空調水管設計要領-HORU

1、 1研討主題研討主題：空調水管設計要領：空調水管設計要領工務暨設計人才培訓課程工務暨設計人才培訓課程 2相關專題研討訓練流程介紹一般空調系統(tǒng)設計實務配管實務設計基礎流體力學空調水管系統(tǒng)空調水管系統(tǒng)設計要領設計要領三通與二通系統(tǒng)特性分析冰水&冷卻水系統(tǒng)規(guī)劃設計常用閥件介紹與應用說明PCW系統(tǒng)簡介與應用水路系統(tǒng)基本概念分析工程實務技術研討配管強度支撐防震 3大樓空調水管之設計要領大樓空調水管之設計要領一、大樓空調水管系統(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.依配管數分類二、冷熱水分布控制：三、空調水管系統(tǒng)之種類、功能與基本應用 1種類 2水管系統(tǒng)之功

2、用 3.空調水管基本應用-按機器及系統(tǒng)區(qū)分四、大樓空調水管系統(tǒng)之基本設計方法 1水管管徑之決定 2冰水管系統(tǒng)設計五、空調水管之布置原則 1水平管設計 2排水管之設計（水量之計算） 4 3屋頂水管之設計 4空調主機房水管布置原則 5空調水管系統(tǒng)之平衡 6. 水泵配管注意要項 7. 冷卻水塔配管六、大樓空調水管設計配合應注意事項七、水泵特性及應用分析 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)特性及應用分析九、工程實務範例參考附錄 : 日系配管設備設計基準參考 51.依通水方式分類依通水方式分類

3、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、大樓空調水管系統(tǒng)之基本分類一、大樓空調水管系統(tǒng)之基本分類 62.2.依循環(huán)方式分類依循環(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) 73.依回水方式之分類依回水方式之分類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.依配管數分類依配管數分類1）單管式(此方式甚少用于一般空調系統(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

4、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 82) 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 103）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2

5、00800RT 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）及膨脹水箱構成之一次管路與二次側系統(tǒng)組合而成，由于二次側各區(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。 135）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，流量可經由三通閥旁通方式，使流經盤管 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）

6、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，但其控制結果相同。（4）三通閥通常具線性特性。（5）為固定流量流經閥及盤管。（6）定流量使泵消耗較多能源。 圖4-11：三通閥盤管旁通控制 152、二通閥流量調節(jié)方式：流量調節(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節(jié)閥，使流量調節(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（Ove

7、r 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4-12：二通閥流量調節(jié)方式 163、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 174、變速泵控制：如圖4-14，變速泵使流量及壓力調整至新負載時，使泵之消耗功率降低。由泵親和定律可知： 21212rpmrpmPP壓力變化與轉速平方成正比。圖4-14中，用壓差控制器（Differental

8、 pressure controllerDPC）送水及回水主管間之壓差恒定，當壓差變化時，以轉速調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： 31212rpmrpmKWKW 故功率變化與轉速三次方成正比，些微之轉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、空調水管系統(tǒng)之種類、功能與基本應用 1種類種類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

9、 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（即空氣調節(jié)或小送風機）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，再送到熱交換器內完成熱交換造成冷風，再

10、利用風管或直接吹入空調空間，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，復將冷凝器產生之熱水送到冷卻水塔散熱。 203)熱水管路:功用如1)項所述.4)蒸氣管路:輸送蒸氣在各空調未端設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(因水溫不同導致水之體積不同)排放管路內 積存空氣.7)補給水管路:補充進入冰水及冷卻水系統(tǒng)內.8)特殊制程管路:輸送各種制程需求藥液(如H2SO4,H2O2)至各

11、需求設備.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.空調水管基本應用空調水管基本應用-按機器及系統(tǒng)區(qū)分按機器及系統(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圖圖4-11中央空調系統(tǒng)之水循環(huán)及熱轉移圖中央空調系統(tǒng)之水循環(huán)及熱轉移圖 22冷房負荷冷房負荷冰水主機冰水主機蒸發(fā)器蒸發(fā)器暖房負荷暖房負荷熱回收熱回收冷凝器冷凝器水冷式水冷式冷凝器冷凝器冷卻水塔冷卻水塔三通控制閥三通控制閥冰水泵浦冰水泵浦冷卻水泵浦冷卻水泵浦熱回收溫水泵浦熱回收溫水泵浦輔助熱源輔助

