空調(diào)冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與配置

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　　一．引言

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，建筑事業(yè)也呈現(xiàn)出一片蓬勃繁榮的景象，中央空調(diào)系統(tǒng)在賓館﹑辦公大樓﹑商業(yè)中心﹑醫(yī)院及其他建筑得到廣泛的應(yīng)用。中央空調(diào)系統(tǒng)不但涉及到高額的資金初投入，同時(shí)也是建筑的耗能大戶(hù)。大多數(shù)工程設(shè)計(jì)中，最關(guān)心的是空調(diào)冷源方案的經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)行耗能的比較。但是我們知道，選擇理想的冷源方案只是良好的中央空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對(duì)于空調(diào)冷水系統(tǒng)有效運(yùn)行管理和節(jié)能降耗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能降耗很大程度上取決于空調(diào)冷水系統(tǒng)有效的運(yùn)行，設(shè)計(jì)對(duì)策合理﹑調(diào)試完善﹑管理技術(shù)措施到位的中央空調(diào)冷水系統(tǒng)才是其最有力的保障。

　　二．機(jī)房側(cè)的設(shè)計(jì)配置

　　2．1冷水機(jī)組﹑冷凍水泵的容量合理配置

　　冷水機(jī)組容量偏大的問(wèn)題是目前中央空調(diào)系統(tǒng)存在比較普遍的問(wèn)題，大容量的閑置無(wú)疑是最大的浪費(fèi)，一方面很大程度上增加了工程建設(shè)初投資，另一方面又加劇了系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。冷水機(jī)組的容量偏大又影響決定了冷凍﹑冷卻水泵的容量，如果對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)的水力同時(shí)又缺乏詳細(xì)的計(jì)算，設(shè)計(jì)工程師心中無(wú)數(shù)，那么水泵選型揚(yáng)程難免偏大，也進(jìn)一步增加水泵的功耗（N 與Q*H成正比），這無(wú)疑是雪上加霜的事情。造成這種現(xiàn)象是由于對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷沒(méi)有進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，取而代之為“拍腦袋”，這種現(xiàn)象是比較普遍的，一方面是設(shè)計(jì)工程師缺乏足夠的時(shí)間去做這些繁瑣的計(jì)算工作，另一方面是業(yè)界缺乏對(duì)空調(diào)系統(tǒng)效果好與壞的評(píng)判準(zhǔn)則，我們知道空調(diào)系統(tǒng)的＂發(fā)揮能力＂取決于很多方面，除了設(shè)計(jì)的因素其中還包括施工質(zhì)量的好壞﹑竣工調(diào)試水平的高低，這些往往由于缺乏有力的管理和監(jiān)控，便能形成影響空調(diào)系統(tǒng)效能充分發(fā)揮決定性的因素。特別是在設(shè)計(jì)總冷量配置不太富裕的情況下，如果系統(tǒng)缺乏仔細(xì)的調(diào)試，很容易造成客觀上貧富不均，進(jìn)而引起產(chǎn)生空調(diào)效果不好或總制冷量不足的誤解。基于這種的憂(yōu)慮，設(shè)計(jì)工程師便加大保險(xiǎn)系數(shù)，層層加碼，便造成冷水機(jī)組容量偏大的后果，投資浪費(fèi)﹑建筑耗能大便在所難免。所以仔細(xì)認(rèn)真的空調(diào)冷負(fù)荷和水力計(jì)算是降低初投資﹑實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗最根本，也是最有效的方法，同時(shí)提高安裝施工質(zhì)量和竣工調(diào)試水平是其最直接的保障措施。

