空調(diào)水管設(shè)計要領(lǐng)-HORU.pps

1,研討主題：空調(diào)水管設(shè)計要領(lǐng),工務(wù)暨設(shè)計人才培訓(xùn)課程,2,相關(guān)專題研討訓(xùn)練流程介紹,3,大樓空調(diào)水管之設(shè)計要領(lǐng) 一、大樓空調(diào)水管系統(tǒng)之基本分類 1.依通水方式分類 2.依循環(huán)方式分類 3.依回水方式之分類 4.依配管數(shù)分類 二、冷熱水分布控制： 三、空調(diào)水管系統(tǒng)之種類、功能與基本應(yīng)用 1種類 2水管系統(tǒng)之功用 3.空調(diào)水管基本應(yīng)用-按機器及系統(tǒng)區(qū)分 四、大樓空調(diào)水管系統(tǒng)之基本設(shè)計方法 1水管管徑之決定 2冰水管系統(tǒng)設(shè)計 五、空調(diào)水管之布置原則 1水平管設(shè)計 2排水管之設(shè)計（水量之計算）,4,3屋頂水管之設(shè)計 4空調(diào)主機房水管布置原則 5空調(diào)水管系統(tǒng)之平衡 6. 水泵配管注意要項 7. 冷卻水塔配管 六、大樓空調(diào)水管設(shè)計配合應(yīng)注意事項 七、水泵特性及應(yīng)用分析 第一節(jié) 基本理論 第二節(jié) 離心泵定律 第三節(jié) 離心泵的孔蝕現(xiàn)象 第四節(jié) 系統(tǒng)曲線與性能曲線 第五節(jié) 泵之故障 八、定流量(三通)與變流量(二通)系統(tǒng)特性及應(yīng)用分析 九、工程實務(wù)範例參考 附錄 : 日系配管設(shè)備設(shè)計基準參考,5,1.依通水方式分類 1）排放方式 2）再循環(huán)方式,圖4-1排放方式 圖4-2再循環(huán)方式,一、大樓空調(diào)水管系統(tǒng)之基本分類,6,2.依循環(huán)方式分類 1)開放循環(huán)(Open circuit)方式 2)密閉循環(huán)(Closed circuit)方式,圖4-3開放循環(huán) 圖4-4密閉循環(huán),7,3.依回水方式之分類 1）直接回水方式(Direct Return)-如圖4-4 所示 2）逆回水方式(Reverse Return) 3）直接回水與逆回水之并用方式. 4.依配管數(shù)分類 1）單管式(此方式甚少用于一般空調(diào)系統(tǒng),多用于特殊制程)：由于一條管路貫穿整個系統(tǒng)， 使后面終端元件入水水溫低于前者（指熱水系統(tǒng)而言，冰水系統(tǒng)正好相反），故單水管系統(tǒng)常只用于僅有一、二區(qū)之小型系統(tǒng)。,圖4-5單管式,8,2) 雙管式系統(tǒng) （1）雙管式逆回水系統(tǒng)（如圖4-6、4-7）所示：逆回水只安排使每一終端元件之送水及 回水總管路長相等，使系統(tǒng)壓力能自行平衡。,圖4-6逆回水方式(Reverse Return) 圖4-7直接回水與逆回水并用方式,9,（2）雙管式直接回水系統(tǒng)（如圖4-8）：直接回水主要用于小型定水量系統(tǒng)，雖因減少回水管路可降低初始費用，但必須加以平衡系統(tǒng)方可運作。,圖4-8：雙水管直接回水方式,10,3）三管式：,圖4-9三管式,11,註:常見水管三大系統(tǒng) 單機200RT以下, 單機200800RT,12, 800RT以上,4）二次加壓方式：系統(tǒng)由一次循環(huán)泵、冰水主機（或鍋爐）及膨脹水箱構(gòu)成之一次管路與 二次側(cè)系統(tǒng)組合而成，由于二次側(cè)各區(qū)有獨立之加壓泵，故可獨立操作于不同溫度狀況下。一次泵僅需考量一次側(cè)循環(huán)管路及主機壓力損失即可，二次泵則僅考慮該區(qū)之壓力損失。,13,5）四管式,圖4-10四管式,14,二、冷熱水分布控制：,冷熱水系統(tǒng)可依定流量或變流量方式設(shè)計，其控制方式又可依其使用二通或三通控制閥而改變，常見之控制方式可歸納如下： 1、定流量三通閥方式：如圖4-11，當部分負載時，流量可經(jīng)由三通閥旁通方式，使流經(jīng)盤管 之流量減少，但分支之總流量保持固定。此控制方式有以下特色： （1）盤管為變流量通過。 （2）三通閥通常較二通閥貴，尤其在配管空間不足之狀況下。 （3）分流三通閥較混合三通閥貴，但其控制結(jié)果相同。 （4）三通閥通常具線性特性。 （5）為固定流量流經(jīng)閥及盤管。 （6）定流量使泵消耗較多能源。,圖4-11：三通閥盤管旁通控制,15,2、二通閥流量調(diào)節(jié)方式：流量調(diào)節(jié)方式如圖4-12，以測量送水回水主管之壓差方式控制泵出口調(diào)節(jié)閥，使流量調(diào)節(jié)至所需。當壓差控制器DPC測量之壓差上升時，表系統(tǒng)之水量需求減少，可使控制閥V1調(diào)小所需流量，V2及V3為保護泵，以避免其運作于無流量之裝置。此種控制方式之特點為： （1）流量減少可降低耗用功率。 （2）DPT可保護盤管控制閥免于過壓力場合（Over Pressure）。 （3）當主機需定水量操作時，必需使用另一個分開之泵，如前面提及之二次加壓系統(tǒng)。,圖4-12：二通閥流量調(diào)節(jié)方式,16,3、二通閥流量旁通方式：如圖4-13，為維持通過盤管時壓差之穩(wěn)定，同時使通過主機之水量固定，可使用流量旁通方式達成目的。