12、熱源ABC9 C熱回收熱回收冰水主機冰水主機 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密閉空間空調設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)路徑空調送風循環(huán)路徑外氣混合冷卻水塔冷卻泵浦空調水側系統(tǒng)空調空氣側系統(tǒng)散熱散熱至大氣至大氣冷凍空調組成組件及設備名詞解釋冷凍空調組成組件及設備名詞解釋 243737 C C 溫水（冰機熱回收）系統(tǒng)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箱HPM外氣空調箱Office外氣空調箱潔淨更衣室外氣空調箱Office可變送風箱靠窗暖氣37C溫水系統(tǒng)HVAC系統(tǒng)潔淨室系統(tǒng)暖房負載

13、253737 C C溫水與溫水與9090 C C熱水系統(tǒng)關係熱水系統(tǒng)關係電熱水鍋爐電熱水鍋爐熱回收熱回收37 C溫水系統(tǒng)溫水系統(tǒng)90 C熱水系統(tǒng)熱水系統(tǒng)熱交換器 26四、大樓空調水管系統(tǒng)之基本設計方法 1水管管徑之決定水管管徑之決定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， 運轉費用增加，且易生噪音及增加管內壁之侵蝕能力。流速太高是有害的。 表一-建筑水的速度（CARRIER） 表二-最低浸蝕所允許最高流速（CARRIER） 場 所 速度范圍(fps) 正常普通的使用(小時) 水速(fps) 水泵出水

14、端 812 1500 12 水泵吸水端 47 2000 11.5 排 水 管 47 3000 11 匯 流 管 415 4000 10 上 行 管 310 6000 9 普通場所應用 510 8000 8 自來水 37 273）良好的設計需在設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，管內流速在2M/S以下， 同時參考配管侵蝕防止(以年間運轉時間作比較)之最高流速限制。4）配管設備之設計程序：（1）配管系統(tǒng)方式之決定。（系統(tǒng)架構流程、功能性與節(jié)能考量）；（2）設備位置、管道路由與建筑結構整體計劃（安全性、可靠性確保、噪音、震

15、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）閥類選定及相關機器設備確認； （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）可參見所附日系設計資料。 28 附附表表 A 開開放放式式水水系系統(tǒng)統(tǒng)(Open System)-流流量量&單單位位長長度度阻阻力力損損失失&am

16、p;流流速速快快速速對對照照表表 鋼管管徑 建議最大流量 中國常用標準 日本常用標準 mm inch 流量(Lpm) 流速 M/S 流量(Lpm) kPa/100m 流速 M/Sec 流量(Lpm) mm-Aq / M 流速 M/Sec 15 0.5 - - - - - - - - - 20 0.75 15 0.9 10 15 10 40 0.9 1.2 10 15 20 60 1.5 25 1 30 1.0 15 30 0 43 0.5 1.0 15 30 20 60 1.5 32 1.25 60 1.3 30 60 11 40 0.6 1.3 35 60 20 60 1.5 40 1.5

17、90 1.2 42 90 10 40 0.6 1.2 50 90 20 60 1.5 50 2 170 1.5 84 174 10 40 0.7 1.5 95 170 20 60 1.5 65 2.5 325 1.7 132 258 10 40 0.7 1.3 190 325 20 60 1.5 80 3 500 1.8 246 492 10 40 0.9 2.0 300 520 20 60 2.0 100 4 1,020 2.2 492 1,020 10 40 1.0 2.2 605 1,050 20 60 2.0 125 5 1,860 2.6 900 1,860 10 40 1.2 2.

