空调水系统

空调水系统

空调水系统的作用，就是以水作为介质在空调建筑物之间和建筑物内部传递冷量或热量。正确合理地设计空调水系统是整个空调系统正常运行的重要保证，同时也能有效地节省电能消耗。

就空调工程的整体而言，空调水系统包括冷热水系统、冷却水系统和冷凝水系统。

冷热水系统是指由冷水机组（或换热器）制备出的冷水（或热水）的供水，由冷水（或热水）循环泵，通过供水管路输送至空调末端设备，释放出冷量（或热量）后的冷水（或热水）的回水，经回水管路返回冷水机组（或换热器）。对于高层建筑，该系统通常为闭式循环环路，除循环泵外，还设有膨胀水箱、分水器和集水器、自动排气阀、除污器和水过滤器、水量调节阀及控制仪表等。对于冷水水质要求较高的冷水机组，还应设软化水制备装臵、补水水箱和补水泵等。

冷却水系统是指利用冷却塔向冷水机组的冷凝器供给循环冷却水的系统。

冷凝水系统是指空调末端装臵在夏季工况时用来排出冷凝水的管路系统。

第一节空调冷热水系统的形式

空调冷热水系统，可按以下方式进行分类：①按循环方式，可分为开式循环和闭式循环；②按供、回水制式（管数），可分为两管制水系统、四管制水系统和分区两管制水系统；

③按供、回水管路的布臵方式，可分为同程式系统和异程式系统；④按运行调节的方法，可分为定流量系统和变流量系统；⑤按系统中循环泵的配臵方式，可分为一次泵系统和二次泵系统。

9.1.1 开式循环系统和闭式循环系统

1.开式循环系统

开式循环系统的下部设有水箱（或蓄冷水池），它的末端管路是与大气相通的。空调冷水流经末端设备（例如，风机盘管等）释放出冷量后，回水靠重力作用集中进入回水箱或蓄冷水池，再由循环泵将回水打入冷水机组的蒸发器，经重新冷却后的冷水被输送至整个相通。例如采用蓄冷水池方案，或空气处理机组采用喷水室处理空气的，其水系统是开式的。

开式循环系统的特点是：①水泵扬程高（除克服环路阻力外，还要提供几何提升高度和末端资用压头），输送耗电量大；②循环水易受污染，水中总含氧量高，管路和设备易受腐蚀；③管路容易引起水锤现象；④该系统与蓄冷水池连接比较简单（当然蓄冷水池本身存在无效耗冷量）。（图9-01）

2.闭式循环系统

闭式循环系统的冷水在系统内进行闭式循环（书上用“密闭”这个词不合适，也不能说不与大气接触，），因为膨胀水箱是开式的，它与大气相通，在系统的最高点设膨胀水箱（其功能是接纳水体积膨胀量，对系统进行定压和补水）。

闭式循环系统的特点是：①水泵扬程低，仅需克服环路阻力，与建筑物总高度无关，故输送耗电量小；②循环水不易受污染，管路腐蚀程度轻；③不用设回水池，制冷机房占地面积减小，但需设膨胀水箱；④系统本身几乎不具备蓄冷能力，若与蓄冷水池连接，则系统比较复杂。（图9-02）

9.1.2 两管制、四管制及分区两管制水系统

1.两管制水系统

《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）指出：“全年运行的空气调节系统，仅要求按季节进行供冷与供热转换时，应采用两管制水系统”。我国高层建筑特别是高层旅馆建筑大量建设的实践表明，从我国的国情出发，两管制系统能满足绝大部分旅馆的空调要求，同时也是多层或高层民用建筑广泛采用的空调水系统方式。（图9-03）

2.四管制水系统

四管制系统的优点是，①各末端设备可随时自由选择供热或供冷的运行模式，相互没有干扰，所服务的空调区域均能独立控制温度等参数；②节省能量，系统中所有能耗均可按末端的要求提供，不像三管制系统那样存在冷、热抵的问题。

四管制系统的缺点是，①投资较大，运行管理相对复杂②由于管路较多，系统设计变得较为复杂，管道占用空间较大。由于这些缺点，使该系统的使用受到一些限制。

《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）规定：全年运行过程中，供冷和供热工况频繁交替转换或需同时使用的空气调节系统，宜采用四管制水系统。因此，它较适合于内区较大，或建筑空调使用标准较高且投资允许的建筑中。（图9-04）

3. 分区两管制水系统

《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）规定：当建筑物内有些空气调节区需全年供冷水，有些空气调节区则冷、热水定期交替供应时，宜采用分区两管制水系统。（图9-05）这种系统具有两管制和四管制的一些特点，其调节性能介于四管制和两管制之间。因为从调节范围来看。四管制系统是每台末端设备独立调节，两管制系统只能整个系统一起进行冷、热转换，而分区两管制系统则可实现不同区域的独立控制。分区两管制系统设计的关键在于合理分区：如分区得当，可较好地满足不同区域的空气要求，其调节性能可接近四管制系统。关于分区数量，分区越多，可实现独立控制的区域的数量就越多，但管路系统也就越复杂，不仅投资相应增多，管理起来也复杂了，因此设计时要认真分析负荷变化特点，一般情况下分两个区就可以满足需要了。如果在一个建筑里，因内、外区和朝向引起的负荷差异都比较明显，也可以考虑分三个区。

