水系统水力计算

7.2空调水系统设计

空调水系统设计是空气—水中央空调系统设计的主要内容之一。由于受到建筑空间和 使用条件的限制，现代民用建筑大都采用风机盘管加新风的系统形式。特别是写字楼、酒店 等高层、综合性建筑，面积大，层数和房间多，功能复杂，使用的空调设备数量和品种也 多，而且布置分散，使得空调水系统庞大而复杂，造成管路系统和设备投资大，水泵能耗 大，水系统对整个空调系统的使用效果影响也大。因此，在进行空调水系统设计时，应尽量 考虑周全，在注意减小投资的同时也不忘为方便日后的运行管理和减少水泵的能耗创造条 件。

7.2.1空调水系统设计的步骤

空调水系统设计的一般步骤如下: 1)根据各个空调房间或区域的使用功能和特点，确定用水供冷或供暖的空调设备形式

采用大型的组合式空调机或中型柜式风机盘管，还是小型风机盘管。

2)根据工程实际确定每台空调设备的布置位置和作用范围，然后计算出由作用范围的 调负荷决定的供水量，并选定空调设备的型号和规格。

3)选择水系统形式，进行供回水管线布置，画出系统轴测图或管道布置简图。 4)进行管路计算(含水泵的选择)。

5)进行绝热材料与绝热层厚度的选择与计算 (参见6.4部分内容)。

6)进行冷凝水系统的设计。 7)绘制工程图。

空调水系统的管路计算

空调水系统的管路计算(又称为水力计算、阻力计算)是在已知水流量和选定流速下确 水系统各管段管径及水流阻力，计算出选水泵所需要的系统总阻力。 1.管径的确定

1)连接各空调设备的供回水支管管径

宜与空调设备的进出水接管管径一致，可由相 设备样本查得

2)供回水干管的管径

(内径)d，可根据各管段中水的体积流量和选定的流速由下式 d=44v}c v (7一4)

4v一水的体积流量，单位为m3/s一 。一水流速度，单位为m/so

在水流量一定的情况下，管内水流速的高低既影响水管管径的大小，又涉及到水流阻力 大小，还分别与投资费用和运行费用有关，过低或过高都不经济。一般水系统中管内水流 速按表7-i中的推荐值选用。

显然，由式(7-4 )求出的管径为计算管径，不是符合管道规格的管径，还需以此管径 值为依据按管道的规格选定相近管径的管道型号。空调水系统通常使用钢管，主要是镀锌钢 管和无缝钢管，当管径蕊DN 125时可采用镀锌钢管，当管径>DN 125时要采用无缝钢管。 2.水流阻力的确定

空调水系统的水流阻力一般由设备阻力、管道阻力以及管道附件和管件阻力三部分组 成。设备阻力通常可以在设备生产厂家提供的产品样本上查到，因此进行空调水系统水流阻 力计算的主要内容是进行直管段的阻力(摩擦阻力)计算及管道附件(如阀门、水过滤器 等)与管件(如弯头、三通等)的阻力(局部阻力)计算。

由流体力学知识可知，空调水系统的水流阻力△P的基本计算式为：

式中△Pm—摩擦阻力(或称沿程阻力)，单位为Pa; z—局部阻力，单位为Pa; l—管路长度，单位为m;

R—比摩阻(单位长度管道的摩擦阻力，又称压力降)，单位为Pa/m ; 夸—局部阻力系数;

:—水流速度，单位为m/s;

P—水的密度，一般取1000kg/m'o

比摩阻R可根据水流量和流速查表7-2确定。管路中各种管道附件和管件的局部阻力 系数夸见表7-3和表7-4。水流经各设备的阻力可由所选产品的样本查取，当缺乏这方面的 资料时，可按表7-5的参考值进行近似估算。

3.空调水系统管路计算的步骤

空调水系统管路计算的步骤与空调风管系统阻力计算的步骤相仿，以闭式两管制一次泵 系统为例介绍如下:

1)划分管段。在系统轴测图或简图上以冷热负荷不变为准则划分管段，标注各管段长 2)选定最不利环路，对整个管路进行编号。一般选组合管段长度最长的管路为最不利 环路，先对其组成管段从离分水器最近的一段开始，逐段由近至远(最后到集水器)顺序编 号，再对与最不利环路并联的各分支管路或管段由远而近进行编号。编号数字标注在各管段 或设备的起始节点处。

