低温大温差空调与常规空调冷冻水管路设计计算比较
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流体机械
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文章编号:1005---0329(2008)05—0079—05
低温大温差空调与常规空调冷冻水管路 设计计算比较
李莉 (集美大学,福建厦门361021)
摘要:介绍了空调水管路的计算方法和设计原理,通过水力计算实例,对比了低温大温差空调冷冻水系统与常规空
调冷冻水系统在管径尺寸、管路阻力、管路初投资及电耗方面的差异。研究结果表明:当冷冻水供回水温差从5℃增大
16552.6l 3507.12 9040.85 3274.28 9322.60 10256.83
A=K。雾(0.55×10-6+≯284(11)
阻力平方区(v--≥2.7×106)
A:甄骘警
(12)
式中矽——运动粘度系数,m2/s 墨——考虑实验室和实际安装管道的条件 不同的系数,取K。=1.15 憨——考虑由于焊接接头而使阻力增加的
A=6兹4
(3)
当2000<Re<4000时称为临界区或临界过
时,对常规空调水系统管路及低温大温差空调水
系统管路进行水力计算和设计分析,确定该管路
各管段的管径及水泵的理论流量和扬程。
3.1 常规空调水系统管路的设计计算
常规空调水系统管路中,冷冻水供水温度为
7。C,回水温度为12℃,供回水温差为5℃,则冷冻
水平均温度(7+12)℃/2=9.5。C,查此温度下水
的密度P=999.7kg/m3,计算每台空调机组冷冻
2 x2.5+0.3=5.3
3800
2287.86
6087.86
380
O.1
1600
43.17
1643.17
440
1.0+2.5=3.5
4550
2473.71
7023.71
380
2×2.5+2×1.5=8
3800
3453.37
7253.37
空气处理机组
图l空调冷冻水系统计算示意
下面分别在不同的冷冻水水温和供回水温差
低温大温差空调水系统管路冷冻水供水温度 取2.5'E,回水温度取15。C,供回水温差为12. 5。C。同理,可得计算结果,如表2所示。
此时计算每台空调机组的冷冻水量为:
m。=1.677m3/h
系统所需冷冻水流量为0.932kg/s= 3.354m3/h。此时最不利环路的总阻力损失为:
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FLUID MACHINERY
的冷水温差。殷平教授在文献[3、4]中对空调冷 水大温差系统进行了相关研究,并对其经济性进 行分析。本文主要在被空调参数一定的情况下, 探讨低温大温差空调水系统与常规空调水系统在 管径尺寸、管路阻力及电耗方面的一些差异。
2管路设计的基本计算式
空调管路系统的设计计算主要通过水力计算 来完成,其主要目的是根据要求的流量分配,确定
阻,Pa/m
过渡区(旦<2.7×106)
确定计算公式后,需计算摩擦阻力系数A。 从流体力学可知A是雷诺数威和管道相对粗糙 度的函数:
A=f(Re,令)
(2)
式中 卜管道材料的绝对粗糙度,m
d——管道直径或当量直径,m
通过大量试验获得在不同流态下式(2)的具
体数学关系式如下:
在层流区Re<2000时:
V01.36,No.05,2008
Eap=E(△p,+apj)=41.7 kPa 水泵的扬程为:
考虑10%的余量,则选用水泵的参数为: 流量:(1.1 x3.354)m3/h=3.69m3/h
H=∑△p+p。=9.25mH20
扬程:(1.1 x9.25)mH20=10.18mH20
表2低温大温差空调水系统水力计算
\
收稿日期:2007—08—24 基金项目:福建省科技厅重点项目(2003H033)
万方数据
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FLUID MACHINERY
V01.36,No.05,2008
管网的各段管径(或断面尺寸)和阻力,求得管网 般取K=0.0001—0.0002m。
特征曲线,为匹配管网动力设备准备好条件,进而 确定动力设备(风机、水泵等)的型号和动力消 耗。以下为进行管路设计时的基本水力计算
渡区:
。
A=0.0025 7R8
(4)
系数,取觞=1.18 2.2局部阻力计算
局部阻力计算式:
△P=f譬
(13)
紊流区包括水力光滑区、过渡区(又称紊流 式中f——局部阻力系数
过渡区)和阻力平方区:
万1-.2lg(丽K+而2.51)(5)3硼榀糊冷?谢博
实际工程中,还常采用适合于一定管材,一定
阻力区的专用公式:
716 665 665 656 697 665
局部阻力系数 ∑f
沿程阻力4P, 局部阻力锄 管段总阻力
(Pa)
(Pa)
(Pa)
14 0.4 5.3 O.1 3.5
8
7157 3327 6654 3229 3974 6654
9395.24 180.14
2386.91 45.04
2348.81 3602.88
1前言
