中央空調水系統設計中的若干技術問題

王偉釗

摘 要：中央空調系統是現代公共建筑中必不可少的組成部分，在抵消室內環境冷、熱負荷中，發揮著十分關鍵的作用。而其中的中央空調水系統具有復雜的組成，它直接關系著中央空調系統的整體運行效果。但是，在現代中央空調的水系統設計中，卻還存在一些技術問題，亟待解決。基于此，本文深入研究了中央空調的水系統設計，并針對其中的有關問題，提出了一些解決策略，僅供參考。

關鍵詞：中央空調；水系統；設計

本世紀以來，隨著中國國民經濟的快速發展以及城市化進程的持續深入，大部分現代化公共建筑都采用了中央空調系統來對室內空氣環境的冷熱負荷進行調節。而相較于建筑給水系統以及消防水系統，中央空調水系統具有自身的一些特點。冷卻與冷凍水系統組成了中央空調的水系統，其中的冷卻水系統的作用是利用管道，通過水泵將空調制取冷量時的熱量傳給冷卻塔，并排入大氣；而冷凍水系統的作用是利用管道將制冷主機制取的冷量傳給空調的末端設備。根據空調負荷，確定了制冷機后，也就確定了冷卻與冷凍水量。

1 概述中央空調水系統

對于中央空調，冷熱水機組基本承擔了室內的全部負荷。通過水管，空調的末端設備聯通了冷熱水機組，溫度的調節是通過冷熱水來實現的。水系統的布置以及獨立調節性等都直接影響著供冷（熱）的效果，同時還密切關系著各分機的獨立運行。

2 優化管道的管徑和流速設計

應基于對初投資以及運行費用平衡的綜合考慮，來確定合理的管道流速。流速越大，則選用的管徑可越小，可降低初投資，而水泵的揚程卻應適當增大，運行費用也相應地會有所提高，反之亦然。從理論上看，最佳的管道流速為初投資與運行費用和的值最小時確定的流速。基于這個原則，設計手冊或規范中也都給出了流速的一個具體范圍。在設計空調水系統的過程中，應取上限值，第一，空調系統很少實施滿負荷運行，通常運行都處于部分負荷下，在使用空調的季節，負荷率通常都低于70%，而一般是根據滿負荷流量來確定管道的管徑和流速的，因此，系統運行中的管道內流速通常都不會太高，尤其是主管道。第二，現代建筑具有較多的功能以及建筑內管線，且要求高。比如，空調房間的天花中，一般都有消防水管、電線槽以及空調的冷凍水管、送風管、新風管、冷凝水管、排風管等，部分還有排、給水管，而且管線的交叉現象十分普遍，致使所占空間變得更大。為了減少初投資費用，適當增大實際使用面積，建設企業希望管線所占的平面及空間不能太多，所以，管徑需要盡量小一些。3 合理控制變流量

變流量控制技術廣泛應用在現代中央空調系統中，它主要用于控制一次泵系統中的冷凍水泵、冷卻塔風機與水泵以及中央空調系統的一、二次回風系統、變風量系統以及新風系統等的變流量。以上變流量控制系統通常采用通用變頻器和自動控制技術，來完成對風機和水泵等的控制，并實時控制運行頻率，進而實現控制變流量以及節能的目的。冷凍水系統的節能方法主要有：①優化管網以及管路的設計；②優化水泵系統的控制。但是，建成一個建筑以后，將會較難優化已經和建筑合為一體的管路與管網系統。相對來說，與管網系統管路的優化相比，優化控制水泵系統將會簡單得多。優化控制水泵系統一般是為了保證水泵的流量可以適應中央空調冷負荷的變化。在智能建筑實驗室中的冷凍水系統屬于有代表性的二次泵變水量系統，冷水機組和其一次泵進行聯動，變水量運行不太適合，因此，只可以優化控制二次泵組。可以利用閥門來調節變水量系統的流量，是通過管路特性曲線的改變來實現的，通過節流閥能夠將管路阻力增大，以便將流量減少。但是，該調節方法顯然不經濟，隨著管路阻力的增加，管路損耗也會增大，所以，在降低了流量之后，功率卻并沒有顯著減小。調節水泵吸入側閥門的過程中，還存在氣蝕缺陷，因此，應盡量減少對其的使用。

4 優化變頻控制

通過比較空調水系統的幾種控制方式以及變負荷特性可知，一般情況下，針對舒適性空調，使用定壓差控制方法就可以很好地達到要求，而針對控制精度高的復雜系統，則需要利用變設定壓差控制，尤其適用于相對復雜的用戶端系統。而空調水系統具有變負荷特性，采用定壓差控制，則會導致水泵控制帶出現問題，從而會降低水泵工作點的穩定性。所以，考慮到空調水系統存在非比例負荷變化，故系統運行工況點形成的不是控制曲線，而是控制帶。如果流量需求相同，則流量需求會隨對應的用戶負荷分布而變化，控制帶的形狀也會隨管網形狀的大小而變化。

5 優化設計冷、熱水循環泵

水泵的能耗是整個中央空調系統總能耗的20%左右，故具有較大的節能潛力。現今，部分工程在冬、夏兩季共用一個循環水泵，而其水流量會隨供、回水溫差的提高而變小，隨負荷的增加而變大。在中國的夏熱冬冷區域，夏季空調冷負荷一般比冬季熱負荷大，而夏季和冬季中央空調的供、回水溫差分別為5℃和10℃，所以，夏季的水流量遠遠大于冬季的。水泵功率和揚程與水流量的乘積是正比例關系，所以，夏季水泵功率明顯大于冬季。若夏、冬兩季共用一臺水泵，既浪費電能，又會造成冬季的水泵運行和系統不符，導致水泵運行不在高效區，或運行為小溫差大流量而浪費電能。所以，應分開設置夏、冬兩季的循環水泵。

6 結語

總之，中央空調一般用于營造建筑內恒溫，使生產、生活環境更加宜人，故得到了廣泛的應用。中央空調水系統設計既影響著空調的管理、運行、控制、維護和安裝，又影響著工程造價等。所以，應針對水系統設計中的技術問題，優化設計其水系統，以便提高中央空調系統的效果。

參考文獻

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（作者單位：廣東華方工程設計有限公司）