車站中央空調(diào)水系統(tǒng)-冷凍水系統(tǒng)

水系統(tǒng)概述2019年2月目錄專題引入1水系統(tǒng)概述2總結(jié)3一、專題引入思考：中央空調(diào)水系統(tǒng)如何界定？空調(diào)系統(tǒng)通常采用冷熱水作為介質(zhì)，通過水系統(tǒng)將冷、熱源產(chǎn)生的冷、熱量輸送給換熱器、空氣處理設備等，并最終將冷、熱量供應給用戶。空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)一般分為冷（熱）水系統(tǒng)（冷水系統(tǒng)也稱冷凍水系統(tǒng)）和冷卻水系統(tǒng)兩類。也有將冷凝水系統(tǒng)加入歸為三種水系統(tǒng)。冷(熱)水系統(tǒng)是指將冷凍站或鍋爐房提供的冷水或熱水送至空調(diào)機組或末端空氣處理設備的水路系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)是指將冷凍機中冷凝器的散熱帶走的水系統(tǒng)，對于風冷式冷凍機組，則不需要冷卻水系統(tǒng)。一、專題引入空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成冷熱源系統(tǒng)：1—鍋爐；2—給水泵；3—回水濾器；4—疏水器；5—制冷機組；6—冷凍水循環(huán)泵；7—冷卻塔；8—冷卻水循環(huán)泵；9—冷水管；空氣處理系統(tǒng)：10—空氣加濕器；11—空氣加熱器；12—空氣冷卻器；13—空氣過濾器;空氣能量輸送與分配系統(tǒng)：14—風機；15—送風管道；16—蒸氣管；17—凝水管；18—空氣分配器;自動控制系統(tǒng)：19—溫度控制器；20—濕度控制器；21—冷、熱能量自動調(diào)節(jié)閥;一、專題引入空調(diào)冷熱水系統(tǒng)承擔了整棟建筑空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負荷，系統(tǒng)組成復雜，投資運行費用都高。典型水冷式冷水系統(tǒng)原理圖如圖7-2所示。圖7-2典型水冷式冷水系統(tǒng)原理圖二、水系統(tǒng)概述其中載冷劑即冷凍水（冷媒水），在空調(diào)末端設備與冷水機組蒸發(fā)器之間傳遞冷量和熱量的介質(zhì)。冷卻劑即冷卻水，在冷水機組冷凝器與冷卻塔之間傳遞冷量和熱量的介質(zhì)。1、冷凍水系統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)主要由冷凍水泵、分水器、集水器、膨脹水箱、水處理裝置及管路構(gòu)成。管路的功能是將冷水機組與空調(diào)末端裝置連接起來，保證冷凍水按照供水管路輸送到各個空調(diào)

末端裝置。冷凍水的制造過程是在冷凍水泵的驅(qū)動下，攜帶著熱量的12℃冷凍水流入冷水機組蒸發(fā)器內(nèi)的換熱管，被管外的液態(tài)制冷劑蒸發(fā)而吸收熱量，使其溫度降低至7℃，7℃的冷凍水攜帶著所獲得的冷量沿供水管路流至各個空調(diào)末端設備，為末端提供冷量?？梢?，7℃的低溫冷凍水是在冷水機組的蒸發(fā)器中制造出來的。如圖7-3所示。圖7-3冷凍水系統(tǒng)示意圖1、冷凍水系統(tǒng)冷凍水的制造設備是制冷主機的組成部分蒸發(fā)器，在離心式和螺桿式冷水機組中，常用的蒸發(fā)器主要是干式蒸發(fā)器和滿液式蒸發(fā)器兩種。一是干式蒸發(fā)器（見圖7-4），制冷劑走管程，冷凍水走殼程；二是滿液式蒸發(fā)器（見圖7-5），冷凍水走管程，制冷劑走殼程。圖7-4干式蒸發(fā)器

圖7-5滿液式蒸發(fā)器1、冷凍水系統(tǒng)冷凍水（冷媒水）系統(tǒng)的特點是通過冷水機組的蒸發(fā)器產(chǎn)生低溫水，將冷量進行遠距離輸送至空調(diào)房間的風機盤管，水溫較穩(wěn)定，空調(diào)系統(tǒng)溫控較精確。有冷凍水泵、風機盤管等組成。有開式、閉式兩種供水方式。從蒸發(fā)器出來的水溫，一般為5~7℃左右，經(jīng)過風機盤管后回到蒸發(fā)器的水溫一般為10~12℃左右（進、出水溫差一般為5℃左右）。冷凍水進、出水壓差為0.05~0.06MPa。1、冷凍水系統(tǒng)2、冷卻水系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)主要由冷卻水泵、冷卻塔及管路等構(gòu)成，如圖7-6所示。