第二章 空氣調節工程設計方法 2.1空調系統風道設計 2.1.1風道設計的基本知識 一 . 風道的布置原則 風道布置直接關系到空調系統的總體布置 ， 它與工藝 、 土建 、 電氣 、 給排水等專業關系密切 ， 應相互配合 、協調一致 。 1 空調系統的風道在布置時應考慮使用的靈活性 。 當系統服務于 多個房間時 ， 可根據房間的用途分組 ， 設置各個支風道 ， 以便與調節 。 2 風道的布置應根據工藝和氣流組織的要求 ， 可以采用架空明敷設 ，也可以暗敷設于地板下 、 內墻或頂棚中 。 3 風道的布置應力求順直 ， 避免復雜的局部管件 。 彎頭 、 三通等管件應安排得當 ， 管件與風管的連接 、 支管與干管的連接要合理 ， 以減少阻力和噪聲 。 4 風管上應設置必要的調節和測量裝置 （ 如閥門 、 壓力表 、 溫度計 、風量測定孔 、 采樣孔等 ） 或預留安裝測量裝置的接口 。 調節和測量裝置應設在便于操作和觀察的地方 。 5 風道布置應最大限度地滿足工藝需要 ， 并且不妨礙生產操作 。 6風道布置應在滿足氣流組織要求的基礎上，達到美觀、實用的原則。 二 . 風管材料的選擇 用作風管的材料有薄鋼板 、 硬聚氯乙烯塑料板 、 玻璃鋼板 、 膠合板 、鋁板 、 磚及混凝土等 。 需要經常移動的風管 ， 則大多采用柔性材料制成各種軟管 ， 如塑料軟管 、 金屬軟管 、 橡膠軟管等 。 薄鋼板有普通薄鋼板和鍍鋅薄鋼板兩種。鋼板厚度，一般采用 0.5 1.5mm左右。 對于有防腐要求的空調工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃鋼板制作的風管。僅限于室內應用，且流體溫度不可超過 -10 +60 。 以磚、混凝土等材料制作風管，主要用于與建筑、結構相配合的場合。 三 . 風管斷面形狀的選擇 風管斷面形狀有圓形和矩形兩種 。 圓形斷面的風管強度大 、 阻力小 、 消耗材料少 ， 但加工工藝比較復雜 ， 占用空間多 ， 布置時難以與建筑 、 結構配合 ， 常用于高速送風的空調系統；矩形斷面的風管易加工 、 好布置 ， 能充分利用建筑空間 ， 彎頭 、 三通等部件的尺寸較圓形風管的部件小 。 為了節省建筑空間 ， 布置美觀 ， 一般民用建筑空調系統送 、 回風管道的斷面形狀均以矩形為宜 。 常用矩形風管的規格如下表所示。為了減少系統阻力，并考慮空調房間吊頂高度的限制，進行風道設計時，矩形風管的高寬比宜小于 6，最大不應超過 10。 外邊長 （ 長 寬 ） (mm) 120 120 320 200 500 400 800 630 1250 630 160 120 320 250 500 500 800 800 1250 800 160 160 320 320 630 250 1000 320 1250 1000 200 160 400 200 630 320 1000 400 1600 500 200 200 400 250 630 400 1000 500 1600 630 250 120 400 320 630 500 1000 630 1600 800 250 160 400 400 630 630 1000 800 1600 1000 250 200 500 200 800 320 1000 1000 1600 1250 250 250 500 250 800 400 1250 400 2000 800 320 160 500 320 800 500 1250 500 2000 1000 一 .風道設計的原則 風道設計時應統籌考慮經濟 、 實用兩條基本原則 。 二 .風道設計的基本任務： 1 確定風管的斷面形狀 ， 選擇風管的斷面尺寸 。 