其系統(tǒng)特色為： （1）以二通閥之特性達成三通閥全流量之功能。 （2）各盤管間不必旁通即可達成定流量。,圖4-13 二通閥流量旁通方式,17,4、變速泵控制：如圖4-14，變速泵使流量及壓力調(diào)整至新負載時，使泵之消耗功率降低。 由泵親和定律可知：,壓力變化與轉(zhuǎn)速平方成正比。圖4-14中，用壓差控制器（Differental pressure controllerDPC）送水及回水主管間之壓差恒定，當壓差變化時，以轉(zhuǎn)速調(diào)整方式使其保持恒定，圖中V1之閥為保護泵免于無流量之裝置。由親和定律可知：,故功率變化與轉(zhuǎn)速三次方成正比，些微之轉(zhuǎn)速下降可減少甚多之功率消耗。,圖4-14 變速泵之控制方式,18,19,三、空調(diào)水管系統(tǒng)之種類、功能與基本應(yīng)用,1種類 1）冰水管路系統(tǒng)（CHILLED WATER PIPING SYSTEM） 2）冷卻水管路系統(tǒng)（CONDENSING WATER PIPING SYSTEM） 3）熱水管路系統(tǒng)（HOT WATER SYSTEM） 4）蒸氣管路系統(tǒng)（STEAM PIPING SYSTEM） 5）排水管路系統(tǒng)（DRAIUAGED PIPING SYSTEM） 6）膨脹水管路系統(tǒng)（EXPANSION WATER PIPING SYSTEM） 7）補給水管路系統(tǒng)（MAKEUP WATER PIPING SYSTEM） 8）特殊制程管路系統(tǒng)（酸鹵液體） 9）其他（如RO水、DI水、Soft Water System）,2水管系統(tǒng)之功用 1）冰水管路：輸送冰水以利在熱交換器（即空氣調(diào)節(jié)或小送風(fēng)機）中熱交換造成冷氣。即使用冰水泵浦推動水到冰水主機（WATER CHILLER UNIT）之冰水器（CHILLER）制造冰水，再送到熱交換器內(nèi)完成熱交換造成冷風(fēng)，再利用風(fēng)管或直接吹入空調(diào)空間，使室溫達到理想條件而成冷氣。 2）冷卻水管路：輸送冷卻水到冷凝器（CONDENSER）以便冷卻冷凝器。即使用冷卻水泵浦推動冷卻水到冰水主機之冷凝器完成熱交換，復(fù)將冷凝器產(chǎn)生之熱水送到冷卻水塔散熱。,20,3)熱水管路:功用如1)項所述. 4)蒸氣管路:輸送蒸氣在各空調(diào)未端設(shè)備作加熱加濕之作用. 5)排水管路:將冷卻盤管冷凝之水,水管路之水(包括冷凝器,冰水器,冷卻水塔等) 予以排放. 6)膨脹水管路:補給水用膨脹用(因水溫不同導(dǎo)致水之體積不同)排放管路內(nèi) 積存空氣. 7)補給水管路:補充進入冰水及冷卻水系統(tǒng)內(nèi). 8)特殊制程管路:輸送各種制程需求藥液(如H2SO4,H2O2)至各需求設(shè)備. 9)其他管路:以DI水為例備用于輸送高純度潔凈水之用途. 3.空調(diào)水管基本應(yīng)用-按機器及系統(tǒng)區(qū)分 1）箱型冷氣機水管路系統(tǒng):包括冷卻水、排水及補給管路。 2）中央空調(diào)水管路系統(tǒng)（水冷式冷凝器，間接膨脹式蒸發(fā)器）包括冰水、 冷卻水、排水、膨脹水及補給水管路）。,21,圖4-11中央空調(diào)系統(tǒng)之水循環(huán)及熱轉(zhuǎn)移圖,22,23,熱交換器 （冷凝器）,熱交換器 （蒸發(fā)器）,壓縮機,冰水 泵浦,空調(diào)密閉空間,空調(diào)設(shè)備,冰水 主機,冰水循環(huán)路徑,冷卻水循環(huán)路徑,冷媒循環(huán)路徑,空調(diào)送風(fēng)循環(huán)路徑,外氣 混合,冷卻水塔,冷卻 泵浦,空調(diào)水側(cè)系統(tǒng),空調(diào)空氣側(cè)系統(tǒng),散熱 至大氣,冷凍空調(diào)組成組件及設(shè)備名詞解釋,24,37C 溫水（冰機熱回收）系統(tǒng),37C 溫水系統(tǒng),37C溫水系統(tǒng)循環(huán)路徑,37溫水 泵浦,90C熱水 鍋爐系統(tǒng) 支援,潔淨室 外氣 空調(diào)箱,HPM 外氣 空調(diào)箱,Office 外氣 空調(diào)箱,潔淨更衣 室外氣 空調(diào)箱,Office 可變送風(fēng)箱 靠窗暖氣,37C溫水系統(tǒng),HVAC系統(tǒng),潔淨室系統(tǒng),暖房負載,25,37C溫水與90C熱水系統(tǒng)關(guān)係,電熱水鍋爐,電熱水鍋爐,熱回收37C溫水系統(tǒng),90C熱水系統(tǒng),熱交換器,26,四、大樓空調(diào)水管系統(tǒng)之基本設(shè)計方法,1水管管徑之決定 1）流量之計算 （1）冰水，參見附表A。 （2）冷卻水，參見附表B。 2）配管之流速-流速提高，管徑小，成本省，但磨擦損失增加，泵浦揚程提高， 運轉(zhuǎn)費用增加，且易生噪音及增加管內(nèi)壁之侵蝕能力。流速太高是有害的。,27,3）良好的設(shè)計需在設(shè)置成本與運行成本之間取適當平衡點，一般冷溫水配管單位摩擦損失 建議在60mmAq/M以下，平均40mmAq/M，管內(nèi)流速在2M/S以下， 同時參考配管侵蝕防止(以年間運轉(zhuǎn)時間作比較)之最高流速限制。 4）配管設(shè)備之設(shè)計程序： （1）配管系統(tǒng)方式之決定。