閉式循環和開式循環
閉式循環系統
定義：管路系統不與大氣接觸，在系統最高點設膨脹水箱并有排氣和泄水裝置的系統。
當空調系統采用風機盤管、誘導器和水冷式表冷器冷卻用時，冷水系統宜采用閉式系統。高層建筑宜采用閉式系統。
閉式循環的優點：
1.管道與設備不易腐蝕；
2.不需為提升高度的靜水壓力，循環水泵壓力低，從而水泵功率??；
3.由于沒有貯水箱、不需重力回水、回水不需另設水泵等，因而投資省、系統簡單。
開式循環系統
定義：管路之間有貯水箱（或水池）通大氣。自流回水時，管路通大氣的系統。空調系統采用噴水室冷卻空氣時，宜采用開式系統。
開式循環的優點：
冷水箱有一定的蓄冷能力，可以減少開啟冷凍機的時間，增加能量調節能力，且冷水溫度波動可以小一些。
開式循環的缺點：
1.冷水與大氣接觸，易腐蝕管路；
2.噴水室如較低，不能直接自流回到冷凍站時，則需增加回水池和回水泵；
3.用戶與冷凍站高差較大時，水泵則需克服高差造成的靜水壓力，耗電量大；
4.采用自流回水時，回水管徑大，因而投資高一些。
兩管制、三管制、四管制
兩管制水系統
定義：供冷系統和供暖系統采用相同的供水管和回水管，只有一供一回兩根水管的系統。
兩管制系統的優點：系統簡單，施工方便。
兩管制系統的缺點：不能同時供冷供暖。
三管制水系統
定義：分別設置供冷管路、供熱管路、換熱設備管路三根水管；其冷水與熱水的回水管共用。
三管制系統的優點：三管制系統能夠同時滿足供冷和供熱的要求。
三管制系統的缺點：比兩管制復雜，投資也比較高，控制較復雜，且存在冷、熱回水的混合損失。
四管制水系統
定義：冷水和熱水的系統完全單獨設置供水管和回水管，可以滿足高質量空調環境的要求。
四管制系統的優點：能夠同時滿足供冷和供熱的要求，并且配合末端設備能夠實現室內溫度和濕度精確控制的要求。
四管制系統的缺點：系統復雜，投資高。
兩管制，三管制，四管制：
兩管制：供冷和供熱采用同一管路。
三管制：分別設置供冷和供熱管路到換熱器，共用回水管。
四管制：供冷和供熱的供回水管各自有獨立的管路系統。
同程式與異程式
同程式系統
定義：經過每一并聯環路的管長基本相等，阻力相近；若通過每米長管路的阻力損失接近相等，則管網的阻力不需調節即可保持平衡。
同程式系統的優點：系統的水力穩定性好，各設備間的水量分配均衡，調節方便。
同程式系統的缺點：由于采用回程管，管道的長度增加，水阻力增大，使水泵的能耗增加，并且增加了初投資。
異程式系統
定義：經過各并聯環路的管長不等，管路的阻力不等；需在各并聯管網上增加相應的調節閥來調節水網平衡。
異程式系統的優點：異程式系統簡單，耗用管材少，施工難度小。
異程式系統的缺點：各并聯環路管路長度不等，阻力不等，流量分配難以平衡。
總結：同程式：供回水干管中的水流方向相同，經過每一環路的管路長度相等。
異程式：供回水干管中的水流方向相反，經過每一環路的管路長度不等。
定水量與變水量
定水量系統
定義：系統中循環水量為定值，通過改變供、回水溫度來適應房間負荷的變化。這種系統各空調末端裝置，采用受設在空調房間內的溫控器控制的電動三通調節閥調節。
定水量系統的優點：系統運行穩定。
定水量系統的缺點：水泵無效耗能大。
變水量系統
定義：保持供水溫度在一定范圍內，當負荷變化時，改變供水量的系統。這種系統各空調末端裝置，采用設在空調房間內的溫控器控制的電動二通調節閥調節。
變水量系統的優點：管路和水泵的初投資低。
