9.水系统水力计算

安徽理工大学土木工程系毕业设计

9 空调水系统方案确定和水力计算

9．1 冷冻水系统的确定

9．1．1 冷冻水系统的基本形式 9.1．1.1 双管制、三管制和四管制系统

（1）双管制系统夏季供应冷冻水、冬季供应热水均在相同管路中进行。优点是系统简单，初投资少。绝大多数空调冷冻水系统采用双管制系统。但在要求高的全年空调建筑中，过渡季节出现朝阳房间需要供冷而背阳房间需要供热的情况，这时改系统不能满足要求。

（2）三管制系统分别设置供冷、供热管路，冷热回水管路共用。优点是能同时满足供冷供热的要求，管路系统较四管制简单。其最大特点是有冷热混合损失，投资高于两管制，管路复杂。

（3）四管制系统供冷、供热分别由供回水管分开设置，具有冷热两套独立的系统。优点是能同时满足供冷、供热要求，且没有冷热混合损失。缺点是初投资高，管路系统复杂，且占有一定的空间。

9.1.1.2 开式和闭式系统

（1）开式水系统与蓄热水槽连接比较简单，但水中含氧量较高，管路和设备易腐蚀，且为了克服系统静水压头，水泵耗电量大，仅适用于利用蓄热槽的低层水系统。

（2）闭式水系统不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱。管路系统不易产生污垢和腐蚀，不需克服系统静水压头，水泵耗电较小。

9.1.1.3 同程式和异程式系统

（1）同程式水系统除了供回水管路以外，还有一根同程管，由于各并联环路的管路总长度基本相等，各用户盘管的水阻力大致相等，所以系统的水力稳定性好，流量分配均匀。高层建筑的垂直立管通常采用同程式，水平管路系统范围大时宜尽量采用同程式

（2）异程式水系统管路简单，不需采用同程管，水系统投资较少，但水量分配。调节较难，如果系统较小，适当减小公共管路的阻力，增加并联支管的阻力，并在所有盘管连接支路上安装流量调节阀平衡阻力，亦可采用异程式布置。

9.1.1.4 定流量和变流量系统

（1）定流量水系统中的循环水量保持定值，负荷变化时可以通过改变风量或改变供回水温度进行调节，例如用供回水支管上三通调节阀，调节供回水量混合比，从而调节供水温度，系统简单操作方便，不需要复杂的自控设备，缺点是水流量不变输送能耗

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始终为设计最大值。

（2）变流量水系统中供回水温度保持定值，负荷改变时，通过改变供水量来调节。输送能耗随负荷减少而降低，水泵容量和电耗小，系统需配备一定的自控装置。

9.1.1.5 单式泵和复式泵系统

（1）单式泵水系统的冷热源侧和负荷侧只有一组循环水泵，系统简单初投资省，这种系统不能调节水泵流量，不能节省水泵输送能量。

（2）复式泵水系统的冷热源侧和负荷侧分别设置循环水泵，可以实现负荷侧水泵变流量运行，能节省输送能耗，并能适应供水分区不同压降的需要，系统总的压力低。但系统较复杂，初投资高。

9.1.2 确定冷冻水系统形式

除了参考以上几种系统划分优缺点的比较，在工程设计中，应根据具体的情况来考虑系统形式。对于本设计，空调水路中以风机盘管和吊顶式空气处理器为空调设备，由于各处风机盘管的型号相差不大，其水流阻力的差距较小，且平面布置规律性较强，采用同程式系统有利于环路中各风机盘管小环路的水力平衡，但在竖直方向高度不是很高，采用竖程浪费管材且阻力加大，所以本系统只采用水平同程竖向不同程，竖向加阀门调节不平衡率；在管制方面，由于本设计不考虑过渡季节出现即供冷又供热的情况，在系统的复杂性和初投资方面，采用两管制系统；由于开式系统水中含氧量较高，管路和设备易腐蚀，且需要克服系统静水压头，水泵耗电量大，仅适用于利用蓄热槽的低层水系统，所以对于本设计而言，采用闭式系统；为了节约能耗和更有效地控制冷冻水系统本设计采用二次泵变流量水系统。

综上所述，本设计采用的冷冻水系统形式为闭式同程式两管制二次泵变流量水系统。

9.2 水管水力计算内容

空调水系统阻力一般由三大部分组成,即设备阻力、附件阻力和管道阻力。设备阻力通常由设备生产厂家提供，因此进行水力计算的主要内容是附件和管件（如阀门、三通、弯头等）的阻力以及直管段的阻力。通常前者也称局部阻力，后者称为沿程阻力。

9.2.1 空调水系统的管材

空调水系统中，常用管材有焊接钢管、无缝钢管、镀锌钢管及PVC塑料管。空调冷热水一般采用焊接钢管和无缝钢管，当公称直径DN＜50mm时，采用普通焊接钢管；DN≥50mm时，采用无缝钢管；DN≥250者，采用螺旋焊接钢管。管道在使用之前，应进行除锈及涮防锈漆处理，然后必须进行保温。所以本工程空调水系统的管材采用钢管，DN＜50mm时，采用普通的焊接钢管，DN≥50mm时，采用无缝钢管。

9.2.2 管内流速

无论是局部阻力还是沿程阻力，都与水流速有关。流速过小，尽管水阻力较小，对运行及控制较为有利，但在水流量一定时，其管径要求加大，既带来投资（管道及保温

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等）的增加。当流速超过3m/s时还将对管件内部产生严重的冲刷腐蚀，影响使用寿命。因此必须合理地选择管内流速。不同管径闭式系统和开式系统管内流速推荐值按表9-1选用。该空调水系统采用的是闭式系统，所以初选流速时应按闭式系统的流速去选择。

表9-1 不同管径闭式系统和开式系统管内流速推荐值 （单位：m/s）

管内水流速的推荐值 管径/mm 闭式 系统 开式 系统 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.8 0.7-0.9 0.8-1.0 0.9-1.2 1.1-1.4 125 150 200 250 300 350 400 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.9 0.8-1.0 0.9-1.2 1.1-1.4 1.2-1.6 15 20 25 32 40 50 65 80 管径/mm 100 闭式 系统 开式 系统 1.3-1.8 1.5-2.0 1.6-2.2 1.8-2.5 1.8-2.6 1.9-2.9 1.6-2.5 1.-2.6 1.2-1.6 1.4-1.8 1.5-2.0 1.6-2.3 1.7-2.4 1.7-2.4 1.6-2.1 1.8-2.3 9.2.3空调管道水力计算的基本公式

空调水在管道内流动时像其他流体一样会产生压力损失，这种损失包括沿程摩擦损失和局部摩擦损失。

（1）沿程摩擦压力损失计算公式

?Pm??d?l???22?R?l

式中 ?Pm——摩擦压力损失，Pa； ?——摩擦系数； d——管道内径，m； l——管道长度，m；

?——流体在管道内的流速，m/s； ?——流体的密度，kg/m3；

R——单位长度沿程摩擦压力损失，简称比摩阻Pa/m。 （2）局部压力损失计算公式

?Pj???式中 ?Pj——局部压力损失，Pa；

?——局部阻力系数。

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??22

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（3）水系统总压力损失

?P??Pm??Pj??Ps

式中 ?Ps——水系统设备阻力，Pa；

?P——水系统总压力损失，Pa。 9.3 水系统管路设计计算方法

空调水系统的管路计算是在已知水流量和推荐流速下，确定水管管径及水流动阻力。选择水泵及配用电机。

空调水系统管路计算流程图如图9-2所示：

绘制空调水系统轴测图对各段水管进行编号，标注长度和水流量确定管径计算各管段实际流速计算最不利环路沿程阻力和局部阻力通过与最不利环路并联管路的阻力平衡计算，调整及确定各支管管径冷水机组阻力计算或确定系统中设备阻力辅助设备阻力末端装置阻力计算水系统总阻力（最不利环路阻力加系统设备阻力），总水流量选择水泵及配用电机图9-2 水系统管路计算流程图

9.4 冷冻水系统和冷却水系统水力计算详细说明

在水力计算时，初选管内流速和确定最后的流速时必须满足规范要求。空调水系统

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的系统图见附录图4。

1.选定最不利环路，给管段标号。 2.用假定流速法确定管段管径。

根据各管段的冷负荷确定管段的供回水流量，计算式如下：

G=0.86·Q/(tg-th) Kg/h

=0.86·Q/「(tg-th)* ?」 m3/h 式中 Q:冷负荷，W；

?：水的密度，Kg/ m3；

tg :冷冻水、冷却水供水温度，分别为7℃、30℃；

th ：冷冻水、冷却水回水温度，分别为12℃、35℃；

故：冷冻水、冷却水tg-th=5℃。

根据假定的流速和确定的流量计算出管径，计算式如下：

根据给定的管径规格选定管径，由确定的管径和选定的设备的流量计算出管 内的实际流速：

v?G900?d?

2d?G900?ρV3.计算比摩阻从而计算管段的沿程阻力

沿程阻力的计算式如下：

式中 ?py：沿程阻力，Pa

R ：每米管长的沿程损失（比摩阻），Pa/m L ：管段长度，m 摩擦阻力系数?由柯列勃洛克公式确定：

1???2lg(2.51Re??K/d3.72

)式中 K：管道的相对粗糙度，本设计中取K=0.15mm； Re：雷洛数。 4.用局部阻力系数法求管段的局部阻力

局部阻力计算式如下：

?pj?????22

式中： ?pj：局部阻力，Pa；

??：管段中总的局部阻力系数。

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