（系統(tǒng)架構(gòu)流程、功能性與節(jié)能考量）； （2）設(shè)備位置、管道路由與建筑結(jié)構(gòu)整體計劃（安全性、可靠性確保、噪音、震動抑制。 工序流程與合理化工法檢討）； （3）配管路徑之決定； （4）管路流量之計算； （5）選定基準之決定（配管摩擦損失、流速基準確定）； （6）管徑選定，并計算分析系統(tǒng)各段摩擦損失及流程； （7）系統(tǒng)水壓分布確認； （8）閥類選定及相關(guān)機器設(shè)備確認； （9）揚程計算； （10）水泵容量、揚程確認； （11）配管熱膨脹檢討； （12）全管系系統(tǒng)檢討確認（未來擴充性、維護性、控制方式的配合總體分析確認）； （13）設(shè)計完成。 5）其他管路系統(tǒng)（蒸汽、冷媒、油配管）可參見所附日系設(shè)計資料。,28,29,30,2冰水管系統(tǒng)設(shè)計 1）管路之安裝應(yīng)盡量減少水在管路中之磨擦損失（FRICTIONLOSS）為原則，磨擦損失小，則泵浦揚程減少致馬力數(shù)相對減少。 （A）須正確選擇管路之管徑。 （B）管路之長度應(yīng)短，并應(yīng)盡量避免阻礙物之彎頭及注意三通之流向。 注:1.在管路系統(tǒng)中彎頭（Elbow）有較大的壓力降百分率，在等速下壓力降之大小依轉(zhuǎn) 彎之形狀而定，如長半徑較短半徑為佳。 2. 45配置之彎頭較90配置之彎頭為佳。 3.安裝T型接頭要防止對抵作用（Bullheading），對抵作用引起亂流，增加壓力降與 沖擊管路，兩個以上的T型接頭安裝在同一管路上時，兩個T型接頭之間的距離須在 10倍以上之管徑，如此可減少不必要之亂流。 4.為了便于安裝與修理管路，由任與法蘭常用于管路系統(tǒng)。 （C）空調(diào)箱或小送風(fēng)機之管路連接須考慮以同程回水管（REVERSE RETURN）連接。 （D）管路內(nèi)之空氣應(yīng)全部排出，排出空氣除在管路之必要點，局部管路之最高點及熱交換 器裝上放氣閥外，冰水管路最高點，必須連接膨脹水管再連接膨脹水箱以便排除 空氣，其膨脹水管與冰水回水管之安裝須特別注意，以致空氣之排出。 2) 冰水管路之安裝必須確寶在安裝完成后未保溫前，施以試壓查漏的工作，否則萬一施工不良，冰水管路發(fā)生漏水現(xiàn)象，將增加冰水主機的運轉(zhuǎn)時間，泵浦的揚程減小影響空調(diào)空間,31,之冷度，并且影響保溫的效果，以致應(yīng)重浪費能源。一般試水壓之方法用水壓，至少試壓至10kg/cm2以上，維持二小時以上水壓不降低，并且不漏水為原則，淌若發(fā)現(xiàn)有滲漏之處，則附近管路應(yīng)即拆下，重新安裝。,圖4-13避免阻礙物之彎頭 圖4-14三通,32,圖4-15平衡管連接的方式,多用途綜合型建筑物空調(diào)系統(tǒng)冰水管路宜采分區(qū)供應(yīng)冰水。 多用途建筑物為目前常見的建筑，配合業(yè)主及顧客之需要采用多角化的經(jīng)營，不但建筑本體較大，而且建筑物的利用極為復(fù)雜，因此空調(diào)系統(tǒng)之設(shè)計必須按建筑物之用途及使用時間，利用冰水管路配合冰水泵浦加以區(qū)分為數(shù)個空調(diào)區(qū)域，再按冷氣負荷的大小及空調(diào)區(qū)域的多寡來選擇空調(diào)主機、冷卻水塔及其他附屬設(shè)備；如此可依空調(diào)區(qū)域的需要采取局部開機或全部開機。不但可收到減少冷氣損失、節(jié)省可觀的能源效果外，還可在空調(diào)設(shè)局部開機時，部份停用的設(shè)備獲得休息及做好保養(yǎng)維護，而增加空調(diào)設(shè)備的壽命。（多用途建筑物冰水管路系統(tǒng)如圖4-16所示）,33,圖4-16平衡管連接的方式,34,4) 冰水系統(tǒng)采用VWV系統(tǒng) VWV系統(tǒng)為可變水量系統(tǒng)（Variable Water Volume System）， 一般空調(diào)水管系統(tǒng)使用的方式分為兩種： 應(yīng)用多臺二次冰水泵浦之改變水量方式 （此傳統(tǒng)方式目前較少採用,如圖417所示）。 按空調(diào)空間冷氣負載的需要調(diào)節(jié)空調(diào)箱或冷風(fēng)機的冰水量， 以冰水送水管之壓力來控制二次泵浦之運轉(zhuǎn)臺數(shù)， 故空調(diào)空間冷氣負載減少時，需要較少的冰水量， 則二次泵浦運轉(zhuǎn)臺數(shù)可減少以節(jié)省電費。 冰水區(qū)域泵浦之改變水量方式 按空調(diào)空間冷氣負載的需要調(diào)節(jié)空調(diào)箱或冷風(fēng)機的冰水量， 以冰水管之壓力由變頻省電控制器（Energy Saving Controller） 控制冰水區(qū)域泵浦的轉(zhuǎn)速供應(yīng)適量的冰水量， 若空調(diào)空間冷氣負載減少時，需要較少的冰水量， 則降低冰水區(qū)域泵浦轉(zhuǎn)速以節(jié)約能源。,35,圖4-17冰水系統(tǒng)使用多臺冰水 泵浦之節(jié)約能源配置圖,36,五、空調(diào)水管之布置原則,1水平管設(shè)計 1）注意冰水回水流程 2）水平管之上升，下降最高位置設(shè)置排氣。 3）注意水平管之斜度 。 4）注意水流方向。 2排水管之設(shè)計（水量之計算） 1）由高至低保持斜度。 2）避免高低起伏。 