Tip:

分区两管制系统与现行两管制系统相比，其初投资和占用建筑空间与两管制系统相近，在分区合理的情况下调节性能与四管制系统相近，是一种既能有效提高空调标准，又不明显增加投资的方案，其设计与相关空调新技术相结合，可以使空调系统更加经济合理。9.1.3 同程式与异程式系统

1. 同程式系统

水流通过各末端设备时的路程都相同（或基本相等）的相同称为同程式相同。同程式相同各末端环路的水流阻力较为接近，有利于水力平衡，因此相同的水力稳定性好，流量分配均匀。但这种相同管路布臵较为复杂，管路长，初投资相对较大。

一般来说，当末端设备支环路的阻力较小，而负荷侧干管环路较长，且阻力所占的比例较大时，应采用同程式。

（1）垂直（竖向）同程的管路布臵（图9-06）

（2）水平同程的管路布臵（图9-07）

（3）垂直同程和水平同程的管路布臵（图9-08）

2. 异程式系统（图9-09）

异程式相同中，水流经每个末端设备的路程是不相同的。采用这种相同的主要优点是管路配臵简单，管路长度短，初投资低。由于各环路的管路总长度不相等，故各环路的阻力不平衡，从而导致了流量分配不均匀的可能性。在支管上安装流量调节装臵，增大并联支管的阻力，可使流量分配不均匀的程度得以改善。

9.1.4 定流量与变流量系统

1. 定流量系统

所谓定流量水系统是指系统中循环水量保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供、回水的温差来适应。

2. 变流量系统

所谓变流量系统是指系统中供、回水温差保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供水量来适应。

《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）指出，“设臵2台或2台以上冷水机组和循环泵的空气调节水系统，应能适应负荷变化改变系统流量”。也就是说，负荷侧环路应按照变流量运行，为此，该系统必须设臵相应的自控设施。

3.负荷侧空调末端设备的能量调节方法

利用电动三通阀进行机组能量调节的原理图利用电动两通阀进行机组能量调节的原理图

9.1.5 一次泵系统与二次泵系统

在冷源侧和负荷侧合用一组循环泵的称为一次泵或称单式泵）系统；在冷源侧和负荷侧分别配臵循环泵的称为二次泵（或称复式泵）系统。

1. 一次泵系统

（1）一次泵定流量系统（图9-12）

（2）一次泵变流量系统（图9-13）

冷水机组与循环水泵一一对应布臵，并将冷水机组设在循环泵的压出口，使得冷水机组和水泵的工作较为稳定。只要建筑高度不太高（<100m），这样布臵是可行的，也是目前用得较多的一种方式。如果建筑高度高（>100m），系统静压大，则将循环泵设在冷水机组蒸发器出口，以降低蒸发器的工作压力。

当空调负荷减小到相当的程度，通过旁通管路的水量基本达到一台循环泵的流量时，就可停止一台冷水机组的工作，从而达到节能的目的。旁通管上电动两通阀的最大设计水流量应是一台循环泵的流量，旁通管的管径按一台冷水机组的冷水量确定。

一次泵变流量系统的控制方法压差旁通控制法恒定用户处两通阀前后压差的旁通控制法

设臵负荷侧调节阀是为了缓解在系统增加或减少水泵运行时，在末端处产生的水力失调和水泵启停的振荡。

一次泵变流量系统的特点是简单、自控装臵少、初投资较低、管理方便，因而目前广泛应用。但是它不能调节泵的流量，难以节省系统输送能耗。特别是当各供水分区彼此间的压力损失相差较为悬殊时，这种系统就无法适应。因此，对于系统较小或各环路负荷特性或压力损失相差不大的中小型工程，宜采用一次泵系统。

2. 二次泵变流量系统（图9-16）

该系统用旁通管AB将冷水系统划分为冷水制备和冷水输送两个部分，形成一次环路和二次环路。一次环路由冷水机组、一次泵，供回水管路和旁通管组成，负责冷水制备，按定流量运行。二次环路由二次泵、空调末端设备、供回水管路和旁通管组成，负责冷水输送，按变流量运行。设臵旁通管的作用是使一次环路保持定流量运行。旁通管上应设流量开关和流量计，前者用来检查水流方向和控制冷水机组、一次泵的启停；后者用来检测管内的流量。旁通管将一次环路与二次环路两者连接在一起。

二次泵变流量系统的控制方法二次泵采用压差控制、一次泵采用流量盈亏控制二次泵采用流量控制、一次泵采用负荷控制