18、6 1,050 1,900 20 60 2.5 150 6 2,650 2.5 1,500 2,580 10 34 1.4 2.4 1,700 2,900 20 60 2.5 200 8 4,920 2.6 3,060 4,920 10 24 1.7 2.6 2,950 4,950 20 60 2.5 250 10 7,500 2.6 5,520 7,500 10 18 1.9 2.6 4,550 7,600 20 60 2.5 300 12 10,800 2.6 7,500 10,800 8 15 1.8 2.6 6,550 11,000 20 60 2.5 350 14 13,200 3.

19、4 10,200 13,200 8 13 2.0 3.4 8,150 13,500 20 60 2.5 400 16 18,000 2.7 13,200 18,000 7 12 2.0 2.7 10,500 18,000 20 60 2.5 450 18 23,000 2.8 18,000 24,000 7 12 2.1 3.0 13,500 23,000 20 60 2.5 500 20 28,500 2.7 24,000 30,000 7 11 2.4 2.8 17,000 28,500 20 60 2.5 注： （1）本表之水管摩擦損計算系以 SCH40 碳素鋼鋼管管材制定. 日系壓損計

20、算之流體條件如下：溫度：10? ， 密度：999.7Kg/， 動黏性係數：1.3110-6 /S 29附附表表B 密密閉閉式式水水系系統(tǒng)統(tǒng)(Closed System)-流流量量&單單位位長長度度阻阻力力損損失失&流流速速快快速速對對照照表表 鋼管管徑 建議最大流量 中國常用標準 日本常用標準 mm inch 流量(Lpm) 流速M/S 流量(Lpm) kPa/100m 流速M/Sec 流量(Lpm) mm-Aq / M 流速M/Sec 15 0.5 - - - - - - - - - 20 0.75 20 1.1 8 14 10 60 0.4 0.7 10 20 20 60

21、0.5 1.1 25 1 35 1.2 14 36 10 60 0.5 1.2 20 35 20 60 0.7 1.2 32 1.25 70 1.5 28 72 10 60 0.6 1.5 40 70 20 60 0.8 1.5 40 1.5 105 1.4 42 108 10 60 0.6 1.4 60 105 20 60 0.8 1.4 50 2 210 1.8 84 216 10 60 0.7 1.8 115 195 20 60 1.0 1.7 65 2.5 390 2.3 132 360 10 60 0.8 2.1 220 385 20 60 1.3 2.3 80 3 660 2.2

22、240 660 10 60 0.8 2.2 350 605 20 60 1.2 2.0 100 4 1,200 2.4 480 1,320 10 60 1.0 2.8 705 1,250 20 60 1.5 2.7 125 5 1,800 2.4 900 1,900 10 60 1.2 2.6 1,250 2,200 20 60 1.7 3.0 150 6 3,000 2.8 1,320 3,300 10 47 1.2 3.1 1,700 3,400 20 60 1.6 3.2 200 8 5,000 2.7 3,060 6,000 10 37 1.6 3.2 2,950 5,900 20 6

23、0 1.6 3.1 250 10 8,000 2.7 5,520 9,360 10 26 1.9 3.2 4,550 9,150 20 60 1.5 3.1 300 12 12,000 2.8 8,400 13,800 9 23 2.0 3.3 6,550 13,000 20 60 1.5 3.1 350 14 15,000 2.6 10,200 15,600 8 18 1.8 2.7 8,150 16,500 20 60 1.4 2.9 400 16 20,000 2.7 13,800 20,400 8 17 1.8 2.7 11,000 21,500 20 60 1.5 2.9 450 1

24、8 24,000 2.5 19,200 24,000 8 15 2.0 2.5 13,500 27,500 20 60 1.4 2.9 500 20 32,000 2.7 25,200 33,000 8 13 2.1 2.8 17,000 34,000 20 60 1.4 2.9 注 : （1）本表之水管摩擦損計算系以SCH40 碳素鋼鋼管管材制定. (2)日系壓損計算之流體條件如下：溫度：10? ， 密度：999.7kg/， 動黏性係數：1.3110-6 /S （3）冰水流量速算公式：Q(LPM) = H(Kcal/hr) 60 ? T(? ) CP CP=1Kcal/kg? , 每1RT