3）慎選排水立管之位置（設(shè)于管道間或柱子中）。 4）排水排至位置。 （1）地下室樓層排至地下室閥基，如無閥基，則地下室板下設(shè)置集排水坑； （2）一樓以上樓層，排至一樓室外排水溝。 3屋頂水管之設(shè)計 1）冰水管部份 開放式膨脹水箱系統(tǒng)，膨脹水箱裝置在系統(tǒng)壓力最低處，一般在泵之吸入側(cè)，且在管系之最高點，建議距離管系最高點有2M以上之高度。 2）冷卻水管部份 冷卻水管不宜超過冷卻水塔集水盤水位高度，若超過水盤水位高度，則冷卻水管需設(shè)置電,37,磁閥或逆止閥。 3）膨脹水管部份 應(yīng)保持斜度，以利冰水管排氣。可參見標準施工圖說。 4）冷卻水塔及膨脹水箱排水管部份 應(yīng)排至屋頂漏水頭附近，以避免潮濕及污染。 5）補給水管部份 設(shè)計前應(yīng)與水電工程整體配合規(guī)劃。 4空調(diào)主機房水管布置原則 1）機器設(shè)備（主機、水泵浦）與配電盤之布置。 2）機器設(shè)備防震問題。 3）水管系統(tǒng)之防震（水管與機器設(shè)備、主機房內(nèi)水管吊支架之防震）。 4）水管配置之層數(shù)。 5）水管配置宜整齊。 6）水管配件之配置。 7）水管表閥之配置。 8）主機房之排水。 9）主機房內(nèi)配管與保養(yǎng)維護之關(guān)系。,38,5空調(diào)水管系統(tǒng)之平衡 1）逆回水管之設(shè)計 2）平衡考克(現(xiàn)多採平衡閥)之安裝 3）送水集水頭與回水集水頭之平衡管 4）自動流量平衡閥之設(shè)置 5）排氣閥之安裝 6. 水泵配管注意要項 圖4-18為一泵的連接管路，當設(shè)計泵管路時必須記住下列原則。 1）吸入管要短要直； 2）吸入管的管徑要比泵的吸入口管徑至少大一號； 3）吸入管不可產(chǎn)生空氣囊（air pockets） 4）在泵吸入口處使用偏心減徑接頭以消除在吸入管內(nèi)產(chǎn)生空氣囊 5）不要在泵吸入口處使用水平彎頭，任何在吸入管上的水平彎頭都應(yīng)在泵吸入口平面以 下，如有可能，應(yīng)在泵吸入口處有一垂直的彎頭引導(dǎo)進入一減徑管，再接到泵入口。 如果多泵被連接到同一集流管時，管路之連接如圖4-19所示，此式能讓每一泵送同量的水。即在部分負荷狀況或減少水流量或當一泵被隔離后，其他泵仍能泵送同量的水。,39,圖4-18 泵與吸入管連接 圖4-19 多泵管路,40,7. 冷卻水塔配管 由于冷卻水塔為開放式設(shè)備，故冷卻水管系為一開放式管系， 如果冷卻水塔與凝結(jié)器在同一平面，泵只有小的吸入頭， 過濾器應(yīng)在排出端以使泵的吸入端能盡量接近大氣。 常欲使入凝結(jié)器的冷卻水保持等溫，此可在冷卻水塔旁加裝一旁路管。 當凝結(jié)器與冷卻水塔同一平面或在冷卻水塔之上時,則在旁路管上加一三路分流閥.見圖4-20. 不可使用三路混合閥，因其位于泵之吸入端，能造成真空狀況而不再能維持大氣壓力。 圖4-21為當凝結(jié)器位于冷卻水塔下方時的旁路配管。 此特殊的配管方式為在旁路管上安裝二路自動控制閥。 通過旁路管的壓力降，要能使在具有最大水流通過旁路時能平衡冷卻水塔的不平衡靜壓頭。 如果多個冷卻水塔并聯(lián)，則每一冷卻水塔通到泵的吸入側(cè)的摩擦損失要相等。 圖4-22為冷卻水塔配管的典型事例。 均壓(連通)管可用為使每座冷卻水塔內(nèi)的水位等高。,41,注：1.如凝結(jié)器與冷卻水塔同一平面或在 注：1.當凝結(jié)器在了冷卻水塔下方可采用二路自動控制閥， 其上方時，使用一三路分流閥。如 如凝結(jié)器與冷卻水塔同一平面或在冷卻水塔上方見 凝結(jié)器在冷卻水塔之下見圖43的配管。 圖42的配管。 2.在三路分流閥處不得改用三路混合 2.從“A“到”B“的摩擦損失包括此管路加上二路閥 閥，因其能使泵吸入端產(chǎn)生額外的 的摩擦損失。此摩擦損失處能配合冷卻水塔的不平 水頭。 蘅水頭。 3.自動控制閥應(yīng)接近冷卻水塔以防止當閥全開時泵馬 達過載及水塔情況異常。 圖4-20 離冷卻水塔維持等溫水之管路 圖4-21 離冷卻水塔維持等溫水之管路 （凝結(jié)器與冷卻水塔同一平面） （凝結(jié)器在冷卻水塔下方）,42,圖4-22 多冷卻水塔管路,43,3.1 通用事項 3.1.1 關(guān)于冷卻塔的使用規(guī)范 離地11層以上設(shè)置冷卻塔時，主要部件要用耐火材料制造,無須做支撐防火。 3.1.2 冷卻塔、泵浦、冷凝的配置注意事項。 （1）冷卻塔與泵浦在同一水平線上的場合。,44,（a）保持泵浦吸入側(cè)的正壓。（防止氣穴現(xiàn)象） 泵浦的高度在冷卻塔水面以下。 泵浦應(yīng)設(shè)在冷卻塔附近。 估算等的壓力損失。（特別要注意混合三通閥的設(shè)置場合） （b）泵浦的吸入側(cè)負壓時，使用自己注水型（內(nèi)部注水及外部配管） （c）冷卻水配管（泵浦的出口處）高于水槽水面時，應(yīng)安裝止回閥和排氣閥。 （d）冷卻（送）水管比水槽水面高時，應(yīng)設(shè)旁通管。,45,冷凝器的耐壓靜水頭（H）+泵浦的揚程式管路阻力（冷卻水送水管）。,（2）冷卻塔在冷凝器上方的場合 檢查管路的壓力分布，不能超過冷凝器的耐壓上線。 冷卻水泵浦在冷凝器的進水側(cè)場合。,46,冷凝器的耐壓 靜水頭（H）管路阻力（冷卻水送水管）。 *保證冷卻水泵浦吸入側(cè)的正壓。 靜水頭（H） 管路阻力（泵浦的吸入側(cè)）+機器阻力,2 冷卻水泵浦在冷凝器的出水側(cè)場合。