1、毕业设计文献综述 建筑环境与设备工程 广州长旺写字楼空调设计 一、前言部分： 空调水系统的作用，就是以水作为介质在空调建筑物之间和建筑物内部传递冷量或热量。正确合理地设计空调水系统是整个空调系统正常运行的重要保证，同时也能有效地节省电能消耗。 就空调工程的整体而言，空调水系统包括冷热水系统、冷却水系统和冷凝水系统。 由冷水机组（或换热器）制备出的冷水（或热水）的供水，由冷水（或热水）循环泵，通过供水管路输送至空调末端设备，释放出冷量（或热量）后的冷水（或热水）的回水，经回水管路返回冷水机组（或换热器）。对于高层建筑，该系统通常为闭式循环环路，除循环泵外，还设有膨胀水箱、分水器和集水器、自动排气
2、阀、除污器和水过滤器、水量调节 阀及控制仪表等。对于冷水水质要求较高的冷水机组，还应设软化水制备装置、补水水箱和补水泵等。 冷却水系统是指利用冷却塔向冷水机组的冷凝器供给循环冷却水的系统。 冷凝水系统是指空调末端装置在夏季工况时用来排出冷凝水的管路系统。 21世纪节能优先，正确的对空调水系统进行设计，施工及节能与维护，有利于节约宝贵的资源与降低空调使用成本。 二、主题部分 与欧美国家，特别是日本相比，我国目前空调输送能耗偏高很多，国内空调水输送能耗指标为 59143W/kW，日本绿色饭店空调水输送能耗评定指标规定值 28.6 W/kW3，由此可见，我国空调输送系统还有很大的节能潜力 。 一水系
3、统设计 1 合理确定管道流速和管径 合理的管道流速最好是通过初投资费用和运行费用两方面平衡综合考虑。考虑管的平面面积，管径，阻力等。流速大那么管径可以选小，流速小管径要选大。流速小的话初投资费用可增加 ,但需要水泵的扬程小 ,运行费用增小。反之流速大的话初投资费用可减少 ,但需要水泵的扬程大 ,运行费用增大。理论上说 ,合理的管道流速就是两者费用之和最小时的流速。根据这个原则 ,一般的设计规范或手册中都可以提供了一个流速范围。但是在这个范围内该取何值？ 文献 1研究得出，（ 1） 空调系统满负荷运行的时间短 ,大部分时间在部分负荷下运行 ,如根据 ARI-500 90标准给出负荷率曲线 ,在一
4、个空调季节 ,80的时间负荷率在 70以下 ,而确定管道流速和管径时是按满负荷流量考虑的 ,所 以在系运行中 ,大部分时间管道内的流速都不会很高 ,特别是主管道 时， 应该采用这个流速范围的上限。 (2)现代建筑功能多 ,要求高 ,建筑内管线多。而为降低建筑初投资费用增加使用面积 ,建筑商不希望各类管线占据太多的平面、立面空间 ,管径小一些容易满足建筑商的这一客观要求，应该采用这个流速范围的上限。 2 管道系统阻力计算 管道流速和管径确定之后 ,就可以计算出系统最不利环路的阻力。按照系统阻力计算公式 , P=rgz (H) 要注意的是 : (1)冷冻水系统是闭式系统 , (H),即管系 (包括
5、管道 ,管配件 ,设备 )的阻力。 (2)设备 (包括冷水机组、末端设备、冷却水塔等 )的阻力值最好是通过查阅设备的样本资料取得 ,因为各个厂家生产的设备的阻力值不尽相同 ,就是在额定水量相同的情况下 ,阻力值也有较大差异。 文献 2研究得出 空调水系统总流量是保证空调系统性能的基础条件，与系统实际供应冷量 、 水泵运行效 率及制冷机效率息息相关，是一个十分重要的系统参数 。 但在实际的施工调试中，经常会出现空调水系统总流量不足的情况，对系统运行调试及工程竣工验收带来了不利影响 。 3 水泵选择 由系统的额定流量和系统最不利环路的阻力 ,考虑一定的裕量后作为选择水泵的依据。一方面 ,水泵的流量
