暖通空调水系统管路设计中冷热水系统的选择及水力计算探析

工业技术116 2015年13期暖通空调系统水力平衡探析闫晓玲孙新华石家庄大洋环境工程有限公司，河北石家庄050000摘要：随着我国现代化进程的不断加快，促使着科技的不断发展，传统的生活方式正在改变。

新的高层建筑的不断出现促使空调设备设计要求更高，现代建筑中暖通空调必不可少。

其中，暖通空调的水力平衡调节，成为了暖通空调设计中急需解决的问题。

因此，就暖通空调水力平衡调节设计进行了解析，希望可以对今后相关内容的进一步研究提供借鉴。

关键词：水力平衡；暖通空调；平衡调节设计中图分类号：TU831.4 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）13-0116-011水力平衡阀的研究对于水力平衡阀，因为它一方面拥有直线型流量特征，也就是在阀门前后压差不变的情况下，流量与开度大体上成线性关系。

而在另一方面，它也有精确的开度指标和锁定装置。

所以，它可以很好地调节空调水系统的平衡，这个也是保证暖通空调系统正常、有效运行的前提，让系统以比较低的能量消耗获得更加舒适的室内环境。

以下就其三个技术方面对其进行研究：2水利平衡阀的应用2.1调节水系统平衡闸阀、截止阔及没有开度指示的调节阀造型很简单，但是平衡阀的造型必须加以仔细琢磨。

例如根据系统流量及所消耗的能量选择口径与管径，同时需确定开度，还有投资购买平衡产品及系统的平衡调试，使得暖通空调系统的设计满足最大负荷的要求，发挥出最大的效益。

因此水系统的平衡对暖通空调系统非常重要。

2.2施工设计合理在进行施工的监理工作时，调节好平衡阀可以做足施工设计工程的控制工作。

比如吊顶式空调机组就是极易产生噪声的设备之一，所以做好平衡阀的产品定型，也会影响到其他产品的设计要求。

施工设计最好要协调好系统设计图和实际施工的要求，如若差异过大，则将会耽误系统的施工。

对施工方案先进行设计规范的制定，再进行多方案的技术性比较，当所以的技术标准都确认无误的时候，系统才可以投入施工。

3水力平衡调节中阀门的调节方法3.1比例法比例法的基本原理基于当各热用户阻力系数一定时，系统上游端的调节，将引起各热用户流量成比例地变化。

空调冷（热）水系统的水力计算1 空调冷（热）水水力计算的基本公式设备阻力++=∆+∆=∆2.2ρνζRl P P P j m （1-1）Rl P m =∆（1-2）2.2ρνζ=∆j P （1-3）22v d l R ⋅⋅=ρ （1-4）)Re 5.271.3lg(0.21λλ+-=d k （1-5） 式中 ΔP--管网总阻力，（Pa ） ΔP m --管网沿程阻力，（Pa ） ΔP j --管网局部阻力，（Pa ）设备阻力--如制冷机组蒸发器及冷凝器、热交换器、锅炉、冷却塔、风机盘管、 新风机组、空调机组等R ——单位长度直管段的摩擦阻力（又称比摩阻），Pa/m ；）—最不利管网总长（—m l λ——摩擦阻力系数，m ； ζ——管道配件的局部阻力系数 ρ——水的密度，kg/m 3；v ——水的流速，m/s ；k ——管内表面的当量绝对粗糙度，m ；闭式循环水系统：k=0.2mm ；开式循环水系 统：k=0.5mm ；冷却水系统：k=0.5mm 。

d ——管道直径，m 。

Re ——雷诺数：附：一个大气压下水的密度2 空调计算管段冷（热）水流量计算tqG ni i∆=∑=163.11（2-1）式中∑=ni iq1——计算管段的空调冷（热）负荷，W ；t ∆——供回水温差，oC 。

（空调冷水供回水温差不应小于5 oC ；空调热水供回水温差，严寒和寒冷地区不宜小于15 o C ，夏热冬冷地区不宜小于10oC ）确定计算管段的冷水量∑=ni iq1时，可以根据管路所连接末端设备（如AHU 、FCU 等）的额定流量进行计算（叠加）。

