白天鹅宾馆空调水系统低阻工程技术

钟云源，黄建麟，彭崇波，黄 行

( 广东省工业设备安装有限公司，广州 510080 )

白天鹅宾馆空调水系统低阻工程技术

钟云源，黄建麟，彭崇波，黄 行

( 广东省工业设备安装有限公司，广州 510080 )

通过广州沙面白天鹅宾馆空调冷冻与冷却水系统水泵低扬程的系统分析、水力计算与设备选型等描述，说明此空调工程水系统的设计新型特点与工程实施难点。通过方案调整、水力计算、市场产品等进行降阻分析，并采用了优化管路、精简阀门和低阻构件等办法，实现了该空调水系统的低阻工程应用。现代高级酒店多采用水冷空调，此文对空调的水泵低扬程应用有一定的参考价值。

水力计算；降阻分析；管路优化；低阻构件；泵机串联；直口基座；异面三通；空调能效比

1 工程概述

白天鹅宾馆位于广州市沙面，1990年被评为中国大陆首批五星级宾馆，是国内首间中合外资五星宾馆；建筑高度98m，合30层，工程面积10.5万m2(空调面积约9.5万m2)，地上31层，地下1层。大楼由塔楼和裙楼组成：首至4层为裙楼，为大堂及餐饮等；5至30层为塔楼，为客房。

宾馆原空调系统于1983年投入使用，经30年运行，出现设备旧、效率低、故障多等问题；业主按“建设为广州第一家国际化白金五星级酒店”的改造目标，对空调系统进行改造，提出“降低运营成本，响应绿色环保”，要求新空调系统的能耗更低、自控程度更高。

2012年，除工程主体外，外墙、机电、装修及园林等专业开始更新改造；2015年，酒店重新开张。按大楼主体不变，参考国内、外同类地区低能耗星级酒店的空调工程案例，结合目前市场设备、材料及工具的性能水平，空调冷冻、冷却水系统采用了系统优化、管路便捷、直口基座、阀门后置、低阻构件等技术措施，并在施工、调试阶段成功运行；其中冷冻、冷却水泵扬程分别降低了25.0%[=(32-24)/32]、28.5%[=(28-20)/28](见表1)，水系统低阻工程技术的低能耗作用明显。

2 系统优化

空调制冷系统主要由冷水机组、横流式冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、管道、阀门及末端设备等组成；装机容量9848kW(2800RT)。冷冻供、回水温度为7℃、15℃，冷却供、回水温度为30℃、35℃。管路为异程布置。

2.1 水泵方案

如图1、2：传统式的原方案7台水泵(6用1备)、5台主机均与管路并联，泵、机独立备用；新方案则泵机合一，泵机串联后与管路并联，泵与机组对备用。

在工程设计招标图阶段，采用传统式的图1系统，设计各7台冷冻泵与冷却泵，由于7台同型号水泵需匹配两种制冷量的冷水机组，故水泵的参数需考虑兼顾性而裕量稍大。在工程设计施工图阶段，经考察同类型热带地区新加坡等地的低能耗星级酒店，改用如图2系统，冷冻泵、冷却泵与冷水机组三者组对合一；由于只考虑每台泵只与某冷水机组匹配性，水泵的参数裕量比原来小。如表1，新方案装泵用电容量变小。

图1 原系统流程图

图2 新系统流程图

表1 水泵概况表

方案项目冷却泵冷冻泵原方案参数292/28/30,7台145/32/18.5,7台总功率(kW)210.0129.5新方案参数544/20/45,3台;277/20/22,2台290/24/30,3台;145/24/15,2台总功率(kW)179.0120.0

注：参数145/24/15为145CMH/24mH2O/15kW；其余同。

2.2 水力计算

对冷却水系统，按天面冷却塔与空调主机房平面布置、结构标高、管井大样、设备尺寸、机电专业管线综合布置图等，拟定冷却管路轴测图，如图3。

图3 冷却管路轴测图

(1)沿程阻力计算(管粗糙度取0.2mm)

表2 冷却管路沿程阻力表(部分)

序号管路规格管径(m)长度(m)水量(CMH)流速(m/s)比摩阻力(Pa/m)沿程阻力(Pa)沿程阻力(mH2O)1-2DN1250.1262621.38163.40326.800.03…12-13DN5000.50521119762.7475.00158.251.5813-14DN2500.2571.52471.32195.00292.500.03小计3.44

(2)局部阻力计算

表3 冷却管路局部阻力表(部分)

序号部件规格数量局部阻力系数流速(m/s)单位阻力(Pa/个)局部阻力(Pa)局部阻力(mH2O)1-2弯头DN12510.261.382482480.02…6-7三通DN500×25010.51.566086080.06蝶阀DN25010.261.563163160.03过滤器DN2501/1.56//0.20软接头DN25010.181.562192190.027-8大小头DN250×20010.551.566696690.07止回阀DN2501/1.56//0.15…小计8.16

(3)冷却管路阻力计算

按产品资料：冷水机组冷凝水阻4.33mH2O，冷却塔高差4.8mH2O；进水出口压力取0.2mH2O。得：阻力和=(3.44+8.16+4.33+4.80+0.20)×1.1=20.93×1.1=23.02(mH2O)=230(kPa)。

(4)冷冻水系统阻力计算同上。

2.3 降阻分析

从表2、表3、图3及计算知：可从降低局部阻力系数、减少管路部件、选用低阻构件(阀门或设备)等方面降低系统水阻。

3 降阻措施

结合现场空间结构、设备分布位置、材料设备尺寸、市场供应条件等，从优化管路、减少部件、低阻构件等方面考虑降低管路阻力。

3.1 优化管路

以冷却水系统位为例。如图3：管路中的弯头、三通等部件多、分布广；按水力计算书可知：局部阻力占管路阻力39%(=8.16/20.93)。一般地，机房、天面、管井等处的管路安装空间较好，管路对接可采用靴三通、斜三通或异面三通等方式(如图4)，部件的可选择性强。机电工程管线及设备布置是建筑物的特征之一；其外在观感已成为各项优质工程评比的前提条件；现阶段，机电工程(特别是设备机房)的成行成线、横平竖直已成为工程验收的基本要素。此时，直三通、靴三通因“直”为绝大多数工程业主接受，斜三通、异面三通因错综布置、管路斜接的“斜”而难以盛行。

图4 管路三通大样

表4 四种三通对比表

编号三通名称局部阻力系数安装特点①直三通A加工简单,无需管件②靴三通A/3导流弯头制作尺寸精度高③斜三通A/245度弯头位置需现场确定④异面三通A/4异面,无需管件;装配精度高

图5 主机房设备平面图

本工程，通过近30年的一期空调运行记录，项目业主、设计院及施工单位等共识到管路的“斜”大有可用，在工程实施时突破传统“直”，在施工图深化设计阶段便采用管路便捷法，最大限度利用空间、最大可能地降低管路局部阻力系数。如图5。

图6 机房设备剖面图

图7 冷却泵机并联与串联管路对比图

实际上，有规律的、局部统一的“斜”接管路不但能降低水阻，也能带来管道工程的另一种艺术美，见图6所示的剖面图。

3.2 精简阀门

如图2，泵机串联合一，泵机间无主管过渡；泵的安装基础、阀门与管件数量与安装位置等均发生变化，如图7。

(1)直口基座

泵机串联后，减少了泵与机间管路、阀门等。

泵机并联时，泵端接管高度可通过分支管自由调整，不受主机接入端高度限制；串联后，两者管路减少、间距缩小，两者端口高度难以统一。为此，设置直口基座：利用钢构或混凝土制造一水泵高台基础，以便泵机两端口方便连接。如图8。

因直口基座较高，体积较大，考虑到稳定性与

防腐性，一般采用混凝土；但需结构专业复核平面荷载。

(2)阀门后置

见图7：泵机串联后，Y型过滤器、止回阀、蝶阀的数量或安装位置发生了变化；特别是，原位于泵、机间的止回阀改于机后。

如图7：与并联相比，串联泵出水端至止回阀间的管路与阀门数量发生变化：在管路上串接一主机，形成泵出水端至止回阀间的水阻较大(主机冷凝器水阻暂按4mH2O考虑)；此时需核查止回阀的单向、缓闭功能。而且，如图6：止回阀安装方向呈60°倾角，选用止回阀亦需注意。