,47,（3）冷卻塔比冷凝器低的場合,48,（a）泵浦停止時，防止冷凝器內(nèi)的水流失。 在泵浦的出水側(cè)安裝止回閥。 冷凝器出水側(cè)的配管應(yīng)設(shè)于高于冷凝器的位置。 設(shè)置止回閥，止回閥的配管口徑主管下降4尺寸（最小20A）。 （b）泵浦停止時，立管件的回流水量不得超過冷卻塔的容納水量。 冷卻塔的水槽容納水量 立管（圖中H）部分的存有水量（參照下表） *泵浦停止時，主管H部分的水，因為是overflow，所以立管內(nèi)的存水量很 大，泵浦再次運轉(zhuǎn)時，造成吸空氣現(xiàn)象。,立管高度標準,*H超過上表的值時 要防止空吸現(xiàn)象,（c）防止overflow時產(chǎn)生的空吸現(xiàn)象(泵浦啟動時),下面是利用的考慮方法： 安裝電動閥或保持壓力的閥門（圖中A部分）。 擴大水槽。,49,3.1.3 冷卻水配管施工注意事項,B 部 軟接安裝場合,軟接,支架,排水閥,泵浦,冷凝器,排氣閥,橫管不能長,過濾器,50,（1）冷卻水管配管應(yīng)向冷卻塔傾斜，但是在鳥居配管場合，應(yīng)設(shè)自動或手動排 氣閥。 （2）冷卻水管最下部應(yīng)安裝排水閥（兼作泵浦或冷凝器最下部分排水用）。 （3）從冷卻塔到第一號主機（泵浦或冷凝器）的配管應(yīng)設(shè)置過濾器（施工時， 應(yīng)進行清理干凈）。 （4）在冷卻水管與冷卻塔接口處應(yīng)設(shè)支撐，安裝軟接時，在軟接附近設(shè)支撐。 （5）安裝方型冷卻塔時，冷卻水（回）水管的橫管應(yīng)縮短（圖中C）。（防止 橫向部分中的存水引起泵浦空吸） （6）冷卻塔的蒸發(fā)量，下水道料金控除場合下水道局 確認。,51,52,（7）安裝多個冷卻塔時，配管如下圖：,53,（a）管路與共用管連接處（尺寸與主管管徑相同，但流速不能超過2m/s）防止 *共通管路的熱膨脹，應(yīng)設(shè)軟接。 （b）為使各冷卻塔的水槽水位平行，應(yīng)設(shè)旁通管。 *旁通管尺寸應(yīng)比冷卻塔出口配管的管徑大。 （c）在下圖中的系統(tǒng)中，在控制多臺冷卻塔的場合，應(yīng)在冷卻水回水管上安裝 與泵浦連動的電動蝶閥。（冷卻水出水管不設(shè)電動蝶閥） * 泵浦停止時，管路被關(guān)閉，冷卻水溫度上升時，引起壓力的異常。 *為防止泵浦出口處的管路內(nèi)部壓力異常上升，應(yīng)稍微開啟電動蝶閥。,54,（d）在安裝多臺冷卻塔時，冷卻水回水橫管長的話 , 泵浦停止時，就會落水， 再次啟動時，泵浦會產(chǎn)生空吸。,55,56,57,8. 配管腐蝕 在開放系統(tǒng)內(nèi)，因會溶解空氣中之腐蝕性氣體及不純物而容易引起配管腐蝕，尤其溶解在溫水中時，水中之氧氣最容易引起腐蝕。腐蝕之原因如下： （1）因溶解在水中之氧氣引起腐蝕（參照圖-1） （2）因大氣中之腐蝕性氣體SQ3引起之溶解。 （3）于水中，異種金屬間形成電池，因電位差引起腐蝕。可用絕緣接頭插入于異金屬 配管間，阻止電流流通來防止。 （4）因埋設(shè)于地下之管與建筑物配管間之電位差引起之腐蝕。此可于管外面施予以防止。,58,六、大樓空調(diào)水管設(shè)計配合應(yīng)注意事項,1水管管道間 1）位置 2）數(shù)量 2水管穿梁原則 1）RC梁 2）鋼骨梁 3冷凝排水管路徑 4空調(diào)主機房排水 5空調(diào)水源 1）冷卻水 2）冰水 6儲冰系統(tǒng)（若采用筏基為儲冰槽） 1）位置 2）大小 3）保溫及防水由空調(diào)施工 4）與建筑之責任分界點,59,七、水泵特性及應(yīng)用分析,水泵之基本說明已在配管實務(wù)基礎(chǔ)中（基本流體力學(xué)單元）介紹過了，此處僅針對實務(wù)設(shè)計及應(yīng)用上做進一步檢討分析。 第一節(jié) 基本理論 在分別討論水泵各種特性之前，先說明流量（flow capacity）、揚程（lift）、功率(power)及效率（efficiency）等泵的基本要領(lǐng)。 （一）流量 在單位時間內(nèi)泵所輸送的液體體積稱為流量Q，通常以m3/s、L/S（SI制）或GPM表示。另單位時間內(nèi)泵所輸送的液體重量稱為重量流量G，以kgf/s或lb/s表示。一般在水泵應(yīng)用中，較少使用重量流量。,1LPM=60LPS 1GPM=3.785LPM,（二）揚程 水泵的總揚程（total lift）一般簡稱為揚程，系指單位重量之液體在水泵的出口處及入口處所具有的能量差，亦即為水泵所供給液體之能量，其值為水泵所供給之壓力能、動能及位能的總和。若以H表示泵的總揚程，Gd及Gs各為泵出水口及入水口處測量點的壓力，為液體的比重量，Zd及Zs分別為出水口及入水口兩量測點高度，其差為Z=Zd-Zs,Vd及Vs各為出水口及入水口處量測點的平均速度。吸入側(cè)之揚程為Hs ,吸入側(cè)之損失水頭為hs , 吐出側(cè)之揚程為Hd,吐出側(cè)之損失水頭為hd ,吐出之速度水頭為vd2/2g,60,則總揚程H可表示為：,或重新移項化成,61,(三)功率及效率 若水泵的流量Q，液體的比重量,總揚程H均已知，則實際上水泵加于液體之動力稱為水功率Lw(water horsepower)為：,62,63,注：軸功率（馬力）（bhp）是原動機或馬達傳給聯(lián)軸器的力量。 水功率（馬力）（whp）是水泵對水發(fā)出之有用功。