浅谈暖通空调管道设计

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内容摘要

中央空调的管道设计要求合理、满足建筑功能需求和控制投资费用，空调管道的设计和选型是暖通空调工程重要一部分，本文根据暖通技术理论知识，结合实例简要谈谈暖通管道的分类、水力计算、系统选择和冷凝水排放。

关键词：暖通空调；管道设计；水力计算； 系统选择；

Abstract：The central air conditioning pipeline design requirements, meet the reasonable construction functional requirements and control investment costs, air conditioning design and selection of pipe is an important part of hvac engineering, this paper according to the hvac technology theory, combined with the talk about the classification of hvac pipeline briefly, the hydraulic calculation, selection and condensed water from the system.

Keywords: hvac; Piping design; The hydraulic calculation; System choice;

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

随着社会科学技术不断的发展，建筑设计高度、环境舒适和智能化程度会越来越高，中央空调系统是建筑中不可缺少的设备设施之一，无论是星级酒店、商场、5A级国际写字楼、医院手木室、高精度加工设备间，空调管道设计和选型，直接关系到暖通空调后期的运行效果。根据不同的建筑功能、建筑面积大小、楼层的高低、投资费用限定等因素，合理设计和选择相匹配的中央空调管道系统。本文根据暖通技术理论知识，结合实例简要谈谈暖通管道的分类、水力计算、系统选择和冷凝水排放，以供大家学习和参考。

水系统的分类和性能

1.1水系统形式多样， 按照水系统是否与大气接触，可分为闭路循环和开式循环系统。闭式循环系统不与大气接触，在系统最高点设膨胀水箱并有排气和泄水排污装置。它的优点是：（1）管道与设备不易腐蚀；（2）不需为提升高度的静水压力，循环水泵压力低，从而水泵功率小；（3）由于没有储水箱不需重力回水回水不需另设水泵等，因而投资省系统简单。但闭式系统蓄冷能力小，低负荷时，冷冻机也需要经常开动。且膨胀水箱的补水需要设置加压水泵。

开式循环系统是管路之间有与大气相通，需要在系统上增设回水蓄水箱。开式系统的优点是冷水箱有一定的蓄冷能力，可以减少开启冷冻机的时间，增加能量的调节能力，且冷水温度波动可以小一些。其缺点是：（1）冷水与大气接触，易腐蚀管路。（2）末端空调设备如较低，冷水不能直接自流回到冷冻站时，则需增加回水池和回水泵。（3）用户与冷冻站高差较大时，水泵则需克服高差造成的静水压力，耗量大。（4）采用自流回水时，回水管径大，因而投资费用高一些。

1．2按照末端空调设备供回水系统应分为两管制三管制和四管制

一根供水和一根回水管道系统称为两管制，投资费用低，安装和维修简单，运行时容易造成水量不均，管道水力平衡调节麻烦。例：某商场建筑面积17万平方米，地上地下共6层，建筑平面采用L型，设计中央空调管道采用两管制供回水设计，管道系统中按照分支管道的阻力大小，分别在主干分支管道设置水力调节阀，在后期运行时部分区域末端设备出现压力不足，水流量不符合设备需求，制冷或制热效果不明显，每年运行季节，需要花费大量的人力对水力调节阀经过长达两个月时间以上，逐楼层逐区域调整。建议在小型商场或超市区域采用两管制系统，符合投资费用少，安装和维修方便，小区域管道水力调整方便的特点。

一根供冷水，一根供热水，共用一根回水管称为三管制，由于冷热损失大，控制较复杂，只有在窗户基本不能开启、标准高、和全年要求空调且冷却和加热工况交替频繁或同时要求供冷和加热的建筑才用三管系统，投资费用高、安装和维修麻烦，一般采用很少。冷冻水和供热水各自独立有两根供回水管系统称为四管制，投资费用较高，施工工期长，电气控制复杂，各支管路内水力均匀，末端设备无死角现象发生，同时满足多方面、不同位置区域温度需求，作为国际星级酒店、商场、5A级国际写字楼、医院手木室、高精度加工设备间，为保证空间良好的舒适环境，中央空调可采用四管制系统。

管道水力计算及选型

2.1空调工程中水管系统的功能是为各种空气处理设备和空调终端设备输送冷热水。对水管系统的要求是：（1）具有足够的输送能力，能满足空调系统对冷热负荷的要求。（2）具有良好的水力工况稳定性。（3）调节灵活，能适应多种负荷工况的调节要求。（4）投资省运行经济，便于维修管理。

2.2冷冻循环水根据要求的流量分配，利用假定流速法来确定管径和阻力。（1）首先要确定管道供回水方式，在建筑平面图中根据末端空调设备的技术参数，合理布置管道走向和管径，并绘制管道水力平面图。（2）在管道水力平面中标注各阶段管道长度和末端空调设备需求的流量。（3）利用假定流速法和各阶段管道流量、管径精确计算，选择合理的水力流速。水流速度越高，噪音越大，阻力相应增加，动力消耗增加；反之则减少。（4）计算管道阻力损失，管段阻力损失分为沿程阻力损失和局部阻力损失，利用下方阻力损失公式计算系统中各阶段管道沿程阻力与局部阻力。（5）计算各分支管道阻力损失是否相等，再重新细节性调整各分支管道长度和管径，直到水力损失平衡为止。（6）计算管道系统水力总阻力，为水泵选型做好前提理论数据。