3)计算管段流量。根据管段的冷热负荷，按下式求出管段的流量

从本步骤开始，可参考表7-6的形式列表计算，从选定的最不利环路最靠近分水器端管

段开始，逐个管段顺序计算，然后再计算各并联管路或管段。

4)选流速，确定管径。根据管段性质(主管、立管还是一般管道)，查表7-1选定水的

流速范围。然后根据管段流量和该流速范围查表7-2，选择最接近管段流量，且流速值在选 定流速范围内的对应管径(公称直径)，查出相应的比摩阻值R和动压值Paa 5)计算管段的摩擦阻力△Pm=lR。

6)计算管段的局部阻力。根据管段的实际情况，由表7-3和表7-4可查得各种管道附件和 管件的局部阻力系数夸(可参考表7-7的形式列出)，然后计算各管段的局部阻力z=∑ξPd。 7)管段总阻力△P=△pm+z。

8)检验各并联管路的阻力平衡情况。并联管路之间的阻力不平衡偏差值应不大于15%， 如果大于15%，则可采取调整其中一个管路的管径，改变其断面面积的方法使阻力尽量平衡。

9)计算最不利环路的阻力。该环路的阻力即为系统总阻力H，考虑一定的安全因数

(一般为1.1～1.2)后就可以作为选择水泵所需要的扬程(H')依据。

[例]已知如图所示的空调水系统中，每台柜式风机盘管的供冷量均为50kW，阻力为5m水柱(5 × 9.8kPa)，各管段长度参见表7-6。求各管段管径和系统总阻力。 【解】

1)划分管段，标注各管段长度和冷热负荷，如图所示。 2)确定最不利环路，给各节点编号。

3)计算管段流量。设冷冻水供水温度为7 ℃，回水温度为12 ℃，则流经每台柜式风机盘管的冷冻水流量计算得

据此可得各管段流量。

4)从管段1-2开始，分管段根据管段的性质(主管、立管还是一般管道)，查表7-1选定水的流速范围。然后根据管段流量和该流速范围查表7-2，选择最接近管段流量，且流速值在选定流速范围内的对应管径(公称直径)，查出相应的比摩阻值R和动压值Pd。 5)计算各管段的摩擦阻力△Pm=lR。

6)根据各管段的实际情况，从表7-3和表7-4查得管道附件或管件的阻力系数夸，然后计算各管段的局部阻力z=∑ξPd。 7)计算各管段总阻力△P=△pm+z

上述计算结果和查表所得数据参见表7-6和表7-7 。 8)校验各并联管路的阻力平衡

①管路4-5与管路A:

管路4-5的总阻力△P4-5 = 67919. 5Pa，管路A的总阻力△pA = 63887Pa

两者的不平衡率为

②管路3-6与管路B:

管路3-6的总阻力△P3-6 = △P3-4 + △P4-5 +△P5-6 =( 2812.5 + 67919.5 + 2812.5) =73544.5Pa，管路B的总阻力△PB=63887Pa，两者的不平衡率为

③管路2-7与管路C:

管路2-7的总阻力△P2-7=△P2-3+△P3-6+△P6-7=( 2618+73544.5+2618)= 78780.5Pa 管路C的总阻力△Pc= 63887Pa 两者的不平衡率为

将管路C的管径由50 mm减小到40mm，查表7-2可知，水的流速将由1.1m/s提高到1.8m/s，相应的比摩阻值R和动压值Pa均提高，使管路C的总阻力增大到了95468Pa(见表7-6最后一行)，此时管路C与管路2-7的不平衡率为

说明管路C的管径减小一个规格其阻力又增大太多不能满足要求可使管路C仍保DN50的管径，采用关小阀门增大阻力的方法来与管路2-7取得平衡。

9)计算系统总阻力

系统总阻力H即最不利环路1-2-3-4-5-6-7-8的总阻力，其值为

H=△P1-8=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5+△P5-6+△P6-7 +△P7-8 =(3796+2618+2812.5+67919.5+2812.5+2618+3724 ) Pa=86300.5 Pa

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