變水量系統的缺點：需采用供、回水壓差進行臺數和流量控制，自控系統比較復雜。
定水量和變水量
定水量系統：系統中循環水量為定值，負荷變化時，減少制冷量或制熱量，改變供回水溫度的系統。
變水量系統：保持供水溫度在一定范圍內，當負荷變化時，改變供水量的系統。
空調冷凍水系統與水管路
空調冷凍水系統
水系統中風機盤管進口不能全部安裝二通閥，當所有房間溫度低于溫控器設定值時二通閥關斷，整個水路就不循環，造成機組損壞。
建議全部采用三通閥有利于系統的節能。或2/3采用三通閥和1/3二通閥混合安裝。
水管路
多臺機組并聯的水管連接示意圖－機組內置水泵
必須在機組出水管至總管之間加裝單向閥，避免只有一臺機組運轉時進回水短路。
多臺機組并聯的水管連接示意圖－機組無內置水泵
必須在機組出水總管上安裝水泵，減小機組的承壓單靠機組內置水泵不能滿足整個水系統的要求－壓頭、水流量等。
空調水系統的分區
系統的承壓
1.系統的最高壓力：在系統的最低處或水泵的出口處，設計時應對系統各點的壓力進行分析，選擇合適的構件和設備。
A.系統停止運行，A點承壓最大PA=9.81h
B.系統正常運行時：
PA=9.81h+Pg-HCB-HBA
PB=9.81h1+Pg-HCB
c.系統開始運行時,閥還未打開
PB=9.81h1+P
PA,PB- A點和B點的靜壓。
HCB，HBA摩擦和局部阻力之和。
Pg，P水泵的靜壓和全壓。
2.設備的承壓
(1) 管道，水煤氣管<1 Mpa；
(2) 閥門，1.0, 1.6, 2.5 - 100MPa均有產品；
(3) 風機盤管，冷水表冷器，冷水機組等，一般按<1 Mpa出廠。
3.合理布置管路系統和設備的位置，有助于減少冷水機組設備及其部件的承壓。
(1) 將循環水泵設置在蒸發器或冷凝器的出水端；
(2) 水泵供水管引向最高點的同程式布置。
水系統的分區
1. 如層高不高，可僅有一個區；
2. 按承壓需2個區；
3. 按承壓需3個區。
水管路設計
冷凍水或冷卻水流速
1.壓力水管的水流速太大，對環路的平衡不利，且噪音增加。流速太小材料成本及安裝費用增加?？偣芰魉倏扇〈笠恍?，支管可取小一些。
2.管材：低壓系統，≤DN50的可用焊接鋼管，>DN50的用無縫鋼管，高壓系統一律采用無縫鋼管。管道作保溫處理前要刷兩道防銹底漆。
3.定水量系統的總水流量按最大負荷計算：
式中：
W---冷水總水量 (m3/s)
Q ---各空調房間設計工況時的負荷總和 ( kW )
c ---水的比熱容 ，取4.19kJ/(kg.℃)
---水的密度，取1000kg/m3
th ---回水的平均溫度(℃)
tj ---供水溫度(℃)
4.變水量系統的總水流量按下式計算：
n1---同時使用系數，例如賓館，可取n1=0.7-0.8；n2---負荷系數，如不仔細計算,以圍護結構負荷為主的，取0.7-0.8。
管道的公稱直徑
由選取的各管段合適水流速，并根據各管段水流量算出管徑，并根據計算管徑選取靠近的標準管徑作為該段水管的管徑。
W=π(d/2)2 v
W--- 水流量m3/s
d--- 水管內徑 m
v--- 水流速 m/s
水管壓力損失
1. 管道的摩擦壓力損失(沿程阻力)：由流量和管徑查水管的水力計算圖，得出每米水管的壓力降(及流速)。
2. 局部壓力損失(局部阻力)：由閥門，彎頭，三通等管路部件查表得出其等效長度。(局部阻力還有另外的計算方法)3. 水管壓力損失=(水管長度+管路部件等效長度)×壓力降/米。
