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空調水系統工作壓力及補水定壓系統分析

分類:
行業資訊
2021/3/16 9:32:49
【摘要】:
現代社會建筑業迅速發展,高樓林立如雨后春筍般崛起,同時人們對建筑的舒適度要求越來越高,因此建筑內的空調系統是必不可少。如果把建筑比作人的話,那么建筑物內的空調水系統就像人體中有溫度的…

現代社會建筑業迅速發展,高樓林立如雨后春筍般崛起,同時人們對建筑的舒適度要求越來越高,因此建筑內的空調系統是必不可少。如果把建筑比作人的話,那么建筑物內的空調水系統就像人體中有溫度的血液一樣,在建筑內不斷流淌,流過空調系統的每一個設備,把清爽與溫暖輸送到建筑物的每一個角落,不斷調節著建筑的體溫,讓建筑充滿溫暖與生氣,人們可以在里面舒適地工作和生活。

人體的血液是有壓力的,血壓是否平穩,預示著人體是否正常,同樣,空調水也有壓力,空調水壓力是否平穩也預示著空調系統能否正常運行。人體血壓有一個相對固定的數值,或高或低都不正常,那么空調水的工作壓力是否也有一個相對固定的數值呢?答案是否定的,在不同的建筑內空調水系統的工作壓力各不相同。

如何確定空調水系統工作壓力,并維持這個壓力就像維持人體血壓一樣重要。維持空調水系統一定的壓力主要目的是保持空調水系統有一定的充滿度,使系統中所有設備都充滿水,這樣設備才能正常工作,但是壓力過高就會損壞空調設備。因此,設計中,我們需要確定空調水系統的工作壓力,這樣我們設計的各個設備及管件就都可以參考這個壓力選取,施工過程中就可以參考這個工作壓力對管道進行壓力試驗,以確保系統的密閉性,防止泄漏。

設計過程中,系統的實際工作壓力往往難以確定;理論上,系統各處的工作壓力是靜水壓力加上水泵所形成的動力水頭之和,但是某點處的實際水泵作用動力水頭還需要扣除水泵出口到該點的水頭阻力損失,而且水泵的工作點揚程還與管路的實際管網阻力特性有關,具體工程應用中管網系統中的管道及系統中的各個組件包括設備、閥門、彎頭、三通等都會對系統的管網特性產生影響,同時系統運行中的各種調節機制也會影響管網阻力特性,所以實際管網阻力特性難以確定,水泵的實際工作點揚程就難以確定,也就導致實際管網工作壓力難以確定。實際工程中,系統運行存在諸多的不確定性,就造成了系統實際運行工況與設計工況的差異,要彌補這個差異就需要設計工況有一定的容錯度,我們可以在一定范圍內增加設計工況各參數的余量,同時設置可調節裝置等,盡可能保證設計工況與實際運行工況相匹配。

我們來分析確定系統的工作壓力:水泵的揚程是指水泵能夠揚水的高度,又稱壓頭??杀硎緸榱黧w的壓力能頭、動能頭和位能頭的增加,即:H=(P2-P1)/ρg+(V22-V12)/2g+Z2-Z1,公式中:H為揚程(m);P1,P2為泵進出口處液體的壓力(Pa);V1,V2為流體在泵進出口處的流速(m/s);Z1,Z2為進出口高度(m);ρ為液體密度(kg/m3);g為重力加速度(m/s2)。

空調水系統一般都是閉式循環系統,在一個運行穩定的閉式系統中,假設水泵位于系統最低端,水泵進出口高度基本相同可以忽略,水泵前后靜水壓力基本相同,同一管路水泵進出口流量相同則流速相同,水泵揚程即可簡化為H=(P2-P1)/ρg,因此可簡單認為,水泵在出口處形成的壓力可等效為水泵揚程H高水柱所形成的壓力,再加上靜水壓力就等于水泵出口處工作壓力。

水泵位于系統的高度不同,系統的工作壓力就會不同,假設P為系統某點的壓力,H為揚程,hz為從水泵出口到某點的總阻力,h為系統最高點到某點的高度,我們可以簡單認為任一點的壓力P=H-hz+h。因此,我們可以通過以下三種情況來分析管路工作壓力:

第一種:循環水泵位于系統最低點,此種情況水泵出口hz最小h最大所以系統最大壓力點位于水泵出口,我們可以把水泵的揚程加上系統總高差形成的靜水壓力看作水泵出口點的工作壓力及P=H+h。

第二種:循環水泵位于系統中間位置,隨著水泵(沿水流方向移動)高度的提升,水泵出口壓力在減少,水泵進口方向的系統最低點壓力在升高,但始終小于第一種情況中系統最低點的工作壓力。

第三種:循環水泵位于系統最高點,當水泵繼續沿水流方向移動,隨著水泵高度的繼續提升,直到達到系統最高點,水泵出口壓力減到最小,系統最低點壓力升高(為P=H-hz+h),由此看出,系統任一點的壓力均小于第一種情況中系統最低點的工作壓力。

