水系統(tǒng)的組成

按制冷方式的不同，中央空調(diào)又分為直接制冷系統(tǒng)和間接制冷系統(tǒng)。

直接制冷系統(tǒng)：只包括制冷劑回路，制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器直接和被冷卻介質(zhì)或空間相接觸進行熱交換，直接利用蒸發(fā)器去冷卻環(huán)境空氣或凍結(jié)物。

間接制冷系統(tǒng)：至少包括制冷劑和載冷劑兩個回路，制冷劑首先冷卻載冷劑，再通過載冷劑去實現(xiàn)冷卻目的。冷水機組就屬于間接制冷系統(tǒng)。

中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

間接式制冷中央空調(diào)的基本原理： 建筑物內(nèi)的熱量通過五個介質(zhì)循環(huán)、四次熱交換排放到室外去，從而實現(xiàn)建筑物內(nèi)部的制冷。

中央空調(diào)制冷，就是將空調(diào)的冷負荷（熱量）從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外去，這是一個按照熱力學(xué)第二定律進行的“熱量逆向傳遞”的過程。

中央空調(diào)系統(tǒng)制冷過程中，熱量轉(zhuǎn)移與冷量轉(zhuǎn)移是同時進行的，但冷量轉(zhuǎn)移與熱量轉(zhuǎn)移的方向正好相反。

空調(diào)冷水的輸送

中央空調(diào)冷凍水和冷卻水的分配、輸送與循環(huán)，是通過管路系統(tǒng)和液體輸送設(shè)備來實現(xiàn)的。管路系統(tǒng)是輸送空調(diào)水的載體；液體輸送設(shè)備——水泵為輸送空調(diào)水提供動力，用以克服水的壓力和流動時的阻力。

1、空調(diào)水系統(tǒng)的管路

空調(diào)水系統(tǒng)管路按其特征有5種形式11種類型：

按循環(huán)水是否與空氣接觸分，分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)；

按循環(huán)水流動途徑分，分為同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)；

按供、回水管數(shù)量分，分為二管制、三管制和四管制系統(tǒng)；

按水流量是否變化分，分為定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)；

按水泵設(shè)置方式來分，分為單式泵系統(tǒng)和復(fù)式泵系統(tǒng)。

（1）閉式系統(tǒng)與開式系統(tǒng)

閉式系統(tǒng)：管路中的水不與大氣接觸，僅在系統(tǒng)高點設(shè)置膨脹水箱。

閉式循環(huán)的優(yōu)點：

· 管路不與大氣接觸，管道和設(shè)備不易腐蝕。

· 水泵所需揚程僅由管路阻力大小決定，不需克服靜水壓力，水泵揚程和功率較低。

· 系統(tǒng)簡單。

閉式循環(huán)的缺點：

· 蓄冷能力小，低負荷時，冷水機組也需要經(jīng)常啟動。

· 膨脹水箱的補水，有時需要另設(shè)加壓水泵。

閉式系統(tǒng)應(yīng)用場合：

· 當空調(diào)系統(tǒng)采用風機盤管、誘導(dǎo)器和水冷式表冷器時；高層建筑的空調(diào)冷水系統(tǒng)；熱水系統(tǒng)。

開式系統(tǒng)：管路之間有貯水箱或水池通大氣，自流回水時，管路通大氣。開式系統(tǒng)的幾種常見形式。

開式系統(tǒng)的優(yōu)點：

· 冷水池有的蓄冷能力，可以減少冷凍機開啟時間，能量調(diào)節(jié)能力冷水溫度波動較小。開式系統(tǒng)的缺點：冷水與大氣接觸，循環(huán)水中含氧量高，易腐蝕管道；水泵的揚程除需要克服管路阻力外，還需具有把水提升到某一高度的壓頭，水泵揚程和能耗較大； 如果采用自流回水，回水的管徑較大，會增加投資。

開式系統(tǒng)應(yīng)用場合：

· 當末端空調(diào)系統(tǒng)采用噴水冷卻空氣時；

· 冷水溫度要求波動小或冷水機組的能量調(diào)節(jié)不能滿足空調(diào)系統(tