集中空调冷、热水系统的一级泵二级泵设计

集中空调冷、热水系统的一级泵二级泵设计集中空调冷（热）水系统指的是将空调冷（热）水集中配制后，送至房间或区域空调末端设备并承担相应的空调冷热负荷的冷（热）水系统。

集中空调水系统的特点是：冷热源装置集中设置，并对生产的冷（热）水通过水泵和相应的管道，输送至空调区域末端设备中，对于空调区域进行制冷（或供热）。

为了方便大家理解和设计集中空调冷（热）水系统，下面简单介绍一下集中空调冷（热）水系统方面知识：集中空调冷（热）水系统的基本形式和构成进行分类（1）按照空调末端设备的水流程，可分为同程系统和异程系统；（2）按系统水压特征，可分为开式系统和闭式系统；（3）按照冷热管道的设置方式，可分为两管制系统和四管制系统；（4）按照末端用户侧水流量的特征，可分为定流量系统和变流量系统。

集中空调冷（热）水系统的特点：1.同程系统和异程系统空调冷冻水管由供水总管、干管和支管组成。

各供回水支管和空调末端装置相连接，构成一个个并联回路。

为了保证各末端装置应有的水量，除了需要选择适合的管径外，合理布置各回路的走向也是非常重要的。

（1）同程系统同程系统是指系统内水流流经各用户回路的管路物理长度相等或相近。

水流经同一层每个末端的水平之路供水与回水管路长度之和相等简称水平同程；水流经每层用户的垂直供水与回水的管路长度之和相等，简称立管同程；水流经每一末端的水平和垂直的供回水管长度之和均相等也称为全同程系统。

（2）异程系统异程系统是指水流经每一用户的管路长度之和不相等。

通常由于用户位置分布无规律，用户位置分布虽然有规律但有的用户供回水支管路较短，有的用户供回水支管路较长，造成各并联回路的管路物理长度相差较大。

（3）设计原则同程系统的特点是：各并联回路物理长度相等。

在同程系统中，如果末端设备水阻力基本相同，那么由于水在管道中的流程相同，设计时通常也对管路的比摩组进行适当的控制，可以认为各末端环路管道的水阻力相差不大，且水管路阻力与末端相比，所占比例相对较小，因此这时同程系统容易实现各并联回路之间的水力平衡。

但为了使回路长度相近，有时需要耗费更多的管材。

此外也往往需要增加竖向管井以及管井面积。

在异程系统中，平衡各回路水阻力的基础条件比同程差，通常需要更为合理的选择管径和配置相关的阀门。

值得特别注意的是：系统原理图而不是实际管道布置详图，原理图中管道长度相等并不代表实际的物理长度相等。

而设计人员的主要目的也不是为了管道的物理长度相等，而是各并联回路的水阻力平衡。

因此同程或异程的选择，在工程设计中，应根据具体情况进行考虑。

设计中通常有以下原则：1）末端阻力相同或相差不大的回路宜采用水平同程系统。

2）当末端空调设备的设计水阻力相差较大或末端设备及其支路水阻力超过用户侧水阻力的60%、或设备布置较为分散时，可采用异程系统。

3）详细的水利平衡计算。

不论采用同程系统还是异程系统，设计人员都应该进行详细的水力计算和各环路的平衡计算。

通常的要求是：阻力最大的回路与阻力最小的回路之间的水阻力相对差额不应大于15%。

4）合理设计阀门。

由于各种原因即使进行了详细的水力计算和调整，完全通过管径的选择来实现15%的不平衡率的目标是难以实现的。

同时考虑到管道计算、施工变更、误差以及运行管理的需要，因此，在一定程度上需要利用阀门进行调节，一般建议各主要环路和末端处设置相应的有较好调节特性的手动或电动阀门。