25、製冷量，以5? 溫差（7? 12? ）計算，可得每 RT 在? T? 5? 條件下，約需10LPM之冰水量 302冰水管系統(tǒng)設計冰水管系統(tǒng)設計1）管路之安裝應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相對減少。（A）須正確選擇管路之管徑。（B）管路之長度應短，并應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

26、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）空調箱或小送風機之管路連接須考慮以同程回水管（REVERSE RETURN）連接。（D）管路內之空氣應全部排出，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)生漏水現象，將增加

27、冰水主機的運轉時間，泵浦的揚程減小影響空調空間 31之冷度，并且影響保溫的效果，以致應重浪費能源。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)現有滲漏之處，則附近管路應即拆下，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系統(tǒng)冰水管路宜采分區(qū)供應冰水。 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營，不但建筑本體較大，而且建筑物的利用極為復雜，因此空調系統(tǒng)之設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)分為數個空調區(qū)域，再按冷氣負荷

28、的大小及空調區(qū)域的多寡來選擇空調主機、冷卻水塔及其他附屬設備；如此可依空調區(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，還可在空調設局部開機時，部份停用的設備獲得休息及做好保養(yǎng)維護，而增加空調設備的壽命。（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 344) 冰水系統(tǒng)采用冰水系統(tǒng)采用VWV系統(tǒng)系統(tǒng) VWV系統(tǒng)為可變水量系統(tǒng)（Variable Water Volume System）， 一般空調水管系統(tǒng)使用的方式分為兩種： 應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）。按空調空間冷氣負載的需要調節(jié)

29、空調箱或冷風機的冰水量， 以冰水送水管之壓力來控制二次泵浦之運轉臺數， 故空調空間冷氣負載減少時，需要較少的冰水量， 則二次泵浦運轉臺數可減少以節(jié)省電費。冰水區(qū)域泵浦之改變水量方式按空調空間冷氣負載的需要調節(jié)空調箱或冷風機的冰水量， 以冰水管之壓力由變頻省電控制器（Energy Saving Controller） 控制冰水區(qū)域泵浦的轉速供應適量的冰水量， 若空調空間冷氣負載減少時，需要較少的冰水量， 則降低冰水區(qū)域泵浦轉速以節(jié)約能源。 35冰水器分段延遙控制器冷凝器水差壓傳信器熱交換器控制馬達冷卻水管冷卻水管冰水泵浦連桿組冷卻水泵浦變壓器流量傳信器熱交換器（A/H或F/C）流量感測器圖4-1

30、7冰水系統(tǒng)使用多臺冰水泵浦之節(jié)約能源配置圖 36五、空調水管之布置原則 1水平管設計水平管設計1）注意冰水回水流程2）水平管之上升，下降最高位置設置排氣。3）注意水平管之斜度 。4）注意水流方向。2排水管之設計（水量之計算）排水管之設計（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屋頂水管之設計屋頂水管之設計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，且在管系之

31、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，則冷卻水管需設置電 37 磁閥或逆止閥。3）膨脹水管部份 應保持斜度，以利冰水管排氣?？蓞⒁姌藴适┕D說。4）冷卻水塔及膨脹水箱排水管部份 應排至屋頂漏水頭附近，以避免潮濕及污染。5）補給水管部份 設計前應與水電工程整體配合規(guī)劃。 4空調主機房水管布置原則空調主機房水管布置原則1）機器設備（主機、水泵浦）與配電盤之布置。2）機器設備防震問題。3）水管系統(tǒng)之防震（水管與機器設備、主機房內水管吊支架之防震）。4）水管配置之層數。5）水管配置宜整齊。6）水管配件之配置。7）水管表

32、閥之配置。8）主機房之排水。9）主機房內配管與保養(yǎng)維護之關系。 385空調水管系統(tǒng)之平衡空調水管系統(tǒng)之平衡1）逆回水管之設計2）平衡考克(現多採平衡閥)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置5）排氣閥之安裝6. 水泵配管注意要項水泵配管注意要項圖4-18為一泵的連接管路，當設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產生空氣囊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在泵吸入口平面以 下，如有可能，應