但必须注意，当总水量达到与系统总流量（水泵流量）相等时，干管的水量不应再增加。

3 管径的选择及沿程阻力计算3.1 空调水系统单位长度摩擦压力损失（比摩阻）宜控制在100~300Pa/m ；最大不应超过400Pa/m （热水管道建议取低值）。

空调房间内管道流速不宜超过表3-1的限值。

对暖通空调中水力平衡调节设计的认识及思考暖通空调工程水力平衡的调节是一个核心性问题，也是设计者们探究的重要课题。

因此本文重点提出了静态水力平衡及动态水力平衡两种理念，并根据两种水力平衡自身的特点，剖析了定流量系统及变流量系统等多种较为经典的方法，提出了水力平衡方法的使用是完善供热（冷）空调系统情况及提高节能革新的有效方式。

标签：暖通空调；水力平衡；调节引言在暖通空调水系统中，水力失衡是最为普通的问题。

因为水力失调造成系统流量匹配不准确，一些地区流量太多，一些地区流量又不够，导致一些地区冬天供热不足、夏天制冷不够的情况，系统运送冷、热量不准确，从而导致能量的损失，或者为解决此类问题，完善水泵扬程，但依旧会产生热（冷）不平衡及更大的电能损耗。

所以，一定要应用对应的调节阀门对系统流量匹配实施调节。

尽管一些常用阀门像截止阀、球阀等也拥有相应的调节水平，可由于其调节功效不好以及不能对调节后的流量实施检测，所以这种调节只可以说是定性的及不精准的，通常给工程安装完成后的调试工作及运作管理带来许多的不方便。

所以最近这些年来，在许多的暖通空调工程的核心部位（像集水器）、尤其是在某些外国设计公司策划的工程项目中，都大规模地应用水力平衡阀来调节系统的流量匹配。

1 水力平衡调节状况水力失调是暖通空调中是最容易遇见的问题，处理这个问题就需要使用对应的举措来完善系统流量分散的不平均，能够采用调节阀门的手段。

在当前的市场上，一些最常用的阀门拥有一定的调节水平，像使用广泛的球阀、截止阀等等。

可是，因为这些常用的零件的调节弓能不太完善，而且也不能对调节后的系统流量实施检验和测量。

因此，这种调节在一些层面比较固定，也会有一些不准确性。

甚至还会在工程装配完成后对以后的调试工作及运作管理带来不可避免的麻烦。

因为很多因素的影响，最近，对暖通空调工程的核心位置，在设计的工程中采取符合应用的水力平衡阀，通常使用自力式压差调节阀或自力式流量控制阀对流量分配情况进行调节。

暖通空调水力平衡分析暖通空调系统是现代建筑中必不可少的一部分，它的主要作用是为建筑内的人员提供舒适的温度和空气质量。

然而，在暖通空调系统设计与施工中，常会出现水流量不均衡、水压不稳定等问题，这会导致系统能效低下、压力波动等负面影响。

因此，进行水力平衡分析是确保暖通空调系统顺利运行的关键环节之一。

1.暖通空调系统的水力平衡水力平衡是指在管路系统中通过合理布置流通方式、管道尺寸、阀门和泵的数量及功率等，使水在管道中能够均匀流动，从而达到管路各处的流量、压力、速度等参数的平衡状态。