　　2． 2機(jī)房側(cè)機(jī)組有效運(yùn)行管理設(shè)計(jì)對(duì)策

　　對(duì)于大面積的建筑，中央空調(diào)系統(tǒng)冷源所配備的冷水機(jī)組，常常不止一臺(tái)，有的是二~四臺(tái)，有的甚至超過(guò)四臺(tái)。由于機(jī)房面積的限制，冷水機(jī)組和冷凍水循環(huán)泵無(wú)法采用一一對(duì)應(yīng)的原則，大多采用多臺(tái)冷水機(jī)組與多臺(tái)冷凍水泵獨(dú)立并聯(lián)設(shè)置。這種布置方式有它比較明顯的簡(jiǎn)潔﹑方便的優(yōu)點(diǎn)，但是如果由于資金匱乏或其他原因，空調(diào)水系統(tǒng)無(wú)法設(shè)計(jì)配置BAS監(jiān)控管理系統(tǒng)，那么在部分空調(diào)冷負(fù)荷的情況下，就有一部分冷水機(jī)組處于停開(kāi)的狀態(tài)，如果管理人員操作管理上的疏忽，未把停開(kāi)冷水機(jī)組的管路上的閥門(mén)關(guān)閉，則冷凍水就會(huì)出現(xiàn)旁通分流的現(xiàn)象。通過(guò)分析我們不難得到結(jié)論，冷水旁通分流會(huì)影響冷水機(jī)組效能的發(fā)揮，降低冷水機(jī)組的COP值。另一方面如果末端空調(diào)冷負(fù)荷的需求增大，需要增開(kāi)冷水機(jī)組的臺(tái)數(shù)，這需要管理人員及時(shí)到位，及時(shí)打開(kāi)增開(kāi)冷水機(jī)組管路上的閥門(mén)。這種操作管理方式顯然是行不通的，在大多數(shù)工程的實(shí)際管理中，更多是一種“放任自由”的狀態(tài)，這不但引起冷水機(jī)組的能耗增加，而且空調(diào)冷凍水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)偏離額定的工況點(diǎn)，電耗增加，空調(diào)冷水系統(tǒng)有效節(jié)能的運(yùn)行管理似乎是不可能的。解決這對(duì)矛盾最經(jīng)濟(jì)的措施是冷水機(jī)組管路中考慮增設(shè)電動(dòng)蝶閥，電動(dòng)蝶閥和冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，兩者并為連鎖運(yùn)行控制，這樣才能有效方便控制冷凍水的通路，解決冷凍水旁通分流的現(xiàn)象。如果在適當(dāng)追加資金投資的允許下，還可以考慮僅把機(jī)房側(cè)部分納入小型智能監(jiān)控系統(tǒng)（該部分的投資對(duì)于中型的空調(diào)水系統(tǒng)據(jù)估價(jià)約為10萬(wàn)RMB），這樣便可以把空調(diào)系統(tǒng)中耗能最大部分，也是節(jié)能最具潛力的區(qū)域納入智能化的控制，做到最經(jīng)濟(jì)的投資，最節(jié)能方便的管理。

　　2． 3低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冷凍水泵超載問(wèn)題的設(shè)計(jì)對(duì)策

　　大型的中央空調(diào)冷水系統(tǒng)，隨著空調(diào)區(qū)域冷負(fù)荷的改變，投入使用的冷水機(jī)組﹑空調(diào)冷凍水泵的臺(tái)數(shù)也將隨著增減，同時(shí)空調(diào)冷水系統(tǒng)的管網(wǎng)流量也發(fā)生改變，這引起管網(wǎng)水阻力的改變。在低負(fù)荷運(yùn)行情況下，尤其是空調(diào)冷水泵只需要單臺(tái)運(yùn)行時(shí)，從R（空調(diào)冷水系統(tǒng)的水阻力）=&Q2（管道通過(guò)的流量），我們不難發(fā)現(xiàn)，空調(diào)冷水系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷與低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)水阻力相差甚大，這導(dǎo)致低負(fù)荷時(shí)空調(diào)冷水泵超流量運(yùn)行，其運(yùn)行工作點(diǎn)可能跳出經(jīng)濟(jì)區(qū)域，進(jìn)而引起電機(jī)效率的降低，同時(shí)水泵運(yùn)行電耗的增加，所以在只有單臺(tái)水泵運(yùn)行的工況下，極容易發(fā)生電機(jī)過(guò)載燒毀的事故。對(duì)于越大型的中央空調(diào)冷水系統(tǒng)，并聯(lián)的機(jī)組臺(tái)數(shù)越多，低負(fù)荷時(shí)超載問(wèn)題越嚴(yán)重，電機(jī)燒毀的情況越容易發(fā)生。所以設(shè)計(jì)中不能僅注意了多臺(tái)水泵的額定狀態(tài)點(diǎn)能否滿(mǎn)足管路計(jì)算要求，還必須重視空調(diào)低負(fù)荷時(shí)運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)變化所引發(fā)的問(wèn)題，并采取必要的解決措施，借鑒于水冷式離心式冷水機(jī)組降載的設(shè)計(jì)思路，解決方法有兩種，一是冷凍水泵采用變頻技術(shù)，即并聯(lián)運(yùn)行的各泵中，某臺(tái)泵采用變頻泵，它作為低負(fù)荷時(shí)單臺(tái)水泵運(yùn)行的固定泵，在系統(tǒng)超流量時(shí)，該泵降低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，系統(tǒng)的流量也隨著減少，可見(jiàn)冷凍水泵采用變頻技術(shù)是系統(tǒng)變流量的節(jié)能技術(shù)。另外一種解決方法是空調(diào)供水干管上增加附加旁通通路，非低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，冷凍水供水干管上的主通路和旁通路上的閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，冷凍水流經(jīng)兩個(gè)通路，而低負(fù)荷時(shí)，主通路上的電動(dòng)蝶閥關(guān)閉，冷凍水只流經(jīng)旁通路，無(wú)論在任何負(fù)荷情況下旁通閥門(mén)始終處于一定的關(guān)閉角度。我們可以通過(guò)下列式子定性來(lái)分析該管段的阻力前后變化：R1（非單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)該管段阻力）=1/（1/R主+1/R旁），R2（單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)該管段阻力）=R旁，顯然R2﹥R1.從直觀上，我們不難知道在單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)，由于主通路的電動(dòng)蝶閥關(guān)閉，旁通路的阻力陡然增大，所以干管增加附加旁通通路實(shí)際上是通過(guò)改變低負(fù)荷時(shí)的管道水阻特性，來(lái)解決冷凍水泵超載的問(wèn)題，顯然這種方式非節(jié)能的解決措施。

