空调水管设计要领-HORU

1研討主題：空调水管设计要领工務暨設計人才培訓課程2相关专题研讨＆训练流程介绍一般空调系统设计实务配管实务设计基础流体力学空調水管系统设计要领三通与二通系统特性分析冰水&冷却水系统规划设计常用阀件介绍与应用说明PCW系统简介与应用水路系统基本概念分析工程实务技术研讨配管强度支撑防震3大樓空調水管之設計要領一、大楼空调水管系统之基本分类1.依通水方式分类2.依循环方式分类3.依回水方式之分类4.依配管数分类二、冷热水分布控制：三、空调水管系统之种类、功能与基本应用1．种类2．水管系统之功用3.空调水管基本应用--------按机器及系统区分四、大楼空调水管系统之基本设计方法1．水管管径之决定2．冰水管系统设计五、空调水管之布置原则1．水平管设计2．排水管之设计（水量之计算）43．屋顶水管之设计4．空调主机房水管布置原则5．空调水管系统之平衡6.水泵配管注意要项7.冷却水塔配管六、大楼空调水管设计配合应注意事项七、水泵特性及應用分析第一节基本理论第二节离心泵定律第三節离心泵的孔蚀现象第四节系统曲线与性能曲线第五节泵之故障八、定流量(三通)與變流量(二通)系統特性及應用分析九、工程實務範例參考附錄:日系配管設備設計基準參考51.依通水方式分类1）排放方式2）再循环方式图4-1排放方式图4-2再循环方式一、大楼空调水管系统之基本分类62.依循环方式分类1)开放循环(Opencircuit)方式2)密闭循环(Closedcircuit)方式图4-3开放循环图4-4密闭循环73.依回水方式之分类1）直接回水方式(DirectReturn)--------如图4-4所示2）逆回水方式(ReverseReturn)3）直接回水与逆回水之并用方式.4.依配管数分类1）单管式(此方式甚少用于一般空调系统,多用于特殊制程)：由于一条管路贯穿整个系统，使后面终端元件入水水温低于前者（指热水系统而言，冰水系统正好相反），故单水管系统常只用于仅有一、二区之小型系统。图4-5单管式82)双管式系统（1）双管式逆回水系统（如图4-6、4-7）所示：逆回水只安排使每一终端元件之送水及回水总管路长相等，使系统压力能自行平衡。图4-6逆回水方式(ReverseReturn)图4-7直接回水与逆回水并用方式9（2）双管式直接回水系统（如图4-8）：直接回水主要用于小型定水量系统，虽因减少回水管路可降低初始费用，但必须加以平衡系统方可运作。图4-8：双水管直接回水方式103）三管式：图4-9三管式11註:常見水管三大系統①单机200RT以下②单机200~800RT12③800RT以上4）二次加压方式：系统由一次循环泵、冰水主机（或锅炉）及膨胀水箱构成之一次管路与二次侧系统组合而成，由于二次侧各区有独立之加压泵，故可独立操作于不同温度状况下。一次泵仅需考量一次侧循环管路及主机压力损失即可，二次泵则仅考虑该区之压力损失。135）四管式图4-10四管式14二、冷热水分布控制：冷热水系统可依定流量或变流量方式设计，其控制方式又可依其使用二通或三通控制阀而改变，常见之控制方式可归纳如下：1、定流量三通阀方式：如图4-11，当部分负载时，流量可经由三通阀旁通方式，使流经盘管之流量减少，但分支之总流量保持固定。此控制方式有以下特色：（1）盘管为变流量通过。（2）三通阀通常较二通阀贵，尤其在配管空间不足之状况下。（3）分流三通阀较混合三通阀贵，但其控制结果相同。（4）三通阀通常具线性特性。（5）为固定流量流经阀及盘管。（6）定流量使泵消耗较多能源。图4-11：三通阀盘管旁通控制152、二通阀流量调节方式：流量调节方式如图4-12，以测量送水回水主管之压差方式控制泵出口调节阀，使流量调节至所需。当压差控制器DPC测量之压差上升时，表系统之水量需求减少，可使控制阀V1调小所需流量，V2及V3为保护泵，以避免其运作于无流量之装置。此种控制方式之特点为：（1）流量减少可降低耗用功率。