空調供冷用水系統

由於現代建築受到建築空間的限制以及為了用戶調節使用的方便，故大量採用空氣-水空調系統方式，室內主要冷、熱負荷由冷凍機和鍋爐房提供的冷凍水和熱水來承擔。因此，空調水系統就變得十分龐大和複雜，不僅需要較大的管路和設備投資，還需要消耗較大的水泵輸送能量。空調供冷用水系統和供熱用水系統既相互區別，又密不可分。

基本介紹

• 中文名：空調供冷用水系統
• 外文名：Air-conditioning cooling water supply system
• 制冷機形式：往復式、離心式等
• 運行調節分類：定流量和變流量
• 性質：科學

簡介

由於現代建築受到建築空間的限制以及為了用戶調節使用的方便，故大量採用空氣-水空調系統方式，室內主要冷、熱負荷由冷凍機和鍋爐房提供的冷凍水和熱水來承擔。因此，空調水系統就變得十分龐大和複雜，不僅需要較大的管路和設備投資，還需要消耗較大的水泵輸送能量。空調供冷用水系統和供熱用水系統既相互區別，又密不可分。

空調系統的水系統

為了給空調系統提供製冷用冷媒水，所用制冷機有往復式、離心式、螺桿式、吸收式、蒸汽透平驅動的離心式、離心式和吸收式聯合運行式等。不管採用哪種型式的制冷機組，其供冷用水系統基本相同。冷水機組典型接線和管路圖如圖1(1-蒸發器；2-冷凝器；3-電控櫃；4-水流繼電器；5-溫度計；6-水過濾器；7-壓力表；8-水泵；9-冷卻塔)。

圖1 冷水機組典型接線和管路圖

空調系統的水系統可分為冷卻水、冷媒水和熱水系統。冷媒水系統同熱水系統一樣，又可區分為：開式系統和閉式系統；同程和異程；雙水管、三水管和四水管。從運行調節方法來區分有定流量和變流量之分。

(1)閉式系統和開式系統

開式系統的回水集中進入建築物底層或地下室的水池或蓄冷水池，再由水泵經冷卻或加熱後輸送至整個系統。開式系統的水質易受污染，容易對管路產生污垢和腐蝕，管路系統複雜，且為了克服系統靜水壓頭，水泵耗電量大。閉式水系統，冷媒水或熱水在系統中循環，不與大氣接觸，僅在系統最高點設定膨脹水箱。這種管路系統不易產生污垢和腐蝕，系統簡單，由於不需要克服系統靜水壓頭，水泵耗電量較小。一般來說，開式水系統適用於利用蓄冷池節能的低層建築水系統，如體育館場、工廠車間、高層建築物的裙房等。高層建築高層區的水系統只能採用閉式循環。

(2)同程式水系統和異程式水系統

圖2是垂直同程和水平同程系統的典型布置方法。由於經過每一環路管路的長度相同，故很少需要阻力平衡。如果各用戶盤管阻力相同或近乎相同時，採用同程式水系統是一種有效的均壓設計方法。同程式水系統是高層建築閉式水系統中廣泛採用的型式。

圖2 同程式水系統

異程式水系統管路簡單，因不需要同程管水系統，故投資較省。如果各房間盤管之間有不同的阻力或者在系統較小、層數較低時，可採用異程式布置，但所有盤管連線管上必須用流量調節閥平衡阻力，如圖3所示。

圖3異程式水系統

在開式水系統中，由於回水最終進入水池，到達相同的大氣壓力，故不需要採用同程式布置。

雙水管、三水管和四水管

雙水管系統冬季供熱水和夏季供冷水都是在相同的管路中進行的，優點是系統簡單，初投資節省。圖4(1-鍋爐；2-冷水機組；3-空調箱；4-水泵；5-風機盤管；6-膨脹水箱)是一基本的雙水管系統。雙水管系統的缺點是，在全年空調的過渡季，會出現朝陽房間需要冷卻而背陰房間需要加熱的情況。對於這種情況，往往採取把整個建築物按朝向分區；另外在建築物垂直方向上，可根據設備的承壓能力或高層和低層區不同的使用時間或低層區會被太陽遮擋等不同情況進行垂直分區。不同區域可通過分區熱交換器或三通閥控制供水溫度，進行調節。一個區域從冷卻轉為加熱或向相反方向轉換，可以手動或自動控制。圖5(1-水加熱器；2-水冷卻器；3-水三通閥4-水泵；5-風機盤管；6-膨脹水箱)所示是一般常用的雙水管系統。按朝向分區，每區設備水泵並利用三通閥進行水溫調節，滿足各分區不同負荷的要求。