,例題6.1.1,一離心水泵出口表壓力為7kgf/cm2,入口表壓力為0.35kgf/cm2，感測位置在同一高度上，排水管內(nèi)徑為5.1cm，吸水管內(nèi)徑為7.6cm，輸送比重為983.2kgf/m3，60的水，每分鐘輸送0.378m3，設(shè)水泵效率為78%，假設(shè)管路損失可忽略不計，試求所需功率為多少kw？ 解：水泵之總揚程為：,64,由題意知： Pd=7kgf/cm2=70000 kgf/m2 ps=0.35 kgf/cm2=3500 kgf/m2 V=983.2 kgf/m3 Zd=Zs,而速度：,代入上式得：,65,第二節(jié) 離心泵定律 離心泵（centrifugal pump）系指離心力之切線力，將流體壓力升高或移動的流體機械。考慮離心泵之定律時，總分下列兩種狀況來探討： 一為兩個幾何相似泵，另一為同一泵之輪徑尺寸變化或轉(zhuǎn)速變化。 （一）兩個幾何相似泵 考慮兩個幾何相似泵，其葉輪外徑分別為D1及D2，葉輪出口寬度分別為b1及b2，如圖2-22所示，因為幾何相似，兩個泵之各部分尺寸形成一定之比例，因此,圖2-22 葉輪剖面圖 圖2-23 葉輪速度圖,66,67,動能轉(zhuǎn)換位能方程式,68,即得軸動力相似定律,例題6.2.1,某泵的轉(zhuǎn)速為1450pm時，其流量為4m3/min,總揚程為25m,軸動力為20kw，試求轉(zhuǎn)速在750pm時，該泵之流量、總揚程及軸動力各為若干？ 解： 由泵相似定律得知： 當對同一泵時且同一流體下，則D1=D2，V1=V2，故得：,流量,總揚程,69,軸動力,（二）同一泵之輪徑尺寸變化或轉(zhuǎn)速變化，由于同一泵，其葉輪外徑若變化時，其葉輪出口 寬度仍然維持不變， 因此：（其推導(dǎo)方式同相似定律） 轉(zhuǎn)速改變：,輪徑改變：,流體比重量改變：,，,，,70,在水泵的運轉(zhuǎn)中，由于吸水高度過大或轉(zhuǎn)速過高，而使水泵的最低壓力小于當時溫度的飽和蒸汽壓時，該處的水即發(fā)生蒸發(fā)而產(chǎn)生氣泡; 當氣泡隨流體流入壓力較高處時，因外界壓力升高，氣泡迅速破裂而產(chǎn)生噪音及振動現(xiàn)象，此稱之為漩渦真空（cavitation）或孔蝕現(xiàn)象，通常氣泡發(fā)生于水泵葉輪的入口低壓處（如圖2-19），沿葉片移動至葉片末端高壓處而破裂，氣泡破裂時，會產(chǎn)生很大的壓力，撞擊葉片而造成孔蝕現(xiàn)象（如圖2-20），大規(guī)模的孔蝕會使水泵的揚程，動力及效率都急劇下降，嚴重時，泵的功能全失。,圖2-19 離心泵葉輪上的漩渦 圖2-20 在意離心泵中，漩渦處發(fā)生孔蝕點,第三節(jié) 離心泵的孔蝕現(xiàn)象,71,（一）凈正吸入水頭NPSH 如圖2-21所示系統(tǒng) Ha=Pa/：大氣壓力水頭 Hv=Pv/ ：飽和蒸汽水頭 Hsa ：實際吸入揚程（若吸水面在水泵中心軸上方為正，下方則為負） hls ：吸管內(nèi)的總損失揚程,則在水泵入口處壓力為Ha+Has-hls,此壓力大于當時蒸汽壓之量稱為正吸入水頭，簡稱NPSH。NPSH = Ha + Hsahls- Hv 0 可用凈正吸入水頭亦即： NPSHa = Ha + Hsa hls - Hv - RNPSHPUMP 0,泵之RNPSH值表維持液體能流入泵內(nèi)及克服泵內(nèi)部壓力損失所需之吸入壓力值。,72,（二）需要凈正吸入水頭RNPSH 造成水泵入口處壓力降低的原因，包括液體流入葉輪入口的沖擊損失 和壁面的摩擦損失，以及部分壓力水頭轉(zhuǎn)換成速度水頭，此等壓力降的總和 ， 稱為需要凈正吸入水頭（required net positive suction head）,簡稱RNPSH， 此值通常正比于流量或流速之平方。 若欲使水泵內(nèi)不發(fā)生孔蝕現(xiàn)象，需使進入水泵內(nèi)的水，經(jīng)過上述壓力降后， 仍具有正值的壓力水頭，亦即： NPSHRNPSH0 (RNPSH值可由廠商型錄查知性能曲線） 也就是說，凈正吸入水頭要大于需要凈正吸入水頭， 而這兩項的差值即：NPSHRNPSH，稱為可用凈正吸入水頭 (available net positive sution head),簡稱ANPSH或余裕水頭。 其意義為在不發(fā)生孔蝕的情況，吸入壓力尚可降低之量。,73,例題6.3.2,使用一單吸式離心泵輸送120之淡水，流量為1.25m3/min，水泵轉(zhuǎn)速為1940rpm，若吸水管路線損失揚程為1.2m,若要避免發(fā)生孔蝕，最小實際吸入揚程應(yīng)為多少？ （令RNPSH=78.810-6rpm4/3Q2/3） 解： 120之水，其比重=943kgf/m3 , 蒸汽壓PO=2.02kgf/cm2 abs 因此飽和蒸汽水頭Hv為： Hv = Pv / r =（2.02*104）/ 943 = 21.4m,由題意已知： hls =1.2m N=2940rpm Q=1.25m3/min RNPSH = 8.810-629404/31.252/3 =3.85m NPSH = Ha + Hsamin hls Hv = RNPSH Hsamin3.85+1.2+21.4(10330/943)=15.5m,74,(三)離心泵的水鎚現(xiàn)象 水泵在運轉(zhuǎn)中，突然停電而致動力中斷或排水閥突然斷閉開放時， 由于水的流體速度變化產(chǎn)生壓力急劇變化，而形成一連串壓力波在管路中振蕩， 造成對水泵及管路損壞的現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為水鎚現(xiàn)象（Water harmmer）, 防止水鎚現(xiàn)象產(chǎn)生的方法，有以下幾種： 1：于水泵轉(zhuǎn)軸上裝置飛輪，增加轉(zhuǎn)動慣性矩，減緩動力停止時速度的下降。 