水泵所需揚程
1.開式水系統：Hp=hf+hd+hm+hs
2.閉式水系統：Hp=hf+hd+hm
式中：
hf，hd---水系統總的沿程阻力和局部阻力損失(pa)
hm------設備阻力損失(pa)
hs------開式水系統的靜水壓力(pa)
設備阻力損失
水泵軸功率
水泵的功率根據全系統流量和水泵揚程確定。計算公式為：
р---水的密度，kg/L。膨脹水箱容量
采用閉式水系統時，為容納水系統內水的膨脹量，應設置膨脹水箱。
膨脹水量：△V = (р1/р2 -1)V
水在4度時的密度最大， р1 =1,膨脹量最大，△Vmax = (1/р2-1)V=βv
р1 , р2為系統運行前后水的密度－ 可查有關手冊；
β 為水箱系數；V 為水系統的總容水量。
膨脹水箱設計安裝要點：
1.膨脹水箱安裝位置，應考慮防止水箱內水的凍結，若水箱安裝在非供暖房間內時，應考慮保溫。
2.膨脹管在重力循環系統時接在供水總立管的頂端；在機械循環系統時接至系統定壓點，一般接至水泵入口前，循環管接至系統定壓點前的水平回水干管上，該點與定壓點之間，應保持不小于1.5-3m的距離。
3.膨脹管、溢水管和循環管上嚴禁安裝閥門，而排水管和信號管上應設置閥門。設在非供暖房間內的膨脹管，循環管理體制、信號管均應保溫。
4.一般開式膨脹水箱內的水溫不應超過95℃。
冷卻水系統
冷卻水系統的分類：
1.直流供水系統；
2.循環冷卻水系統。
冷卻塔的種類
機械通風式冷卻塔一般有開放式和密閉式兩種。
1.開放式冷卻塔
冷卻塔的循環水量，由主機的制冷能力，冷卻水進出口溫度和成績系數確定。
冷卻塔的水量和風量：
W --- 水量(kg/h)；G --- 風量(kg/h)；
Qc---冷卻塔冷卻熱量(kW)，對壓縮式制冷機取制冷機負荷的1.3倍左右，吸收式為2.5倍左右。
is1,is2---對應于ts1,ts2之飽和空氣焓值(kJ/kg)；
ts1,ts2---為室外空氣的進，出口濕球溫度；
CW---水的比熱(kJ/kgK)。
2. 密閉式冷卻塔：一般用于大氣污染嚴重的地區或水源熱泵機組。
冷卻塔設置1.空氣暢通；
2.噪音及水流飛濺；
3.校核結構承壓強度；
4.補水量為冷卻塔循環水量的1-3%，補水水質；
冷卻水箱的設置
冷卻水箱的功能，是增加系統水容量，使冷卻水循環泵能穩定的工作，保證水泵入口不發生空蝕現象。冷卻塔水盤及冷卻水箱的有效容積應能滿足冷卻塔部件由基本干燥到濕潤成正常運轉情況所附著的全部水量。
浮球閥自動補水
加藥裝置
冷卻水泵所需揚程
Hp = hf+hd+hm+hs+ho
式中：
hf,hd --- 冷卻水管路系統總的沿程阻力和局部阻力(mH2O)
hm----冷凝器阻力(mH2O )
hs----冷卻塔中水的提升高度(從冷卻塔盛水池到噴嘴的高差)(mH2O)
ho----冷卻塔噴嘴噴霧壓力( mH2O )，約等于5mH2O
冷卻水質穩定處理研究水中二氧化碳.重碳酸鈣和碳酸鈣之間的平衡關系；
防止管道中形成碳酸鈣沉淀和二氧化碳浸蝕。
水系統組成
冷凍水系統原理圖
冷卻水系統原理圖
水系統組成
水系統中設置的閥一般有兩個作用：一是起調節用，調節管網中的水量，另外是起關斷作用，如變換季節時的冷、熱源轉換，或設備檢修時，用閥門關斷。
管道閥門選型原則
項目
序號
選型原則
閥
門
選
型
設
計
1
冷凍水機組、冷卻水進出口設計蝶閥；
2
水泵前蝶閥、過濾器，水泵后止回閥、蝶閥；
3
