空调冷水系统

空调冷水系统一、中央空调系统的基本概念1、中央空调的分类中央空调分为舒适性空调和工艺性空调两类。◇舒适性中央空调：以人员为对象，制造使人舒适的室内气候环境。公共建筑和民用建筑的空调多为舒适性空调。◇工艺性中央空调：主要以生产工艺过程为对象，制造符合于工艺过程（包括物品贮存和设备运行）所要求的室内气候条件，同时兼顾人体的卫生要求。工厂车间、计算机房、程控交换机房、仓库等空调属于工艺性空调。工艺性空调对温度变化范围、湿度、空气洁净度和气流速度等往往有特殊要求。按制冷方式的不同，中央空调又分为直接制冷系统和间接制冷系统。◇直接制冷系统只包括制冷剂回路，制冷系统中的蒸发器直接和被冷却介质或空间相接触进行热交换，直接利用蒸发器去冷却环境空气或冻结物。◇间接制冷系统至少包括制冷剂和载冷剂两个回路，制冷剂首先冷却载冷剂，再通过载冷剂去实现冷却目的。冷水机组就属于间接制冷系统。间接制冷系统直接制冷系统2、中央空调系统的构成间接式中央空调系统由以下几部分组成：◇冷源系统主要指冷水机组。◇能量输送与分配系统指在建筑物内部传递冷量或热量的空调水及其载体——管路系统（包括供、回水设备），即空调水系统。◇空气处理系统即空调末端装置，包括组合式空调机组、风机盘管机组和新风机组等。◇自动控制系统指空调系统的运行控制装置。3、中央空调系统的工作原理间接式制冷中央空调的基本原理：建筑物内的热量通过五个介质循环、四次热交换排放到室外去，从而实现建筑物内部的制冷。中央空调制冷，就是将空调的冷负荷（热量）从室内转移到室外去，这是一个按照热力学第二定律进行的“热量逆向传递”的过程。中央空调系统制冷过程中，热量转移与冷量转移是同时进行的，但冷量转移与热量转移的方向正好相反。室内空气循环冷冻水循环制冷剂循环冷却水循环室外空气循环室内热量热量室外空气循环冷冻水循环制冷剂循环冷却水循环室内空气循环大气冷量冷量二、空调冷水的制造间接式中央空调的水系统：·载冷剂——冷冻水（冷媒水），在空调末端设备与冷水机组蒸发器之间传递冷量和热量的介质。·冷却剂——冷却水，在冷水机组冷凝器与冷却塔之间传递冷量和热量的介质。1、冷冻水的制造◆冷冻水系统的构成冷冻水系统主要由冷冻水泵、分水器、集水器、膨胀水箱、水处理装置及管路构成。管路的功能是将冷水机组与空调末端装置连接起来，保证冷冻水按照供水管路输送到各个空调末端装置。◆冷冻水的制造过程在冷冻水泵的驱动下，携带着热量的12℃冷冻水流入冷水机组蒸发器内的换热管，被管外的液态制冷剂蒸发而吸收热量，使其温度降低至7℃，7℃的冷冻水携带着所获得的冷量沿供水管路流至各个空调末端设备，为末端提供冷量。可见，7℃的低温冷冻水是在冷水机组的蒸发器中制造出来的。◆冷冻水的制造设备——蒸发器在离心式和螺杆式冷水机组中，常用的蒸发器主要是干式蒸发器和满液式蒸发器两种。◇干式蒸发器也称为直膨式蒸发器，制冷剂走管程，冷冻水走壳程。◇满液式蒸发器冷冻水走管程，制冷剂走壳程。干式蒸发器满液式蒸发器◆评价制冷性能的技术参数蒸发器制冷性技术参数进行评价：·制冷量：规定工况下蒸发器制冷剂单位时间内移出热量，制冷量正比于制冷剂的流量。·制冷性能系数COP：在一定工况下制冷机的制冷量与所消耗功率之比，即单位消耗功率的制冷量。它是衡量制冷机动力经济性的指标，COP越大，制冷机的能源利用效率越高。·美国用EER，国内称为能效比或能源利用系数，定义为在规定工况下制冷量（单位用BTU/h表示）与总的输入电功率（单位用W表示）的比值。COP或EER是指在规定工况下运行的能源利用系数，实际上制冷机大都是在非标准工况下运行，因此美国还提出SEER。EER能效比2、冷却水的制造◆冷却水系统的构成冷却水系统主要由冷却水泵、冷却塔及管路等构成。◆冷却水的制造过程在冷却水泵的驱动下，37℃的冷却水携带着在冷凝器或吸收器中所吸收的热量，沿着管道流至冷却塔，在冷却塔中排出热量后降低到32℃；32℃的冷却水携带着从大气所获得的冷量，又流回冷凝器或吸收器。可见，32℃的冷却水是在冷却塔中制造出来的。