空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與水力計(jì)算簡(jiǎn)便方法

空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與水力計(jì)算簡(jiǎn)便方法空調(diào)水系統(tǒng)的分類方法很多，按照管道的布置形式和工作原理，一般可歸納為以下幾種主要類型：按原理可分為：閉式循環(huán)和開式循環(huán)；按供、回水管道數(shù)量分為：兩管制、三管制和四管制；按供、回水在管道內(nèi)的流動(dòng)關(guān)系分為：同程式和異程式；按調(diào)節(jié)方式可分為：定水量和變水量。冷凍水系統(tǒng)原理圖：冷卻水系統(tǒng)原理圖：當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管、誘導(dǎo)器和水冷式表冷器冷卻用時(shí)，冷水系統(tǒng)宜采用閉式系統(tǒng)。高層建筑宜采用閉式系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)采用噴水室冷卻空氣時(shí)，宜采用開式系統(tǒng)。暖通空調(diào)管道閥門選型原則：3.png4.png冷凍水水流速度：壓力水管的水流速主要是經(jīng)濟(jì)和噪聲兩個(gè)因素。管內(nèi)的水速太大，對(duì)環(huán)路的平衡不利，故總管流速可以取得大一些，而分支管路可以小一些。管內(nèi)水流速推薦值(m/s)：冷凍水管管徑確定：連接各空調(diào)末端裝置的供回水支管的管徑，宜與設(shè)備的進(jìn)出水管接管管徑一致，可查產(chǎn)品樣本獲知。管徑計(jì)算公式如下：Q(L/s)：管段內(nèi)流經(jīng)的水流量；d(mm)：管道內(nèi)徑；v(m/s)：假定的水流速。水系統(tǒng)的流量和單位長(zhǎng)度阻力損失表：8.png空調(diào)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)水力計(jì)算簡(jiǎn)便方法：水系統(tǒng)管路水力計(jì)算是系統(tǒng)正確設(shè)計(jì)和優(yōu)化的基礎(chǔ)?？照{(diào)水系統(tǒng)的管路水力計(jì)算是在已知水流量和推薦流速下，確定水管管徑，計(jì)算水在管路中流動(dòng)的沿程阻力損失和局部阻力損失，確定水泵的揚(yáng)程和流量。1.空調(diào)水循環(huán)管路水力計(jì)算的原理1.1沿程阻力損失：水管路將流量和管徑不變的一段管路稱為一個(gè)計(jì)算管段，計(jì)算管段沿程阻力損失，即：（1）式中：△py—計(jì)算管段沿程阻力損失，Pa；λ—沿程阻力系數(shù)，無因次量；l—直管段長(zhǎng)度，m；d—管道直徑，m。ρ—水密度，kg/m3；v—水速度，m/s；R—單位長(zhǎng)度沿程阻力損失，又稱比摩阻，Pa/m。冷水管采用鋼管或鍍鋅管時(shí)，比摩阻一般為100Pa/m～400Pa/m，最常用的為250Pa/m。（2）沿程阻力系數(shù)λ與流體的流態(tài)和管壁的相對(duì)粗糙度有關(guān)，即λ=f(Re，K/d)式中：Re—雷諾數(shù)，Re=vd/ν=ρvd/μ；ν—水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，m2/s；μ—水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，Pa·s；K—管壁的當(dāng)量糙粒高度，m；空調(diào)冷凍水閉式系統(tǒng)管路K=0.2mm，開式系統(tǒng)管路K=0.5mm；空調(diào)冷卻水系統(tǒng)管路K=0.5mm?？