暖通知识丨空调水系统的类型、设计、选型
鉴于高层建筑空间的限制以及用户调节使用的方便，很多建筑采用水空调系统方式，室内冷热负荷由冷冻水和热水承担。本文我们就来了解一些有关水系统的知识。
空调水系统分类
水系统即空调以水为冷媒，水系统比传统氟系统更为庞大，一般用于大型建筑，同时开启率在90%以上节能，美系品牌占市场主要份额，以商业市场为主。水系统将室内负荷全部由冷热水机组来承担，各房间风机盘管通过管道与冷热水机组相连，靠所提供的冷热水来供冷和供热。
空调水系统包括冷冻水系统和冷却水系统两部分，根据配管形式、水泵配置、调节方式等不同，可以设计成各种不同的系统类型，见下表。
空调冷冻水系统
由水泵、管道、定压设备、阀门、换热器、除污器等主要部件构成。其一般均为循环水系统，从管道和设备的布局上分，又可分为开式系统和闭式系统。
空调冷却水系统
冷却水进水温度一般应不高于32 ℃ ，冷却水主要指冷凝器和压缩机冷却用水。可分为直流式冷却水系统和循环式冷却水系统。
(一)直流式冷却水系统
简单的冷却水系统是直流式供水系统，即升温后的冷却回水直接排除，不循环使用。这种系统只适用于水源水量特别充足的地区，例如靠近江、河、湖泊、海等地方，城市自来水不宜选用。
(二)循环式冷却水系统
(左)单元式冷却水系统(右)干管式冷却水系统
每种水系统都有自己的特点及使用条件，应在不同场合灵活应用。空调水系统应根据负荷特性、使用特性、建筑物特性合理划分。如对于超高层建筑水系统应有高低分区，对间歇使用的建筑(如体育馆、展览馆、影剧院等)好使用定流量系统。
水系统节能措施很多，应根据它的使用特点加以配置。如对于建筑物规模不大，使用特性相同的建筑物，没必要采用二级泵水系统，采用一级泵定流量或一级泵变流量较合适，可以避免设备投资上的浪费和复杂的操作管理。
空调水系统划分原则
空调水管路系统是空调系统中主要的输送和分配系统，来自冷热源的空调冷水或热水，在水泵作用下，通过水管路系统合理输送和分配到空调系统的末端。
空调系统的运行能耗中，用于水系统输送和分配的水泵能耗，占有相当重要的比例。合理划分确定的水系统环路和系统形式不仅对运行能耗降低产生重要影响，而且对于空调系统提供舒适、健康的空调环境提供基本保证。
空调水系统的划分应遵循满足空调系统的要求、节能、运行管理方便、降低系统投资等原则，按照建筑物的不同使用功能、不同的使用时间、不同的负荷特性、不同布置和不同的建筑层数正确划分空调水系统的环路。其划分原则如下;
①满足空调系统的要求;
②有利于空调系统运行过程的节能及调节便利性;
③降低系统投资;
④在划分空调水系统环路时，一般从以下几个方面考虑：
a.空调区域内负荷分布特性，负荷相差较大的空调区域宜划分为不同的环路，便于分别调节和控制。例如，建筑物不同的朝向可以划归为不同的环路;建筑物内区和外区划归为不同的环路;室内或区域热湿比相差较大的可以划归为不同的环路。
b.考虑建筑物或房间、区域的使用功能，使用功能、使用时间相同或相近的空调区域可以划归为同一环路。例如，按房间功能、用途、性质，将基本相同的划为一个水系统环路;按使用时间，将使用时间相同或相近的区域划归为一个环路。
c.考虑建筑层数，根据设备、管路、附件等承压能力，按竖向划分为不同环路。
但是，水系统的分区应和空调风系统的划分相结合;在设计中同时考虑空调风系统与水系统才能获得合理的方案。
空调水系统设计原则
①空调水系统应具备足够的输送能力，例如，在中央空调系统中通过水系统来确保流过每台空调机组或风机盘管空调器的循环水量达到设计流量，以确保机组的正常运行。
②合理布置管道。管道的布置要尽可能地选用同程式系统，虽然初投资略有增加，但易于保持环路的水力稳定性;若采用异程系统时，设计中应注意各支管间的压力平衡问题。
③确定系统的管径时，应保证能输送设计流量，并使阻力损失和水流噪声小，以获得经济合理的效果。管径大则投资多，但流动阻力小，循环泵的耗电量就小，使运行费用降低，因此，应当确定-.种能使投资和运行费用之和为低的管径。同时，设计中要杜绝大流量小温差问题，这是管路系统设计的经济原则。
④设计中，应进行严格的水力计算，以确保各个环路之间符合水力平衡要求，使空调水系统在实际运行中有良好的水力工况和热力工况。
⑤空调水系统应能满足中央空调部分负荷运行时的调节要求。
⑥空调水系统设计中要尽可能多地采用节能技术措施。