◆冷却水的制造设备——冷却塔冷却塔是一种特殊的热交换器，它利用水和空气的接触，通过热交换与质交换来排放冷却水所吸收的空调系统废热。冷却塔俗称冷水塔、凉水塔等，其种类繁多。圆形逆流式冷却塔方形横流式冷却塔◇按通风方式分为自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。◇按水和空气的接触方式分为干式冷却塔、湿式冷却塔、干湿式冷却塔。◇按水和空气流动方向的相对关系分为逆流式冷却塔、横流式冷却塔、混流式冷却塔。其它：如喷流式冷却塔、无风机冷却塔、双曲线冷却塔、无填料喷雾式冷却塔等。此外，还有密闭式冷却塔。◆冷却塔的工作原理冷却水在冷却塔中的散热方式：接触散热和蒸发散热。◇接触散热冷却水与空气接触时，视冷却塔进水温度Tw1与空气温度Tq1的不同，有三种传热情况：·当Tw1＞Tq1时，冷却水向空气传递热量，冷却水得到却；·当Tw1＝Tq1时，冷却水与空气无热量传递，冷却水温变；·当Tw1＜Tq1时，空气向冷却水传递热量，冷却水温度升高。因此，当外界环境温度等于或高于冷却水温时，冷却塔的接触散热冷却失效。这时，其冷却效果将完全取决于冷却水的蒸发散热，冷却效果将明显降低。◇蒸发散热气象因素对冷却水蒸发散热的影响：·空气温度的影响：气温越高，蒸发散热越强烈；·空气湿度的影响：空气相对湿度越小，蒸发散热越快；相反，环境湿度大，蒸发散热就差。空气中水蒸气饱和时，蒸发无法进行，蒸发散热量等于零。·空气压力的影响：空气压力越低，水就越容易蒸发。提高冷却塔的通风量，可以有效降低冷却水表面的静压力，有利于冷却水的蒸发散热。·风速的影响：风速越大，对流传热系数越大。除密闭式冷却塔以外，各种开敞式冷却塔都要利用自然通风或机械通风。综上所述，冷却水在冷却塔中的冷却过程是与大气进行热量交换的过程，其冷却效果受大气气象条件的综合影响很大。◇冷却水散热的几种状况设接触散热量为Qj，蒸发散热量为Qc，总散热量为Q，则：当Tw1＞Tq1时，接触散热和蒸发散热都由冷却水向空气传热，冷却水所散发的总热量为Q=Qj+Qc。·当Tw1=Tq1时，接触散热量Qj=0，冷却水的散热量仅为蒸发散热量，即总散热量Q=Qc。·当Tw1＜Tq1时，接触散热是空气向冷却水传热，使冷却水温度升高；蒸发散热是冷却水向空气传热，使冷却水温度降低。则冷却水散热量Q=Qc－Qj，如果Qj＜Qc，则Q=Qc－Qj＞0，冷却水温降低，散热有效；Qj＝Qc，则Q=Qc－Qj=0，冷却水温不变，散热无效；Qj＞Qc，则Q=Qc－Qj＜0，冷却水温升高，散热失效。可见，冷却水的散热与室外气象条件关系很大，具有不确定性。◆评价冷却塔冷却性能的技术指标衡量冷却塔的冷却性能常用三个指标：·冷却塔的进水温度Tw1和出水温度Tw2之差ΔTw，ΔTw被称为冷却温差。温差ΔTw越大，则冷却效果越好，所需的冷却水流量越少。·出水温度Tw2和空气湿球温度Tv之差ΔTv，ΔTv称为冷却幅高，简称冷幅。ΔTv越小，则冷却效果越好。但ΔTv不可能等于零，一般为3～4℃。温差ΔTw与冷幅ΔTv之比，称为冷却效率η，简称冷效，η=ΔTw/ΔTv。注：湿球温度Tv代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度，也是冷却塔出水温度的极限值。·冷却塔的淋水密度。淋水密度指1m2有效面积上每小时所能冷却的水量。淋水密度大，则冷却塔的运行效率高；淋水密度小，则运行效率低。三、空调冷水的输送中央空调冷冻水和冷却水的分配、输送与循环，是通过管路系统和液体输送设备来实现的。管路系统是输送空调水的载体；液体输送设备——水泵为输送空调水提供动力，用以克服水的压力和流动时的阻力。1、空调水系统的管路空调水系统管路按其特征有5种形式11种类型：◇按循环水是否与空气接触分，分为开式系统和闭式系统；◇按循环水流动途径分，分为同程式系统和异程式系统；◇按供、回水管数量分，分为二管制、三管制和四管制系统；◇按水流量是否变化分，分为定流量系统和变流量系统；◇按水泵设置方式来分，分为单式泵系统和复式泵系统。