2 計算風管內的壓力損失 ， 最終確定風管的斷面尺寸 ， 并選擇合適的通風機 。 2.1.2風 道設計的基本任務 風管的壓力損失 P由沿程壓力損失 Py和局部壓力損失 Pj兩部分組成 ， 即： P=Py+Pj （ Pa） （ 一 ） 沿程壓力損失的基本計算公式 長度為 l(m)的風管沿程壓力損失可按下式計算： Py=pyl (Pa) 式中 py 單位管長沿程壓力損失，也稱為單位管長摩擦阻力損 失，單位為 Pa/ m， 可查閱附錄 13以及有關設計手冊中風管單位長度沿程壓力損失計算表進行計算 。 （ 二 ） 局部壓力損失的基本計算公式 Pj= 2/2 （ Pa） 式中 局部阻力系數； 與之對應的斷面流速 。 空氣密度 ， 標準狀況下 （ 大氣壓力為 101325 Pa， 溫度為 20 ） ， =1.2kg/m3； 附錄 14以及許多文獻資料中，都載有各種各樣管件的局部阻力系數 計算表，可供設計時選用。 一 風道水力計算方法 風道的水力計算是在系統和設備布置 、 風管材料 、 各送 、 回風點 的位置和風量均已確定的基礎上進行的 。 風道水力計算的主要目的是確定各管段的管徑 （ 或斷面尺寸 ） 和 阻力 ， 保證系統內達到要求的風量分配 ， 最后確定風機的型號和動 力消耗 。 風道水力計算方法比較多 ， 如假定流速法 、 壓損平均法 、 靜壓復 得法等 。 對于低速送風系統大多采用假定流速法和壓損平均法 ， 而 高速送風系統則采用靜壓復得法 。 2.1.3 風 道設計 計算的方法與步驟 1 假定流速法 假定流速法也稱為比摩阻法 。 先按技術經濟要求選定風管的風速 ， 再根據風管的風量確定風管的斷面尺寸和阻力 。 這是低速送風系統目前最常用的一種計算方法 。 2 壓損平均法 壓損平均法也稱為當量阻力法。這種方法以單位管長壓力損失相等為前提，在已知總作用壓力的情況下，取最長的環路或壓力損失最大的環路，將總的作用壓力值按干管長度平均分配給環路的各個部分，再根據各部分的風量和所分配的壓力損失值，確定風管的尺寸，并結合各環路間的壓力損失的平衡進行調節，以保證各環路間壓力損失的差值小于 15%。該方法適 用于風機壓頭已定，以及進行分支管路壓損平衡等場合。 3靜壓復得法 靜壓復得法的含義是 ， 當流體的全壓一定時 ， 風速降低 ， 則靜壓增加， 利用這部分 “ 復得 ” 的靜壓來克服下一段主干管道的阻力 ， 以確定管道尺寸 ， 從而保持各分支前的靜壓都相等 ， 這就是靜壓復得法 。 此方法適用于高速空調系統的水力計算 。 二 風道水力計算步驟 以假定流速法為例 ， 說明風道水力計算的方法步驟： 1 確定空調系統風道形式 ， 合理布置風道 ， 并繪制風道系統軸測圖， 作為水力計算草圖 。 2 在計算草圖上進行管段編號 ， 并標注管段的長度和風量 。 管段長度一般按兩管件中心線長度計算 ， 不扣除管件 （ 如三通 、 彎頭） 本身的長度 。 3 選定系統最不利環路 ， 一般指最遠或局部阻力最多得環路 。 4 根據造價和運行費用的綜合最經濟的原則 ， 選擇合理的空氣流速。 根據經驗總結 ， 風管內的空氣流速可按 P111表 6.3確定 。 5 根據給定風量和選定流速 ， 逐段計算管道斷面尺寸 ， 并使其符合表 6.1所列的矩形風管統一規格 。 然后根據選定了的斷面尺寸和風量， 計算出風道內實際流速 。 通過矩形風管的風量 G可按下式計算： G=3600ab (m3/h) 式中 a， b 分別為風管斷面凈寬和凈高 ， m。 6 計算風管的沿程阻力 根據沿程阻力計算公式： Py=pyl 查 風管單位長度沿程壓力損失計算表 求出單位長度摩擦阻力損失 py， 再根據管長 l， 計算出管段的摩擦阻力損失 。 