⑦水系统选用的管材、配件要符合有关的规范要求。
⑧水系统设计中要注意便于维修管理，操作、调节方便。
空调水系统流速确定
一般，当管径在DN100到DN250之间时，流速推荐值为1.5m/s左右,当管径小于DN100时,推荐流速应小于1.0m/s,管径大于DN250时，流速可再加大。进行计算是应该注意管径和推荐流速的对应。
目前管径的尺寸规格有：DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN70、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450、DN500、DN600
注意：一般，选择水泵时，水泵的进出口管径应比水泵所在管段的管径小一个型号。例如：水泵所在管段的管径为DN125，那么所选水泵的进出口管径应为DN100。
空调水系统水泵的设计与选型
第一步：水泵流量的确定
1.冷却水流量：一般按照产品样本提供数值选取，或按照如下公式进行计算，公式中的Q为制冷主机制冷量
L(m3/h)= Q(kW)/(4.5~5)℃x1.163X(1.15~1.2)
2.冷冻水流量：在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组，可根据产品样本提供的数值选用或根据如下公式进行计算。如果考虑了同时使用率，建议用如下公式进行计算。公式中的Q为建筑没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。
L(m3/h)= Q(kW)/(4.5~5)℃x1.163
第二步：水系统水管管径的计算
在空调系统中所有水管管径一般按照下述公式进行计算：
D(m)=√L(m3/h)/0.785x3600xV(m/s)
公式中：
L----所求管段的水流量(第一步已计算出)
V----所求管段允许的水流速
流速的确定：一般，当管径在DN100到DN250之间时，流速推荐值为1.5m/s左右,当管径小于DN100时,推荐流速应小于1.0m/s,管径大于DN250时，流速可再加大。进行计算是应该注意管径和推荐流速的对应。
目前管径的尺寸规格有：
DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450、DN500、DN600
注意：一般，选择水泵时，水泵的进出口管径应比水泵所在管段的管径小一个型号。例如：水泵所在管段的管径为DN125,那么所选水泵的进出口管径应为DN100。
第三步：水泵扬程的确定
以水冷螺杆机组为例：
冷冻水泵扬程的组成
1.制冷机组蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O;(具体值可参看产品样本)
2.末端设备(空气处理机组、风机盘管等)表冷器或蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O;(据体值可参看产品样本)
3.回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O;
4.分水器、集水器水阻力：一般一个为3mH2O;
5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为7~10mH2O;
综上所述，冷冻水泵扬程为26~35mH2O，一般为32~36mH2O。
注意：扬程的计算要根据制冷系统的具体情况而定，不可照搬经验值!
冷却水泵扬程的组成
1.制冷机组冷凝器水阻力：一般为5~7mH2O;(具体值可参看产品样本)
2.冷却塔喷头喷水压力：一般为2~3mH2O
3.冷却塔(开式冷却塔)接水盘到喷嘴的高差：一般为2~3mH2O
4.回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O;
5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为5~8mH2O;
综上所述，冷冻水泵扬程为17~26mH2O，一般为21~25mH2O。
补水水泵扬程的计算：
◆补水水泵扬程为系统高点距补水泵接管处的垂直距离和补水管路的沿程阻力损失和局部阻力损失。
◆沿程阻力损失和局部阻力损失一般为3~5mH2O。