　　2． 4壓差旁通差值的設(shè)定

　　在供﹑回水干管上設(shè)置壓差旁通閥，是解決末端側(cè)變流量與機(jī)房側(cè)定流量這對(duì)矛盾最常用的方法。該壓差系統(tǒng)旁通閥工作的基本原理：系統(tǒng)處于設(shè)計(jì)狀態(tài)下，所有的設(shè)備都滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，壓差旁通閥的開(kāi)度為零，這時(shí)壓差控制器兩端接口處的壓差即是控制器設(shè)定的差值。但是大多數(shù)已投入使用的工程，壓差控制器設(shè)定和作用經(jīng)常被施工單位和使用單位所忽視，壓差控制系統(tǒng)以及末端設(shè)備的電動(dòng)二通便形同虛設(shè)。從水力工況分析，我們不難得出結(jié)論，壓差值設(shè)定偏低，旁通閥極易打開(kāi)而且旁流量增大，末端側(cè)的供冷無(wú)法滿(mǎn)足，而壓差值設(shè)定偏大，則旁通閥門(mén)打開(kāi)不易，旁通流量偏小，這影響冷水機(jī)組正常所需運(yùn)行臺(tái)數(shù)的調(diào)節(jié)，這無(wú)形增加了空調(diào)冷水系統(tǒng)的電耗。所以設(shè)計(jì)中須重視壓差旁路控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，正確合理確定其參數(shù)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的流量，同時(shí)按實(shí)際的需要正常來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)

