空調水系統(tǒng)設計技術要領空調水系統(tǒng)設計是中央空調系統(tǒng)的核心技術環(huán)節(jié)，其合理性直接決定系統(tǒng)的運行效率、能耗水平與使用壽命。設計過程需綜合考慮建筑功能、氣候條件、設備性能及運維需求，通過科學計算與優(yōu)化配置實現(xiàn)系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。一、系統(tǒng)形式選擇與分區(qū)規(guī)劃空調水系統(tǒng)形式選擇應基于建筑規(guī)模、負荷特性及運行管理要求綜合判定。一次泵定流量系統(tǒng)適用于小型建筑或負荷穩(wěn)定的場所，系統(tǒng)簡單但調節(jié)性能有限，水泵能耗恒定。二次泵變流量系統(tǒng)通過一次泵保障主機流量恒定，二次泵根據末端需求變頻調節(jié)，適用于大型公共建筑，可顯著降低輸送能耗。設計時需明確系統(tǒng)工作壓力等級，高層建筑通常按1.0兆帕、1.6兆帕或2.0兆帕分級，超高層建筑可能需采用豎向分區(qū)或板式換熱器間接連接方式。分區(qū)規(guī)劃應遵循三個基本原則。第一，按朝向與內外區(qū)劃分，東西向房間因日照負荷差異大宜獨立成環(huán)路，內區(qū)常年供冷需與外區(qū)分設管路。第二，按樓層高度分區(qū)，每區(qū)高度控制在50米以內，避免靜壓過大導致末端設備承壓超標。第三，按功能特性劃分，如酒店客房、辦公區(qū)域、商業(yè)裙房等，不同功能區(qū)的使用時間、溫濕度要求差異顯著，獨立分區(qū)可實現(xiàn)靈活啟停與精準控制。每個分區(qū)應設置獨立的供回水干管、平衡閥門及能量計量裝置，便于運行管理與能耗核算。設計參數確定需依據國家標準。民用建筑空調冷水供回水溫度通常采用7攝氏度至12攝氏度，溫差5攝氏度；熱水供回水溫度采用60攝氏度至45攝氏度或50攝氏度至40攝氏度，溫差10攝氏度至15攝氏度。大溫差設計（如7攝氏度至17攝氏度，溫差10攝氏度）可減少水泵流量30%至40%，降低輸送能耗，但需校核末端設備表冷器排數與除濕能力。設計時應根據項目特點進行技術經濟比較，嚴寒地區(qū)冬季熱水溫度可適當提高至65攝氏度至55攝氏度。二、水力計算與管路平衡設計水力計算是確保系統(tǒng)流量分配合理、水泵選型準確的基礎工作。計算過程分為四個步驟。第一步，確定各末端設備的設計流量，根據冷負荷與供回水溫差計算，公式為流量等于負荷除以（水的比熱容乘以溫差），單位換算為立方米每小時。第二步，繪制系統(tǒng)軸測圖，標注各管段長度、局部構件（彎頭、三通、閥門等）位置。第三步，計算管徑，按經濟流速初選，主干管流速控制在1.5米每秒至2.0米每秒，支管流速0.8米每秒至1.5米每秒，對應比摩阻控制在100帕每米至300帕每米范圍內。第四步，計算系統(tǒng)總阻力，包括沿程阻力與局部阻力，局部阻力可按當量長度法或局部阻力系數法計算，總阻力需附加10%至15%裕量。管路平衡設計是防止水力失調的關鍵措施。異程式系統(tǒng)因各環(huán)路長度不同易導致流量分配不均，設計時應采用同程式布置，使各末端環(huán)路總長度基本相等。當條件限制必須采用異程式時，需在每層回水干管或各末端設備回水管安裝靜態(tài)平衡閥，通過測量閥門前后的壓差調節(jié)閥門開度，使各環(huán)路流量達到設計值的90%至110%。靜態(tài)平衡閥的調節(jié)精度應達到±5%，并具備鎖定功能防止誤操作。動態(tài)壓差平衡閥適用于變流量系統(tǒng)，可自動維持被控環(huán)路壓差恒定，當其他環(huán)路調節(jié)時避免產生相互干擾。安裝位置應在每組立管或每個分區(qū)回水總管上，設定壓差值根據末端設備所需資用壓頭確定，通常為30千帕至50千帕。設計時需注意，動態(tài)壓差平衡閥僅解決壓差波動問題，不能替代靜態(tài)平衡閥的初調節(jié)功能，兩者應配合使用。系統(tǒng)調試應在清洗完成后、設備運行前進行，按主管、干管、支管順序逐級調節(jié)，記錄各閥門開度與流量數據形成調試報告。