照{(diào)水循環(huán)管路，管道設(shè)計(jì)中采用較低水流速，流動(dòng)狀態(tài)一般處于紊流過渡區(qū)內(nèi)，沿程阻力系數(shù)λ可采用柯列勃洛克公式(3)和阿里特蘇里公式(4)進(jìn)行計(jì)算，1.2沿程阻力損失計(jì)算表管道內(nèi)的流速、流量和管徑的關(guān)系表達(dá)式為：（5）式中：qm—管段中的水質(zhì)量流量，kg/h；將式(5)的流速v代入式(2)，整理成更方便的計(jì)算公式：（6）在給定水狀態(tài)參數(shù)及其流動(dòng)狀態(tài)的條件下，λ和ρ值均為已知，則式(6)就表示為R=f(d，qm)的函數(shù)式。利用公式(4)，(5)，(6)，計(jì)算出冷卻水和冷凍水在不同水流量、不同管徑、不同速度的沿程比摩阻，詳見表1和表2。15.png注：表中冷卻水溫度為34.5℃((32℃+37℃)/2)，密度994.3kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)0.735×10-6m2/s，管壁絕對(duì)粗糙度0.5mm。注：表中冷凍水溫度為9.5℃((7℃+12℃)/2)，密度999.75kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)1.329×10-6m2/s，管壁絕對(duì)粗糙度0.2mm。1.3局部阻力損失當(dāng)流體通過管道的一些附件如閥門、彎頭、三通、盤管等時(shí)，產(chǎn)生局部阻力損失，管段的局部阻力損失表示為：（7）式中：△pj—計(jì)算管段的總局部阻力損失，Pa；Σζ—計(jì)算管段局部阻力系數(shù)之和，無因次。2空調(diào)水系統(tǒng)水力計(jì)算方法2.1空調(diào)冷凍水系統(tǒng)水力計(jì)算方法2.1.1冷凍水水量：空調(diào)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)一般采用閉式系統(tǒng)，系統(tǒng)的供水溫度通常為7℃，回水溫度為12℃，溫差為5℃，泵的流量按空調(diào)系統(tǒng)夏季最大計(jì)算冷負(fù)荷確定，即：（8）式中：qm—系統(tǒng)環(huán)路總流量，kg/s；Φ—系統(tǒng)環(huán)路的計(jì)算冷負(fù)荷，W；△t—冷凍水供回水溫差，℃；c—冷凍水比熱容，通常取c=4.187×103J/(kg·K)。2.1.2冷凍水系統(tǒng)水泵揚(yáng)程若空調(diào)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)采用一次泵循環(huán)管路，則水泵的揚(yáng)程應(yīng)能克服冷凍水系統(tǒng)最不利環(huán)路的用冷設(shè)備、產(chǎn)冷設(shè)備、管道、閥門附件等總阻力要求。即：式中：p—水泵揚(yáng)程，Pa；Σ(△py+△pj+△pm)—最不利環(huán)路各計(jì)算管段沿程、局部和設(shè)備阻力損失之和，Pa；△py—各計(jì)算管段沿程阻力損失，Pa；△pj—各計(jì)算管段總局部阻力損失，Pa；△pm—各計(jì)算管段總設(shè)備阻力損失，Pa。若空調(diào)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)采用二次泵循環(huán)管路，則：1)一次泵的選擇a)泵的流量應(yīng)等于冷水機(jī)組蒸發(fā)器的額定流量；b)泵的揚(yáng)程為克服一次環(huán)路的阻力損失，其中包括一次環(huán)路的管道阻力和設(shè)備阻力；c)一次泵的數(shù)量與冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)相同。2)二次泵的選擇a)泵的流量按分區(qū)夏季最大計(jì)算冷負(fù)荷確定；b)二次泵的揚(yáng)程應(yīng)能克服所管分區(qū)的二次最不利環(huán)路中用冷設(shè)備、管道、閥門附件等總阻力要求。無論采用一次泵冷凍水系統(tǒng)，還是采用二次泵冷凍水系統(tǒng)，選擇水泵時(shí)，流量附加10%的余量，揚(yáng)程也附加10%的余量。