　　2． 5機(jī)房側(cè)管路上控制配件的設(shè)置

　　空調(diào)冷水系統(tǒng)安裝完畢，在投入使用前，系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真﹑完整的調(diào)試。系統(tǒng)管路的調(diào)試離不開(kāi)壓力表和溫度計(jì)。壓力表﹑溫度計(jì)的設(shè)置對(duì)于空調(diào)冷水系統(tǒng)機(jī)房側(cè)部分顯得尤為重要，借助于壓力表的讀數(shù)可以初步判斷該部分水系統(tǒng)的水力工況是否正常，借助溫度計(jì)的設(shè)置可以初步判斷流經(jīng)該管路的水量是否滿(mǎn)足要求。壓力表設(shè)置在這些部位是必不可少：水泵的進(jìn)出口﹑冷水機(jī)組的進(jìn)出口﹑集分水器，借助于壓力表的指示讀數(shù)，可以充分判斷沿水流方向的壓力分布是否正常，管路上的閥門(mén)關(guān)﹑斷是否合理。例如筆者在參加一個(gè)空調(diào)工程的首次調(diào)試中發(fā)現(xiàn)：各空調(diào)區(qū)域的末端設(shè)備進(jìn)出水管路上的壓力差普遍偏小，室內(nèi)的溫度基本達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)的分水器的壓力表讀數(shù)明顯偏小，集﹑分水器之間的壓力差只有80KPa左右，而空調(diào)冷凍水泵的進(jìn)出口的壓力差明顯超過(guò)設(shè)計(jì)的揚(yáng)程，而冷水機(jī)組的進(jìn)口壓力卻比水泵出口壓力低了120Kpa，這段管路只有15米左右，顯然壓力降是不正常的。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)：水泵的出口蝶閥被施工單位人為關(guān)閉掉三分之二，該閥門(mén)開(kāi)度變小，消耗了一大部分的壓力降。全開(kāi)了該閥門(mén)后，上述部位壓力分布基本正常，各空調(diào)區(qū)域溫度迅速達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　根據(jù)進(jìn)出水的溫度來(lái)判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，溫度計(jì)的設(shè)置在這些部位是必不可少的：冷水機(jī)組的進(jìn)出管上以及集﹑分水器上。分水器和集水器是空調(diào)總閘部分，筆者建議在每支回水干管匯入集水器之前都應(yīng)安裝一支溫度計(jì)，通過(guò)觀察溫度計(jì)的溫度值，可以準(zhǔn)確掌握冷負(fù)荷分布的情況。溫差大的支路上的閥門(mén)可以開(kāi)大，溫差小的支路閥門(mén)開(kāi)度可以調(diào)小一些。只有每個(gè)回水支管裝了溫度計(jì)，操作管理人員才能直觀掌握系統(tǒng)冷負(fù)荷分布的情況。

　　三．末端側(cè)設(shè)計(jì)配置

　　3．1管路布置同異程的采用策略

　　同程系統(tǒng)比異程系統(tǒng)水力工況更穩(wěn)定，流量分配也更均勻，有利于空調(diào)水系統(tǒng)的水力平衡，但是同程系統(tǒng)又有比較明顯的缺點(diǎn)，管路布置復(fù)雜，管路走向長(zhǎng)，管材耗用大，所以對(duì)于所有的系統(tǒng)管路布置不可能都采用同程。通過(guò)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)空調(diào)水系統(tǒng)并不都需要采用同程管路布置。末端設(shè)備種類(lèi)較多，有風(fēng)機(jī)盤(pán)管，又有空調(diào)風(fēng)柜﹑組合式空調(diào)機(jī)組，各種末端的風(fēng)量﹑冷量又相差較多，另一方面表冷盤(pán)管可能是三排管﹑四排管或六排管，所以設(shè)備本身水阻力相差較大，風(fēng)機(jī)盤(pán)管的水阻力大多為1~3Kpa，空調(diào)風(fēng)柜阻力大多為4~6 Kpa，如果把風(fēng)機(jī)盤(pán)管和空調(diào)風(fēng)柜混合在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)采用同程布置，顯然是對(duì)同程布置的一種“生搬硬套”，不但達(dá)不到同程布置的優(yōu)點(diǎn)，反而不利于系統(tǒng)內(nèi)空調(diào)風(fēng)柜的水流量調(diào)節(jié)。我們知道采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管水系統(tǒng)的用水點(diǎn)多，采用平衡閥和普通閥門(mén)進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，顯然是不可能的，所以空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)機(jī)盤(pán)管與空調(diào)風(fēng)柜設(shè)置在不同的空調(diào)水分系統(tǒng)內(nèi)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管布置采用同程布置，空調(diào)風(fēng)柜采用異程布置，空調(diào)風(fēng)柜末端管路上配置的電動(dòng)閥門(mén)及平衡閥仍可以彌補(bǔ)異程布置帶來(lái)的不利，達(dá)到水力平衡。筆者在設(shè)計(jì)某體育館時(shí)空調(diào)水系統(tǒng)采用了同樣布置策略，比賽大廳的周?chē)涮追块g采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)，該部分的水系統(tǒng)管路采用同程布置，而為比賽大廳﹑門(mén)廳休息廳等服務(wù)的大風(fēng)量組合式空調(diào)機(jī)組﹑空調(diào)風(fēng)柜，各末端之間相距甚遠(yuǎn)，采用同程布置顯然經(jīng)濟(jì)性不合理的，筆者采用異程布置且各末端管路配置平衡閥和電動(dòng)二通閥，在調(diào)試時(shí)首先調(diào)節(jié)好各個(gè)空調(diào)風(fēng)柜管路上的平衡閥，而各支路的相對(duì)水力平衡可通過(guò)調(diào)節(jié)冷凍機(jī)房的集分水器上各個(gè)支路的閥門(mén)，便可順利實(shí)現(xiàn)。