圖4 基本的雙水管系統

圖5 對水管風機盤管朝向分區系統

三水管系統的每個風機盤管都有冷、熱兩條供水管，而回水管共用一根。這種系統適用負荷變化的能力強，可以較好地進行全年溫度調節，可任意調節房間溫度。但由於冷、熱水回水同時進入回水管中，故有混合損失，運行效率低；冷、熱水環路互相連通，系統水力工況複雜；初投資比雙水管系統高。

四水管系統有分開的冷、熱供、回水管。這種系統和三水管系統一樣可以全年使用冷水和熱水，故調節靈活，可適應房間負荷的各種變化情況，且克服了三水管系統存在的回水管混合損失問題，運行操作簡單，不需要轉換。缺點是初投資高，管道占用空間大。

定流量和變流量水系統

在定流量空調水系統中，水泵的容量是按照建築物最大設計負荷選定的，且全年(或冬、夏季分別)按固定的水流量工作。這種系統簡單，操作方便，不需要複雜的自控設備。但由於季節、晝夜和建築物使用功能的不同，實際空調負荷在一年絕大部分時間內遠比設計負荷低，故浪費了水泵運行輸送的能量，且在設計確定系統管徑時，不能考慮同時使用系統，故管道系統的初投資較高。

定流量一級泵水系統如圖6所示。這種系統水泵抽水量不能調節，在部分負荷時水泵的運行費用大。用戶系統各分區阻力需平衡，水泵揚程決定於最大阻力的分區環路。在冷源和熱源的阻力相差大時，可用夏、冬季不同的水泵工作，以節約運行費用。圖6(a)為一台冷凍機組，系統最簡單，用三通閥調節進盤管水量，冷凍機系統流量一定。當冷源並列兩台以上時，在部分負荷時，可停開一台冷凍機而不停水泵，則水溫上升；另一種方法是停開相應的冷源水泵，同時關閉切斷閥門，則供水溫度可保持不變，都可節約一定的運行費用。

圖6 定流量一級泵水系統

採用二級泵系統可減小系統的承壓，其二級泵壓頭之和小於一級泵系統水泵壓頭。與一級泵系統相比，由於降低了冷、熱源側和用戶側系統內的壓力，故適用於高層建築等大系統。圖7所示為定流量二級泵水系統。當系統冷源設備在兩台以上時，採用供水連通集管，在停開冷、熱源設備和水泵時，用戶系統的循環水量能自動保持一致，而供水溫度有所變化。

圖7 定流量二級泵水系統

辦公樓、高層旅館空調用水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的15%～20%，因此，在部分負荷時節約空調水系統的輸送能量具有重要意義，於是隨負荷變化而改變水量的變化流量空調系統顯示了其節能的優越性。變流量系統冷源側常採用多台冷凍機，多台冷凍水泵，一台冷凍機一台泵，每台水泵水流量不變，水泵和相應的冷水機組進行台數控制，控制冷源側的供水溫度。在用戶側冷卻盤管處使用二通閥，依據室內恆溫器的信號或送風溫度信號，控制二通閥門的開度，改變用戶側(負荷側)的水流量，達到變流量的目的。圖8(1-二通控制閥；2-負荷側控制閥；3-旁通閥；4-壓差控制器)為一冷源側定流量、負荷側變流量的單級泵水系統示意圖。冷源側設多台冷水機組，負荷側由室內恆溫器調節二通閥進行控制，冷源側和負荷側之間的供、回水管路上設旁通管。在旁通管上裝壓差控制器，控制旁通管上的二通閥。當用戶負荷及負荷側水流量減少時，供、回水總管之間壓差增大，通過控制器使旁通管上的二通調節閥開大，讓一部分水旁流；反之，二通閥關小，使旁流水量減小，從而保持冷水機組的水量不變，同時也使負荷側供、回水壓差恆定。旁通水量的多少亦影響了回水溫度的高低，並由回水溫度的高低調節冷凍機製冷量，以保持一定的蒸發器供水溫度。在此同時，供、回水總管的壓差變化控制冷凍水泵和冷水機組的運行台數，以使冷凍機在部分負荷下節能運行。對於20層以上的高層建築，從用水設備以及配件的耐壓方面考慮，空調系統需在豎向加以分區。

圖8 變流量一級泵水系統