6、、扬程小于系统的流量、阻力时 ,不能满足系统需要。另一方面 ,水泵的流量、扬程过大也是不可取的。除了使水泵的效率降低外 ,还会在运行中带来一系列问题。 文献 1研究得出 , (1)水泵额定水量与系统要求水量相同 ,而额定扬程比系统阻力大很多时 ,实际运行的水 量会远大于额定水量 ,引起水泵电机过载。 (2)系统的水量过大会导致冷却水塔大量飘水 ,既造成水的浪费 ,又给周围环境带来影响。(3)对冷水机组的影响。若流经冷水机组的热交换器内的水量超过额定流量太多 ,热交换器内流速过高 ,引起水管簇侧冲刷腐蚀 ,会降低冷水机组使用寿命。 4.空调水系统同程式与异程式选择依据探讨 空调水系统按管路布置方
7、式分为同程式系统与异程式系统 ,同程式系统是流经各终端设备的水流程相等 ,而异程式系统则相反 . 1) 根据文献 3比摩阻选为 200 PaPm时： 立管布置在建筑周边的建筑规模 同程 异程系统模型的 框架。 根据水力不平衡率小于 15 % ,即 ( P1 - P2 )PP1 15 % ,最不利环路供回管路的总长为 L ,则 L 2 X + 2 Y时应选择 水平干管设计为同程式 ,垂直干管设计为异程式水系统。 根据 最不利环路最不利环路的管道沿程阻力为 200L ,最不利环路的管道局部阻力为 100L ,则最不利环路的阻力为 P1 = 300L + 180 000以及最利环路最利环路的管道沿程
8、阻力为 200 2L110 +200L111 = 400L110 + 200L111 ,最利环路的管道局部阻力为 200L110 + 100L111 ,则最利环路的阻力为 P2 =600L110 + 300L111 + 180 000。根据水力不平衡率小于 15 %得到 ( P1 - P2 )PP1 15 % ,化简得 117 ( X + Y) 90 + 2L110 + L111时应选 水平干管设计为异程式 ,垂直干管也设计为异程式水系统。 ） 根据文献 3比摩阻选为 300 PaPm,立管布置在建筑周边的建筑规模 同程 异程系统模型的框架 P1 = 450L + 180 000 , L =
9、2 X + 2 Y , P2 = 900L110+ 450L111 + 180 000 ,根据水力不平衡率小于 15 % ,化简得到 117 ( X + Y) 60 + 2L110 + L111 时应选 水平干管设计为异程式 ,垂直干管也设计为异程式水系统。当 P1 = 900 X + 180 000 , P2 = 900L110 + 450L111 +180 000 ,根据水力不平衡率小于 15 % , 化简得到 117 X 60 + 2L110 + L111 时应选 垂直干管设计为同程式 ,水平干管设计为异程式水系统。 二 、 系统组件施工安装 水泵安装 水泵安 装时 ,其进出水口均应安装
10、金属软接或橡胶软接 ,以减小振动对管路的影响 ,并保护水泵。对于重量大的水泵应安装惯性基础和减震器。惯性基础的重量一般为水泵自重的 1.5 2倍。惯性基础一般用型钢框架内填混凝土 (C30)制作。减震器应根据惯性基础重量和水泵重量并考虑水泵的动载荷选取。此外还应在水泵惯性基础上安装水平限位装置。根据文献 2冷冻水系统施工 系统运行时或刚开机时 , 水中不可避免关内混有空气和蒸汽 , 根据根据文献 所以系统管路上应根据管径安装自动放气阀。配管时 , 为绕过障碍物形成上下方向 形弯 , 使顶 部存气 ; 水平供回水干管 , 反坡或配管不直 , 使空气不能顺坡流向立管顶部的排气装置排出。特别要注意立
11、管顶端最易积聚空气 ,阻碍冷冻水正常流动 ,必须安装自动放气阀。为便于维修 ,在过滤器及控制阀处应设置旁通管 ,在水泵的进出口处 ,系统最低点和局部低点应设排水阀，排除囤积的水分。冷冻水系统管路多采用焊接 , 焊渣等非掉到管道内 , 堵塞过滤器或盘管，所以安装完成后 ,应进行管路清洗 ,清洗时应敲打管路 ,除去附着在管内壁的焊渣等杂物。空调水管路焊接应该用氩弧焊打底 ,电焊盖面。因为氩弧焊打底不会出现焊渣 ,且焊缝致密 ,不易渗漏。冷 冻水系统初次运行时 , 应先打开供水阀 ,待系统充满水后 ,再打开回水阀 ,以利于去除管路的杂质 ,防止进入盘管。根据文献 空调水系统安装完毕后 , 必须进行冲