低温大温差系统与冰蓄冷系统转移电力负荷 的特点相结合,是一种非常具有竞争力、吸引力的 空调方式…。“低温大温差”是相对于“常规空 调”而提出的一个概念,与常规空调系统的冷冻水 供水水温7℃、供回水温差5。C不同,与冰蓄冷相 结合的低温送风冷冻水大温差系统,供水温度只 有2—5℃,冷冻水温差达到10—15℃旧'3 J。从冰 槽可以得到1—4℃的冷介质,从而得到10~15℃
水流速口 (m/s)
1.19 0.93 0.93 O.93 1.19 0.93
比摩阻R (Pa/m)
455
局部阻力系数 ∑f
14
沿程阻力△p, 局部阻力apt 管段总阻力
(Pa)
(Pa)
(Pa)
4550
9894.86
14444.86
380
O.3+0.1=0.4
1600
172.67
1772.67
380
管长Z 流量m。 管段
(m) (m3/h)
管径d 水流速口 (mm) (m/s)
l一2
10
3.354
32
2—3
5
1.677
25
3—4
10
1.677
25
4—5
5
1.677
25
5—6
10
3.354
32
2—5
10
1.677
25
1.16 0.95 O.95 0.95 1.16 0.95
比摩阻尼 (Pa/m)
路的总阻力损失:
式中
Zap=∑(△p,+△p,)
(15)
∑△p——最不利环路的总阻力损失,Pa
△p——某一计算管段的的总阻力损失,Pa
△p,——计算管段的沿程阻力损失,Pa
△p,——计算管段的局部阻力损失,Pa
代人数据得:
∑△p=30.97kPa
水泵的扬程日为最不利环路的总阻力损失
∑△p,加上表冷器的阻力损失P。j即:
尺,——管道水力半径,m,R;=f/x
产-管道过流断面面积,rn2
A:KI必絮攀
(9)
口
x——湿周,m
对于新铸铁管:
p——管中流体的密度,kg/m3 秽——管中流体的流速,m/s
水力光滑区(旦<0.176×106)
王,
Z——管段长度,m
A=K1≯0.77
(10)
尺。——管道单位长度摩擦阻力,又称比摩
‘
(1)阿里特苏里公式
A=o.1l(了K+6Ⅱ8e)0‘25
(6)
式(6)适用于紊流区及其光滑管道。钢管一
如图1所示的空调冷水二次泵循环系统(一 级循环略去),此系统计算冷负荷为48.8kW,其 中每台空调机组的冷负荷为24.4kW,空调机组 表冷器水侧阻力为5mm水柱,管壁当量糙粒高度 K=0.2mm。常规空调水系统水力计算结果参见 表1。
U“ (Jimei University,Xiamen 361021,China)
Abstract:The calculation methods and design principles of chilled water pipelines ale analyzed.Based on a hydraulic calcula- tion example,the dimension,pipeline resistance,pipeline system energy consumption and capital cost of large temperature differ- ence air conditioning systems are calculated and compared with conventional air conditioning systems.The results indicate that
m。=尚 水量为:
(14)
式中m。——一台空调机组的冷冻水量,kg/s Q——一台空调机组的制冷量,kW q=24.4kW C。——水的质量比热,kJ/(kg·℃), C。=4.19kJ/(kg·℃) “——冷冻水回水温度,℃,“=12% t;——冷冻水供水温度,℃,t,=7℃
代人数值得:
m。=4.193m3/h
when the temperature difference between chilled supply·water and return-water increases from 5℃(At=5℃)to 12.5℃(At= 12.5℃),the capital cost of a chilled·water pipeline system with large temperature difference is about 20%less,and the power consumption of the pump about 55—66%lower than for a conventional air conditioning system.Therefore.for air-conditioning systems with acertain cold load,adopting low temperature chilled water systems with large temperature differences instead of con— ventional air conditioning systems there will be savings in energy consumption and investment costs of the piping system. Key words:power,consumption;chilkd water systems;pipeline design;large temperature difference