因此在一般工程實際中,我們可以認為,系統任一點的壓力均小于水泵揚程(在運行穩定的管路中,水泵的實際揚程與管路阻力相等),加上系統總高差所形成的壓力即系統任一點的壓力P≤H+h,在此基礎之上,我們再結合工程的實際情況,在合理范圍內考慮一定的工作壓力的余量,就可以給出一個確定的設計工作壓力。但在每個工程中都有其實際情況的特殊性,我們要根據不同的情況來作具體的分析和判斷。

工作壓力確定了,我們要維持這個工作壓力的穩定,就需要補水定壓系統。顧名思義,補水定壓系統就是通過給系統補水來保證系統的壓力穩定,同時也要能吸收系統膨脹的水量??照{系統管路上有數不清的連接點,每一個連接點都可能是一個泄漏點,所以系統運行過程中,管路中的水就有可能泄漏減少,管路清理污垢也需要排水,水量減少就會引起系統壓力減少,同時由于空調系統負荷的波動引起流量及水溫的不斷變化,系統中的水就會不斷地膨脹和收縮,也會引起系統壓力的波動,因此需要不斷地調節系統中的水量,來穩定系統的壓力。膨脹了,我們就需要把多余的水排出去防止超壓;收縮了或水泄漏了引起壓力不足了,我們就需把水補充進去。

為了使系統的壓力足夠穩定,我們通常需要保持系統最高點,即系統頂點也要有一定的壓力。通常補水定壓的方式有:

高位膨脹水箱加補水泵、氣壓罐加補水泵、變頻水泵加超壓泄水裝置等多種方式。在系統壓力較大的系統中,尤其是壓力接近設備允許承壓能力的系統中,應優先選用高位膨脹水箱加定頻補水泵補水,“當采用高位膨脹水箱定壓時,應通過膨脹水箱直接向系統補水”,因此補水泵的補水管應直接接入膨脹水箱,膨脹管接在水泵吸入口,以防系統超壓;氣壓罐定壓,適用于水質凈化要求、含氧量要求較高的采暖或空調循環水系統,且安裝位置較靈活,易于實現自動補水、自動排氣、自動泄水和自動過壓保護等;變頻補水泵定壓的方式運行穩定,用于規模較大、耗水量不確定的系統,不適用于中小規模的采暖或空調系統。

我們以高位膨脹水箱和氣壓罐定壓補水系統為例,來分析下定壓補水系統的設計過程,首先,我們要確定補水量Vb,暖通設計規范中規定:“空調冷水系統的設計補水量(小時流量)可按系統水容量的1%計算”,“補水泵設置2臺,補水泵的總小時流量宜為系統水容量的5%~10%”;要確定補水量我們首先要確定系統水容量,但是在實際工程中,要確定準確的系統水容量是相當困難的,工作量也非常大,因此我們可采用單位水容量來估算系統水容量??照{水系統的單位水容量(L/m2):全空氣系統:0.4~0.55,水-空氣系統:0.7~1.3,當我們確定了空調系統的面積后,就可以估算系統水容量了。

我們還需要確定補水泵的揚程。如果是高位膨脹水箱補水定壓,我們確定水箱高度后,就可以確定補水泵的揚程了,即揚程不小于H=h+hz+1+1+5(m),h為系統高度,hz為補水泵到補水點的阻力;氣壓罐定壓系統的補水泵揚程的確定,可以按規范:“補水泵的揚程,應保證補水壓力比補水點的工作壓力高30KPa~50 KPa”,確定補水泵揚程為:H=h+1+1+5(m),設P4為安全閥開啟壓力(補水點允許工作壓力),膨脹水量流到補水箱時的電磁閥的開啟壓力P3=0.9P4,補水泵啟動壓力P1=h+1+1,補水泵停泵壓力:P2=0.9P3。不同水溫時,補水泵的開啟壓力與停泵壓力也不同,我們也應計算確定。

定壓補水系統是依靠膨脹水箱或氣壓罐來調節系統水量穩定系統壓力的。高位膨脹水箱定壓補水系統可以根據系統水容量及系統水溫確定最大膨脹量Vp,并根據水箱調節容積Vt確定膨脹水箱的容積:V=Vt+Vp;氣壓罐定壓系統中,氣壓罐的最小容積,Vmin=(β×Vt)/(1-α),其中α為補水泵啟動壓力P1和停泵壓力P2的設計壓力比(KPa)宜取0.65~0.85,α=(P1+100)/(P2+100),β為容積附加系數,囊式氣壓罐取1.05。

通過上述計算,我們確定了空調水系統的工作壓力,確定了補水量選取了補水泵,確定了補水泵的揚程及定壓系統的各項壓力參數,確定了膨脹水箱或氣壓罐的容積,整套補水壓系統設備就基本確定了。同時,我們應仔細校對各系統壓力、系統設備的承壓能力,及補水時和系統調節時系統的壓力變化情況,以防止系統超壓或壓力不足。


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