中央空调水系统设计中的利弊分析

万农

摘 要：循环水系统是中央空调的重要组成部分，该系统在设计时应综合考虑施工环境、工程预算、环保要求等条件，找到最佳的设计方案。

关键词：循环水系统；节能；优缺点

中央空调水系统是中央空调系统的关键组成部分，该部分承担了中央空调系统的冷热交换、冷凝水收集等功能，设计方案的优劣关系到设备的能效比及效率，是施工设计单位重点关注的部分。中央空调水系统包括冷却水系统（冷却水管、热交换器、水泵、冷却水塔、各种阀门等）、冷冻水系统（冷冻水管、热交换器、水泵、各种阀门、保温材料、膨胀水箱等）和冷凝水收集系统。在施工设计时，主要考虑以下内容：水系统组成形式的选择与区域划分，水系统的辅助设备和配件配置与选择，水系统管网分布及走向，水系统水管的材质选择与管道口径的确认，水系统的保温材料选择、管道防腐与保护，水系统的流量调节与控制等方面。在制定设计方案时主要应考虑以下几个方面。

1 中央空调水系统管制设计

中央空调水系统管制一般可采用二管制、三管制、四管制方案，根据施工预算与条件进行选择。

1.1 二管制

冷水系统和热水系统采用相同的供水管和回水管，只有一供一回两根水管的系统，是现阶段中央空调水系统较为普遍的安装方案。优点：采用2管制系统设计简单，费用最省，施工较为方便；缺点：不适用于同时需要进行供冷和供热的场所。

1.2 三管制

分别设计供热管路、供冷管路、换热设备管路三根水管；其中冷水与热水的回水关共用。优点：三管制系统能够同时满足供冷和供热的需求，适应负荷变化的能力强，可较好地进行全年温度调节，可任意调节房间温度，管路系统相对于四管制简单；缺点：比两管制系统结构复杂，投资相对也比较高，由于冷、热回水的混合，运行效率较低。

1.3 四管制

该系统初投资高，但若采用利用建筑物内部热源的热泵提供热量时，运行很经济；并且容易满足不同房间的空调要求（如有些房间要求供冷，而有些房间要供热），该系统适合建筑朝向复杂，负荷变换频繁的场所使用。

2 中央空调水系统采用闭式循环与开式循环设计选择

2.1 闭式循环

闭式循环除了必要的压力平衡口外，注入和排放口平时是封死的，也就是说运行时只有一个口。

2.1.1 闭式循环水系统的优点。由于管路不与大气相接触，且循环水一般采用软水（饮用水），管道与设备不容易腐蚀。不需为位置较高的设备提供静水压力，循环水泵的压力较低，从而可以选择较小功率水泵，降低运行成本。由于没有回水箱、不需重力回水、回水不需另设水泵等，因而投资省、系统简单。

2.1.2 闭式循环水系统的缺点。蓄冷能力较小，在低负荷时，压缩机也需经常运行。膨胀水箱的补水在进水压力较小时需要另设加压水泵。

2.2 开式循环

开式循环水系统的进水口、出水口、冷却塔循环水均暴露在空气当中。

2.2.1 开式循环水系统的优点。冷水箱有一定的蓄冷能力，可以减少冷冻机的开启时间，增加能量调节能力，且冷水温度的波动可以小一些。

2.2.2 开式循环水系统的缺点。冷水与大气接触，循环水一般采用硬水，在高温时容易结垢，水中杂质较多，容易腐蚀管路。系统在采用自流回水时，循环水回水的管径较大，会增加设备投资。系统在冷却塔安装位置较低时，不能直接回流到热交换器，需要加装回水泵。系统末端设备（喷水池、表冷器）与制冷站落差较大时，水泵则须克服高差造成的静水压力，要加大水泵功率，增加了使用成本。

3 中央空调水系统同程式和异程式设计

异程式：循环水系统管路配置较为简单，管材使用量较少，但水系统各并联环路管长度不一，因而循环水阻力不同，循环水流量分配不平衡，增加了设备系统调试难度。

同程式：各循环水系统并联环路管长相等，循环水阻力基本相同，水流量分配较为平衡，可以减少初次调整的难度，但资金投入较大。

4 中央空调水系统变水量系统和丁水量系统设计

4.1 变水量系统

系统保持供水温度在一定范围内，但在负荷变化时，同时改变供水量的系统。

4.2 定水量系统

系统中循环水量为定值，在夏季和冬季分别采用不同的定水量，在负荷变化时，改变供、回水温度以改变制冷量或制热量的系统。

5 中央空调水系统单式泵和复式泵的使用

5.1 单式泵

冷（热）源侧与负荷侧合用一组循环水泵，单式泵系统简单，初投资省。但是不能调节系统流量，在低负荷时不能减少系统流量以节约能耗。常用于小型建筑物的空调系统中，不能适用于供水半径相差悬殊的大型建筑物的空调系统中。

5.2 复式泵

冷（热）源测与负荷侧分别配备循环水泵，复式泵系统可实现水泵变流量（冷热源侧设置定流量，负荷侧设置二次水泵，可调节流量），节约输送能耗。能够适应空调分区的负荷变化。适用于大型的空调系统。

6 中央空调水系统管道材料、保温材料选择

6.1 管道选择

一般采用镀锌钢管和无缝钢管，镀锌钢管分普通管（1MPa）和加厚管（1.6MPa），一般用DN表示，最大DN150。无缝钢管用热扎或冷拔法制成，一般采用电焊接。

6.2 管道配件选择

螺纹连接配件 ，主要用于螺纹连接的管件，按用途可分以下几种：（1）管路延连接用配件：外丝（内接头）等；（2）管路转弯用配件：90度弯头，45度弯头；（3）管路分支连接用配件：三通（丁字管），四通（十字管）；（4）管子堵口用配件：丝堵、管堵头；（5）管子变径用配件：补心（内外丝）、异管管箍（大小头）。

6.3 阀门类配件

蝶阀、球形阀（主要用于控制流量）；关断阀、闸阀（关断）、球形阀（球阀、截止阀）；浮球阀，主要用于膨胀水箱和冷却塔；平衡阀，用于流量调节和平衡管路压力。

6.4 保温材料

橡塑保温材料，导热系数低：平均温度为0℃时，本材料导热系数为0.034w/mk，而它的表面放热系数高，因此在相同的外界条件下，使用橡塑保温材料厚度比其它保温材料薄一半以上能达到相同的保温效果，从而节省了楼层吊顶以上的空间，节省投资；保温棉：保温棉：是将高纯度的黏土熟料、氧化铝粉、硅石粉、铬英砂等原料在工业电炉中高温熔融，形成流体。然后采用压缩空气喷吹或用甩丝机甩丝成纤维状，经过集棉器集棉，形成保温棉。保温棉是一种高效绝热材料，具有重量轻、强度高、抗氧化、导热率低、柔软性好、耐腐蚀、热容小及隔音等特点。

6.5 电子水处理装置

主要用于处理循环水质，除去长时间循环的冷水、冷却水中的重碳酸盐、细菌、藻类等。目前用得最多的是高频电子水垢处理仪。传统的是定期向系统中投入一定量的药物清洗剂。

中央空调水系统的设计，就是在综合考虑到预算控制、用户需求、实际施工环境情况，在符合环保要求的情况下，提出最合理的设计方案，在达到节能、环保的前提下，获取较好的经济效益，本文中提到的一些思路，需在实际设计施工环境中不断总结改进，以获得最优化的设计方案。

（责任编辑 陶明莉）