集、分水器之間壓差旁通閥；
4
集、分水器進、回水管蝶閥
5
水平干管蝶閥；
6
空氣處理機組閘閥、過濾器、電動二通或三通閥
7
風機盤管閘閥（或加電動二通閥）
一般采用蝶閥時，口徑小于150mm時采用手柄式蝶閥（D71X、D41X）；口徑大于150mm時采用蝸輪傳動式蝶閥（D371X、D341X）。
選用閥門的注意事項
1
減壓閥，平衡閥等必須加旁通;
2
全開全閉最好用球閥、閘閥；
3
盡量少用截止閥；
4
閥門的阻力計算應當引起注意；
5
電動閥一定要選好的。
給水管道上使用的閥門，應根據使用要求按右列原則選型
1
需調節流量、水壓時，宜采用調節閥、截止閥；
2
要求水流阻力小的部位（如水泵吸水管上），宜采用閘板閥；
3
安裝空間小的場所，宜采用蝶閥、球閥；
4
水流需雙向流動的管段上，不得使用截止閥；
5
口徑較大的水泵，出水管上宜采用多功能閥
止回閥設置要求
止回閥設置要求
1
引入管上；
2
密閉的水加熱器或用水設備的進水管上；
3
水泵出水管上；
4
進出水管合用一條管道的水箱、水塔、高地水池的出水管段上。
注：裝有管道倒流防止器的管段，不需在裝止回閥。
止回閥的閥型選擇
應根據止回閥的安裝部位、閥前水壓、關閉后的密閉性能要求和關閉時引發的水錘大小等因素確定，應符合下列要求：
1
閥前水壓小的部位，宜選用旋啟式、球式和梭式止回閥。
2
關閉后密閉性能要求嚴密的部位，宜選用有關閉彈簧的止回閥。
3
要求削弱關閉水錘的部位，宜選用速閉消聲止回閥或有阻尼裝置的緩閉止回閥。
4
止回閥的閥掰或閥芯，應能在重力或彈簧力作用下自行關閉。
給水管道的下列部位應設置排氣裝置
1
間歇性使用的給水管網，其管網末端和最高點應設置自動排氣閥。
2
給水管網有明顯起伏積聚空氣的管段，已在該段的峰點設自動排氣閥或手動閥門排氣
3
氣壓給水裝置，當采用自動補氣式氣壓水罐時，其配水管網的最高點應設自動排氣閥。
冷凍水水流速度
壓力水管的水流速主要是經濟和噪聲兩個因素。管內的水速太大，對環路的平衡不利，故總管流速可以取得大一些，而分支管路可以小一些。
管內水流速推薦值(m/s)
管徑(mm)
15
20
25
32
40
50
閉式系統
0.4～0.5
0.5～0.6
0.6～0.7
0.7～0.9
0.8～1.0
0.9～1.2
開式系統
0.3～0.4
0.4～0.5
0.5～0.6
0.6～0.8
0.7～0.9
0.8～1.0
管徑(mm)
65
80
100
125
150
200
閉式系統
1.1～1.4
1.2～1.6
1.3～1.8
1.5～2.0
1.6～2.2
1.8～2.5
開式系統
0.9～1.2
1.1～1.4
1.2～1.6
1.4～1.8
1.5～2.0
1.6～2.3
管徑(mm)
250
300
350
400
450
500
閉式系統
1.8～2.6
1.9～2.9
2.0～2.8
2.0～2.8
2.1～2.8
2.1～2.8
開式系統
1.7～2.4
1.7～2.4
1.6～2.1
1.8～2.5
1.9～2.5
1.9～2.5
冷凍水管管徑確定
連接各空調末端裝置的供回水支管的管徑，宜與設備的進出水管接管管徑一致，可查產品樣本獲知。
管徑計算公式如下：
Q(L/s)：管段內流經的水流量；d(mm)：管道內徑；
v(m/s)：假定的水流速。
水系統的流量和單位長度阻力損
鋼管管徑（mm)
閉式水系統
開式水系統
流量m3/h
KPa/100m
