和空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外不少工程中采用蓄冷池蓄冷的空調(diào)方式，相應(yīng)地水系統(tǒng)需采用開式系統(tǒng)。用戶端用戶端用戶端冷水箱冷凍水泵開式冷凍水系統(tǒng)制冷劑回水箱冷凍水箱水泵蒸發(fā)器水泵用戶9第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三（2）閉式系統(tǒng)閉式水系統(tǒng)與外界空氣接觸少，管道腐蝕可能性小，水泵能耗小。閉式系統(tǒng)必須采用殼管式蒸發(fā)器，用戶處則應(yīng)采用表面式換熱設(shè)備（表冷器或空調(diào)箱），還需增設(shè)膨脹水箱，以適應(yīng)水系統(tǒng)內(nèi)的水在溫度變化時(shí)的體積膨脹。工程設(shè)計(jì)中，冷凍水系統(tǒng)多采用閉式水系統(tǒng)。水泵用戶蒸發(fā)器膨脹水箱10第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三開式與閉式系統(tǒng)的水泵揚(yáng)程相差較大：閉式系統(tǒng)中，水泵的揚(yáng)程為：管道、制冷機(jī)組、換熱器、閥門等閉式循環(huán)水路中各個(gè)部件壓力損失的總和。開式系統(tǒng)中，水泵除承擔(dān)管道等部件的壓力損失外，還要克服將水從開式水箱提升到管路最高點(diǎn)的高度差。設(shè)計(jì)時(shí)需注意的事項(xiàng)：對于開式系統(tǒng)，注意水泵吸水真空高度的問題，應(yīng)防止水泵吸入口汽化，必須保證水泵吸入口的水壓力大于水的汽化壓力。對于閉式系統(tǒng)，在水泵吸入口設(shè)置定壓水箱，保證水系統(tǒng)任何一點(diǎn)的最低運(yùn)行壓力為5kPa以上，防止系統(tǒng)中任何一點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)壓，否則有可能將空氣吸入水系統(tǒng)中（抽空）或造成部分軟連接向內(nèi)收縮等問題。11第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三12第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三開式系統(tǒng)蓄水箱容量的確定原則：（1）蓄存所有的系統(tǒng)水容量并附加一定的安全系數(shù)；（2）按照系統(tǒng)小時(shí)循環(huán)水量的5%~10%計(jì)算。在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)取上述兩者中較大的值。膨脹水箱的作用與安裝位置其作用是：（1）抵消系統(tǒng)內(nèi)溫度變化時(shí)水體積的膨脹和收縮；（2）補(bǔ)充系統(tǒng)內(nèi)水的損耗；（3）穩(wěn)定系統(tǒng)內(nèi)特別是水泵吸入口的壓力。安裝位置：盡量接至水泵吸入口，其連通管道上不要裝設(shè)任何閥門；膨脹水箱水位應(yīng)高于系統(tǒng)最高水位1m以上，冬天要注意其防凍。目前，膨脹水箱正逐步用設(shè)在泵房內(nèi)的定壓罐來代替。13第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三14第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三2.直連系統(tǒng)與間連系統(tǒng)根據(jù)用戶水系統(tǒng)與制冷機(jī)組的連接方式不同，冷凍水系統(tǒng)可以分為直連系統(tǒng)和間連系統(tǒng)。圖8-4直連式冷凍水系統(tǒng)圖8-5間連式冷凍水系統(tǒng)系統(tǒng)規(guī)模較大，用戶比較分散，普遍用于大型建筑和超高層建筑（高度大于100m)的空調(diào)系統(tǒng)中。系統(tǒng)規(guī)模小，用戶比較集中15第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三3.異程系統(tǒng)和同程系統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)可分為異程系統(tǒng)和同程系統(tǒng)。圖8-6異程冷凍水系統(tǒng)圖8-7同程冷凍水系統(tǒng)16第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三4.兩管制、三管制和四管制系統(tǒng)圖8-8兩管制水系統(tǒng)圖8-9三管制水系統(tǒng)8-10四管制水系統(tǒng)17第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三5.一次泵和二次泵系統(tǒng)8-11一次泵冷凍水系統(tǒng)圖8-12二次泵冷凍水系統(tǒng)18第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三19第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三一次泵系統(tǒng)組成簡單，控制容易，運(yùn)行管理方便，一般多采用此種系統(tǒng)。二次泵系統(tǒng)：一次環(huán)路負(fù)責(zé)冷凍水的制備-------定流量運(yùn)行；二次環(huán)路負(fù)責(zé)冷凍水的輸配-------變流量運(yùn)行。二次泵系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是：能夠分區(qū)分路供應(yīng)用戶側(cè)所需的冷凍水，適用于大型系統(tǒng)。20第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三6.變水量和定水量系統(tǒng)圖8-13定水量系統(tǒng)圖8-14變水量系統(tǒng)21第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三（二）典型冷凍水系統(tǒng)分析1.一次泵定水量系統(tǒng)（a）一機(jī)一泵；（b）多泵共用；（c）多泵備用22第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三2.一次泵變水量系統(tǒng)（a）一機(jī)一泵；（b）多泵共用；（c）多泵備用23第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三3.二次泵變水量系統(tǒng)24第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三冷卻水進(jìn)水溫度一般應(yīng)不高于32℃