（1）闭式系统与开式系统◆闭式系统管路中的水不与大气接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱。◇闭式循环的优点：·管路不与大气接触，管道和设备不易腐蚀。·水泵所需扬程仅由管路阻力大小决定，不需克服静水压力，水泵扬程和功率较低。·系统简单。◇闭式循环的缺点：·蓄冷能力小，低负荷时，冷水机组也需要经常启动。·膨胀水箱的补水，有时需要另设加压水泵。闭式系统示意图◇闭式系统应用场合：·当空调系统采用风机盘管、诱导器和水冷式表冷器时；高层建筑的空调冷水系统；热水系统。◆开式系统管路之间有贮水箱或水池通大气，自流回水时，管路通大气。开式系统的几种常见形式◇开式系统的优点：·冷水池有一定的蓄冷能力，可以减少冷冻机开启时间，能量调节能力冷水温度波动较小。开式系统的缺点：冷水与大气接触，循环水中含氧量高，易腐蚀管道；水泵的扬程除需要克服管路阻力外，还需具有把水提升到某一高度的压头，水泵扬程和能耗较大；如果采用自流回水，回水的管径较大，会增加投资。◇开式系统应用场合：·当末端空调系统采用喷水冷却空气时；·冷水温度要求波动小或冷水机组的能量调节不能满足空调系统的变化时；·当采用开式水池贮水蓄冷以削减高峰负荷时；·淋水式冷却塔的冷却水系统。（2）同程式系统与异程式系统◆同程式系统同程式系统中水流经过每一并联环路的管道路程基本相等，则各个管路的阻力损失接近相等。◇同程式系统的形式：·竖向干管同程式管路·水平支管同程式管路竖向干管同程式管路的两种布置方式水平支管同程式管路的两种布置方式◇同程式系统的优点：当各个末端换热器的水阻力大致相等时，由于各并联环路的管道总长度基本上相等，所以同程式系统的水力稳定性好，各环路间的水量分配均衡，调节方便。◇同程式系统的缺点：同程式系统管道的长度增加，水阻力增大，使水泵的能耗增加，初投资相对较大。◆异程式系统异程式系统中水流经过每一并联环路的管道路程均不相等，因而阻力也不相等。◇异程式系统的形式：·竖向干管异程式管路·水平支管异程式管路竖向干管异程式管路水平支管异程式管路◇异程式系统的优点：管路配置简单，耗用管材少，施工难度小，投资省。◇异程式系统的缺点：各并联环路的管道总长度不相等，各环路间阻力不平衡，从而导致流量分配不匀。（3）两管制、三管制、四管制◆两管制系统管路系统只有一根供水管和一根回水管。夏季循环冷水，冬季循环热水，用阀门进行切换。两管制系统简单，施工方便，初投资小，但不能用于同时需要供冷又供热的场所。两管制管路三管制管路四管制管路◆三管制系统管路系统有供冷管路、供热管路和回水管路三根水管，其冷水与热水共用一根回水管。三管制系统能同时满足供冷和供热的要求，管路较四管制简单，但比两管制复杂，投资也比较高，且存在冷、热水回水的混合损失。◆四管制系统冷水与热水均单独设置自己的供水管和回水管，构成两套完全独立的供、回水管路，分别供冷和供热。四管制系统能够同时供冷和供热，可以满足高质量空调环境的要求。但四管制管路系统十分复杂，初投资很高，且占用建筑空间也较多。（4）定流量系统与变流量系统◆定流量系统水流量恒定不变，通过改变供、回水温差（变温差）来适应末端负荷的变化。当末端负荷减少时，水系统供、回水温差减小，使系统输送给负荷的能量减少，以满足负荷减少的要求，但水系统的输送能耗并未减少，因此水的运送效率低。三通阀调节示意图◇定流量系统的原理定流量系统的各个空调末端装置采用电动三通阀调节。当室温未达到设定值时，三通阀的直通管开启、旁通管关闭，供水全部流经末端装置；当室温达到或超过设定值时，直通管关闭、旁通管开启，供水全部经旁通管流入回水管。因此，负荷侧水流量是不变的。◇定流量系统的优点系统简单，操作简便，不需要较复杂的自控设备；用户端采用三通阀调节水量，各用户之间互不干扰，系统运行较稳定。◇定流量系统的缺点系统水流量按最大负荷确定，绝大多数时间供水量都大于所需要的水量，输送能耗始终处于设计的最大值，水泵的无效能耗很大。◆变流量系统又称变水量（VWV）系统。它