冷卻水的制備過程是在冷卻水泵的驅(qū)動下，37℃的冷卻水攜帶著在冷凝器或吸收器中所吸收的熱量，沿著管道流至冷卻塔，在冷卻塔中排出熱量后降低到32℃；32℃的冷卻水攜帶著從大氣所獲得的冷量，又流回冷凝器或吸收器。圖7-6冷卻水系統(tǒng)示意圖冷卻水系統(tǒng)的特點是對冷水機組的冷凝器中的制冷劑進行冷卻散熱。有冷卻水泵、冷卻塔等組成。屬敞開式水系統(tǒng)。從冷凝器出來的水溫，一般為37℃左右，經(jīng)過冷卻塔冷卻降溫后回到冷凝器的水溫一般為32℃左右（進、出水溫差一般為5℃左右）。冷卻水工作壓力為0.3~0.6MPa,進、出水壓差為0.06~0.07MPa。2、冷卻水系統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)的分類2019年2月目錄專題引入1一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)6開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)2同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)3兩管制、三管制、四管制系統(tǒng)4定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)5空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的承壓與垂直分區(qū)7空調(diào)冷凍水系統(tǒng)管路的常用形式8總結(jié)9一、專題引入思考：冷凍水系統(tǒng)如何分類？1、冷凍水系統(tǒng)按水壓特性不同可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)；2、按末端設備的水流程不同可分為同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)；3、按冷、熱水管道的設置方式不同可分為雙管制、三管制和四管制系統(tǒng)；4、按水量特性不同可分為定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)；5、按水系統(tǒng)中的循環(huán)水泵設置情況不同可分為一次泵水系統(tǒng)和二次泵水系統(tǒng)。二、開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)1、開式系統(tǒng)在管路之間設有儲水箱（或水池）連通大氣，回水依靠重力作用流入水池。開式系統(tǒng)的幾種常見形式如圖7-7所示。圖7-7開式系統(tǒng)常見形式示意圖開式系統(tǒng)優(yōu)點是冷水箱有一定的蓄冷能力，可以減少冷凍機的開啟時間，增加能量調(diào)節(jié)能力，且冷水溫度的波動可以小一些。缺點冷水與大氣接觸，循環(huán)水中含氧量高，易腐蝕管路。末端設備（噴水池、表冷器）與冷凍站高差較大時，水泵則須克服高差造成的靜水壓力，增加耗電量。如果噴水池較低，不能直接自流回到冷凍站時，則需增加回水池和回水泵。如果采用自流回水，回水的管徑較大，會增加投資。二、開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)2、閉式系統(tǒng)系統(tǒng)管路不與大氣相通，僅在系統(tǒng)最高點設置膨脹水箱，并有排氣和泄水裝置。特點是系統(tǒng)管路和設備不易產(chǎn)生污垢和腐蝕；系統(tǒng)簡單，冷損失較小，且不受地形限制；由于在系統(tǒng)的最高點設置膨脹水箱，整個系統(tǒng)充滿了水，冷凍水泵的揚程僅需克服系統(tǒng)的流動摩擦阻力，所以設備耗電較小。閉式系統(tǒng)的優(yōu)點是由于管路不與大氣相接觸，管道與設備不易腐蝕。不需克服靜水壓力，循環(huán)水泵的壓力低，水泵的功率相對較小。系統(tǒng)簡單。缺點是蓄冷能力小，低負荷時，冷凍機也需經(jīng)常開動。膨脹水箱的補水有時需要另設加壓水泵。圖7-8閉式系統(tǒng)示意圖三、同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)1、同程式系統(tǒng)經(jīng)過每一并聯(lián)環(huán)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(wǎng)的阻力不需調(diào)節(jié)即可保持平衡。特點是各環(huán)路的水流阻力、冷量（或熱量）損失相等或近似相等，這樣有利于水力平衡，可以減少系統(tǒng)調(diào)試的工作量。同程式系統(tǒng)的形式有豎向干管同程式管路（見圖7-9）和水平支管同程式管路（見圖7-10）兩類。圖7-9豎向干管同程式管路的兩種布置方式