冷卻水主要指冷凝器和壓縮機(jī)冷卻用水。（一）直流式冷卻水系統(tǒng)最簡單的冷卻水系統(tǒng)是直流式供水系統(tǒng)，即升溫后的冷卻回水直接排除，不循環(huán)使用。這種系統(tǒng)只適用于水源水量特別充足的地區(qū)，例如靠近江、河、湖泊、海等地方，城市自來水不宜選用。二、冷卻水系統(tǒng)25第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三（二）循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)1、自然通風(fēng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)26第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三熱水電磁閥噴淋式水塔吸入口補(bǔ)水排水，溢流三通閥冬天放水冷水冷凝器空調(diào)機(jī)組2、機(jī)械通風(fēng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)27第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三28第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三圖8-20單元式冷卻水系統(tǒng)圖8-21干管式冷卻水系統(tǒng)(a)一泵一機(jī)；(b)多泵共用29第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三(a)一泵一機(jī)圖8-22混合式冷卻水系統(tǒng)(b)多泵共用30第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三圖8-20單元式冷卻水系統(tǒng)單元式冷卻水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：流量分配合理，各個(gè)單元之間相互影響小，運(yùn)行可靠性高。缺點(diǎn)：配管管線布置最為復(fù)雜，管路數(shù)目多，占用空間大，各設(shè)備不能相互備用。一機(jī)對一塔31第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三圖8-21干管式冷卻水系統(tǒng)(a)一泵一機(jī)；(b)多泵共用干管式冷卻水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：供回水都采用集中干管形式，管路數(shù)目少，占用空間小，設(shè)備之間可以相互備用，可通過冷卻風(fēng)機(jī)的臺數(shù)或轉(zhuǎn)速控制降低制冷機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗，故應(yīng)用最廣。多機(jī)對多塔32第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三在干管式系統(tǒng)和混合式系統(tǒng)中，由于冷卻塔可以相互備用，如果水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制不當(dāng)，則容易出現(xiàn)“溢流”、“旁通”和“抽空”現(xiàn)象。當(dāng)冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)：冷卻塔的進(jìn)水管上安裝了電動(dòng)閥，而回水管上未裝；當(dāng)出水電動(dòng)閥關(guān)閉而進(jìn)水電動(dòng)閥開啟時(shí)；冷卻塔水量分配不平衡時(shí)；多臺大小不同的冷卻塔并聯(lián)設(shè)置且集水盤水位不相同時(shí)，容易出現(xiàn)“溢流”問題。避免措施：當(dāng)冷卻塔不運(yùn)行時(shí)，同時(shí)嚴(yán)密關(guān)閉冷卻塔進(jìn)、出水電動(dòng)閥。33第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三目前，冷卻水系統(tǒng)大多采用循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)，利用冷卻塔機(jī)械循環(huán)。冷卻塔中冷卻水的終溫一般可達(dá)到比當(dāng)?shù)氐臐袂驕囟雀撸怠孀笥业臏囟龋s為３２℃）。冷卻水系統(tǒng)由冷凝器、冷卻塔、水泵等組成，冷卻塔是以冷凝器的冷卻水流量作為依據(jù)，選擇低噪音型，安裝位置離居住區(qū)遠(yuǎn)，離制冷機(jī)近，一般安裝在制冷機(jī)房屋面上，其出水管比進(jìn)水管大一號，因出水管是靠重力返回水泵。同型號多臺冷卻塔并聯(lián)使用應(yīng)考慮均壓連接和自動(dòng)（手動(dòng)）補(bǔ)水，且每臺互為備用。34第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三2、冷卻水泵揚(yáng)程的確定冷卻水系統(tǒng)的水力計(jì)算冷卻水泵所需揚(yáng)程：(mH2O)——冷卻水管路系統(tǒng)總的沿程阻力和局部阻力（mH2O）——冷凝器阻力（mH2O）（一般為5~10mH2O）——冷卻塔中水的提升高度（從冷卻塔盛水池到噴嘴的高差）（mH2O）——冷卻塔噴嘴噴霧壓力（mH2O），3-6mH2O35第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三36第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三37第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三38第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三39第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三40第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三3.冷卻水溫度控制冷卻水溫度控制的原則：（1）一般蒸氣壓縮式制冷機(jī)組的冷卻水進(jìn)水溫度要求不宜低于15.5℃（不包括水源熱泵等特殊設(shè)計(jì)機(jī)組）；（2）吸收式制冷機(jī)組的冷卻水進(jìn)水溫度要求不低于24℃

