[科普中国]-空调供冷用水系统

由于现代建筑受到建筑空间的限制以及为了用户调节使用的方便，故大量采用空气-水空调系统方式，室内主要冷、热负荷由冷冻机和锅炉房提供的冷冻水和热水来承担。因此，空调水系统就变得十分庞大和复杂，不仅需要较大的管路和设备投资，还需要消耗较大的水泵输送能量。空调供冷用水系统和供热用水系统既相互区别，又密不可分。1

简介由于现代建筑受到建筑空间的限制以及为了用户调节使用的方便，故大量采用空气-水空调系统方式，室内主要冷、热负荷由冷冻机和锅炉房提供的冷冻水和热水来承担。因此，空调水系统就变得十分庞大和复杂，不仅需要较大的管路和设备投资，还需要消耗较大的水泵输送能量。空调供冷用水系统和供热用水系统既相互区别，又密不可分。1

空调系统的水系统为了给空调系统提供制冷用冷媒水，所用制冷机有往复式、离心式、螺杆式、吸收式、蒸汽透平驱动的离心式、离心式和吸收式联合运行式等。不管采用哪种型式的制冷机组，其供冷用水系统基本相同。冷水机组典型接线和管路图如图1(1-蒸发器；2-冷凝器；3-电控柜；4-水流继电器；5-温度计；6-水过滤器；7-压力表；8-水泵；9-冷却塔)。

空调系统的水系统可分为冷却水、冷媒水和热水系统。冷媒水系统同热水系统一样，又可区分为：开式系统和闭式系统；同程和异程；双水管、三水管和四水管。从运行调节方法来区分有定流量和变流量之分。

(1)闭式系统和开式系统

开式系统的回水集中进入建筑物底层或地下室的水池或蓄冷水池，再由水泵经冷却或加热后输送至整个系统。开式系统的水质易受污染，容易对管路产生污垢和腐蚀，管路系统复杂，且为了克服系统静水压头，水泵耗电量大。闭式水系统，冷媒水或热水在系统中循环，不与大气接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱。这种管路系统不易产生污垢和腐蚀，系统简单，由于不需要克服系统静水压头，水泵耗电量较小。一般来说，开式水系统适用于利用蓄冷池节能的低层建筑水系统，如体育馆场、工厂车间、高层建筑物的裙房等。高层建筑高层区的水系统只能采用闭式循环。

(2)同程式水系统和异程式水系统

图2是垂直同程和水平同程系统的典型布置方法。由于经过每一环路管路的长度相同，故很少需要阻力平衡。如果各用户盘管阻力相同或近乎相同时，采用同程式水系统是一种有效的均压设计方法。同程式水系统是高层建筑闭式水系统中广泛采用的型式。

异程式水系统管路简单，因不需要同程管水系统，故投资较省。如果各房间盘管之间有不同的阻力或者在系统较小、层数较低时，可采用异程式布置，但所有盘管连接管上必须用流量调节阀平衡阻力，如图3所示。

在开式水系统中，由于回水最终进入水池，到达相同的大气压力，故不需要采用同程式布置。1

双水管、三水管和四水管双水管系统冬季供热水和夏季供冷水都是在相同的管路中进行的，优点是系统简单，初投资节省。图4(1-锅炉；2-冷水机组；3-空调箱；4-水泵；5-风机盘管；6-膨胀水箱)是一基本的双水管系统。双水管系统的缺点是，在全年空调的过渡季，会出现朝阳房间需要冷却而背阴房间需要加热的情况。对于这种情况，往往采取把整个建筑物按朝向分区；另外在建筑物垂直方向上，可根据设备的承压能力或高层和低层区不同的使用时间或低层区会被太阳遮挡等不同情况进行垂直分区。不同区域可通过分区热交换器或三通阀控制供水温度，进行调节。一个区域从冷却转为加热或向相反方向转换，可以手动或自动控制。图5(1-水加热器；2-水冷却器；3-水三通阀4-水泵；5-风机盘管；6-膨胀水箱)所示是一般常用的双水管系统。按朝向分区，每区设备水泵并利用三通阀进行水温调节，满足各分区不同负荷的要求。