三、關鍵設備選型與配置冷水機組選型應優(yōu)先選用能效比高的產品，電制冷離心式冷水機組性能系數不應低于5.5，螺桿式不應低于5.0，溴化鋰吸收式機組熱力系數不應低于1.2。設計時應根據建筑負荷特性確定機組臺數與容量，大型項目宜選用3臺至4臺，單臺容量按設計負荷的30%至40%選取，實現(xiàn)梯級調節(jié)與備用。機組應能在15%至100%負荷范圍內高效運行，部分負荷性能系數IPLV應符合節(jié)能設計標準。冷凝器與蒸發(fā)器水側阻力應控制在60千帕至80千帕以內，污垢系數按0.086平方米攝氏度每千瓦考慮。冷凍水泵選型需精確計算流量與揚程。流量按設計冷負荷與供回水溫差確定，附加5%至10%裕量；揚程為系統(tǒng)最不利環(huán)路總阻力，包括主機、末端、管路、閥門等阻力之和，附加10%裕量。水泵效率不應低于70%，宜選用變頻調速泵，根據末端壓差或溫差信號自動調節(jié)轉速。定壓補水裝置容量按系統(tǒng)水容量的1%選取，補水泵流量按系統(tǒng)水容量的2%至3%計算，揚程應滿足最高點壓力加30千帕至50千帕。膨脹水箱最低水位應高于系統(tǒng)最高點1米以上，有效容積按系統(tǒng)水溫變化引起的水體積膨脹量計算。冷卻塔選型依據冷凝器散熱量，散熱量等于制冷量加壓縮機功耗，通常按制冷量的1.2倍至1.3倍選取。冷卻塔逼近度（出水溫度與濕球溫度之差）應按設計工況選取，一般為3攝氏度至5攝氏度，濕球溫度應采用當地空調室外計算參數。冷卻塔風機宜采用變頻控制，根據冷卻水回水溫度調節(jié)風量，冬季或過渡季節(jié)可實現(xiàn)低溫冷卻水免費供冷。冷卻水泵揚程應包括冷卻塔提升高度、主機冷凝器阻力及管路損失，提升高度按冷卻塔集水盤最低水位至布水器高度差計算。四、管路布置與安裝技術要求管路布置應遵循短直、整齊、便于維修的原則。主干管宜沿管井、吊頂或設備層敷設，避免穿越結構變形縫，必須穿越時應采取柔性連接或設置補償器。管道與梁、柱、墻的最小凈距應滿足施工與檢修要求，保溫管外壁距結構表面不小于100毫米，非保溫管不小于50毫米。管道穿墻或樓板應預埋套管，套管直徑比管道大兩號，間隙用柔性不燃材料封堵，穿防火墻時兩側2米范圍內管道保溫材料應采用不燃材料。坡度設置是確保系統(tǒng)排氣與排水順暢的關鍵。水平供回水干管應設置0.002至0.003的坡度，坡向立管或集水器，最高點設自動排氣閥，最低點設排水閥。立管與水平干管連接應采用順水三通或45度彎頭，避免90度直角連接增加局部阻力。當管道直線長度超過40米時，應設置金屬波紋補償器或方形補償器，補償量按管道熱膨脹量計算，固定支架應能承受管道熱脹冷縮產生的推力。保溫設計需根據介質溫度與環(huán)境條件確定。冷水管道保溫層厚度按防止結露與限制熱損失雙重標準計算，通常采用橡塑海綿或聚氨酯發(fā)泡材料，管徑小于等于DN100時厚度不小于30毫米，大于DN100時不小于40毫米。熱水管道保溫主要考慮節(jié)能，厚度按經濟厚度法計算，一般不小于40毫米。室外架空管道應采用鍍鋅鋼板或鋁合金板做保護層，厚度0.5毫米至0.8毫米，搭接寬度不小于50毫米。閥門、法蘭等附件必須單獨保溫，避免形成冷橋。五、水質處理與防腐設計水質管理是保障系統(tǒng)長期高效運行的基礎?？照{水系統(tǒng)補充水應符合生活飲用水標準，懸浮物不大于10毫克每升，總硬度不大于300毫克每升（以碳酸鈣計），pH值6.5至8.5。系統(tǒng)運行中應控制水質指標，冷水系統(tǒng)總鐵不大于1.0毫克每升，總銅不大于0.1毫克每升，細菌總數不大于1000個每毫升。熱水系統(tǒng)因溫度較高，溶解氧不大于0.1毫克每升，否則加速金屬腐蝕。水處理措施應根據水質分析結果確定。當硬度超標時，應設置全自動軟水器，采用鈉離子交換樹脂，出水硬度控制在50毫克每升以下。對于開式冷卻水系統(tǒng)，因與空氣接觸易滋生藻類與細菌，必須設置加藥裝置，投加緩蝕阻垢劑與殺菌滅藻劑，加藥量根據水質監(jiān)測結果自動調節(jié)。閉式冷凍水系統(tǒng)可投加環(huán)保型緩蝕劑，在金屬表面形成保護膜。加藥點應設在補水管或循環(huán)泵吸入口，確保藥劑均勻混合。腐蝕機理與防護需從材料選擇入手。