水系统丨暖通水冷式中央空调水系统详细介绍、分类、设计及选型
空调工程除采用空气作为热传递的介质外，还常采用水作为热传递的介质，通过水管路系统将冷、热源产生的冷、热量输送给各种空调设备，并终将这些冷、热量提供给空调房间。
全水系统：
全水系统的定义：房间的冷(热)负荷，全部由集中设备处理过的冷(热)水负担的系统。
特点：
优点：与空气—水系统和全空气系统相比，占建筑空间小。
缺点：无加湿功能，不能引入新风。
组成：冷(热)源、输配管网、末端装置。
空气-水系统
(风机盘管+新风系统)
房间的冷(热)负荷由冷(热)水和集中处理的空气共同承担的空调系统。
空调水系统包括：
1、冷媒水系统(空调水系统)
2、冷却水系统
3、冷凝水系统
夏季供冷时：
冷水机组1制出的7℃冷冻水，在冷冻水泵3的作用下送至分水器7，然后由分水器通过各供水支管分别送至各空调房间或区域的空调设备10。
在空调设备中，冷冻水与空气经热湿交换后，水温升至12℃又分别由各回水支管流回至集水器8，后，返回至冷水机组1再被降温处理至7℃，如此反复循环。
冬季供暖时：
锅炉2制出的60℃热水，在热水泵4的作用下送至分水器7，然后按夏季供水路线循环，后，返回至锅炉2再重新被加热处理。
夏季供冷和冬季供暖的转换，通过冷水机组和锅炉进出水管上的阀门启、闭实现。
当系统中部分空调设备不使用时，水流量减少，水系统阻力将增大。
为了保持系统内压力稳定，当分水器和集水器间压差超过压差控制阀9的设定值时，阀门开启，部分水量由分水器7经旁通管直接流入集水器8，然后返回至冷水机组或锅炉, 以保证冷水机组或锅炉的定流量运行。
膨胀水箱12的主要作用是收集因水被加热时体积膨胀而多出的水量，防止系统损坏造成漏水。
膨胀水箱还可起到补水和定压作用。
水系统中管道的高处容易积聚空气。当管道内存有空气时，会形成所谓"气堵"，影响水的流动。
自动排气阀11是为随时排除系统内的空气而设置的。
水系统中设置阀门的作用：
调节作用——调节管道中的水流量;
关断作用——中止水的流动。
水系统中还要设置以下必要仪表和装置
1)在冷热源设备和空调设备的进、出水口设置测温装置，检测设备与水的换热效果。
2)在主要设备进、出水口设置测压装置，以便了解设备的水流阻力情况。
3)在冷水机组、锅炉等重要设备水流入口处，通常要设置水过滤装置，防止脏、杂、污物堵塞冷热源设备和空调设备的传热管。
空调水系统的功能是输送冷热量，以满足空调设备处理空气的需要。
空调水系统的形式由于分类方式不一样，有很多类型，常见的有：
闭式系统和开式系统;
两管制系统、三管制系统和四管制系统;
同程式系统和异程式系统;
定流量系统和变流量系统;
一次泵系统、二次泵系统和混合式系统。
一、闭式和开式系统
1、 开式系统
开放式管路水循环系统的简称。
通常为用喷水室处理空气的空调系统或设置蓄冷水池的空调系统。
该系统不是封闭的，有喷水室或蓄冷水池与空(大)气相通，水在系统中循环流动时，要与被处理的空气或大气接触，并会引起水量变化。
2、闭式系统
密闭式管路水循环系统的简称。
系统中的水是封闭在管路中循环流动的，不与大气接触。
通常在系统的高点以上设有开式膨胀水箱。
二、两管制、三管制和四管制系统
按连接空调设备的冷热水供回水管道由几根组成划分。
四管制供水方式有两种：
1)空调设备只有一个热交换器(俗称单盘管)时，在热交换器的进出水管处均设置由室内温控器控制的三通阀，根据室温控制需要使冷水或热水进出空调设备(不同时进出)。
2)空调设备有两个热交换器(俗称双盘管)，分别接冷水管路系统和热水管路系统，使冷、热两个水系统完全独立。
优点：
既可以同时满足各个房间不同的供冷和供暖要求，还可以满足同一房间供冷和供暖能随时转换的要求。
解决了三管制系统存在的回水管混合热损失等问题。