33、在泵吸入口處有一垂直的彎頭引導進入一減徑管，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 407. 冷卻水塔配管冷卻水塔配管由于冷卻水塔為開放式設備，故冷卻水管系為一開放式管系，如果冷卻水塔與凝結器在同一平面，泵只有小的吸入頭，過濾器應在排出端以使泵的吸入端能盡量接近大氣。常欲使入凝結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4-2

34、0.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，則每一冷卻水塔通到泵的吸入側的摩擦損失要相等。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的水位等高。 41注：1.如凝結器與冷卻水塔同一平面或在 注：1.當凝結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 如凝結器與冷卻水塔同一平面或在冷卻水塔上方見 凝結器在冷

35、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 （凝結器與冷卻水塔同一平面） （凝結器在冷卻水塔下方） 42 圖4-22 多冷卻水塔管路 433.1 通用事項 3.1.1 關于冷卻塔的使用規(guī)范 離地11層以上設置冷卻塔時，主要部件要用耐火材料制造,無須做支撐防火。 3

36、.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。A 部靠近冷卻塔冷卻水( 回)冷卻水( 送) 冷卻塔水膨脹用旁通管( 自已注水型)冷卻水泵浦水槽水面以下排氣閥 44 （a）保持泵浦吸入側的正壓。（防止氣穴現象） 泵浦的高度在冷卻塔水面以下。 泵浦應設在冷卻塔附近。 估算等的壓力損失。（特別要注意混合三通閥的設置場合） （b）泵浦的吸入側負壓時，使用自己注水型（內部注水及外部配管） （c）冷卻水配管（泵浦的出口處）高于水槽水面時，應安裝止回閥和排氣閥。 （d）冷卻（送）水管比水槽水面高時，應設旁通管。 45 冷卻塔冷凍機泵浦 冷卻水H冷凝器的耐壓靜水頭（H）

37、+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場合。 46H 冷 卻 塔冷 凍 機泵 浦 冷 卻 水冷凝器的耐壓 靜水頭（H）管路阻力（冷卻水送水管）。*保證冷卻水泵浦吸入側的正壓。靜水頭（H） 管路阻力（泵浦的吸入側）+機器阻力2 冷卻水泵浦在冷凝器的出水側場合。 47（3）冷卻塔比冷凝器低的場合冷卻水泵浦止回閥冷凝器止回閥離冷凝器較高的位置 48（a）泵浦停止時，防止冷凝器內的水流失。 在泵浦的出水側安裝止回閥。 冷凝器出水側的配管應設于高于冷凝器的位置。 設置止回閥，止回閥的配管口徑主管下

38、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，所以立管內的存水量很 大，泵浦再次運轉時，造成吸空氣現象。立管高度標準冷卻塔容量水槽容量配管口徑H (m)40RT（圓型）0.380A50以下60RT（圓型）0.4100A40以下80RT（圓型）0.4125A30以下*H超過上表的值時要防止空吸現象（c）防止overflow時產生的空吸現象(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。 493.

39、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）冷卻水管配管應向冷卻塔傾斜，但是在鳥居配管場合，應設自動或手動排 氣閥。（2）冷卻水管最下部應安裝排水閥（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）的配管應設置過濾器（施工時， 應進行清理干凈）。（4）在冷卻水管與冷卻塔接口處應設支撐，安裝軟接時，在軟接附近設支撐。（5）安裝方型冷卻塔時，冷卻水（回）水管的橫管應縮短（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

40、水道料金控除場合下水道局 確認。 51不能自動流程運行場合電磁閥含有流量計的指示場合自動流程運行場合 52（7）安裝多個冷卻塔時，配管如下圖：泵浦*與共用管連接應從上部連接，防止空氣積存軟接 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，應設軟接。（b）為使各冷卻塔的水槽水位平行，應設旁通管。 *旁通管尺寸應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。（冷卻水出水管不設電動蝶閥） * 泵浦停止時，管路被關閉，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

