空调水系统工程设计计算及设备选型

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了解用户意向→完成负荷计算→系统划分→室内末端选型→室外主机选型→冷冻水系统设计→冷却水系统设计。

一、空调水系统的划分

空调水系统划分：一个大型建筑，一般具有许多种功能，不同功能的房间，对空调的要求和使用制度不同。为了便于运行管理及节约能量，可以将庞大的水系统，根据房间的性质划分成若干个供水系统，在空调制冷机房集中控制。

空调水系统竖向分区：空调水系统竖向分区的目的，主要是解决设备和构件的承压问题，空调冷水机组的蒸发器、冷凝器的承压能力有一定要求。

提高耐压等级，设备价格有所增加。水泵壳体的耐压取决于壳体的强度和轴封形式。上述设备往往是布置在建筑物的最低层承受静水压力最大的位置。除此之外，还要考虑空气处理设备、阀门、连接管件的耐压能力和施工质量等因素。

二、室内末端选型

1.风机盘管的选型：

风机盘管有两个主要参数：制冷（热）量和送风量，故有风机盘管的选择有如下两种方法：

⑴根据房间循环风量选：房间面积、层高（吊顶后）和房间换气次数三者的乘积即为房间的循环风量。利用循环风量对应风机盘管高速风量，即可确定风机盘管型号。

⑵根据房间所需的冷负荷选择：根据单位面积负荷和房间面积，可得到房间所需的冷负荷值。利用房间冷负荷对应风机盘管的高速风量时的制冷量即可确定风机盘管型号。

选型要点：⑴确定型号以后，还需确定风机盘管的安装方式（明装或暗装），送回风方式（下送下回，侧送下回等）以及水管连接位置（左或右）等条件。⑵房间面积较大时应考虑使用多个风机盘管，房间单位面积负荷较大，对噪音要求不高时可考虑使用风量和制冷量较大的风机盘管。

2.室外主机选型

⑴统计建筑空调总冷负荷；

⑵大部分建筑需要考虑房间的同时使用率，一般建筑的同时使用率为70~80%， 特殊情况需根据建筑功能和使用情况确定；

⑶制冷机冷负荷为建筑空调总冷负荷与同时使用率的乘积。根据计算的制冷机冷负荷便可选择制冷主机；

⑷制冷主机台数可根据建筑业主和建筑所备机房情况进行确定。

三、冷冻水系统设计

1.水管管径的确定：

连接各空调末端装置的供回水支管的管径，宜与设备的进出水管接管管径一致，可查产品样本获知。

管径计算公式如下：Q=3.14×d2×v/4000

Q(L/s)：管段内流经的水流量；

d(mm)：管道内径；

v(m/s)：假定的水流速。

管内水流速推荐值(m/s)

水系统的流量和单位长度阻力损失表：

2.膨胀水箱选型

膨胀水量经验计算公式：V=0.024×VS

V：系统膨胀水量m3

VS：系统水容量m3

VS=系统冷冻水循环水量/(15～20)

⑴膨胀水箱的有效容积应大于VS；

⑵此为经验公式，分母可在15与20之间取，小系统取小值，大系统取大值。

对于中小型系统，膨胀水箱水箱一般取0.5~1.0m3。

膨胀水箱设计安装要点：

⑴膨胀水箱安装位置，应考虑防止水箱内水的冻结，若水箱安装在温度较低的室外时，应考虑保温。

⑵膨胀水箱最低水位应高于系统最高点1.0m以上。

⑶膨胀管在重力循环系统时接在供水总立管的顶端；在机械循环系统时接至系统定压点，一般接至水泵入口前，循环管接至系统定压点前的水平回水干管上，该点与定压点之间，应保持不小于1.5-3m的距离。

膨胀管管径规格表如下：

3.冷冻水泵选型

⑴水泵的流量应为机组额定冷冻水量的1.1~1.2倍（单台工作时取1.1，两台并联工作时取1.2）。

⑵冷冻水流量L：在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组，可根据产品样本提供的数值乘以1.1~1.2倍的系数选用。

如果考虑了同时使用率，建议用如下公式进行计算。公式中的Q为没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。