四管制系统的主要缺点：
管道多;占用空间大;水管线路复杂;初投资较高。
使用场合：通常只是在一些同一时间有的房间要供冷，有的房间却要供暖这种要求很高，且投资允许的高级宾馆或酒店有少量使用。
三、同程式和异程式系统
按同一并联环路中，各空调设备的供回水管路的管道总长是否大致相等划分。
1、同程式系统
各并联环路的管道总长度基本相等的水系统。
同程式系统特点：
系统中有一根同程管，使得并联的各支路水阻力相等或大致相等。
并联管路间不需要怎么调节很容易实现阻力平衡。
系统的水力稳定性好，流量分配均匀。
2、异程式系统
各并联环路管道总长度不相等的水系统。
优点：管路简单、节省管材，管道占用空间少、初投资费用较省。
缺点：各并联环路间阻力很难自已平衡，导致流量分配不均匀，调节难度较大。
四、定流量和变流量系统
按系统运行时，循环水流量是否可随负荷的变化进行调节来划分。
1、定流量系统
或称定水量系统，即系统中循环的水量为定值。
当系统负荷发生变化时，通过改变供回水温度来适应。
系统简单，操作方便。一般适用于只有一台冷热源设备和一台水泵的系统。
定流量系统的电动三通阀：
2、变流量系统
或称变水量系统。
保持供回水温度为定值，通过改变系统中的循环水流量来适应系统负荷变化的水系统。
适用于有2台或2台以上冷热源设备和水泵分别并联的场合。
系统中的空调设备通常采用电动二通阀来控制是否供水。
由负荷的大小确定水泵的开启台数。
五、一次泵和二次泵系统
按有否两组(台)泵串联工作来划分。
1、一次泵系统
又称为一级泵系统、单级泵系统、单式泵系统。
这种系统的冷、热源侧和负荷侧共用一组(台)水泵。
2、二次泵系统
又称为二级泵系统、双级泵系统、复式泵系统。
该系统在冷热源侧和负荷侧各设置了一组(台)水泵，整个系统可看成由两个环路组成 一个是由集水器、一次泵、冷热源、分水器、旁通管形成的一次环路，该环路负责冷热水的制备。
另一个由分水器、二次泵、空调设备、集水器组成的二次环路，该环路负责冷热水的输配。
二次泵系统的特点：
①用两组(台)水泵来分别保持冷热源侧一次环路中的定流量和负荷侧二次环路中的变流量要求。
②使用不同的二次泵来适应各用户环路不同的流量和扬程要求。
空调水系统的分区：
一、水系统的分区方式：
按压力分区;按使用时间分区;按空调负荷性质分区。
1、按压力分区
由于机械制造和使用材料的原因，空调水系统采用的各种设备、附件、管件及管道的工作压力是有一定限制的。
设备的压力等级一般有0.8MPa、1.2MPa、1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa五个等级。
国产附件如阀门等的压力等级一般有0.6MPa、1.0MPa、2.5MPa、4.0MPa四个等级。
从附件的制造来看，当工作压力达到2.5MPa以上时，其造价将成倍上升。设备的工作压力达到2.0MPa以上时，也会出现类似情况。
普通焊接钢管的压力等级一般是2.0MPa。
为了减少投资，空调水系统通常以1.6MPa作为工作压力划分的界限，即在设计时，使水系统内所有设备、附件、管件及管道的压力都处于1.6MPa以下。
考虑到水泵扬程大约40m(相当于0.4MPa)左右，因此水系统的静压应在120m(相当于1.2MPa)以下，这相当于室外高度100m左右的建筑(地下室-10m左右)。
当建筑高度较高，使得水静压大于1.2MPa时，水系统宜按竖向进行分区以减少系统内的设备、附件、管件及管道承压。
在100m以上超高层建筑中，通常采用以下二种竖向分区的方法：
1)不同分区水系统合用同一冷热源，用换热器作为分界设备。
优点：高低两区共用一个集中的冷热源机房，形式简单，仍保持闭式循环，运行费用较低。
缺点：与低区相比，高区在供冷时冷冻水温度要高几度;在供暖时热水温度要低几度。同样条件下，高区选用的空调设备规格要比低区的稍大。