沿程阻力：=

---------摩擦阻力系数

----------管道的当量直径(m)

-----------水的平均流速（m/s）

------------水的密度(kg./)

------------管道长度(m)

局部阻力：=

---------局部阻力系数

-----------水的平均流速（m/s）

-----------水的密度(kg./)

3、定水量和变水量

3.1定水量系统即系统中循环水量为定值，或夏季和冬季分别采用两个不同的水量，负荷变化时，减少制冷量和热量，改变供回水温度的系统。

定水量系统简单，操作方便，无需复杂的自控设备，打开和关闭空调温控开关，两通电磁阀自动开启和截止末端空调设备的水量，各用户管道系统之间不相互干扰。当系统供回水压差大于设定值时，冷冻机房内分水器和集水器之间的压差旁通阀开启，保证空调制冷机组稳定运行。这种系统存在以下三方面问题：

（1）供冷水设计温差一般为5~7摄氏度，定流量情况下，大部分运行时间内实际温差仅为0.5~1摄氏度，在这种低温差、大流量的情况下运行，浪费了输送动力（机组用电量和设备耗损）。

（2）水系统的流量不能根据负荷变化自动调节，在供热水设计回水管道时应考虑同时作用系数下的流量，要比所选用的供水管径增大1.1--1.2倍。

（3）当房间负荷变化时，两通阀关闭的数量和程度也在改变，因此，水系统的流量和水力工况也随之变化，并非定水量系统。

3.3变水量系统是保持供水温度在一定范围内，根据管道系统中负荷变化高低，通过变频设备改变循环水泵的运行频率，即改变供水流量大小的系统。末端空调设备管道上装设电动双位两通阀，控制室温在部分负荷时，一部分风机盘管上的两通阀间歇关闭，系统总阻力增大，流量减少，此时可通过变频自控装置减少水泵的供水量，只按实际上需要的量供给。这样变流量水系统水泵所消耗的功率就可随系统负荷的减少而降低，因而节省了能量，它适用于全年空调运行的国际星级酒店和高档大区域商场系统。变水量系统是近年来国家建筑节能技术措施和国外LEED认证中在这方面优先体现和评定要求。

同程供回水方式（系统示意图）

4、同程供回水方式与异程供回水方式

4.1室内管网，尤其是带有吊顶的高层的室内管网，当采用风机盘管时，用水点很多，利用调节管径的大小，进行平衡，往往是不可能的。采用平衡阀或普通阀门进行水量的调节则调节的工作量很大，往往后期运行中造成各支路供水水量严重不均。异程供回水在系统较小的情况下使用，投资费用低，安装维修简便；但最大弊端是管路回水不平衡，有时会造成部分末端机组制冷/热效果不好，无法达到良好的设计效果。例：某五星级国际饭店建筑面积3.5万平方，是由地上下7层裙楼和15层塔楼组成，中央空调系统宜采用同程回水方式，通过使每一分支管道的供回水管路长度相同，保证供回水管道沿程阻力和局部阻力之和相同，则注水运行后管路阻力不需调节即可平衡（如上图）。建议在大区域商场或高端的酒店中采用同程供回水方式设计，这样大大的提高各分支管路水力平衡，保证末端空调机组运行达到理想的设计效果。

5、冷凝水的排出

5.1风机盘管、新风机组在运行过程中产生的冷凝水由冷凝水管排出。风机盘管的凝结水都是自流排出的,凝水盘很浅,排水余压很小,因而要做好排水管的坡度,以防排水不畅凝水溢出,湿损吊顶装修。冷凝管沿水流方向保持0.3％的坡度，且保证没有积水部位。冷凝水管采用聚氯乙烯塑料管，在实际应用过程中，若冷凝水盘处于机组的负压段，凝水盘出口处应设置出口与大气相通的水封，其高度比凝水盘处的负压大50％左右。连接到设备冷凝水管的尺寸由设备决定。一般情况下，每1kw的冷负荷每小时约产生0.4kw左右的冷凝水，在潜热负荷较高的情况下，每1kw冷负荷约产生0.8kw的冷凝水。通常，可以根据机组的冷负荷，按下列数据近似选定冷凝水的公称直径。

Q≤7kw时，DN＝20mm

Q＝7.1 ～ 17.6kw时，DN＝25mm

Q＝17.6 ～ 100kw时，DN＝32mm

Q＝100 ～ 176kw时，DN＝40mm

结论

通过对暖通空调管道类型设计、水力计算和结合投资费用、建筑类型，合理选取相匹配的暖通空调管道，为暖通空调运行稳定作出重要的一步；保证暖通空调系统设计的适用性和经济性、可靠性、先进性和节能性。

参考文献

⑴郑爱萍《空气调节工程》 科学出版社

⑵欧阳金练 欧阳刘建刚 张杰 杨敬峰 《暖卫通风空调工程施工技术与资料管理手册》 中国建筑工业出版社

⑶陈耀宗姜文源胡鹤均张艳灿张淼 《建筑给排水设计手册》 中国建筑工业出版社

⑷蔡增基 龙天渝 《流体力学泵与风机》 中国建筑工业出版社

⑸《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019―2003 中华人民共和国建设部

⑹2009版《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调・动力》

住房和城乡建设部工程质量安全监管司中国建筑标准设计研究院

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。