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空调水系统设计方案?水泵选择方法?系统流速如何确定?

一、空调水系统水泵选择
   
选择空调水系统水泵时,需要考虑以下因素:

选择空调水系统水泵时,需要考虑流量、扬程、功率、稳定性、能效、材料和耐久性、噪音和振动以及自动控制系统等因素,以确保选择合适的水泵满足系统的需求。

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第一步:水泵流量的确定

1. 流量:根据空调系统的冷却需求和设计负荷确定所需的水泵流量。流量通常以单位时间内的升水量或立方米/小时表示。

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

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)

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:正常情况,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。进行计算时应该注意管径和推荐流速的对应。

工程目前市场上管径的尺寸规格有:DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450、DN500、DN600

注意:正常情况,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

扬程:扬程是水泵能够提供给水流至相应高度的能力,通常以米或公斤/平方厘米表示。扬程要足够高,以便将水从低处扬升到空调系统的需求高处。这里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;(具体此数值可参看设备产品样本)

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,切不可照搬以往的经验,要应项目地实际情况因素而定!

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(具体数据可参看产品样本)
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,冷却水泵扬程为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最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。 


附:水泵小知识

水泵功率:水泵所需的功率取决于流量和扬程。高功率的水泵可以提供更大的流量和更高的扬程,但也消耗更多的电力。故要根据实际需求而选择适当的功率。

水泵稳定性和可靠性:选择具有稳定性和可靠性的水泵,以确保长期运行和低维护成本。

水泵能效:选择能效高的水泵,可以降低能源消耗和运行成本。

水泵材料和耐用性:选择耐用的水泵材料,以适应系统中的各种压力和温度变化。

水泵噪音和振动:选择噪音和振动较低的水泵,以减少对环境和人员的干扰。

水泵自动控制系统:选择具有自动控制功能的水泵,以便根据需求自动调节流量和压力。



二、空调水系统流速的确定


确定空调水系统的流速时,需要考虑以下因素:


1. 系统需求:首先要确定空调系统所需的冷热负荷,即需要通过水循环系统带走的冷热量。可以根据建筑物的热负荷计算方法或者通过空调设备的规格参数得出。

管内水流速推荐值(m/s)

管径(mm)
15
20
25
32
40
50
65
80
闭式系统
0.4~0.5
0.5~0.6
0.6~0.7
0.7~0.9
0.8~1.0
0.9~1.2
1.1~1.4
1.2~1.6
开式系统
0.3~0.4
0.4~0.5
0.5~0.6
0.6~0.8
0.7~0.9
0.8~1.0
0.9~1.2
1.1~1.4
管径(mm)
100
125
150
200
250
300
350
400
闭式系统
1.3~1.8
1.5~2.0
1.6~2.2
1.8~2.5
1.8~2.6
1.9~2.9
1.6~2.5
1.8~2.6
开式系统
1.2~1.6
1.4~1.8
1.5~2.0
1.6~2.3
1.7~2.4
1.7~2.4
1.6~2.1
1.8~2.3
水系统设计按经济流速选用的水流速推荐值
管道种类
推荐流速m/s
管道种类
推荐流速m/s
水泵吸入口
1.2-2.1
冷却水管
1.0-2.4
水泵压出口
2.4-3.6
分水器
1.0-1.5
供回水干管
1.0-2.0
集水器
1.0-1.5
供回水支管
0.5-0.7
排水管
1.2-2.0


2. 系统水温差:流速也受到系统水温差的影响。温差越大,流速可能需要相应增大,以带走更多的热量。


3. 管道和设备限制:根据空调系统的管道和设备的最大流量和压降限制,确定流速的最大值。过高的流速可能导致管道磨损加剧,而过低的流速可能无法满足系统需求。


钢管管径
(mm)
闭式水系统
开式水系统
流量l/s
KPa/100m
流量l/s
KPa/100m
15
0~0.14
0~60
--
--
20
0.12~0.23
10~60
--
--
25
0.22~0.60
10~60
0~0.5
0~43
32
0.46~1.2
10~60
0.5~1.0
11~40
40
0.7~1.8
10~60
0.7~1.5
10~40
50
1.4~3.6
10~60
1.4~2.9
10~40
65
2.2~6
10~60
2.2~4.3
10~40
80
4~11
10~60
4.1~8.2
10~40
100
8~22
10~60
8.2~17
10~40
125
15~18
10~60
15~31
10~40
150
22~55
10~47
25~43
10~34
200
51~100
10~37
51~82
10~24
250
92~156
10~26
92~125
10~18
300
140~230
9~23
125~180
8~15
400
230~340
8~17
220~300
7~12
450
320~400
8~15
300~400
7~12
500
420~550
8~13
400~500
7~11

水系统的流量和单位长度阻力损失

4. 水泵性能:根据所选水泵的流量性能曲线,结合系统需求和管道特性,确定适当的流速。


局部阻力系数ξ
水系统中的局部阻力系数(也称为管件阻力系数或管件压力损失系数)是指在水流通过管道中的各种管件(例如弯头、三通、放大器等)时,由于流动的几何形状而引起的额外的阻力损失。
局部阻力系数的定义通常基于实验测量或经验公式,并且与管件的几何形状、流速、管道材质等因素有关。
通常情况下,局部阻力系数通过以下公式计算:
ξ = (ΔP × D²) / (2 × ρ × V²)
其中,ξ是局部阻力系数,ΔP是通过管件产生的压力损失,D是管道的直径,ρ是流体的密度,V是水流的平均流速。

根据流体力学的原理,对于各种常见的管件和几何形状,都可以提供相应的局部阻力系数的数据表或曲线图。这些数据可以用于计算水系统中特定管件的压力损失,并给设计工程师进行管网设计和系统优化时提供帮助。

部件
规格
ξ
球形阀
DN40以下,全开
15

DN50以上,全开
7
角筏
DN40以下,全开
8.5

DN50以上,全开
3.9
闸阀
DN40以下,全开
0.27
上回阀90
DN50以上,全开
0.18
弯头
-
2

短的
0.26
突然扩大
长的
0.2
突然缩小
d/D=1/2
0.55

d/D=1/2
0.35
三通

3


1.8


1.5

局部阻力系数ξ表

管道直径
钢管
铜管
最低
最大
最低
最大
≤50 mm
0.75
1.0~1.5
0.75
1
>50mm
1.25
1.5~3.0
1.25
1.5

供暖水流速度m/s
5. 经验和实际情况:根据类似的空调系统的经验数据,结合实际情况进行调整。
户式水机中央空调经验设计值
水管流速按1.8/s计算,流量计算公式为:管道截面积×1.8/s×3600(换算成小时)

水管型号
流量m³/h
盘管型号
盘管水量m³/h
DN20
2.035
FP-3.5
0.6
DN25
3.178
FP-5
0.72
DN32
5.208
FP-6.3
0.78
DN40
8.139
FP-7.1
1.02
DN50
12.717
FP-8
1.14
DN63
20.188
FP-10
1.2
DN75
28.612
FP-12.5
1.32
DN90
41.203
FP-15
1.56
DN100

FP-20
2.28
DN110
61.55


DN125
79.481


DN150
114.453


DN200
203.472



确定适当的空调水系统流速对于系统的性能和效率非常重要。过高或过低的流速都可能导致系统不正常的工作和运行效果,建议在选择水泵和设计管道布局之前咨询专业的空调系统各设备供应商,经过详细的计算,然后根据上述因素综合考虑确定最佳流速。


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