7 計算各管段局部阻力 根據局部阻力計算公式： Pj= 2/2 查 局部阻力系數 計算表 取得局部阻力系數 值 ， 求出局部阻力損失 。 8 計算系統的總阻力 ， P= （ pyl +Pj ） 。 9 檢查并聯管路的阻力平衡情況 。 10 根據系統的總風量 、 總阻力選擇風機 。 三 風道設計計算實例 （ P112例 6.1 ） 空調系統推薦的送風機靜壓值如下 ， 可供估算時參考 。 空調系統類別 風機靜壓值 (Pa) 小型空調系統（空調服務面積 300m2以內） 中型空調系統（空調服務面積 2000m2以內） 大型空調系統（空調服務面積大于 2000m2） 高速送風系統（空調服務面積 2000m2以內） 高速送風系統（空調服務面積大于 2000m2） 400500 600750 6501000 10001500 15002500 小型通風系統 一般通風系統 100250 300400 一單風機系統 單風機系統是指只設送風機而不設回風機，整個系統內的壓力損失全部由送風機來承擔的空調系統。 對于單風機系統來說，要注意到零點的位置，若系統排風位于回風的負壓區，則排風不可能通過排風閥排出，必須單設一軸流式排風機，如圖中虛線所示。 2.1.4 風管內的壓力分布 二雙風機系統 雙風機系統是指既設置有送風機而且設置有回風機的空調系統，系統內的壓力損失由送風機和回風機共同承擔。 對于雙風機系統來說，排風必須處于回風機的正壓段，而新風和回風必須處于送風機的負壓段。如圖中所示， 段由于回風機的加壓作用，處于正壓區，排風可以通過排風閥直接排出。而 段由于送風機的抽吸作用，處于負壓區，新風和回風均可被抽吸進來。為零位閥，通過該閥處的風壓應該為零。 特別需要注意的是：新風、排風、回風的位置。 復習思考題 1簡敘風道布置的原則。 2常用的風管材料由哪些？各適用于什么場合？ 3為什么說 “ 矩形風管的高寬比宜小于 6，最大不小于 10” ？ 4風道設計的基本任務是什么？ 5試解釋下列名詞： （ 1）沿程壓力損失； （ 2）單位管長摩擦阻力損失； （ 3）局部壓力損失； （ 4）風管的當量直徑。 6影響局部阻力系數 的因素有哪些？ 7為什么說風管內空氣流速對空調系統的經濟性有較大的影響？ 2.2空調水系統設計 空調水系統包括冷 （ 熱 ） 媒水系統和冷卻水系統兩部分 。 冷媒水系統是指夏季由冷水機組向風機盤管機組 、 新風機組或組合式空調機組的表冷器 （ 或噴水室 ） 供給供水 7 、 回水 12 的冷媒水；在冬季由換熱站向風機盤管機組 、 新風機組等供給供水 60 、回水 50 的熱媒水 。 冷卻水系統是指利用冷卻塔向冷水機組的冷凝器供給循環冷卻水的系統。 2.2.1 空調冷媒水系統分類 1.按照冷媒水的循環方式分 ： 1） 開式循環系統：它的末端管路是與大氣相通的 ， 冷媒回水集中進 入建筑物的回水箱或蓄冷水池內 ， 再由循環泵將回水打入冷水機組的 蒸發器內 ， 經重新冷卻后的冷媒供水被輸送至整個系統 。 典型的開式循環系統有：組合式空調機組采用噴水室處理空氣的 冷媒水系統 、 具有蓄冷水池的冷媒水系統等 。 2） 閉式循環系統：冷媒水在系統內進行密閉循環 ， 不與大氣相接觸 為了容納系統中水體積的膨脹 ， 在系統的最高點設膨脹水箱 。 典型的閉式循環系統有：組合式空調機組采用表冷器處理空氣以 及風機盤管機組 、 新風機組的冷媒水系統等 。 開式系統與閉式系統的比較： （ 1） 開式系統所用的循環泵的揚程高 ， 除了克服環路阻力外， 還要提供幾何提升高度和末端的資用壓頭 ， 循環水易受污染 ，管路和設備易受腐蝕且容易產生水擊等 ， 除非高層建筑的地下室設有蓄冷水池 ， 一般用得不多 。 （ 2） 閉式系統所用的循環泵的揚程比較低 ， 循環水不易受污染而管路的腐蝕程度輕 ， 不用設回水池 ， 而需要設膨脹水箱 。 2. 按照供 、 回水制式分： 1） 雙管制供水方式： 一根供水管 ， 一根回水管 ， 供冷 、 供熱合用同一管路系統 。 2） 三管制供水方式： 一根供冷水管 ， 一根供熱水管 ， 一根公用回水管 。 3） 四管制供水方式： 一根供冷水管 ， 一根冷水回水管 ， 一根供熱水管 ， 一根熱水回水管 。 FCUFCUTTFCUT冷 熱FCUT冷 熱冷 熱 我國高層建筑特別是高層旅館建筑大量建設的實踐表明 ， 從我國的國情出發 ， 雙管制系統能滿足絕大部分旅館的空調要求 ， 只有那些全年性空調要求標準的較高的建筑方可采用四管制系統 。 為了解決管路布置問題 ， 有的設計院提出一種稱為“ 分區雙管系統 ” 。 該系統的主要特點是 ， 機房內總管路系統設計成四管制 ， 而建筑物內的所有立管設計成雙管制 ， 以便按朝向分別供冷或供熱 。 3.按照供 、 回水管路的布置方式分： 1） 同程式系統：供 、 回水干管中的水流方向相同 （ 順流 ） ， 經過每一環路的管路總長度相等 。 2） 異程式系統：供 、 回水干管中的水流方向相反 （ 逆流 ） ， 經過每一環路的管路總長度不相等 。 對于閉式循環系統，一般來說，采用同程式布置，便于達到水力平衡； 對于開式循環系統，一般來說，采用異程式布置，不需要采用同程式布置。 同程式的幾種布置方式： 垂直同程 ： 水平同程 垂直同程和水平同程 異程式的布置方式 同程式與異程式的比較： 同程式布置 水量分配和調節都比較方便 ， 容易達到水力平衡 ， 但需要設回程管 、 管路長 ， 初投資稍高 ， 要占用一定的建筑空間 。 異程式布置 水量分配和調節都比較麻煩，不容易達到水力平衡，需要安裝平衡閥，無需回程管，管道長度較短。 同程式和異程式的適用條件： （ 1） 支管環路的壓力降 （ 阻力 ） 較小 ， 而主干管路的壓力降起主導作用者 ， 宜采用同程式 。 （ 2） 支管環路上末端設備的壓力降 （ 阻力 ） 很大 ， 而支環路的壓降 （ 阻力 ） 起主導作用者 ， 或者說支路環路阻力占負荷側干管環路阻力的 2/3 4/5時 ， 宜采用異程式 。 所以：對于由風機盤管機組（或新風機組）組成的供、回水系統，因支管環路的阻力不大且比較接近，而干管環路較長、阻力占的比例較大，故采用同程式布置； 對于向若干臺組合式空調機組的表冷器供水的系統，因支管環路的阻力較之主干管路的阻力大得多，故采用異程式布置。 （ 3） 如果建筑條件允許 ， 可采用垂直同程和水平同程的布置方式 ， 不僅容易達到水力平衡 ， 而且省去大量的調試工作量 。 （ 4）為節管材和建筑空間，也可考慮將空調水系統的總立管設計成異程式（其前提條件是，將立管內流速取小，管徑放大），這樣，有利于節省豎井的空間。而對于各分支環路，根據管道的長度和支環路的阻力大小， 設計成 同 程式或異程式，并根據管道的水力計算結果進行壓力平衡。 （ 5）當系統的阻力先天就不平衡時，可通過安裝水力平衡閥予以解決。 4.按照運行調節方法分： 1） 定流量系統：系統中循環水量保持不變 ， 當空調負荷變化時 ， 通過改變供 、 回水的溫差來適應 。 2） 變流量系統：系統中供回水溫差保持不變 ， 當空調負荷變化時 ， 通過改變供水量來適應 。 所謂定流量和變流量均指負荷側環路而言 。 冷源側應保持定流量 ， 其理由是： （ 1） 保證冷水機組蒸發器的傳熱效率； （ 2） 避免蒸發器因缺水而凍裂； （ 3） 保持冷水機組工作穩定 。 （ 1） 定流量系統負荷側調節方法： 定流量系統對風機盤管機組 、 新風機組等負荷側末端設備的能量調節方法 ， 是在該設備上安裝電動三通調節閥 ， 并受室溫控制器的控制 。 在夏季，當房間的負荷等于設計值時，電動三通調節閥的直通閥座打開，旁通閥座關閉，冷媒水全部流經末端設備。當房間負荷減少時，室溫控制器使直通閥座關閉，旁通閥座開啟，冷媒水旁流過末端設備，直接進入回水管網。 （ 2） 變流量系統負荷側調節方法： 變流量系統對風機盤管機組、新風機組等負荷側末端設備的能量調節方法，是在該設備上安裝電動二通調節閥，并受室溫控制器的控制。 當房間負荷等于設計值時，電動二通調節閥開啟，冷媒水流經末端設備。當房間負荷低于設計值時室溫控制器使電動二通調節閥關閉，停止向末端設備供水。 目前，很多賓館客房實行 “ 插鑰匙牌” 給電的制度，客人外出，帶走 “ 鑰匙牌” ，客房斷電，此時，風機盤管機組停止工作電動二通調節閥也隨之關閉。 變流量系統 ， 整個負荷側水系統的流量是變化的 ， 這就意味著可以停開或啟動某一臺循環泵 ， 以適應水流量變化的情況 ， 達到節能的目的 。 為了保證冷源側始終是定流量 ， 必須在分水器和集水器之間設置壓差控制器 。 5.按照 系統中循環泵的配置方式分： 1） 單式泵（一級泵）系統：是指冷源側與負荷側合用一組循環泵的系統，它又可分為單式泵定流量系統和單式泵變流量系統。 2) 復式泵（兩級泵）系統：是指冷源側和負荷側分別配置循環泵的系統，也就是說，冷源側循環泵和負荷側循環泵是相互分開的。 單式泵系統 ： 整個水系統由以下兩個環路組成：一是冷源側環路，它是指從集水器經過冷水機組至分水器這一環路，按定流量運行；一是負荷側環路，它是指從分水器經過空調末端設備至集水器的這一環路按變流量運行 單式泵變流量系統的控制原理： 當空調房間負荷下降時，負荷側各用戶的二通調節閥相繼關閉，供、回水總管之間的壓差超過了設定值，此時，壓差控制器動作，讓旁通管路上的二通調節閥打開，使部分冷媒水不經末端設備而從旁通管直接返回冷水機組，從而確保冷水機組的水量不變。 只有當供、回水總管之間的壓差到達規定的上限值，也就是說，通過旁通管路的水量相當于一臺循環泵的流量時，可停止一臺循環泵和一臺冷水機組的工作。 旁通管的管徑按一臺冷水機組的水流量確定，通常為一臺冷水機組流量的 110% 單式泵變流量系統的設計和應用 ： 1） 在冷源側 ， 單式泵的配置與冷水機組相對應 ， 采取 “ 一泵對一機 ” 的方式 。 2） 單式泵的揚程是按克服負荷側最不利環路上的各種阻力與冷源側環路上的各種阻力之和來確定的 。 不能適應各供水分區壓力降相差較懸殊的情況 。 對于負荷側壓力降較小的環路來說 ， 循環泵的壓力對該環路有較多的富余 ， 此時只好利用分水器上通向該環路的閥門節流掉 ， 形成無效的能量消耗 。 3）當空調冷媒水系統的規模和總壓力損失均不太大、各分區供水環路彼此間的壓力損失相差不太懸殊時，冷媒水循環泵宜采用單式泵。 復式泵系統 ：由冷水機組、供回水總管、一次泵和旁通管組成一次環路，也稱冷源側環路；由二次泵、空調末端設備、供回水管路與旁通管組成二次環路，也稱負荷側環路。 復式泵變流量系統的控制原理： 1） 一次環路按定流量運行 ， 采用 “ 一泵對一機 “ 的方式 ， 一次泵的揚程為冷水機組的蒸發器阻力與一次環路個部件阻力之和再乘以 1.1 1.2的安全系數 。 2）二次環路按變流量運行，二次泵的臺數，不必與一次泵相對應，主要滿足供水分區的需要。二次泵的臺數必須大于或等于設計所劃分的二次供水環路數。二次泵的揚程為空調末端設備的阻力與二次環路各部件阻力之后，再乘以 1.1 1.2的安全系數。 復式泵變流量系統的應用 ： 復式泵變流量系統