三水管系统的每个风机盘管都有冷、热两条供水管，而回水管共用一根。这种系统适用负荷变化的能力强，可以较好地进行全年温度调节，可任意调节房间温度。但由于冷、热水回水同时进入回水管中，故有混合损失，运行效率低；冷、热水环路互相连通，系统水力工况复杂；初投资比双水管系统高。

四水管系统有分开的冷、热供、回水管。这种系统和三水管系统一样可以全年使用冷水和热水，故调节灵活，可适应房间负荷的各种变化情况，且克服了三水管系统存在的回水管混合损失问题，运行操作简单，不需要转换。缺点是初投资高，管道占用空间大。1

定流量和变流量水系统在定流量空调水系统中，水泵的容量是按照建筑物最大设计负荷选定的，且全年(或冬、夏季分别)按固定的水流量工作。这种系统简单，操作方便，不需要复杂的自控设备。但由于季节、昼夜和建筑物使用功能的不同，实际空调负荷在一年绝大部分时间内远比设计负荷低，故浪费了水泵运行输送的能量，且在设计确定系统管径时，不能考虑同时使用系统，故管道系统的初投资较高。

定流量一级泵水系统如图6所示。这种系统水泵抽水量不能调节，在部分负荷时水泵的运行费用大。用户系统各分区阻力需平衡，水泵扬程决定于最大阻力的分区环路。在冷源和热源的阻力相差大时，可用夏、冬季不同的水泵工作，以节约运行费用。图6(a)为一台冷冻机组，系统最简单，用三通阀调节进盘管水量，冷冻机系统流量一定。当冷源并列两台以上时，在部分负荷时，可停开一台冷冻机而不停水泵，则水温上升；另一种方法是停开相应的冷源水泵，同时关闭切断阀门，则供水温度可保持不变，都可节约一定的运行费用。

采用二级泵系统可减小系统的承压，其二级泵压头之和小于一级泵系统水泵压头。与一级泵系统相比，由于降低了冷、热源侧和用户侧系统内的压力，故适用于高层建筑等大系统。图7所示为定流量二级泵水系统。当系统冷源设备在两台以上时，采用供水连通集管，在停开冷、热源设备和水泵时，用户系统的循环水量能自动保持一致，而供水温度有所变化。

办公楼、高层旅馆空调用水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的15%～20%，因此，在部分负荷时节约空调水系统的输送能量具有重要意义，于是随负荷变化而改变水量的变化流量空调系统显示了其节能的优越性。变流量系统冷源侧常采用多台冷冻机，多台冷冻水泵，一台冷冻机一台泵，每台水泵水流量不变，水泵和相应的冷水机组进行台数控制，控制冷源侧的供水温度。在用户侧冷却盘管处使用二通阀，依据室内恒温器的信号或送风温度信号，控制二通阀门的开度，改变用户侧(负荷侧)的水流量，达到变流量的目的。图8(1-二通控制阀；2-负荷侧控制阀；3-旁通阀；4-压差控制器)为一冷源侧定流量、负荷侧变流量的单级泵水系统示意图。冷源侧设多台冷水机组，负荷侧由室内恒温器调节二通阀进行控制，冷源侧和负荷侧之间的供、回水管路上设旁通管。在旁通管上装压差控制器，控制旁通管上的二通阀。当用户负荷及负荷侧水流量减少时，供、回水总管之间压差增大，通过控制器使旁通管上的二通调节阀开大，让一部分水旁流；反之，二通阀关小，使旁流水量减小，从而保持冷水机组的水量不变，同时也使负荷侧供、回水压差恒定。旁通水量的多少亦影响了回水温度的高低，并由回水温度的高低调节冷冻机制冷量，以保持一定的蒸发器供水温度。在此同时，供、回水总管的压差变化控制冷冻水泵和冷水机组的运行台数，以使冷冻机在部分负荷下节能运行。对于20层以上的高层建筑，从用水设备以及配件的耐压方面考虑，空调系统需在竖向加以分区。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学