管道系統(tǒng)設計.doc

上海群壇機電設備有限公司空調(diào)管道系統(tǒng)設計2013.11.27一、空調(diào)管路系統(tǒng)的設計原則 空調(diào)管路系統(tǒng)設計主要原則如下： 1 空調(diào)管路系統(tǒng)應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)來確保渡過每臺空調(diào) 機組或風機盤管空調(diào)器的循環(huán)水量達到設計流量，以確保機組的正常運行；又如，在蒸汽型吸收 式冷水機組中通過蒸汽系統(tǒng)來確保吸收式冷水機組所需要的熱能。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，設計中應注意各支管間的壓力平衡。3 確定系統(tǒng)的管徑時，應保證能輸送設計流量，并使阻力損失和水流噪聲小，以獲得經(jīng)濟合理的效 果。眾所周知，管徑大則投資多，但流動阻力小，循環(huán)水泵的耗電量就小，使運行費用降低，因 此，應當確定一種能使投資和運行費用之和為最低的管徑。同時，設計中要杜絕大流量小溫差問 題，這是管路系統(tǒng)設計的經(jīng)濟原則。4 在設計中，應進行嚴格的水力計算，以確保各個環(huán)路之間符合水力平衡要求，使空調(diào)水系統(tǒng)在實 際運行中有良好的水力工況和熱力工況。 5 空調(diào)管路系統(tǒng)應滿足中央空調(diào)部分負荷運行時的調(diào)節(jié)要求； 6 空調(diào)管路系統(tǒng)設計中要盡可能多地采用節(jié)能技術措施； 7 管路系統(tǒng)選用的管材、配件要符合有關的規(guī)范要求； 8 管路系統(tǒng)設計中要注意便于維修管理，操作、調(diào)節(jié)方便。 9應注意問題 （1）放氣排污。在水系統(tǒng)的頂點要設排氣閥或排氣管，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；在所有的低點應設泄水管。 （2）熱脹、冷縮。對于長度超過40m的直管段，必須裝伸縮器。在重要設備與重要的控制閥前應裝水過濾器。 （3）對于并聯(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。實在從計算上、設計上都平衡不了的，適當采用平衡閥。 （5）要注意計算管道推力。選好固定點，做好固定支架。特別是大管道水溫高時更得注意。 （6）所有的控制閥門均應裝在風機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)冷水機組中蒸發(fā)器的冷凍水流量恒定，在多臺冷水機組的供回水總管上 設一條旁通管。旁通管上安有壓差控制的旁通調(diào)節(jié)閥。旁通管的最大設計流量按一臺冷水機組的冷凍水水 量確定，旁通管管徑直接按冷凍水管最大允許流速選擇，不應未經(jīng)計算就選擇與旁通閥相同規(guī)格的管徑。 當空調(diào)水系統(tǒng)采用國產(chǎn) ZAPB、ZAPC型電動調(diào)節(jié)閥作為旁通閥，末端設備管段的阻力為 0.2MPa時，對應 不同冷量冷水機組旁通閥的通徑，可按下表選用：冷凍水壓差旁通系統(tǒng)的選擇計算 在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)設計中，為方便控制，節(jié)約能量，常使用變流量控制。因為冷水機組為運行穩(wěn)定， 防止結凍，一般要求冷凍水流量不變，為了協(xié)調(diào)這一對矛盾，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，冷水機組側流量不變。在這種系統(tǒng)設計中，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，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 末端負荷減小時，電動二通閥5關小，供水量減小，而旁通水量增 加。當旁通水量持繼增加，直到系統(tǒng)負荷減小到設計負荷的一半， 則冷水機組1關閉一臺，冷凍水泵2同樣關閉一臺，供回水壓差減 小，旁通閥3再度關上。因此旁通閥的最大旁通水量就是系統(tǒng)負荷 減小到一臺冷水機組停機時所需的旁通水量。 表面上看，最大旁通水量就是一臺冷水機組的額定流量，其實 不然，因為冷凍水量并不一定會與負荷同比例匹配，而應考慮末端 設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），當負荷減小時，所需流量減小速率更快， 當負荷為 50%時，水流量僅需 13%左右，即旁通水量需 87%。 2、 風機盤管一般均采用二位控制，二通閥全開或全閉，即水流量在設計工況下?lián)Q熱。當負荷減小時，水流量同比率減小。甚而小負荷時，風機盤管可能轉(zhuǎn)至小檔運行，風量減小，水溫差減小，水流量 增大，而旁通水量減小。 