12、洗。根据文献 9冲洗步骤为 : 1) 打开待冲洗层供回水支干管上的关断阀 ,关闭不冲洗层供回水支干管上的关断阀。 2) 对于空气处理机组系统 , 打开待冲洗机组连接支管间的冲洗旁通阀 , 关闭供回水连接支管上的关断阀。 3) 打开主机供回水连接支管间的冲洗旁通阀 ; 关闭供回水连接支管上的关断阀。 4) 启动水泵进行循环冲洗 , 冲洗过程中 , 一方面通过分水器下的排污口向 外排污、排水 , 另一方面通过膨胀水箱向系统补水 , 以保持系统水量平衡。 5) 所有楼层都冲洗完毕后 , 打开主干管、立管底部及其他污杂物容易聚集的地方的排污口排水、排污 , 清洗水泵前水过滤器 , 之后 , 打开主机连
13、接支管上的关断阀并清理干净后 , 与主机连接到位。 3冷却水系统施工 主要是冷却塔的安装， 冷却塔漂水过大是施工调试中经常遇到的问题。其主要原因是冷却水量超过额定流量。安装时应该注意调节冷凝器进出水阀门 ,观察出水压力表 ,把压差控制在额定范围内 (一般压差为 0.08MPa左右 ),一般就可以解决问题。如果不行 ,再去查看布水器喷口喷射角度是否过于朝下 ,调节冷却塔布水器的喷射角度 ,使其稍有倾斜 (15度 )。根据文献 4冷凝水系统设计与施工 根据文献 冷凝水施工中 ,管道安装一定注意不能倒坡。很多情况都是因为倒坡使冷凝水不能正常排放 ,导致凝水盘处溢水。根据根据文献 安装时存水弯的高度应
14、符合设计要求 ,否则冷凝水不能排出。冷凝水管在吊顶上敷设时 ,应认真保温 ,防止结露。 三空调水系统节能 空调水系统高能耗原因主要由： 设计人员普遍选取较大的负荷安全系数，造成选用的水泵偏大 。 大流量 、 小温差现象普遍存在。 系统各 回路阻力不平衡，或存在局部阻力偏高的不正常现象，增加了水泵输送能耗量 。 系统水路出现漏渗，增加无效流量，增加水泵能耗 。 选用了低效能水泵，增加能耗 。那么该如何去降低这些能耗， 根据文献 6 空调冷热水系统按系统中循环泵的配置方式，可分为一次泵系统和二次泵系统。水泵的变频是目前比较成熟的技术，变频技术通过改变频率来调节流量，同时达到降低能耗目的 。 变频技
15、术应用于末端流量精确配送，或变流量系统流量微调，作用非常明显 。 一次泵系统适用于环路较小或负荷特性变化不大的中小型工程，而二次泵系统对于环路较大 、 阻力较高或压损相 差悬殊的中型 、 大型工程较合适 。 对于 冷源改造技术，根据 文献 7对于冷源机房容量选择大 ,通过台数控制不能满足安全、高效运行的情况 ,成熟的改造技术有 :制冷机组变频控制 ;水蓄冷 ;增加小容量机组 ;扩大空调区域等。 四空调水系统维护 循环冷却水水质变化的原因 ： 随着水分的不断蒸发 ， 水中含盐量浓度上升 ，盐因饱和而从水中析出 ， 附在管道壁及设备的换热器表面形成垢 。 随着水温的升高 ， 某些盐类如 CaCO3
16、、 MgCO3溶解度下降 ， 这些盐因饱和而从水中析出 ， 附在管道壁及设备的换热器表面形成垢 。 在冷却过程中当水滴自空中降落 1.52 s 后 ， CO2几乎全部散失 ， 从而造成 CaCO3因饱和而从水中析出 ， 附在管道及设备的换热器表面形成垢 。 水中溶氧含量增高 、 水的浊度上升 、 水中菌藻大量繁值 ， 导致循环冷却水系统中污泥含量及锈蚀物的大量增加 ， 也会造成循环冷却水系统管道壁及设备的换热器表面结垢叫软垢。 冷冻水水质变化的原因：由于密闭式冷冻水系统在循环过程中 ， 由于不与空气接触 ， 没有蒸发 ， 所以水量基本上没有损失 。 冷冻水对设备的危害主要是腐蚀 ，冷冻水系统因