L(m3/h)= Q(kW)/（4.5~5）℃×1.163

水泵的扬程应为它承担的供回水管网最不利环路的总水压降1.1~1.2倍。

⑶最不利环路阻力计算经验公式如下：

Hmax=Δp1＋Δp2＋0.05L（1+K）

△P1：机组蒸发器的水压降

△P2：最不利环路中并联的各台空调末端装置的水压损失最大一台的水压降

0.05L：沿程损失取每100m管长约5mH2O

注：式中K为最不利环路中局部阻力当量长度总和与直管总长的比值。

当最不利环路较长时K取0.2~0.3；最不利环路较短时K取0.4~0.6。

冷冻水泵扬程(mH2O)= 1.1~1.2Hmax

四、冷却水系统设计

1.冷却水泵选型

⑴水泵的流量应为机组额定冷却水量的1.1倍。

冷却水最不利环路计算公式如下：H=Δp1+Z+5+0.05L

△P1：机组冷凝器的水压降；

Z：冷却塔开式段高度；

5：估算时，管路中管件局部损失取5mH2O；

0.05L：沿程损失取每100m管长约5mH2O。

⑵冷却水泵扬程(mH2O)= 1.1~1.2H

2.冷却塔的选型

根据冷却水量和冷却水供、回水温度及温差可以选择冷却塔。

冷却水的冷却效果主要取决于空气湿球温度。

冷却塔产品的技术资料都是在既定的空气湿球温度下的数据。

冷却塔的性能与冷却水的进、出口温度关系很大。

如果设计条件与产品技术要求不符，则需要对产品的技术数据进行修正！！！

⑴冷却塔选择应考虑的因素：

①周围环境对噪声的要求，如果要求噪声严格时，可选用超低噪声冷却塔，冷却塔夜间也需要运行时，也可选择变转速风机冷却塔，在夜间，风机低转速运行。

②对美观要求较高时，宜选用方形塔，方形塔可组合使用，调节方便，有利节能运行，但投资较高，颜色应与主体建筑协调。

③保证良好的通风条件，合理组织冷却塔的气流。

④防止飘水对周围环境影响。

⑤考虑有、无防火要求。

⑵冷却水系统的补水量与以下水量损失有关：蒸发损失、飘水损失、排污损失、泄漏损失；一般认为，冷却水补水量约为冷却水循环水量的1~1.6%。

五、水系统设计应注意的问题

放气排污。在水系统的顶点要设排气阀或排气管，防止形成气塞；在主立管的最下端(根部)要有排除污物的支管并带阀门；在所有的低点应设泄水管。

在重要设备与重要的控制阀前应装水过滤器。

对于并联工作的冷却塔，一定要安装平衡管。

注意管网的布局，尽量使系统先天平衡。实在从计算上、设计上都平衡不了的，适当采用平衡阀。

所有的控制阀门均应装在风机盘管冷冻水的回水管上。

六、风管的设计

1.风管内的空气压力

⑴静态压力和动态压力：

全压=静压+动压

动压=ρv2/2

ρ--空气的密度，一般取1.293
kg/m3。

⑵静态压力和动态压力之间的关系：

如上图所示：截面从A1增大到A2时，相对的气流速度会从V1减少到V2。则动压会变小，静压会增大。所以将这种静态压力增加和动态压力减少的现象称之为静态压力恢复。

风扇特性：

⑶风管设计的方法有以下几种：

等压法：把单位长度的风管内的气流摩擦损失设为定值的方法。在确定基准损失值后，根据各部分送风量确定各段风速和管道尺寸。

等速法：预先假定风管中各部位的气流速度，再依次确定各段风管尺寸及阻力的方法。

全压法：综合考虑管道中动压和静压情况，按照全压基准(全压=动压+静压)进行设计的方法。

静压再获得法：考虑随着风速变化(即动压变化)而带来的静压增减，通过计算该变化量来确定风管尺寸的方法。该方法多用于高速风管的设计中。

⑷风管系统设计步骤：通风量的确定→风口确定→风管通道确定→各部分的通过风量的确定→风管尺寸的确定→风机规格的确定或校核

⑸风管尺寸的确定(等压法)

等压法：把单位长度的风管内的气流摩擦损失设为定值的方法。在确定基准损失值后，根据各部分送风量确定各段风速和管道尺寸。

镀锌钢板风管内摩擦损失图上相关参数如下：利用摩擦损失图求圆形直管段风管的单位摩擦损失。

风管计算中应考虑下列值：

⑹风口确定

风口数量、类型和尺寸的确定：将一个空调区域分割成多个小块，每个小块置一风口。

分割原则必须满足以下条件：L≤3H且L≤1.5S

H：室内天花高度

根据上述确定的风口总数量计算出单个风口的风量。

根据室内装饰造型选择风口类型。

根据各风口所负责的供冷范围及风量查风口样本射程表选择风口尺寸。

⑺风机规格确定或校核

最不利环路阻力确定：选择从一个回风格栅(或进新风口)起到一个空调机最远端的送风格栅。最长的风管线路(或是沿程阻力可能最大的风管线路)。

计算出仅在线路中的阻力损失，包括空调机内部的压力损失。

将总的摩擦损失算出后再乘以1.1，就得出了总的阻力损失了。

2.风管设计常见问题

采用上送风上回风形式时，送回风口过于接近，导致气流短路。

空调风管过长，风口过多，导致阻力不平衡，远端风口不出风。

采用吊顶回风，造成室内效果差。

风机风压过高，造成实际风量和运行噪声过大。

风管尺寸突变或急弯，造成局部阻力过大，风量减小。

送风口设置不当，造成室内温度不均匀。

高天花场所，采用的出风口风速和风口型式不当，气流无法达到底部工作区域，引起效果不佳。

风机设备过于靠近有静音要求的房间，导致噪音超标。

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