2.2空調(diào)冷卻水系統(tǒng)水力計(jì)算方法空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)一般采用開式系統(tǒng)，水力計(jì)算是確定冷卻水流量后，確定冷卻水泵的揚(yáng)程。2.2.1冷卻塔冷卻水量冷卻塔冷卻水量可按下式計(jì)算：（10）式中：qm—冷卻塔冷卻水量，kg/s；Φ—冷卻塔排走熱量，W，壓縮式制冷機(jī)，取制冷機(jī)負(fù)荷的1.3倍左右，吸收式制冷機(jī)，取制冷機(jī)負(fù)荷的2.5倍左右。△t′—冷卻塔的進(jìn)出水溫差，℃；壓縮式制冷機(jī)，取4℃～5℃；吸收式制冷機(jī)，取6℃～9℃；c—水的比熱容，J/(kg·K)。2.2.2冷卻水系統(tǒng)水泵揚(yáng)程冷卻水泵所需揚(yáng)程應(yīng)能克服冷卻水系統(tǒng)環(huán)路的用冷設(shè)備、產(chǎn)冷設(shè)備、管道、閥門附件等總阻力要求，即：p=Σ(△py+△pj+△pm)+△p0+△ph(11)式中：p—冷卻水泵的揚(yáng)程，Pa；Σ(△py+△pj+△pm)—冷卻水循環(huán)管路總阻力損失之和，Pa；△py—冷卻水各計(jì)算管段的沿程阻力損失，Pa；△pj—冷卻水各計(jì)算管段的總局部阻力損失，Pa；△pm—冷卻水各計(jì)算管段中總設(shè)備阻力損失，Pa；△p0—冷卻塔噴嘴噴霧壓力，Pa，約等于49kPa；△ph—冷卻塔中水提升高度(從冷卻塔盛水池到噴嘴的高差)所需的壓力，Pa。2.3管徑的確定空調(diào)水系統(tǒng)中管內(nèi)水流速按表3中的推薦值選用，或按表4根據(jù)流量確定管徑。3工程應(yīng)用3.1冷凍水系統(tǒng)管路水力計(jì)算應(yīng)用如圖1所示的空調(diào)冷凍水二次泵循環(huán)系統(tǒng)(一級(jí)循環(huán)略去)，此系統(tǒng)計(jì)算冷負(fù)荷為48.8kW，冷凍水供水溫度為7℃，回水溫度為12℃，空調(diào)機(jī)組表冷器水側(cè)阻力為50kPa，各管段的長(zhǎng)度見表5，求各管段的管徑及二次水泵的流量和揚(yáng)程。計(jì)算系統(tǒng)所需的冷凍水流量，為：此系統(tǒng)最不利環(huán)路為1-2-3-4-5-6組成的環(huán)路。根據(jù)各管段的流量，由表5確定各管段直徑。由表2可查出比摩阻R，查各管件的局部阻力系數(shù)表，確定各管段的總阻力損失見表5。圖1冷凍水系統(tǒng)圖此水系統(tǒng)為閉式水系統(tǒng)，水泵的揚(yáng)程為最不利環(huán)路的總阻力損失，加上表冷器的阻力損失，即p=Σ(△py+△pj+△pm)=74.48kPa=7.59mH2O。選用水泵，流量和揚(yáng)程皆考慮10%的余量，則選用水泵的參數(shù)為流量1.1×8.39m3/h=9.23m3/h，揚(yáng)程1.1×7.59m=8.35mH2O。3.2冷卻水系統(tǒng)管路水力計(jì)算應(yīng)用某建筑建筑面積為4000m2，選用冷水機(jī)組一臺(tái)，制冷量為455KW。冷凝器側(cè)水阻力為4.9×104Pa，進(jìn)、出冷凝器的水溫分別為32℃和37℃，水處理器的阻力為2.0×104Pa，冷卻水管總長(zhǎng)48m，冷卻塔盛水池到噴嘴的高差為2.5m，確定各管段的管徑和水泵的選擇參數(shù)。冷卻水循環(huán)管路，由于管徑?jīng)]有沿程變化，認(rèn)為是一個(gè)計(jì)算管段，則計(jì)算管段的冷卻水流量為：根據(jù)冷卻水流量102.3m3/h，查表4，選用管道公稱直徑DN150mm，管道水流速為：查表1得比摩阻R=187.43Pa/m，管道長(zhǎng)度為48m，沿程壓力損失為△py=Rl=(187.43×48)Pa=9.0×103Pa。彎頭、止回閥、閘閥等管件等的局部阻力系數(shù)總和Σζ=12.46，總局部阻力為=1.61×104Pa。設(shè)備總阻力損失包括冷凝器阻力損失和水處理器阻力損失，為△pm=(4.9×104+2×104)Pa=6.9×104Pa。冷卻塔噴霧所需壓力△p0=4.9×104Pa。冷卻水提升高度為2.5m，所需的提升壓力為：△ph=2.5m×9807N/m3=2.45×104