圖7-10水平支管同程式管路的兩種布置方式同程系統(tǒng)優(yōu)點是系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性好，各設備間的水量分配均衡，調(diào)節(jié)方便。缺點是由于采用回程管，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。三、同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)2、異程式系統(tǒng)經(jīng)過各并聯(lián)環(huán)路的管長不等，管路的阻力不等；需在各并聯(lián)管網(wǎng)上增加相應的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)水網(wǎng)平衡。特點是各環(huán)路的水流阻力不相等，易產(chǎn)生水力失調(diào)；但管路系統(tǒng)簡單，投資較小。異程式系統(tǒng)的形式有豎向干管異程式管路（見圖7-11）和水平支管異程式管路（見圖7-12）之分。

圖7-11豎向干管異程式管路

圖7-12水平支管異程式管路異程系統(tǒng)優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，耗用管材少，施工難度小。缺點是各并聯(lián)環(huán)路管路長度不等，阻力不等，流量分配難以平衡。四、兩管制、三管制、四管制系統(tǒng)1、兩管制系統(tǒng)兩管制系統(tǒng)是冷、熱源利用一組供回水管為末端裝置的盤管提供冷水或熱水的系統(tǒng)。如圖7-13所示，特點是不能同時既供冷又供熱，在春秋過渡季節(jié)，不能滿足空調(diào)房間的不同冷暖要求，舒適性不高。但由于該系統(tǒng)簡單實用，投資少，在我國高層建筑中得到了廣泛的應用。2、三管制系統(tǒng)三管制系統(tǒng)是冷、熱源分別通過各自的供、回水管路，為末端裝置的冷盤管和熱盤管提供冷水和熱水，而回水共用一根回水管路的系統(tǒng)。如圖7-14所示，三管制系統(tǒng)優(yōu)點是能夠同時滿足供冷和供熱的要求，管路系統(tǒng)較四管制簡單。缺點是比兩管制復雜，投資也比較高，且存在冷、熱回水的混合損失。三管制系統(tǒng)目前應用很少。3、四管制系統(tǒng)四管制系統(tǒng)是冷、熱源分別通過各自的供、回水管路，為末端裝置的冷盤管與熱盤管提供冷水和熱水的系統(tǒng)。如圖7-15所示，四管制系統(tǒng)能夠同時滿足供冷和供熱的要求，并且配合末端設備能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)溫度和濕度精確控制的要求。由于冷水和熱水在管路和末端設備中完全分離，有助于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和減小設備的腐蝕。缺點是管路系統(tǒng)復雜，初投資高，占用建筑空間較多。多用于對舒適性要求很高的場合。五、定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)1、定流量系統(tǒng)定流量系統(tǒng)指的是空調(diào)水系統(tǒng)輸配管路的流量保持恒定。原理是定流量系統(tǒng)中的水量是不變的，它通過改變供回水溫差來適應房間負荷的變化，如圖7-16所示。這種系統(tǒng)各空調(diào)末端裝置，采用受設在空調(diào)房間內(nèi)的溫控器控制的電動三通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，如圖7-17所示。特點是系統(tǒng)比較簡單，系統(tǒng)的水量變化基本上由水泵的運行臺數(shù)所決定。但由于的流量是按最大負荷選定的固定流量，并且不能調(diào)節(jié)，在部分負荷時，既浪費了水泵運行的電能，又增加了管路上的熱損失，運行費用較高,所以在經(jīng)濟上是不合理的。