(3)减少阀门

实践证明，冷却泵机串联经配置直口基座、止回阀后置等技术改造，可满足工程要求；其减少3个阀门及1段管路；按水力计算书，约可减少0.34mH2O水阻。

(4)冷冻泵、机串联同理。

3.3 低阻构件

如水力计算：主机、末端、冷却塔及阀门等的水阻是管路阻力的另一主要组成部分；又，上述设备由厂家专业生产，受现场结构空间与荷载影响较小；厂家试验条件充分，研发低阻设备可行性好。

图8 直口基座示意图

(1)冷水机组

冷水机组基本上都是定型产品，其蒸发器、冷凝器都是与压缩机的大小配套。为此，设计方、施工方与设备厂家联合研发，选用大容量的蒸发器与冷凝器，以降低系统阻力；700RT和350RT的冷水机组分别选用了1400RT和700RT的蒸发器与冷凝器。

工程选用特灵牌定制产品系列，如表5：

表5 冷水机组水阻表(单位：mH2O)

名称700RT冷水机组标准产品定制产品350RT冷水机组标准产品定制产品冷凝器阻力8.003.947.804.33蒸发器阻力7.502.287.002.36

(2)冷却塔

本工程冷水机组采用定制、大容量冷凝器,有利于提高冷水机组的换热效果；在水阻方面，在考虑楼板承重的基础上，可适当增加冷却塔的投影面积，以降低塔体扬程。

(3)末端设备

风机盘管、风柜等末端设备的水阻需明确；本工程选用产品相关参数如表6：

表6 末端设备水阻表

名称钢管规格(mm)水阻(mH2O)风机盘管Ф12.7≤2风柜Ф16.0≤4

(4)过滤器

由水力计算表可知：过滤器水阻因不同规格产品的特性差异较大。泵口原方案选用Y型过滤器，因其过滤器面积小且滤网多为大孔径不锈钢孔板内附细滤网，水阻达1～3mH2O。经市场调查，选用篮式过滤器；一般地，空调水系统允许直径2mm内的杂质，可选用10目滤器(即每英寸10目数，孔径2.0mm)。

两者常见型号参数对比如表7：

表7 DN250过滤器水阻系数对比表

名称有效过滤面积(m2)流速(m/s)水阻(mH2O)篮式0.1211.650.20Y型0.0521.651.00

篮式过滤器体积较大，需较大安装空间，选用时需注意。工程选用篮式。

4 低阻效果

按照合同要求，白天鹅宾馆空调改造后的全年能效比EER须达到5.4的国际先进水平。采用此系统低阻工程技术，并运用BIM技术对主机房优化管道布置，选购低水阻的冷水机组、末端及阀门，管道连接大量使用30～40度弯头与异面三通；降低了水泵扬程，从而减少了水泵电机功率。这为空调系统EER达标目标产生积极作用；也给行业带来一定的工程应用参考。

5 小结

自2012年，该空调工程进行了近三年的更新改造；2015年6月，酒店重新营业。按此水系统低阻技术指导实施的空调工程运行正常，节能效果已初具效果。

项目业主、设计与施工方等不满足于国内空调工程节能技术，走出国门，至新加坡等工程技术发达国家低能耗星级酒店作实地学习，并结合本地市场设备、材料及工具的性能水平，对空调改造工程方案作系统分析，并形成此技术。新旧方案对比，冷冻、冷却水泵扬程分别降低了25.0%、28.5%(见表1)；此技术工程的低能耗作用明显。

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)[S]

AC Water System Low Resistance Engineering of White Swan Hotel

HUANG Jianlin，PENG Congbo，Huang Hang

( Guangdong industrial equipment installation limited company )

Through a description system analysis hydraulic calculation equipment selection of Guangzhou Shamian Island White Swan Hotel′s AC chilled water & cooling water bump lower lift，indicating that this kind of AC water system design features and implement difficulty.Make a reducing resistance analysis by Project Adjustmenthydraulic calculation market produce，We can perform this workaround to realize the engineering application，be at：optimum pipelinesimplify valuelower resistance member.Now，Water-cooled AC is utilized by most modern advanced hote，this paper has a reference in the kind of the engineer.

Hydraulic calculation；Reducing Resistance analysis；Optimum pipeline；Lower resistance member；Series of bump and water chilling unit；Straight port base；Antarafacial tee；EER.

2016-10-9

钟云源(1968-)，男，工程师，从事机电工程施工管理。Email：798568092@qq.com

ISSN1005-9180(2017)02-038-06

TU831 文献标示码：B

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.02.008