冷水机组水系统的配置及设计

冷水机组水系统的配置及设计

许萍

(北京贝科溥制冷设备有限公司北京102208)

摘要：冷水机组水系统的合理配置与设计,是保证空调系统稳定、高效运行的关键。分析了确定冷水机组容量、冷却塔水量、水泵流量和扬程时存在的问题,给出了解决办法。

关键词：冷水机组；冷水泵；冷却水泵；冷却塔；设计

1冷水机组的设计配置

科学的冷水机组的装配，需要符合下面这些条件:第一，冷水机组冷量，要合理科学,匹配建筑物需要的冷负荷;第二，所有冷水机组均能工作在单机最佳工况区域内;第三，整个系统具有较好的部分负荷效率;第四，系统的可靠性要高,前提是不提升整个冷水机组的负荷容量时,机组与机组间要有很好的呼应;第五，系统的调度要简单便捷,费用低廉。可是在现实的工程中，冷水机组的挑选与装配经常不合适,很难实现以上的条件,细节在下面几个方向。

1.1冷水机组冷量偏大

冷水机组的配置容量较大，属于空调系统经常出现的问题,甚至个别项目的冷水机组容量有百分之50的闲置空间。形成冷水机组的配置容量较大的重点问题，是设计的工作人员，在进行设计时，没能做出针对性的冷负荷计算,而盲目的参看其他建筑冷负荷的标准,对与功能不同的建筑物空调的负荷了解不精确,且没有分析就盲目的增加冷负荷余量。冷却器组装机的容量增加了空调系统，电气设备和建筑结构的总成本，导致大量闲置废物和系统的低效操作。还能造成和冷水机组相配置的冷水泵与冷却水泵的选择,加大了系统能源的消耗与系统运行的稳固。

1.2冷水机组台数选择不当

冷水机组的数量，需要依据冷负荷的性能与运行的调节性能来选取,通常是2至4台,单机的制冷量要科学的配置,当单机的产冷量高于建筑物的最小负荷,需要选一台合适与最小负荷的机组,来确保系统的负荷可靠性,提升负荷适应,以免冷水机组的运行效率降低。

纵然是大型的空调系统,冷水机组的数量最好也不要大于四台,大于四台就需要分别设置其系统。冷水机组和水泵的运行需要相互对应,按理说会有显著的关联损耗,并且负荷在变化时，其运行调节会非常繁琐,每个单机都很难处于最好的作业状态。

2冷(热)水泵设计配置

冷水系统的循环水泵，其装置与冷水机组的装置相同,需要让水泵一直处于高效的作业,让水系统的运输消耗低、可调节性高。循环水泵的流量，需要和冷水机组的蒸发器，其固定的流量相匹配,扬程就需要依照水力的计算来确认。

2.1冷水泵并联运行

一次泵系统的冷水泵数量，通常依照冷水机组数量来相互搭配,二次泵系统的冷水泵数量，依照系统的分化和不同区域的水泵装置。冷水机组与水泵相互搭配时(见图1),系统的管控与运行简单便捷,每个冷水机组之间的干预很小,水量的变化也很小,并且水力很稳定,其并联的损耗就相对很小,其中一台冷水机组如果不工作,会因为水泵的止回阀,则无法通过停工的冷水机组。

图1一次泵变水量系统(先串联后并联方式)

现实项目的设计,由于接管很多,安装动工的难度就会变大,以上冷水机组和冷水泵相互搭配的方法，通常不能完成。大批使用的，则是冷水机组和冷水泵单独并联的方法(见图2)。这种方法的机器装置简单、科学,接管也很易懂,可是缺点同样很明显:1，每个冷水机组的水流会有不均,在初调试中应进行调整,来确保各机组水量满足设计条件;2，水泵并联的损耗多,负载变化时调节性能差;3，需要自动连锁的项目里,每个冷水机组务必要装置电动的蝶阀,避免不作业的冷水机组出现旁通分流。

道理上讲,应该尽量让空调的水系统水泵按照定水量工作,让冷水机组的运行效率最高。可是现实的运行,大部分的水泵都是超流量的工作，甚至好多项目的水泵扬程都高于起初设计系的水阻力。国产水泵的特性曲线相对平和,非常容易导致超流量工作,此问题与很多的水泵并联系统，单台泵工作的时候回出现:管道系统电阻降低，泵过流严重，电机过载，这样会对电机带来非常严重的损害。

图2一次泵变水量系统(先并联后串联方式)