（2）DPT可保护盘管控制阀免于过压力场合（OverPressure）。（3）当主机需定水量操作时，必需使用另一个分开之泵，如前面提及之二次加压系统。图4-12：二通阀流量调节方式163、二通阀流量旁通方式：如图4-13，为维持通过盘管时压差之稳定，同时使通过主机之水量固定，可使用流量旁通方式达成目的。其系统特色为：（1）以二通阀之特性达成三通阀全流量之功能。（2）各盘管间不必旁通即可达成定流量。图4-13二通阀流量旁通方式174、变速泵控制：如图4-14，变速泵使流量及压力调整至新负载时，使泵之消耗功率降低。由泵亲和定律可知：21212rpmrpmPP压力变化与转速平方成正比。图4-14中，用压差控制器（DifferentalpressurecontrollerDPC）送水及回水主管间之压差恒定，当压差变化时，以转速调整方式使其保持恒定，图中V1之阀为保护泵免于无流量之装置。由亲和定律可知：31212rpmrpmKWKW故功率变化与转速三次方成正比，些微之转速下降可减少甚多之功率消耗。图4-14变速泵之控制方式1819三、空调水管系统之种类、功能与基本应用1．种类1）冰水管路系统（CHILLEDWATERPIPINGSYSTEM）2）冷却水管路系统（CONDENSINGWATERPIPINGSYSTEM）3）热水管路系统（HOTWATERSYSTEM）4）蒸气管路系统（STEAMPIPINGSYSTEM）5）排水管路系统（DRAIUAGEDPIPINGSYSTEM）6）膨胀水管路系统（EXPANSIONWATERPIPINGSYSTEM）7）补给水管路系统（MAKE—UPWATERPIPINGSYSTEM）8）特殊制程管路系统（酸卤液体）9）其他（如RO水、DI水、SoftWaterSystem）2．水管系统之功用1）冰水管路：输送冰水以利在热交换器（即空气调节或小送风机）中热交换造成冷气。即使用冰水泵浦推动水到冰水主机（WATERCHILLERUNIT）之冰水器（CHILLER）制造冰水，再送到热交换器内完成热交换造成冷风，再利用风管或直接吹入空调空间，使室温达到理想条件而成冷气。2）冷却水管路：输送冷却水到冷凝器（CONDENSER）以便冷却冷凝器。即使用冷却水泵浦推动冷却水到冰水主机之冷凝器完成热交换，复将冷凝器产生之热水送到冷却水塔散热。203)热水管路:功用如1)项所述.4)蒸气管路:输送蒸气在各空调未端设备作加热加湿之作用.5)排水管路:将冷却盘管冷凝之水,水管路之水(包括冷凝器,冰水器,冷却水塔…等)予以排放.6)膨胀水管路:①补给水用②膨胀用(因水温不同导致水之体积不同)③排放管路内积存空气.7)补给水管路:补充进入冰水及冷却水系统内.8)特殊制程管路:输送各种制程需求药液(如H2SO4,H2O2………)至各需求设备.9)其他管路:以DI水为例备用于输送高纯度洁净水之用途.3.空调水管基本应用--------按机器及系统区分1）箱型冷气机水管路系统:包括冷却水、排水及补给管路。2）中央空调水管路系统（水冷式冷凝器，间接膨胀式蒸发器）包括冰水、冷却水、排水、膨胀水及补给水管路）。21图4-11中央空调系统之水循环及热转移图22冷房負荷冰水主機蒸發器暖房負荷熱回收冷凝器水冷式冷凝器冷卻水塔三通控制閥冰水泵浦冷卻水泵浦熱回收溫水泵浦輔助熱源ABC9C熱回收冰水主機23熱交換器（冷凝器）熱交換器（蒸發器）壓縮機冰水泵浦空調密閉空間空調設備冰水主機冰水循環路徑冷卻水循環路徑冷媒循環路徑空調送風循環路徑外氣混合冷卻水塔冷卻泵浦空調水側系統空調空氣側系統散熱至大氣冷冻空调组成组件及设备名词解释2437C溫水（冰機熱回收）系統37C溫水系統37C溫水系統循環路徑37溫水泵浦90C熱水鍋爐系統支援潔淨室外氣空調箱HPM外氣空調箱Office外氣空調箱潔淨更衣室外氣空調箱Office可變送風箱靠窗暖氣37C溫水系統HVAC系統潔淨室系統暖房負載2537C溫水與90C熱水系統關係電熱水鍋爐電熱水鍋爐熱回收37C溫水系統90C熱水系統熱交換器26四、大楼空调水管系统之基本设计方法1．