流量m3/h
KPa/100m
15
0～0.5
0～60
—
—
20
0.5～1.0
10～60
—
—
25
1～2
10～60
0～1.3
0～43
32
2～4
10～60
1.3～2
11～40
40
4～6
10～60
2～4
10～40
50
6～11
10～60
4～8
10～40
65
11～18
10～60
8～14
10～40
80
18～32
10～60
14～22
10～40
100
32～65
10～60
22～45
10～40
125
65～115
10～60
45～82
10～40
鋼管管徑（mm)
閉式水系統
開式水系統
流量m3/h
KPa/100m
流量m3/h
KPa/100m
150
115～185
10～47
82～130
10～43
200
185～380
10～37
130～200
10～24
250
380～560
9～26
200～340
10～18
300
560～820
8～23
340～470
8～15
350
820～950
8～18
470～610
8～13
400
950～1250
8～17
610～750
7～12
450
1250～1590
8～15
750～1000
7～12
500
1590～2000
8～13
1000～1230
7～11
冷凝水管道設計
通常，可以根據機組的冷負荷Q（kW）按下列數據近似選定冷凝水管的公稱直徑。
負荷
冷凝水管管徑
負荷
冷凝水管管徑
Q≤7KW
DN20mm
Q＝7.1～17.6kW
DN25mm
Q＝17.7～100kW
DN32mm
Q＝101～176kW
DN40mm
Q＝177～598kW
DN50mm
Q＝599～1055kW
DN80mm
風機盤管機組、整體式空調器、組合式空調機組等運行過程中產生的冷凝水，必須及時予以排走。請關注暖通南社相關課件。
排放冷凝水管道的設計，應注意以下事項：
1.沿水流方向，水平管道應保持不小于千分之一的坡度；且不允許有積水部位。
2.采用聚氯乙烯塑料管時，一般可以不必進行防結露的保溫和隔汽處理。采用鍍鋅鋼管時，通常應設置保溫層。
冷卻水系統的設計
目前最常用的冷卻水系統設計方式是冷卻塔設在建筑物的屋頂上，空調冷凍站設在建筑物的底層或地下室。水從冷卻塔的集水槽出來后，直接進入冷水機組而不設水箱。當空調冷卻水系統僅在夏季使用時，該系統是合理的，它運行管理方便，可以減小循環水泵的揚程，節省運行費用。
為了使系統安全可靠的運行，實際設計時應注意以下幾點：
1． 冷卻塔上的自動補水管應稍大一點，一般按補水能力大于2倍的正常補水量設計；
2． 在冷卻水循環泵的吸入口段再設一個補水管，這樣可縮短補水時間，有利于系統中空氣的排出；
3． 冷卻塔選用蓄水型冷卻塔或訂貨時要求適當加大冷卻塔的集水槽的貯水能力；
4． 應設置循環泵的旁通止逆閥，以避免停泵時出現從冷卻塔內大量溢水問題，并在突然停電時，防止系統發生水擊現象；
5． 設計時要注意各冷卻塔之間管道阻力平衡問題；按管時，注意各塔至總干管上的水力平衡；供水支管上應加電動閥，以便在停某臺冷卻塔時用來關閉；
6． 并聯冷卻塔集水槽之間設置平衡管。管徑一般取與進水干管相同的管徑，以防冷卻塔集水槽內水位高低不同。避免出現有的冷卻塔溢水，還有冷卻塔在補水的現象。
摘自《中國制冷網》
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