暖通空调系统的水力平衡主要包括两方面内容：一是通过合适的水流量配管，使各个机组能够达到设计的供冷、供热量；二是在管路中保持合适的水压力，确保系统正常运行。

2.暖通空调系统水力平衡分析的意义暖通空调系统中水力平衡的实现对系统性能和经济性都有重要影响。

水力不平衡会导致系统流量不均匀，造成冷热负荷不匹配，降低系统供暖/供冷效果，提高能耗成本，同时还会对设备和管道造成损坏。

通过水力平衡分析，可以帮助设计师、施工方和用户更好地了解系统的状况，及时解决水力不平衡问题，提高系统的能效，加强其可靠性和稳定性。

3.暖通空调系统水力平衡分析的方法及工具暖通空调系统水力平衡分析的方法包括实地测量、计算分析以及试验室模拟等。

实地测量方法：通过现场测量管道的压力、流量、温度等参数，分析管道系统水力状况。

计算分析方法：根据建筑物空调系统的相关参数，使用计算软件进行模拟计算分析。

试验室模拟法：在模拟试验室中对管道系统进行模拟试验，分析系统性能和水力平衡状况。

工具方面，现在有许多强大的水力计算软件，如Elite、Flowmaster和Revit MEP等，可以帮助工程师进行精准的水力平衡分析。

4.暖通空调系统水力平衡分析应注意的事项（1）确保管道清洁：管道系统中有铁屑、沙子等杂物，将直接影响水流量的均匀性，从而影响水力平衡的达成。

（2）合理选择管道尺寸：为了保证水流量的均衡，一般采用相同尺寸的管道进行配管，如果在分支管道上使用较小的管径，可能会影响到主干管道的水力平衡。

空调冷热水温度、水力计算和管路平衡舒适性空调的冷热媒参数的确定舒适型空调的冷热媒参数，应考虑对冷热源装置、末端设备、循环水泵功率的影响等因素的确定，并应保证技术可靠、经济合理：1、 空调冷水供回水温差不应小于5℃；冷水机组直接供冷系统的空调冷水供回水温度可按冷水机组空调额定工况取7/12℃；循环水泵功率较大的工程，宜适当降低供水温度，加大供回水温差，但应校核降低水温对冷水机组性能系数和制冷量的影响。

2、 采用蓄冷装置的供冷系统，空调冷水供水温度应根据采用的蓄冷介质和蓄冷、取冷方式等参考表5.8.1确定；当采用冰蓄冷装置能获得较低的供水温度时，应奖励加大供回水温差；3、 采用换热器加热空调热水时，其空调热水供水温度宜采用60~65℃，供回水温差不应小于10℃；4、 采用直燃式冷（温）水机组、空气源热泵、地源热泵等作为热源，供回水温度和温差应按设备要求确定；5、 当空调冷水或热水采用大温差时，应校核流量减少对采用定型盘管的末端设备（如风机盘管等）传热系数和传热量的影响，所用的风机盘管机组的性能应经过测试。

空调系统的水流量1、 计算管段的水量应按下式计算：tQ G ∆=163.1（5.8.2） 式中 G ——计算管段的水量(m 3/h);Q ——计算管段的空调符合（kW ）；t ∆——供回水温差（℃）。

2、 计算管段的水量可按所接空气处理机组和风机盘管的额定流量的叠加值进行简化计算，当其总水量达到与水泵流量相等时，干管水流量值不再增加。

空调冷水系统的阻力计算1、 管道每米长摩擦阻力可按下式计算：85.187.485.1105s j h i q d C H --=（5.8.3-1）式中i H ——计算管段的比摩阻（kPa/m ）；d ——管道计算内径（m ）；q ——设计秒流量（m 3/s ）；C ——海澄-威廉系数，钢管闭式系统取C=120，开式系统取C=100。