2)不同分区各自设冷热源，自成独立水系统。
2、按使用时间分区
在综合性建筑中，不同房间的空调使用时间通常有较大的差别。
建筑中的公共部分本身如餐饮、商场、银行等在使用时间上也存在一定的差别。
优点：
各区可以独立管理，使用方便，调节灵活，不用时可关停，从而大限度地节省能源和运行费用。
一般来说，上部为客房或办公室，下部为公共区域的高层酒店或写字楼，至少要分为上下两个区。公共区域是否再分若干个区则要视其使用者的具体情况确定。
3、按空调负荷性质分区
空调负荷的性质与房间使用性质以及房间所处的位置有一定关系。
从朝向上来说，南北朝向的房间由于日照不同，在过渡季节时的要求有可能不一致;东西朝向的房间由于出现负荷大值的时间不一致，在同一时刻也会有不同的要求。
从内、外区看，建筑外区负荷随室外气候的变化而变化，有时需要供冷，有时需要供暖;建筑内区的负荷则相对比较稳定，全年以供冷的时间较多。
空调水系统的管路计算：
又称为水力计算、阻力计算。
目的：确定水系统的水管管径、水泵扬程，选择水泵。
一、管径的确定
1)连接各空调设备的供回水支管管径，宜与空调设备的进出水接管管径一致，可由相关设备样本查得。
2)供回水干管的管径(内径)d：
二、水流阻力的确定(水泵扬程的确定)：
空调水系统的水流阻力一般由设备阻力、管道阻力以及管道附件阻力三部分组成。
设备阻力通常可以在设备生产厂家提供的产品样本上查到。
进行空调水系统水流阻力计算的主要内容是进行直管段的阻力(摩擦阻力)计算及管道附件(如阀门、水过滤器、弯头、三通等)的(局部阻力)计算。
1、空调水系统的水流阻力Δp的基本计算式为：
式中：ΔPm ——摩擦阻力(或称沿程阻力)，单位为Pa;
Z——局部阻力，单位为Pa;
l——管路长度，单位为m;
R——比摩阻(单位长度管道的摩擦阻力，又称压力降)，单位为Pa/m;
ζ——局部阻力系数;
v——水流速度，单位为m/s;
ρ——水的密度，一般取1000kg/m3。
钢管的分类：
低压流体输送用焊接钢管(简称焊接钢管)：
分为镀锌钢管、非镀锌钢管(黑铁管);其中的镀锌钢管又有热镀锌和冷镀锌之分。按照壁厚的不同又分为普通钢管和加厚钢管，普通钢管适用于PN≤1.0MPa;加厚钢管适用于PN≤1.6MPa 。焊接钢管的材料通常使用Q195、Q215和Q235牌号的钢。其规格应符合GB/T3091-2008的要求。
无缝钢管：按照制造工艺的不同分为热扎和冷拔。热扎有公称直径32~630mm，壁厚0.25~14mm;冷拔有公称直径5~200mm，壁厚0.25~75mm。无缝钢管用外径×壁厚来表示。无缝钢管的材料通常使用10、20#、Q235和Q345牌号的钢 。
卷板钢管分为螺旋缝焊接钢管和直缝电焊钢管。螺旋缝焊接钢管的管径为219~720mm，;直缝电焊钢管的管径为5~500mm。它们通常适用于压力≯1.6MPa、温度≯ 200℃的系统.
螺纹连接(丝扣连接)：
通常用于管径较小(DN≤100mm)、工作压力较低的系统(PN≤1.0MPa)。可灵活拆装、造价较低、需用专用的接头、应用范围非常广泛。
焊接连接：适用的工作压力和温度范围广，接口严密、强度高;不需配件和接头;不易渗漏;接口固定、不易拆装。应用范围非常广泛。
法兰连接：适用的工作压力和温度范围广，接口严密、强度高;需专用配件和接头;造价较高;接口灵活、易拆装。主要用于设备及阀件与管道的连接。
沟槽连接：主要针对镀锌钢管及钢塑复合管的连接，为保证不破坏镀锌钢管的镀锌层和钢塑复合管的防腐层;这种连接方式接口严密、强度较高;需专用配件和接头;造价较高;接口灵活、易拆装。
管道加工、安装常用机具：
螺纹管件：
螺纹连接工程应用实例：
沟槽连接工程应用实例：
法兰连接工程应用实例：