2：于管路中加裝緩沖儲水池，緩和管路內(nèi)的壓力變動。 3：裝設(shè)空氣室，利用空氣之可壓縮性，緩和管路內(nèi)壓力之上升及下降。 4：控制閥門關(guān)閉之速度，第一段閥門急速關(guān)閉，使逆流量及逆轉(zhuǎn)減少 ，第二段緩閉，以減輕閥在阻擋逆流時壓力之上升。,75,76,77,第四節(jié) 系統(tǒng)曲線與性能曲線 在一設(shè)計或現(xiàn)有的泵送管系中，各種狀況下的點繪曲線甚有助于該系統(tǒng)的特性分析。系統(tǒng)曲線（system curve）為一泵送系統(tǒng)中，摩擦頭損失與液體流率及液體特性之函數(shù)曲線。在一指定系統(tǒng)中，摩擦頭損失大的隨系統(tǒng)中流體流量的平方而變。如圖2-2所示。,HQ2V2,圖2-2典型的撓流系統(tǒng)摩擦曲線,78,圖2-3系統(tǒng)水頭曲線疊加于泵水頭容量曲線,79,圖2-3之曲線與聯(lián)合系統(tǒng)曲線，既點繪系統(tǒng)中靜壓頭及任何壓力差之曲線，重疊于水泵性能曲線（HQ曲線）于系統(tǒng)水頭曲線之上，得一點。在此點一特定泵將在該點下工作。是故，在圖2-3中，點A表示泵之水頭容量工作狀態(tài)。如果該系統(tǒng)中，將閥部分關(guān)閉，或以其他方式使系統(tǒng)水頭之曲線斜度變更，亦即改變系統(tǒng)中之阻力時，即得如虛線之人系統(tǒng)水頭曲線，水泵之新工作點即會轉(zhuǎn)到容量較小而水頭較高之處，但仍在水泵之性能特性曲線之上。 （一）系統(tǒng)曲線（system curve） 在升力系統(tǒng)曲線（No lifit system curve ）當泵送管系之中無升力存在（圖2-4），系統(tǒng) 水頭曲線自零流量及零水頭開始。如本管系中要有900gpm之流率，其摩擦可計算如下：,圖2-4無升力，全為摩擦頭,80,入口損失，自水槽進入10” 吸入管=0.5 V2/2g0.1ft 2ft長10”吸入管之摩擦損失0.02ft 入泵處10”，90度彎頭的摩擦損失（相當于10”徑25ft長直管的摩擦）0.2ft 3000ft長8”排出管之摩擦損失74.5ft 8”閘門閥全開時之摩擦損失（相當于8”徑8ft長直管的摩擦）.0.12ft 出口損失，自8”排出管進入水槽=V2/2g0.52ft 總摩擦損失75.46ft, 絕大部分為靜壓頭系統(tǒng)曲線如圖2-5所示，其管系只有15ft的靜壓頭，當流量為零時其 靜壓頭為15ft。由于排出管只有20ft，無吸入管，因此可假定摩擦損失小于總靜壓頭。 曲型系統(tǒng)曲線由于泵送系統(tǒng)各不相同，圖2-6為一常見的管系配置圖，其靜壓頭及摩擦二者均占相當分量。其系統(tǒng)曲線類似圖2-4再加上靜壓頭。,81,圖2-5大部分為靜壓頭，甚小摩擦頭,圖2-6相當大的摩擦損失及升力,82, 二排出水頭系統(tǒng)曲線圖2-7表示系統(tǒng)曲線僅由獨立之排出二管路且排出水頭不同時點繪 而成。其組合系統(tǒng)曲線則由二排出管在同一水頭下之流率而成。,圖2-7二不同排出水頭之系統(tǒng),83,泵之磨蝕與系統(tǒng)曲線當水泵被磨蝕后，在容量及效率上必會有所損失。在一特定磨蝕量下之損失量，泰半決定于系統(tǒng)曲線之形狀，如圖2-8所示離心泵，當有一定量磨蝕后，具有平的系統(tǒng)曲線之容量損失，較大于具有斜的系統(tǒng)曲線者。,圖2-8泵磨蝕對容量之效率,84,（二）性能曲線（performacce curve） 水泵在一定的轉(zhuǎn)速N及細入揚程Hs下，流量Q與總揚程H、動力L、效率間有一定關(guān)系，通常以流量為橫坐標，其余各項為縱坐標，用曲線表示其間之變化關(guān)系，此種曲線采用泵之特性曲線（characteristic curve），若僅表示流量與總揚程之間關(guān)系則稱之為性能曲線。,圖2-9離心泵之性能曲線,85,并聯(lián)與串聯(lián)工作不論由何種型式或何種等級之水泵所構(gòu)成之泵送管系均可能有發(fā)生問題之時候。通常如管系有要求范圍甚大時，可用二或更多的水泵予以串聯(lián)或并聯(lián)使用，以達成較高的要求。,圖2-10并聯(lián)與串聯(lián)工作,86,將水泵并聯(lián)使用時，性能曲線可用相同水頭時的容量相加而點繪出。將水泵串聯(lián)時，其性能曲線可用相同容量的水頭相加而點繪出。（如圖2-10） 并聯(lián)系統(tǒng)當二或更多的水泵并聯(lián)使用時，如圖2-11之配置。,圖2-11二離心泵并聯(lián)使用之間管路圖,87,當二臺具有穩(wěn)定之上升性能曲線之相似水泵并聯(lián)使用時，系統(tǒng)負荷將平均分配于二者。圖2-12所示為一任意相似水泵之性能曲線。如欲繪出二泵并聯(lián)之組合性能曲線，只須在各相同水頭下將二水泵容量之和點繪在右方即得。例如，單一泵點A為244ft水頭時，容量1000gpm，若二泵并聯(lián)仍工作于244ft水頭，則容量水平向右2000gpm處得點B。再如C點為單一2000gpm時，若二泵并聯(lián)得4000gpm，可得出D點，依次類推，可得K、F點，將其連線則得并聯(lián)相似泵之組合性能曲線。