　　3．2末端設(shè)備管路上配件設(shè)置

　　對(duì)于空調(diào)末端側(cè)冷水系統(tǒng)，末端設(shè)備配管措施是非常關(guān)鍵重要的一環(huán)。末端設(shè)備服務(wù)于不同的空調(diào)區(qū)域，水路是否暢通決定末端設(shè)備是否有足夠的冷量輸出，所以末端設(shè)備管路上設(shè)置必要的過(guò)濾器﹑溫度計(jì)﹑壓力表﹑電動(dòng)閥﹑平衡閥等作為輔助的保障或判斷消除故障的措施，以保證水路的暢通。例如風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)水管路上建議設(shè)置過(guò)濾器，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)盤(pán)管本身的水管截面小，一經(jīng)堵塞，沖洗往往是不能解決問(wèn)題的，如果缺乏過(guò)濾器的攔截，安裝沖洗的過(guò)程中，焊渣或垃圾極容易堵塞風(fēng)機(jī)盤(pán)管的表冷器管路。對(duì)于空調(diào)風(fēng)柜的冷凍進(jìn)水管也應(yīng)設(shè)置水過(guò)濾器，同時(shí)進(jìn)出水管上應(yīng)設(shè)壓力表﹑溫度計(jì)﹑電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等，同時(shí)送回風(fēng)管上預(yù)留測(cè)孔，借助這些閥門(mén)配件有利于空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試。如某體育館比賽大廳的組合式空調(diào)機(jī)組在調(diào)試過(guò)程中，有風(fēng)送出，大廳內(nèi)有風(fēng)感，但在無(wú)人空?qǐng)龅那闆r下，室內(nèi)空氣溫度始終維持在26度左右，無(wú)法進(jìn)一步往下降。通過(guò)總送風(fēng)管上的測(cè)孔測(cè)定送風(fēng)溫度，發(fā)現(xiàn)送風(fēng)溫度在23度以上，顯然送風(fēng)溫差達(dá)不到原設(shè)計(jì)的10度溫差。進(jìn)入空調(diào)機(jī)房檢查發(fā)現(xiàn)：冷水管上的閥門(mén)全開(kāi)，冷凍水進(jìn)水溫度7.5度左右，而回水溫度卻高達(dá)20度，進(jìn)回水管上的壓力表讀數(shù)差僅1kpa，由此可以判斷流過(guò)空調(diào)機(jī)組的表冷管束的冷水量偏少，估計(jì)空調(diào)機(jī)組表冷管束區(qū)域附近的管道有堵塞物，經(jīng)過(guò)拆洗過(guò)濾器，問(wèn)題還是無(wú)法解決，問(wèn)題最后集中在表冷器管束上，經(jīng)過(guò)更全面的拆卸，果然發(fā)現(xiàn)表冷器的管路被建筑垃圾堵塞，經(jīng)過(guò)更全面的沖洗問(wèn)題才得到最終的解決。

　　四．結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)以上分析，我們可以進(jìn)一步得到以下的認(rèn)識(shí)：

　　4．1冷水機(jī)組與冷凍水泵容量合理配置，是空調(diào)冷水系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能降耗最有效的源頭；

　　4．2空調(diào)冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮機(jī)房側(cè)有效的運(yùn)行管理設(shè)計(jì)對(duì)策，使系統(tǒng)處于節(jié)能﹑高效﹑經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行；同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮非設(shè)計(jì)工況下，特別是應(yīng)針對(duì)單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)空調(diào)冷凍水泵出現(xiàn)超載問(wèn)題的解決措施；

　　4．3壓差旁通是控制機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)的重要手段，合理設(shè)定壓差值，才能充分發(fā)揮機(jī)組效能；

　　4．4機(jī)房側(cè)管路上相關(guān)位置應(yīng)設(shè)置必要的控制配件，以增加調(diào)試運(yùn)行管理工作的便捷性；

　　4．5空調(diào)水系統(tǒng)管道布置采用同程或異程須考慮末端設(shè)備的本身水阻力特性，同時(shí)考慮如何適應(yīng)日后的調(diào)試工作，冷水系統(tǒng)配管所應(yīng)采取必要的技術(shù)措施

　　。

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