在一般系統(tǒng)中，這兩種情況均會出現(xiàn)，此時就需綜合考慮空調(diào)器與風機盤管水量的比例，部分負荷時間，來選擇旁通閥旁通水量。在一些典型的場合如商場，旁通水量甚至會超過一臺冷水機組（共三臺機組 時）額定水量的兩倍。 旁通閥口徑的選擇計算，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。 P阻力損失。Bar 例：一臺制冷量 500RT的冷水機組，額定冷凍水量 302m3/h，接管 口徑 250mm。旁通水量取350m3/h，供回水計算壓差為 2bar（約 2x105Pa）。 DN125旁通閥流通能力 250，計算如下： 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組接 管口徑小二個規(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，有三位控制（ Johnson， Erie），輸出進、停、退信號。比例控制的精度較高，價格也高，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。若定貨時未指明， 廠商一般均會按較高壓差配套。 總之，在壓差旁通系統(tǒng)的選型中，要認真考慮各種因素，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組口徑選擇旁通閥徑，往往會造成浪費。 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、冷凍水泵揚程估算方法 所謂水泵的選取計算其實就是估算（很多計算公式本身就是估算的），估算分的細致些考慮的內(nèi)容全面些就是精確的計算。特別補充：當設計流量在設備的額定流量附近時，上面所提到的阻力可以套用，更多的是往往都大過設備的額定流量很多。同樣，水管的水流速建議計算后，查表取阻力值。 關于水泵揚程過大問題。設計選取的水泵揚程過大，將使得富裕的揚程換取流量的增加，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負荷加大，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的。 另外“水泵出口壓力只有0.22兆帕”能說明什么呢？水泵進出口壓差才是問題的關鍵。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，水泵的流量應為冷水機組額定流量的1.11.2倍（單臺取1.1，兩臺并聯(lián)取1.2。按估算可大致取每100米管長的沿程損失為5mH2O，水泵揚程（mH2O）： Hmax=P1+P2+0.05L (1+K) P1為冷水機組蒸發(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)路中局部阻力當量長度總和和與直管總長的比值，當最不利環(huán)路較長時K值取0.2 0.3，最不利環(huán)路較短時K值取0.40.6 2、冷凍水泵揚程實用估算方法 這里所談的是閉式空調(diào)冷水系統(tǒng)的阻力組成，因為這種系統(tǒng)是最常用的系統(tǒng)。 1.冷水機組阻力：由機組制造廠提供，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經(jīng)濟比較。若取值大則管徑小，初投資省，但水泵運行能耗大；若取值小則反之。目前設計中冷水管路的比摩組宜控制在150200Pa/m范圍內(nèi)，管徑較大時，取值可小些。 3.空調(diào)未端裝置阻力：末端裝置的類型有風機盤管機組，組合式空調(diào)器等。它們的阻力是根據(jù)設計提出的空氣進、出空調(diào)盤管的參數(shù)、冷量、水溫差等由制造廠經(jīng)過盤管配置計算后提供的，許多額定工況值在產(chǎn)品樣本上能查到。此項阻力一般在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置電動二通調(diào)節(jié)閥是實現(xiàn)室溫控制的一種手段。二通閥的規(guī)格由閥門全開時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。閥門全開時的壓力降占該支路總壓力降的百分數(shù)被稱為閥權度。水系統(tǒng)設計時要求閥權度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)水泵所需的揚程： 1. 冷水機組阻力：取80 kPa（8m水柱）； 設備阻力損失2.管路阻力：取冷凍機房內(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)器的阻力一般比風機盤管阻力大，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.