定流量系統(tǒng)優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，操作方便；不需要復雜的控制系統(tǒng)。缺點是配管設計時，不能考慮同時使用系數(shù)；輸送能耗始終處于額定的最大值，不利于節(jié)能。圖7-16定流量系統(tǒng)示意圖圖7-17三通閥調(diào)節(jié)示意圖五、定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)2、變流量系統(tǒng)變流量系統(tǒng)又稱變水量（VWV）系統(tǒng)，是指空調(diào)水系統(tǒng)中輸配管路的流量是隨著末端裝置流量的調(diào)節(jié)而改變的，如圖7-18所示。變流量系統(tǒng)的原理是變流量系統(tǒng)的各個空調(diào)末端裝置采用電動二通閥調(diào)節(jié)。當室溫未達到設定值時，二通閥全開或開度增大，流經(jīng)末端裝置的供水增大；當室溫達到或超過設定值時，二通閥關(guān)閉或開度減小，流經(jīng)末端裝置的供水量減少，如圖7-19所示。因此，負荷側(cè)水流量是變化的。圖7-18變流量系統(tǒng)示意圖圖7-19二通閥調(diào)節(jié)示意圖變流量系統(tǒng)的特點是保持供回水溫差不變（定溫差），通過改變水流量來適應空調(diào)末端負荷的變化，其水流量跟隨負荷的變化而改變。當末端負荷減少時，系統(tǒng)水流量隨之減小，使系統(tǒng)輸送給負荷的能量減少，以適應負荷減少的要求。因水流量減少可降低水的輸送能耗，因而節(jié)能顯著。變流量系統(tǒng)優(yōu)點是輸送能耗隨負荷的減少而降低；可以考慮同時使用系數(shù)，使管道尺寸、水泵容量和能耗都減少。缺點是系統(tǒng)相對要復雜些；必須配置自控裝置；單式泵時若控制不當有可能產(chǎn)生蒸發(fā)器結(jié)冰事故。特別適用于大型空調(diào)水系統(tǒng)。六、一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)1、一次泵系統(tǒng)一次泵系統(tǒng)是指冷、熱源側(cè)與負荷側(cè)合用一套循環(huán)水泵。工作原理是當系統(tǒng)處于設計工況下，所有設備都滿負荷運行。一次泵系統(tǒng)的原理是利用一根旁通管來保持冷源側(cè)的定流量而讓負荷側(cè)處于變流量運行。在冷凍水供、回水總管間設有壓差旁路裝置。當空調(diào)負荷減少時，負荷側(cè)管路阻力將增大，壓差控制裝置會自動加大旁通閥的開啟度，負荷側(cè)減少的部分水流量從旁通管返回回水總管，流回冷水機組，因而冷水機組蒸發(fā)器的水流量始終保持恒定不變（即定流量）。一次泵系統(tǒng)優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，初投資低；運行安全可靠，不存在蒸發(fā)器結(jié)冰的危險。缺點是不能適應各區(qū)壓力損失懸殊的情況；在絕大部分運行時間內(nèi)，系統(tǒng)處于大流量、小溫差的狀態(tài)，不利于節(jié)約水泵的能耗。一次泵系統(tǒng)是目前我國高層民用建筑中最廣泛的冷凍水系統(tǒng)。圖7-27一次泵（單式泵）系統(tǒng)示意圖六、一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)2、二次泵系統(tǒng)

二次泵系統(tǒng)工作原理是用戶側(cè)供水量的調(diào)節(jié)通過二次泵的運行臺數(shù)及壓差旁通閥來控制，壓差旁通閥控制方式與一次泵空調(diào)冷凍水系統(tǒng)相同，所以壓差旁通閥的最大旁通量為一臺二次泵的流量。如圖7-21所示。二次泵系統(tǒng)由兩個環(huán)路組成：一次回路：回水總管→一次泵→冷水機組→供水總管。一次回路負責冷凍水的制備。二次回路：供水總管→二次泵→末端設備→回水總管。二次回路負責冷凍水的輸配。圖7-21二次泵（復式泵）系統(tǒng)示意圖二次泵系統(tǒng)優(yōu)點是能適應各區(qū)壓力損失懸殊的情況，水泵揚程有把握可能降低；能根據(jù)負荷側(cè)的需求調(diào)節(jié)流量；由于渡過蒸發(fā)器的流量不變，能防止蒸發(fā)器發(fā)生結(jié)冰事故，確保冷水機組出水溫度穩(wěn)定；能節(jié)約一部分水泵能耗。