2、 比摩阻宜控制在100~300Pa/m ，不应大于400Pa/m ；且空调房间内空调管道流速不宜超过表5.8.3-1的限值。

暖通水力计算和负荷计算暖通水力计算和负荷计算是暖通空调系统设计的重要工作，用来确定供水及回水管道的尺寸、泵的选择、风机的选择以及冷热负荷的计算。

下面我们将对暖通水力计算和负荷计算进行详细介绍。

暖通水力计算主要包括供水管道、回水管道、水泵和风机的水力参数的计算。

水力参数包括流量、压力、速度和功率等。

在进行水力计算时需要考虑系统的总水力损失和回路的水力平衡。

供水管道的水力计算是根据设计流量和压力损失来确定管道的尺寸。

根据流体力学原理，流量和压力损失之间存在一定的关系，可以通过水力计算公式来确定管道的尺寸。

水力计算公式包括液体的标准速度和雷诺数公式等。

回水管道的水力计算是根据回水压力和流量来确定管道的尺寸。

回水管道是供水管道的一部分，回水管道的尺寸主要受到回水压力的影响。

回水压力一般为供水压力的一定百分比，通过水力计算公式来确定管道的尺寸。

水泵的水力计算是根据供水系统的总水力损失来确定泵的扬程和功率。

供水系统的总水力损失包括管道的摩阻损失、弯头的压力损失、阀门的压力损失等。

通过水力计算公式来确定泵的扬程和功率。

风机的水力计算是根据风机的流量和压力来确定风机的功率。

流量和压力之间存在一定的关系，通过水力计算公式来确定风机的功率。

暖通负荷计算主要包括冷负荷和热负荷的计算。

冷负荷是指在制冷季节，需要从室内空间中排除的热量。

热负荷是指在供暖季节，需要向室内空间提供的热量。

负荷计算的目的是确定制冷和供暖设备的功率和容量。

冷负荷的计算是根据室内外温度差、室内外传热系数和室内热负荷来确定。

室内外温度差是指室内空调温度和室外温度的差值，室内外传热系数是指室内和室外之间传热的能力。

通过传热计算公式来确定冷负荷。

热负荷的计算是根据室内外温度差、室内外传热系数和室内热负荷来确定。

通过传热计算公式来确定热负荷。

总的来说，暖通水力计算和负荷计算是暖通空调系统设计的重要环节，通过计算可以确定供水及回水管道的尺寸、泵的选择、风机的选择以及冷热负荷的计算。

暖通设计变流量空调冷水系统的分析和比较一些对公共建筑集中空调系统的能耗调查测试表明，集中空调系统的夏季用电量中，大约２５％～３０％消耗于冷水泵及冷却水泵的输配上。

空调水系统的合理配置对冷水机组的正常、高效运行有较大影响，因此合理地设计空调水系统是保证集中空调系统节能运行的关键。

随着ＧＢ５０１８９—２００５《公共建筑节能设计标准》的实施，目前空调水系统基本采用末端设置两通阀的负荷侧变流量系统，对冷源侧而言，常规的冷水机组高效稳定运行的前提是流经蒸发器、冷凝器的水量保持恒定。

长期以来，采用常规冷水机组的水系统主要有冷水机组定流量一级泵系统和二级泵系统，近年来，一些设备制造商研发出了蒸发器在一定范围内变流量运行时制冷效率不会改变很多的冷水机组，给空调水系统节能运行带来了新的突破。

笔者在从事工程设计及图纸审查的工作中，发现空调水系统在管路连接、阀门设置、设备选型等方面存在设计不够合理的现象。

笔者结合工作体会，对负荷侧变流量的闭式空调冷水系统中常见的３种水系统形式，即冷水机组定流量、负荷侧变流量的一级泵系统，二级泵系统，冷水机组变流量一级泵系统进行分析比较，总结了各系统的特点和适用条件，系统设计时应注意的问题，供同行参考。

冷水机组定流量、负荷侧变流量一级泵系统ＧＢ５０７３６—２０１２《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》已将定流量一级泵系统（即负荷侧定流量的系统）严格限制在“设置一台冷水机组的小型工程”范围内，除此之外的空调水系统均应通过在末端装置设置水路电动两通阀来实现负荷侧的变水量调节。

实际工程中风机盘管、空气处理机组等空调末端装置基本都采用两位控制的电动两通阀或连续调节的电动调节阀进行水路控制，即负荷侧是变流量系统。

然而对于空调冷源侧来说，流经冷水机组蒸发器的水量控制在一定的范围内是保证冷水机组高效稳定运行的主要因素：当蒸发器的流量逐渐减小到使其管束内流动由湍流变为层流时，蒸发器的传热效果会恶化，使冷水机组效率明显降低，流量过小时制冷机会自动停机保护以防蒸发器内冻结和铜管的破裂；当蒸发器的流量逐渐增大到使其管束内流速超过最大允许流速时，会对铜管产生冲蚀作用，增加泄漏事故率，缩短机组使用寿命。