所以，空调水系统里，水泵的并联数量一定要少,尽可能的提升负荷在出现变化，水系统的适应,确保系统的调节简单科学并且作业稳定;同时，在选择泵时，设计工作点应位于泵效率点最高的区域，以便泵在大多数时间内处于最高效率区域;选择水泵的电机,务必想到单台泵最高的工作值,还要依照这个值来装配电机,来确保水泵的电机的正常运行及安全性。

2.2冷热水循环泵分开设置

双管制空调的水系统会由于四季负荷的不同，以及工作水温的不同,通常配置了冷水与热水的循环泵。江浙沪地区,全年舒适性空调，其冬季的热负荷，通常使夏季的冷负荷值的百分之60-80直接,在供冷时，水的温差是5摄氏度,在供暖时，水的温差是10摄氏度,在冷水与热水一起用同样的管路时,供暖时水力的损耗只有供冷时的百分之9-16,这时，水系统的运输功耗只有供冷时百分之2.7-6.4。所以，应该分别配置，冷热水的循环泵。

现实项目的设计,冷热水大的循环泵通常是互用的,正常设置为一组泵,供热的时候，只有其中的几台工作。可因为制冷制热时管道的特性不同,冷水泵的流量以及扬程都难以和供热时相同,这样不仅加大了制热时水输送的消耗,还让循环水泵的工作效率降低、超流量变得严重、电机损害大。

热水的循环泵水量，要依据制热时的负荷与温差的计算来定,扬程应该依据式(1)来计算:

公式中，H热代表了热水循环泵的扬程;

H冷代表了冷水泵的扬程;

H冷机代表了冷水机组的水阻;

H热机为代表了热源装置，或者换热器的水阻;

G热代表制热的水量;

G冷代表制冷的水量。

项目中，把冷水泵当为热水泵用的视乎,要在冬天制热时，增加水泵的变频,让水泵可以变速工作，达到冬天制热的需求，水泵的变速范畴，要让变速泵与定速泵都位于在自己所在的高效区域中,变速泵的数量选择，要让每一台变速泵都可以在工作时位于高效区域,来达到最好的工作与节能效率,并且可以提升冬天制热时，水泵的工作稳定。

3冷却水系统设计配置

冷却水系统的循环水泵与冷却塔配置的合理性,会导致冷水机组的冷凝热量其排放造成影响,以及冷水机组的工作稳定情况。现实的工作中,因为冷却塔与冷水泵的选取不合理，以及性能不好而导致空调整体的系统运行不佳的问题经常出现。

3.1冷却塔的配置

冷却循环的系统之中,冷却塔是首要配置,当前冷却塔的最大问题为冷却的效率非常低,无法达到冷水机组的条件以及技术标准。

南方的夏天湿度相对北方较高,外部的空气湿度通常大于冷却塔的设计温度28摄氏度,在选取冷却塔时，务必要仔细的核算。冷却塔的水处理量依据式(2):

式中G代表冷却塔的水量;

Q冷代表冷水机组的制冷量;

N代表冷水机组的电机功率;

Δt代表冷却水处理的温差;

ρ代表水密度;

cp代表水质量定压的热容。

依照南方区域运行的以往经验,针对离心式的机组以及吸收式的机组,要增加百分之20与百分之40冷却塔的水处理量,来保障其使用。冷却效率低的原因，通常是由于布水器的雾化不好,冷却换热工作效率差。所以，冷却塔的生产厂以及科研部门,需要重点的对风机和填料以及布水器进行改善,来提升冷却塔的总体性能。

3.2冷却水泵的设计配置

冷却水泵的水流量，需要依照冷水机组的产品性能参数来确定,冷却水泵的扬程要按照冷却水系统的水力核算来确认。冷却水泵的并联工作与调节，都要和上述冷水泵的并联工作状态相同,可因为冷却水泵的型号通常高于冷水泵,冷却水系统的管道阻力，就不能大于冷水系统,所以，冷却水泵的超流量工作情况大于冷水泵。

结束语；

通过以上分析,可以进一步认识到冷水机组水系统合理配置和设计的重要性,选择合适的冷水机组容量、冷却塔的处理水量、水泵的流量和扬程,才能够避免水泵超负荷运行、无谓功消耗、运行效率低及运行噪声大等不利情况,确保空调系统高效稳定运行,运行调节简捷可靠。

参考文献：

1.潘云钢.高层民用建筑空调设计.北京:中国建筑工业出版社

2.伍小亭.空调设计中的一些基本问题值得重视