碳鋼管在低pH值、高溶解氧環(huán)境下易發(fā)生電化學腐蝕，設計時應優(yōu)先選用鍍鋅鋼管或無縫鋼管，焊接連接時應對焊縫進行防腐處理。銅管具有良好的耐腐蝕性，但流速過高會導致沖刷腐蝕，設計流速不應超過2.0米每秒。不銹鋼管適用于水質較差或對衛(wèi)生要求高的場所，但氯離子含量超過200毫克每升時易發(fā)生點蝕。不同金屬連接時應采取電絕緣措施，防止電偶腐蝕。系統(tǒng)初次運行前應進行化學清洗，去除管道內油污與焊渣，清洗后應進行鈍化處理。六、自動控制策略設計空調水系統(tǒng)自動控制應實現(xiàn)安全保護、節(jié)能運行與便捷管理三重目標?？刂撇呗栽O計包括三個層次。第一，設備級控制，冷水機組自身配備的微電腦控制器可根據負荷自動調節(jié)壓縮機容量，監(jiān)測蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、油溫等參數實現(xiàn)安全保護。第二，系統(tǒng)級控制，通過可編程邏輯控制器或建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)冷水機組、水泵、冷卻塔的順序啟停與聯(lián)鎖控制，開機順序為冷卻水泵、冷卻塔風機、冷凍水泵、冷水機組，停機順序相反。第三，優(yōu)化級控制，根據室外氣象參數、負荷預測及電價政策，自動調整供水溫度設定值、水泵運行臺數及冷卻塔運行策略。壓差控制是變流量系統(tǒng)的核心。應在系統(tǒng)最不利環(huán)路末端供回水管之間設置壓差傳感器，測量值與設定值（通常為30千帕至50千帕）比較后，通過PID調節(jié)算法控制冷凍水泵變頻器頻率，維持末端資用壓頭恒定。當系統(tǒng)有多臺水泵并聯(lián)時，應根據流量需求自動增減運行臺數，臺數切換點應按水泵高效區(qū)范圍設定，避免頻繁啟停。冷卻水系統(tǒng)宜采用出水溫度控制，當冷卻水回水溫度高于設定值時，優(yōu)先加大冷卻塔風機風量，若仍不能滿足則再啟動備用冷卻塔。傳感器布置應保證測量準確可靠。溫度傳感器應插入管道中心，并安裝在流體充分混合的直管段，避免安裝在彎頭、三通附近，插入深度不小于管道直徑的1/3。壓力傳感器應安裝在無渦流、無沖擊的管段，取壓孔應垂直于管道內壁。流量傳感器宜選用電磁流量計或超聲波流量計，安裝位置需滿足前10倍后5倍管徑的直管段要求。所有傳感器信號應接入中央監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數據實時顯示、歷史記錄與故障報警功能。七、節(jié)能優(yōu)化與新技術應用大溫差設計是降低輸送能耗的有效手段。將冷水供回水溫差從5攝氏度提高至8攝氏度至10攝氏度，在相同冷負荷下循環(huán)水量減少37.5%至50%，水泵功耗按三次方關系下降，節(jié)能效果顯著。實施大溫差設計時，需選用專門設計的低溫差末端設備，增加表冷器排數至6排至8排，并校核除濕能力是否滿足室內濕度要求。熱水系統(tǒng)采用大溫差（如15攝氏度至20攝氏度）可減少管道投資與熱損失，但需評估末端散熱器或風機盤管的供熱能力。變頻調速技術應根據負荷變化特性合理應用。冷凍水泵變頻節(jié)能率與流量減少率呈非線性關系，當流量在60%至100%范圍內調節(jié)時，功耗約為額定功耗的22%至100%。設計時應避免水泵長期在低頻率（小于30赫茲）運行，否則效率急劇下降且電機散熱不良。冷卻塔風機變頻可實現(xiàn)無級調節(jié)，在部分負荷時保持冷卻塔逼近度最優(yōu)，提高冷水機組效率。變頻器的諧波干擾需采取治理措施，如加裝電抗器或濾波器，避免影響其他電子設備。免費供冷技術適用于過渡季節(jié)與冬季。當室外濕球溫度低于8攝氏度時，可停止冷水機組運行，直接利用冷卻塔制備低溫冷卻水，通過板式換熱器間接為內區(qū)提供冷量。設計時需增大冷卻塔容量與換熱面積，冷卻水供水溫度可低至5攝氏度至7攝氏度，末端需采用低溫供水設備。熱回收技術可同時滿足供冷與供熱需求，如采用熱回收型冷水機組，在制冷的同時利用冷凝熱制備生活熱水，綜合能效比可達7.0以上。設計時應優(yōu)先滿足冷負荷需求，熱回收量按實際熱水需求校核，避免主機長期低效