水管管径之决定1）流量之计算（1）冰水，参见附表A。（2）冷却水，参见附表B。2）配管之流速---------流速提高，管径小，成本省，但磨擦损失增加，泵浦扬程提高，运转费用增加，且易生噪音及增加管内壁之侵蚀能力。流速太高是有害的。表一-------建筑水的速度（CARRIER）表二-------最低浸蚀所允许最高流速（CARRIER）场所速度范围(fps)正常普通的使用(小时)水速(fps)水泵出水端8~12150012水泵吸水端4~7200011.5排水管4~7300011汇流管4~15400010上行管3~1060009普通场所应用5~1080008自来水3~7273）良好的设计需在设置成本与运行成本之间取适当平衡点，一般冷温水配管单位摩擦损失建议在60mmAq/M以下，平均40mmAq/M，管内流速在2M/S以下，同时参考配管侵蚀防止(以年间运转时间作比较)之最高流速限制。4）配管设备之设计程序：（1）配管系统方式之决定。（系统架构流程、功能性与节能考量）；（2）设备位置、管道路由与建筑结构整体计划（安全性、可靠性确保、噪音、震动抑制。工序流程与合理化工法检讨）；（3）配管路径之决定；（4）管路流量之计算；（5）选定基准之决定（配管摩擦损失、流速基准确定）；（6）管径选定，并计算分析系统各段摩擦损失及流程；（7）系统水压分布确认；（8）阀类选定及相关机器设备确认；（9）扬程计算；（10）水泵容量、扬程确认；（11）配管热膨胀检讨；（12）全管系系统检讨确认（未来扩充性、维护性、控制方式的配合……总体分析确认）；（13）设计完成。5）其他管路系统（蒸汽、冷媒、油配管……）可参见所附日系设计资料。28附表A開放式水系统(OpenSystem)-流量&单位长度阻力损失&流速快速對照表钢管管径建議最大流量中國常用標準日本常用標準mminch流量(Lpm)流速M/S流量(Lpm)kPa/100m流速M/Sec流量(Lpm)mm-Aq/M流速M/Sec150.5--～--～-～-～--～-～200.75150.910～1510～400.9～1.210～1520～60~1.5～251301.015～300～430.5～1.015～3020～60~1.5～321.25601.330～6011～400.6～1.335～6020～60~1.5～401.5901.242～9010～400.6～1.250～9020～60~1.5～5021701.584～17410～400.7～1.595～17020～60~1.5～652.53251.7132～25810～400.7～1.3190～32520～60~1.5～8035001.8246～49210～400.9～2.0300～52020～60～2.010041,0202.2492～1,02010～401.0～2.2605～1,05020～60～2.012551,8602.6900～1,86010～401.2～2.61,050～1,90020～60～2.515062,6502.51,500～2,58010～341.4～2.41,700～2,90020～60～2.520084,9202.63,060～4,92010～241.7～2.62,950～4,95020～60～2.5250107,5002.65,520～7,50010～181.9～2.64,550～7,60020～60～2.53001210,8002.67,500～10,8008～151.8～2.66,550～11,00020～60～2.53501413,2003.410,200～13,2008～132.0～3.48,150～13,50020～60～2.54001618,0002.713,200～18,0007～122.0～2.710,500～18,00020～60～2.5450182