水泵揚程：取10%的安全系數(shù)，則揚程H=30.5m*1.1=33.55m。 根據(jù)以上估算結果，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，尤其應防止因未經(jīng)過計算，過于保守，而將系統(tǒng)壓力損失估計過大，水泵揚程選得過大，導致能量浪費。3、水泵揚程設計 （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；遠距離輸送管道（集中供冷）在0.20.6之間。設備阻力損失見表10-5。 六、冷卻水系統(tǒng)的設計 目前最常用的冷卻水系統(tǒng)設計方式是冷卻塔設在建筑物的屋頂上，空調(diào)冷凍站設在建筑物的底層或地 下室。水從冷卻塔的集水槽出來后，直接進入冷水機組而不設水箱。當空調(diào)冷卻水系統(tǒng)僅在夏季使用時， 該系統(tǒng)是合理的，它運行管理方便，可以減小循環(huán)水泵的揚程，節(jié)省運行費用。為了使系統(tǒng)安全可靠的運 行，實際設計時應注意以下幾點： 1 冷卻塔上的自動補水管應稍大一點，有的按補水能力大于2倍的正常補水量設計； 2 在冷卻水循環(huán)泵的吸入口段再設一個補水管，這樣可縮短補水時間，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要求適當加大冷卻塔的集水槽的貯水能力； 4 應設置循環(huán)泵的旁通止逆閥，以避免停泵時出現(xiàn)從冷卻塔內(nèi)大量溢水問題，并在突然停電時，防 止系統(tǒng)發(fā)生水擊現(xiàn)象； 5 設計時要注意各冷卻塔之間管道阻力平衡問題；按管時，注意各塔至總干管上的水力平衡；供水 支管上應加電動閥，以便在停某臺冷卻塔時用來關閉； 6 并聯(lián)冷卻塔集水槽之間設置平衡管。管徑一般取與進水干管相同的管徑，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，還有冷卻塔在補水的現(xiàn)象。 1、冷卻水系統(tǒng)的補水量 現(xiàn)在的資料給出的冷卻水系統(tǒng)的補水量數(shù)據(jù)判別較大，見下表：經(jīng)對表中資料的分析，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，實際上還應考慮排污量和由于空氣夾水滴的飄溢損失；同時，還應綜合考慮各種因素（如冷卻塔的結構、冷 卻水水泵的揚程、空調(diào)系統(tǒng)的大部分時間里是在部分負荷下運行等）的影響。我們建議：電動制冷時，冷卻塔的補水量取為冷卻水流量的1%2%；溴化鋰吸收式冷水機組的補水量取為冷卻水流量的2%2.5%。 2、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設計中應注意的幾個問題： 1電動冷水機組的冷凝器進、出水溫差一般為5 _C，雙效溴化鋰吸收式冷水機組冷卻水進、出口溫 差一般為66.5 _C，因此，在選用冷卻塔時，電動冷水機組宜選普通型冷卻塔（t=5 _C）；而雙效溴化 鋰吸收式冷水機組宜選中溫型冷卻塔（t=8 _C）； 2選用冷卻塔時應遵循工業(yè)企業(yè)噪音控制設計規(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、冷凝水管道設計 通常，可以根據(jù)機組的冷負荷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。 風機盤管機組、整體式空調(diào)器、組合式空調(diào)機組等運行過程中產(chǎn)生的冷凝水，必須及時予以排走。排放冷凝水管道的設計，應注意以下事項： 沿水流方向，水平管道應保持不小于千分之一的坡度；且不允許有積水部位。 當冷凝水盤位于機組負壓區(qū)段時，凝水盤的出水口處必須設置水封，水封的高度應比凝水盤處的負壓（相當于水柱溫度）大50左右。水封的出口，應與大氣相通。了防止冷凝水管道表面產(chǎn)生結露，必須進行防結露驗算。 注：（1）采用聚氯乙烯塑料管時，一般可以不必進行防結露的保溫和隔汽處理。（2）采用鍍鋅鋼管時，一般應進行結露驗算，通常應設置保溫層。冷凝水立管的頂部，應設計通向大氣的透氣管。設計和布置冷凝水管路時，必須認真考慮定期沖洗的可能性，并應設計安排必要的設冷凝水管的公稱直徑DN（mm），應根據(jù)通過冷凝水的流量計算確定。 一般情況下，每1kW冷負荷每1h約產(chǎn)生0.4kg左右冷凝水；在潛熱負荷較高的場合，每1kW冷負荷每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計算；分水器、集水器按斷面流速0.1m/s計算。 （2）按經(jīng)驗估算確定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；水泵定壓補水一體式從箱內(nèi)壓力變化考慮：膨脹水箱又