17、其水量基本保持不变 ， 水中钙 、 镁离子不循环而增加 ， 所以结垢趋势并不严重 。 系统主要存在的问题为 溶解氧腐蚀 ， 碳钢在水中由于形成微电池而引起腐蚀 。 溶解氧会因腐蚀的发生而迅速消耗 。 但这些系统仍会有少量的溶解氧存在 ， 主要是通过阀门 、 管接头 、 泵的压垫漏进来的 。 水质变化带来的后果 (1)结垢后增加换热器的传热阻力 ， 降低传热效率 ， 增大能源消耗 。 (2)加速腐蚀速度 ， 造成机组功能下降 、 使用寿命降低 ， 业主长期处于设备 、 管线维修的局面 。 根据文献 水质处理的方法有以下几种： （ 1） 化学处理法是向水中投加水质稳定剂 -包括分散剂 、 阻垢剂
18、、 缓蚀剂 、 杀菌剂等 。（ 2） 磁化处理法是指在水系统中加装磁水器 ， 使水分子得到磁化 （ 极化 ）， 而磁化 （ 极化 ） 的水分子具有极强的电负性 ， 吸引钙镁离子 ， 从而延缓其结垢的时间 ， 达到防垢的目的 。（ 3）电子处理法又分为静电处理法 、 高频电子处理法等两种 。 对于结垢这个问题一直是水系统存在的问题，结垢可分为 水垢、生物粘泥、金属腐蚀产物等。所以清洗能保证系统安全正常运行 ,提高传热效率 ,降低能耗。提高冷凝器、蒸发器的热效率 ,从而避免高压运行超压停机现象 ,提高了冷冻水流量 ,改善了制冷效果 。 根据文献 10冷冻水系统清洗 主要包括蒸发器 ,空调箱 ,膨胀
19、水箱以及冷冻水管道的清洗。首先用大流量的水尽可能冲洗掉系统中的灰尘、泥砂、脱落的藻类及腐蚀产物等一些疏松的污垢 ,同时检查临时系统的泄漏情况。冲洗时流速采用 20 m / s,合格后 ,排尽系统内的冲洗水。通过加入与管道内污垢相反的化学物品使得冲洗过程中应每隔 10 min测定一次排出的冲洗液的 pH,当接近中性时停止冲洗。在清洗过程中 ,各阶段排除的化学清洗液必须经过处理达标后才可排放。冷却水系统清洗主要包括冷却塔 ,冷凝器和冷却水管道等的清洗。首先用高压水枪清洗冷却塔盘、填充料等 ,洗净其灰尘、污泥和青苔。在系统中加入纯度为 98%乌洛托品缓蚀剂 ,经 1h循环均匀后 ,往冷却塔中投加氨基
20、磺酸作 为系统清洗剂 ,使冷却水的 pH下降到 3. 0左右 ,开泵循环 24h,每隔 1 h测定一次 pH,同时每 2 h测定金属离子 Fe2 + , Ca2 +浓度 ,当金属离子浓度变化趋于平缓 , pH也几乎无变化时 ,确定为清洗终点 ,排放冷却水 ,清洗冷却塔。冲洗过程中 ,应每隔10 min测定一次排出的冲洗液的 pH,当接近中性时停止冲洗。 三、总结部分： 空调水系统的设计施工及维护节能，利用正确的设计施工方案，采用合理的维护节能方式，可以减低空调系统总的成本，节约资源，延长系统使用寿命等。 当选取的水泵性能参数与系统流量、阻力参数相 差较大时 ,应对系统管径、流速进行调整 (增大
21、或减小管径 ),改变系统阻力以保证选用的水泵工作在高效率区。 空调水系统的设计对空调系统的节能性有着重要的影响 ,在实际中要引起足够足够重视 ,安装过程中所遇到的问题慎重对待。 空调水系统水泵采用变频技术后冷冻水泵约可实现节能 50%，冷却水泵约可实现节能 40%，变频技术是节约能源切实可行的方法，且效果显著 。 水质管理有以下作用 ： 一是延长管线和设备的使用寿命 。 二是节能 。 三是创造稳定舒适的工作和生活环境 。 管道经过清洗 ,该中央空调系统运行状况得到极大的改善 ,整个系统能耗也得到 了降低。 四、主要参考文献： 1 王宏 .中央空调水系统设计研究 J.暖通空调 2009.30 2
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