41、路內部壓力異常上升，應稍微開啟電動蝶閥。電動蝶閥閘閥 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，泵浦會產生空吸。 空吸啟動時排水部分停止時*擴大水槽*把主管安裝在水槽水面之下 55過濾器安裝清掃用的流量調整閥若能在泵浦出口處調整，注意此閥可省軟接軟接，邊上設支撐浮球水龍頭額定補水壓力0.3kg/m3以上舷梯(只有大型) 56溢流管集中配管式場合外露防水層場地的支撐圖例橫管很長時,必須防振橡膠墊、防水板等填充砂漿氯乙烯管混凝土保護砂漿軟接流量調整閥過濾器 578. 配管腐蝕配管腐蝕在開放系統(tǒng)內，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

42、，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?？捎媒^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、大樓空調水管設計配合應注意事項六、大樓空調水管設計配合應注意事項1水管管道間1）位置2）數量2水管穿梁原則1）RC梁 2）鋼骨梁3冷凝排水管路徑4空調主機房排水5空調水源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

43、由空調施工4）與建筑之責任分界點 59七、水泵特性及應用分析七、水泵特性及應用分析水泵之基本說明已在配管實務基礎中（基本流體力學單元）介紹過了，此處僅針對實務設計及應用上做進一步檢討分析。第一節(jié)第一節(jié) 基本理論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。 （一）流量在單位時間內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。一般在水泵應用中，較少使用重量流量。 1LPM=60LP

44、S1GPM=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。吸入側之揚程為Hs ,吸入側之損失水頭為hs , 吐出側之揚程為Hd,吐出側之損失水頭為hd ,吐出之速度水頭為vd2/2g 60則總揚程H可表示為： 入口處口處能2SS出口處口處能

45、2)Zs2gvh()2(Hdddzgvh或重新移項化成 Z位能差動能差2壓力能差)（)22（H2sdsdsdzzgvgvhh 61 在實際應用中，泵的輸水管路如上圖所示，圖中吸水面至排水面間的高度差稱為實際揚程，以Ha表示，若 hloss=管路及閥等各項損失 hp2=排水面上壓力水頭（m）=rhdrhs hp1=吸水面上壓力水頭（m）=Vd=排水管平均速度 Vs=吸水管平均速度 入口流體能量22ssszgvh泵給水的量pumph 出口流體能量22dddzgvh水頭損失lossh+=+H=hpump=hloss+(sssdddzgvhzgvh2()222) gvvhhsdsd2)(22gvvsd

46、222=(Zd-Zs)+hloss=Ha+hl+(hp2-hp1)+(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： )/(Lw)()/()/(32smkafHQmsmmkgf )()()(:33msmmNWSI 62 若馬達加于水泵之動力稱為軸功率L（shapt horsepower）,水泵的總效率(total efficiency)或簡稱效率被定義為水功率占軸功率之比，以 表示。60102QH6120QH6120HLPM 33000QH33000/33. 8ftEPMGallonlb3960ft

47、GPM 而應用上由于單位之不同，有以下之表示式： 1kw=102kgf-m/s =1000J/s 注：J=N-m 1HP=33,000ft-lb/min =550ft-lb/s=745 W 故可化成： Lw(kw)=其中：kgf/m3、Qm3/min、Hm = 當純水時=1000kgf/m3 LPMliter/min其中：lb/ft3、Qft3/min、Hft =當純水時:GPMGallon/min lw(hp)=LLw 63 則 L（kw）=L（kw）=6120QH6120HLPM33000QH3960ftGPM對4純水而言對4純水而言 =注：軸功率（馬力）（bhp）是原動機或馬達傳給聯軸器

48、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，排水管內徑為5.1cm，吸水管內徑為7.6cm，輸送比重為983.2kgf/m3，60的水，每分鐘輸送0.378m3，設水泵效率為78%，假設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： ZsZd2)(H22gvvppsdsd 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： smd

49、QVdd/08. 360)051. 0(4/378. 04/22smdQVss/39. 160)076. 0(4/378. 04/22 0806. 9239. 108. 32 .983350070000H22水柱高）cm 60(02.68kwH29. 578. 0*612002.68*378. 0*2 .9836120QL代入上式得： 65第二節(jié)第二節(jié) 離心泵定律離心泵定律離心泵（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速變化。（一）兩個幾何相似泵考慮兩個