需要指出的是，由于阀门本身是阻力元件，存在一定的能量损失，也是初投资增加、维护工作量增加的组成部分。

因而，不能随意的到处增加，而只是在系统设计合理的基础上合理的选择与设置。

2.开式系统与闭式系统图3.7-3式空调水系统的两种最基本形式。

图3.7-3（a）是开式系统。

水泵从水箱中吸入系统回水，进过冷水机组后供应到用户末端装置（或冷却塔），然后再回到水箱中。

在开始系统中，水泵的吸入侧应有水箱水面高度给予足够的静水压头，尤其是热水系统，应确保水泵吸入口不发生汽化现象。

其次，应掌握的一般原则是：水泵的扬程需要克服供水管和末端装置的水流阻力以及将水从水箱水位提升到管路最高点的高度差H，同时，如果H 之不能克服末端之后的回水管阻力（ph），还需要增加一定的水泵扬程（H-Ph）。

显然，H较大时，水泵的扬程要求也是较大的，导致常年运行水泵的能耗也比较大。

因此，目前开始系统在空调冷热水系统中应用相对较少。

比较常见的情况是采用开式冷却塔的空调冷却水系统和谁许冷的一次系统，他们的共同特点是H较小。

由于开始系统中，不同高度差上设置的空调末端回路的水压差都是变化的，这种情况下通常只能通过末端阀门的初调节来使末端两端的压差相同，因此这是采用同程系统的意义不大。

图3.7-3（b）所示的闭式系统是一个封闭的环路，其特点是：系统不运行时，环路中的同一高度上的任一断面的水压力都是相等的；系统运行时，水泵的扬程只需克服系统的整个水流阻力，而与系统的高度无关。

因此，对于有一定高度的系统来说，闭式系统通常比开始系统的水泵扬程低，电力装机容量减少，具有一定的运行节能优势。

同时，由于水和空气的接触面积少甚至与空气隔绝，使得系统内水质能够长时间的得到较好的保证，有利于系统可靠运行。

正因为上述优点，闭式系统在目前空调冷热水系统中应用最广泛的一种形式。

由于水具有一定的热胀冷缩的特点，为了确保系统安全，闭式系统应考虑水受热膨胀后的系统泄压问题，通常采用的闭式膨胀罐或者开式膨胀水箱。

应当指出，开式和闭式的区别，是以系统中的水压特征为评定标准的，因此不能将设置了开式膨胀的系统称为开式系统。

3.两管制与四管制系统冷、热源利用同一组供、回水路为末端装置的判官提供空调冷水或热水的系统称为两管制系统（一供一回两条管路）；冷热源分别通过各自的供回水管路，为末端装置的冷盘管和热盘管分别提供空调冷水和热水的系统称为四管制系统（冷、热水分别设置供、回水管，供四条管路）。

（1）两管制系统的特点两管制系统的特点是冷、热源交替使用（季节切换），不能在同一时刻向末端装置供冷水和热水，适用于建筑物功能相对单一、空调尤其是精度要求相对较低的场所。

由于管路较少。

其投资相对较低，所占用的建筑内管空间也就比较少。

（2）四管制系统特点冷热源可同时使用，末端装置内可以配置冷热两组盘管，已实现同一时刻向末端装置同时供应空调冷水和热水，可以对空气进行冷却＿再热处理，满足相对湿度的要求。

此外，在分内、外区域的房间内或供冷、供热需求不同的房间，通过配置冷、热盘管或单冷盘管等措施，可以实现各取所需的愿望。

因此，四管制系统适合对于室内空气参数要求较高的场合，有时甚至是一种必要的手段。

但投资较高，占用管道空间相对较大。

以上提到的两管制与四管制系统，都是针对末端空调设备来说的，对于夏季供冷、冬季供热的集中空调水系统而言，其冷、热部分一般都是四管制的，除非冷热源设备具有一机多能的特点，例如热泵式冷（热）水机组、直燃式冷（热）水机组等。