,圖2-12兩相似泵之HQ及軸馬力曲線,88,當二臺之分別特性曲線不相同時，其組合性能曲線如圖2-13所示。,圖2-13個別的及組合的特性曲線,89,當三臺之分別特性曲線不相同時，其組合性能曲線如圖2-14所示。,圖2-14改進的三泵HQ曲線，在運用上以三泵組合作為單一泵及二或三泵時之特性曲線,90,下垂性能曲線泵并聯(lián)使用之問題：,圖2-15二相同離心泵具有下垂之HQ曲線者，在一節(jié)流系統(tǒng)中并聯(lián)使用時，可能有困難。 注：一臺泵起動后其操作點為C,若再須加入一臺泵時將無法開啟,固其建立點A之揚程小于操作點C,91,假定系統(tǒng)需求為1750gpm于226ft 水頭處，如點C。 再設(shè)當2號泵啟動時1號泵正在單獨運轉(zhuǎn)， 1號泵之226ft水頭，將施壓于2號泵的止逆閥上，使閥關(guān)閉。 因226ft水頭大于2號泵的223ft關(guān)閉水頭（shut off head），如點A。 因此當2號泵轉(zhuǎn)速漸增至關(guān)斷水頭時，也只有223ft， 并不能打開對方施壓的226ft，因之泵不能泵送水量至系統(tǒng)中。 有另種方法可以克服此種困難。 考慮在圖2-11之兩泵，1號正泵送1750gpm處，靠節(jié)流此泵之排出閥， 系統(tǒng)管路中B點以及予以2號泵止逆閥之壓力能減低到2號泵關(guān)斷水頭以下。 2號泵一開動，它能沖開止逆閥并承擔了部分負荷。 此法以及其他各法能使第二泵加入系統(tǒng)工作， 通常需要作謹慎計時及開關(guān)閥的手續(xù)。,92,流量分擔 - 二泵具有下垂HQ曲線（圖2-15），可能不會平均承擔流量， 雖然它們在水利學(xué)上效應(yīng)相同，并有同樣的速度亦復(fù)如此。 例如，要泵送2250gpm，如F點。但也可使一泵工作于C點，1750gpm， 其他一泵工作于500gpm，如G點。此二種情況之水頭均相同。 因之，我們不能確定二泵能有穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 兩泵均具有下垂之HQ曲線（圖2-15）， 而容量又低于使系統(tǒng)水頭超過了泵的關(guān)斷水頭時，不宜并聯(lián)使用。 在圖2-15中，一泵之2100gpm，223ft水頭處，如H， 或二泵之4200gpm，于同一水頭，J點。 當二泵工作于此點或更高的容量的時，它們在HQ曲線中的穩(wěn)定部分， 并能作相等的流量分擔。同時，一泵不能分擔全部負荷而關(guān)斷另一泵。 工作上的要求：當二泵在一節(jié)流中并聯(lián)工作，它們應(yīng)： （1）應(yīng)有穩(wěn)定升高HQ曲線直到關(guān)斷點， （2）在它們在可能的工作水頭范圍下具有相同的效率減低百分數(shù)， 或至少在此整個范圍中能 泵送一些液體。 通常二或多個泵具有穩(wěn)定的HQ曲線以及相等的關(guān)斷水頭者， 在它們較低的容量下，能分擔大約相同的符合。,93,串聯(lián)系統(tǒng)兩水泵串聯(lián)運轉(zhuǎn)時，其串聯(lián)后之揚程為同一流量下兩泵單獨運轉(zhuǎn)揚程之和，如圖2-16（a）所示為兩臺之特性相同的水泵串聯(lián)，曲線I為單獨水泵之性能曲線，曲線II為串聯(lián)后之組合性能曲線。II定在同一流量下的I之揚程加后而得，若系統(tǒng)曲線為R時，得到運轉(zhuǎn)點為A，每臺水泵之揚程均為HI，串聯(lián)后之揚程HII為HI之兩倍，即,HII=HI+HI=2HI,圖2-16 串聯(lián)運轉(zhuǎn),94,圖2-16（b）所示為特性不同的兩泵串聯(lián)，曲線Ia、Ib為各水泵單獨運轉(zhuǎn)之性能曲線，串聯(lián)后之性能曲線II為同一流量下Ia、Ib兩水泵揚程相加而得。當系統(tǒng)曲線為R時，運轉(zhuǎn)點為A，兩水泵之運轉(zhuǎn)點分別為B及C，揚程為HIa、HIb，則串聯(lián)后之揚程HII為,HII=HIa+HIb,若系統(tǒng)曲線變平時，運轉(zhuǎn)點可能落在II（Ib）范圍，此時僅有泵Ib動作。,例題2.3 一水泵以每分鐘1170rpn運轉(zhuǎn)一管路系統(tǒng)中，其揚程特性曲線為H=4900.26Q2，而系統(tǒng)之阻力曲線HR=100+1.5 Q2，式中Q單位為kgal/min，試求出下列各運轉(zhuǎn)情形之流量： a）一個水泵單獨運轉(zhuǎn)， b）兩個水泵并聯(lián)運轉(zhuǎn)， c）兩個水泵串聯(lián)運轉(zhuǎn)。 解：已知 H=490-0.26Q2水泵性能曲線 HR=100+1.5Q2管系性能曲線,95,a）一個水泵單獨運轉(zhuǎn)時，運轉(zhuǎn)點為H及HF二線之相交之點，即 H = HF 或 490-0.26Q2=100+1.5 Q2 得出 Q = 14.9kgal/min b）兩個水泵并聯(lián)時，若全部流量為Q，則每臺單獨之流量為Q/2，因此 490 - 0.26（Q/2）2 = 100 + 1.5 Q2 得出 Q = 15.8kgal/min c）兩個水泵串聯(lián)運轉(zhuǎn)時，其揚程為各臺泵單獨運轉(zhuǎn)時揚程之和，因此 2H = HR 即 2（490 - 0.26 Q2）= 100 + 1.5 Q2 得出 Q = 20.9kgal/min,96,第五節(jié)