，否則容易引起溶液結(jié)晶；（3）由于冷卻水溫度降低時(shí)制冷機(jī)組的COP增大，因此只要在制冷機(jī)組允許的情況下，盡量降低冷卻水溫度；（4）在過渡季和冬季，利用冷卻塔產(chǎn)生較低的冷卻水，實(shí)現(xiàn)“free--cooling”.41第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三冷卻水溫度控制的方法（1）風(fēng)機(jī)臺數(shù)控制與轉(zhuǎn)速（變頻）控制過渡季節(jié)，降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以減少能耗；多臺冷卻塔并聯(lián)系統(tǒng)中，減少冷卻塔的風(fēng)機(jī)開啟臺數(shù)以降低能耗；（2）冷卻水旁通控制當(dāng)冷卻水溫度過低時(shí)，可以在冷卻水供、回水干管間設(shè)置旁通管，減少流經(jīng)冷卻塔的水流量，提供冷卻水的溫度。42第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三冷卻塔冷凝器蒸發(fā)器冷凝器蒸發(fā)器冷凝器蒸發(fā)器冷凝器冷卻塔冷卻塔板式換熱器板式換熱器低區(qū)回水高區(qū)供、回水（一）冷凍水泵冷水機(jī)組冷卻水泵熱水泵化學(xué)處理缸低區(qū)供水高區(qū)供、回水（二）上海揚(yáng)子江大酒店冷凍水系統(tǒng)示意圖水系統(tǒng)實(shí)例43第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)制冷機(jī)房的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)步驟六個(gè)步驟：1、確定制冷機(jī)房的總冷負(fù)荷制冷機(jī)房的總冷負(fù)荷應(yīng)包括用戶實(shí)際所需的制冷量以及制冷系統(tǒng)本身和供冷系統(tǒng)的冷損失。2、確定制冷機(jī)組類型根據(jù)用戶使用要求、冷負(fù)荷及其全年變化、當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)等情況，比較制冷機(jī)房一次投資和全年運(yùn)行費(fèi)用，確定制冷機(jī)組類型，包括制冷方式、制冷劑種類、冷凝器冷卻方式等。其次，冷熱源設(shè)備的選用須按技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性等原則進(jìn)行比較后確定。44第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三從提供相同冷量、消耗一次能源的角度來說，電力驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)比吸收式制冷機(jī)能耗要低。但對當(dāng)?shù)仉娏?yīng)緊張，或有現(xiàn)成的熱源，特別是有余熱、廢熱可利用的場合，應(yīng)優(yōu)先選用吸收式制冷機(jī)。從能耗、單機(jī)容量和調(diào)節(jié)等方面考慮，選擇電力驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組時(shí)，當(dāng)單機(jī)名義工況制冷量大于1758KW時(shí)，宜選用離心式冷水機(jī)組；當(dāng)制冷量在1054~1758KW時(shí)，宜選用螺桿式或離心式；當(dāng)制冷量在116~1054KW時(shí)，宜選用螺桿式；當(dāng)制冷量小于116KW時(shí)，宜選用渦旋式。45第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三46第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三47第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三3、確定制冷機(jī)組的設(shè)計(jì)工況蒸發(fā)溫度（t0）以冷凍水、鹽水為冷媒：t0=t冷媒－（2-3）℃以空氣為冷媒：t0=t送風(fēng)－（6-8）℃冷凝溫度（tk）以空氣為冷卻介質(zhì)：tk=t空氣進(jìn)口+（10-16）℃以水為冷卻介質(zhì)：tk=t出水+（2-4）℃

48第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三4、確定制冷機(jī)組容量和臺數(shù)

設(shè)計(jì)制冷機(jī)房時(shí)，應(yīng)考慮建筑物全年空調(diào)負(fù)荷的變化規(guī)律和制冷機(jī)部分負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性，合理選擇機(jī)型、單機(jī)容量、臺數(shù)和全年運(yùn)行方式，以便提高制冷系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行效率，從而降低年運(yùn)行費(fèi)用。一般選擇2-3臺同型號的制冷機(jī)組，臺數(shù)不宜過多。除特殊要求外，可不設(shè)置備用制冷機(jī)組。5、設(shè)計(jì)水系統(tǒng)確定冷凍水和冷卻水系統(tǒng)形式，選擇冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔的規(guī)格和臺數(shù)，進(jìn)行管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算。6、布置制冷機(jī)房49第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期三二、制冷機(jī)房根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，設(shè)備型式特點(diǎn)、操作維修等綜合因素考慮。（1）主要通道、操作走道的寬度和壓縮機(jī)突出部分與配電盤之間均應(yīng)≥1.5m。（2）非主要通道和操作走道