50、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 2121DDbb圖2-22 葉輪剖面圖 圖2-23 葉輪速度圖 66如圖2-23所示，假定u表示葉輪出口處周圍方向的切線速度，v表示流體流出葉輪的絕對速度，w表示流體流出葉輪的相對速度，Vm表示流體絕對速度在葉輪徑向的分量，A表示葉輪出口通路面積，N表示葉輪回轉數，若兩泵之運動相似，則葉論速度圖亦應相似，另（假設流體為理想流體，于流動過程一切損失之影響均不予考慮，對于流量Q，理論揚程H及軸動力L等項，可得出下列關系：連續(xù)方程式： m22m1121VAVA

51、QQ22211121V)bD(V)bD(QQ22212121uDuDQQ)60/(D)60/(DQQ2222112121NDND23213121DNDQQN（ D1/D2=b1/b2 ） Q=AV 得： Q1=A1Vm1 Q2= A2Vm2 因此：及得流量相似定律）（）（2132121NNDDQQ 1、流量相似定律 67動能轉換位能方程式 2、總揚程相似定律gv2H2得22212221212/2/vvgvgvHH222121uuHH22122122221121)()()60/()60/(NNDDNDNDHH即得總揚程相似定律 22122121)()(NNDDHH3、軸動力相似定律動力方程式HQ

52、rL*22211121HQrHQrLL得221221213212121)NN()DD()NN()DD()rr(LL 6832152121)NN()D2D1()rr(LL即得軸動力相似定律 32152121)NN()D2D1()rr(LL例題6.2.1某泵的轉速為1450pm時，其流量為4m3/min,總揚程為25m,軸動力為20kw，試求轉速在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： ）（）（2132121NNDDQQ)7501450()11(3流量 min/07. 214507504Q32m總揚程

53、 2222122121)7501450()11()()(NNDDHHm69. 6)1450750(25H22 69軸動力 3532152121)7501450(*)11(*)11()NN()D2D1()VV(LLkw27. 2)1450750(20L32（二）同一泵之輪徑尺寸變化或轉速變化，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：（其推導方式同相似定律）轉速改變： 2121NNQQ22121)(NNHH32121)NN(LL， ，輪徑改變：521)D2D1(LL32121DDQQ）（22121)(DDHH， 流體比重量改變：， ， Const21QQConstHH21

54、2121VVLL ， ， 70 在水泵的運轉中，由于吸水高度過大或轉速過高，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，氣泡迅速破裂而產生噪音及振動現象，此稱之為漩渦真空（cavitation）或孔蝕現象，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，會產生很大的壓力，撞擊葉片而造成孔蝕現象（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)第

55、三節(jié) 離心泵的孔蝕現象離心泵的孔蝕現象 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泵之泵之RNPSH值表維持液體能流入泵內及克服泵內部壓力損失所需之吸入壓力值。值表維持液體能流入泵內及克服

56、泵內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。 若欲使水泵內不發(fā)生孔蝕現象，需使進入水泵內的水，經過上述壓力降后， 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

57、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 = 21.4

58、m 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(三三)離心泵的水鎚現象離心泵的水鎚現象 水泵在運轉中，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象，此現象稱為水鎚現象（Water harmmer）, 防止水鎚現象產生的方法，有以下幾種： 1：

59、于水泵轉軸上裝置飛輪，增加轉動慣性矩，減緩動力停止時速度的下降。 2：于管路中加裝緩沖儲水池，緩和管路內的壓力變動。 3：裝設空氣室，利用空氣之可壓縮性，緩和管路內壓力之上升及下降。 4：控制閥門關閉之速度，第一段閥門急速關閉，使逆流量及逆轉減少 ，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)第四節(jié) 系統(tǒng)曲線與性能曲線系統(tǒng)曲線與性能曲線 在一設計或現有的泵送管系中，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

60、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（