具体到冷、热水机组的应用时，通常都是采用两管制方式。

4.定流量与变流量系统通常将空调水系统的位置结构上分为两部分：冷、热源侧（冷、热源机房内）水系统和用户侧（机房外）水系统。

对于定流量系统和变流量系统的区别针对用户侧而言：在系统运行全过程中，如果用户侧的系统总水量处于实时变化过程中，则将水系统定义为变流量系统；反正为定流量系统。

（1）定流量系统定流量系统是指空调水系统中用户侧的实时系统总水量保持恒定不变。

对于房间温度等参数的额控制而言，只能依靠改变末端装置的风量或者通过三通阀改变进入末端装置的水量等手段来进行控制，或者不进行室内参数控制。

图3.7-5是房间空调末端装置配置了电动三通阀的定流量空调系统，它可以根据空调房间的控制参数，通过调节三通阀支流支路和旁流支路的流量，改变进入末端装置的水流量。

从理论上看，在此过程中用户侧的系统总流量没有发生改变，一次这是一个定流量系统。

如果末端装置不设任何流量控制阀门，则更是一个典型的定流量系统。

定流量系统的控制比较简单，水系统运行过程中，出来设置多台水泵系统依靠水泵运行台数的改变来改变能耗外，不能做到实时的节省能源。

定流量系统除了存在能耗上的不节省外，还存在以下一些固定的缺点：1)设两台冷水机组的定流量系统。

系统在运行时，及可能会出现运行节能与满足需求的较大矛盾。

因为一栋建筑有多个朝向，或者其各个区域的房间空调系统在使用时间上一致。

以此必然出现个空调系统的负荷率不是同步发生变化的情况以图3.7-5为例，假定该建筑有两个规模同等的大型会议厅组成，其集中系统设置了两台冷水机组，两个末端空调设备的供冷量与冷水机组的供冷量相对应。

当两个会议厅都满负荷运行时，系统运行时正常的。

如果两个会议厅都处于50%的空调负荷时，可以停止一台冷水机组及对应的冷水泵等设备，系统也能正常运行。

从水泵的运行参数来看，由于水系统阻力系数没有发生较大变化，当停止一台水泵时，正在运行的水泵必然处于超流量工作状态。

这对于水泵的能耗是非常不利的，情况严重时，还会出现水泵电机过载、自动保护停泵的情况。

以上分析对于末端装置三通阀的定流量系统和末端不设置任何控制定流量水系统来说，同样会适合。

当系统设置多台冷水机组时，上述情况将更为严重。

2)末端无实时控制的定流量系统显然，由于不设置任何末端实时控制，低负荷是末端通过的水量超过了设计要求，将导致房间过冷（供冷水时）或过热（供热水时）。

对于坊间采用风机盘管系统或全空气变风量系统来说，当然可以有使用人员根据自身感觉来对风机风速进行调整，但这与实际的节能要求存在较大的差距;对于采用定风量空调系统来说，风机的风量也无法有使用人员来手动调节。

（2）变流量系统变流量系统中，用户侧的系统总水量随着末端装置流量的自动调节而实时变化。

1）一级泵变流量系统所谓一级泵系统，是针对二级泵系统来说的，其特点是：系统中只设置一级泵来承担全部水系统循环阻力。

图3.7-5和图3.7-6都属于一级泵系统。

在图3.7-6中，末端装置的流量随着二通电动阀的调节而改变，由于共给这些用户的系统总管流量也在实时变化中。

如果考虑冷热源设备的流量变化情况，则以及泵变流量系统又可分为：一级泵压差旁通控制变流量系统和以及一级泵变流量系统两种形式。

一级泵压差旁通控制变流量系统，这是目前应用最广泛的空调水系统形式。

一级泵变频变流量系统，在形式上它与一级泵压差旁通控制流量系统基本相识。

一级泵变频变流量系统运行原理：当用户侧冷负荷需求降低时，通过变频器改变冷水泵的转速，减少冷水量的供应，从而使得冷水泵的运行能耗得以降低。

尽管由于蒸发器的流量的减少，冷水机组的制冷效率会有所降低，使得这一过程冷水机组能耗增加，但近几年很多学者对此研究成果表明，系统全年运行的总体能耗依然会下降。

也就是说，在一定范围内，冷水泵降低的能耗比冷水机组增加的能耗更多。