缺點是總裝機功率大于一次泵系統(tǒng)；自控復雜，初投資高；易引起控制失調(diào)的問題；在絕大部分運行時間內(nèi)，系統(tǒng)處于大流量、小溫差的狀態(tài)，不利于節(jié)約水泵的能耗。六、一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)目前有工程采用一次泵與二次泵混合式系統(tǒng)，即在冷凍水的輸配環(huán)路中，管路較短、壓力損失小的環(huán)路由一次泵直接供水，而壓力損失大的環(huán)路則由二次泵供水，這樣就構(gòu)成了一次泵和二次泵混合式系統(tǒng)?；旌鲜较到y(tǒng)如圖7-22所示。圖7-22一次泵、二次泵混合式系統(tǒng)七、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的承壓與垂直分區(qū)1、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的承壓隨著建筑物高度的增加，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的靜水壓力和水泵出水壓頭也隨之增加，而系統(tǒng)中的設備（冷水機組、熱交換器）、管件、閥門等的承壓能力是有一定限度的。冷凍水系統(tǒng)的所能承受的最高壓力在系統(tǒng)運行的不同階段是不同的。當系統(tǒng)停止運行時的最高壓力在圖7-23所示A點，其靜壓力由高度h決定。系統(tǒng)開始運行時的最高壓力在水泵的出口處B點，水泵的出口壓力等于靜水壓力與水泵全壓之和。當系統(tǒng)正常運行時的最高壓力。A點和B點均可能承受最大壓力。圖7-23冷凍水系統(tǒng)的靜壓力一般冷凍水系統(tǒng)的承壓可分設備承壓和管道承壓兩方面來看。設備承壓包括冷水機組、水泵、板式熱交換器等的承壓，壓力等級1.0～2.5MPa；管道承壓主要指管道、管件、閥門等的承壓，普通螺紋連接的鍍鋅鋼管和末端風機盤管的承壓只有1.0MPa。七、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的承壓與垂直分區(qū)2、冷凍水系統(tǒng)的垂直分區(qū)在高層或超高層建筑物中，冷凍水系統(tǒng)的靜水壓力很大。當設備的承壓能力不足時，為保證空調(diào)水系統(tǒng)運行的安全，解決的辦法就是將冷凍水系統(tǒng)進行垂直水力分區(qū)（低區(qū)和高區(qū)），并相互隔離。垂直分區(qū)后，靜水壓力變?yōu)榉侄纬袎?，每個分區(qū)的水壓極大的降低。冷凍水系統(tǒng)垂直分區(qū)有很多方式。一種是板式換熱器分區(qū)供冷；二是設置多個獨立的水系統(tǒng)。（1）采用板式換熱器分區(qū)供冷利用水-水板式換熱器，將冷凍水管路沿垂直方向分為多個獨立水系統(tǒng)，以實現(xiàn)水力隔離。高區(qū)系統(tǒng)的冷量仍由低區(qū)系統(tǒng)的冷水機組提供，通過板式換熱器“轉(zhuǎn)水”獲得。各個分區(qū)的高度不超出換熱器的承壓能力。①換熱器集中放置于建筑物底部的制冷站機房內(nèi)。如圖7-31所示。優(yōu)點是冷水機組的承壓低，設備集中，管理方便。圖7-31換熱器集中放置于建筑物底部的制冷站2、冷凍水系統(tǒng)的垂直分區(qū)②換熱器分區(qū)放置，如圖7-32所示。只有最下面一個分區(qū)的換熱器在制冷站機房內(nèi)，其它分區(qū)的換熱器均放置在自己分區(qū)的底部。優(yōu)點是管道井較小，制冷站機房占用面積也小，每個分區(qū)的壓力?。ú怀^1.0MPa），系統(tǒng)安全。缺點是冷水機組的承壓較高，設備分散，不易管理。圖7-32換熱器分區(qū)放置2、冷凍水系統(tǒng)的垂直分區(qū)如圖7-33所示，高區(qū)的換熱器集中放置于設備層的專用機房。這種分區(qū)方式能使熱交換的次數(shù)最少，從而減少換熱的溫度損失，保證換熱器二次側(cè)回水溫度在合理的范圍內(nèi)。圖7-33高區(qū)的換熱器集中放置于設備層的專用機房2、冷凍水系統(tǒng)的垂直分區(qū)采用板式換熱器進行隔離分區(qū)的不足之處是：板式換熱器價格昂貴，造成一次性投資增大；換熱器一次側(cè)與二次側(cè)“轉(zhuǎn)水”后有1℃～2℃的溫升，增加了換熱損失；換熱器二次側(cè)冷凍水溫度升高后，必然使高層的空調(diào)末端出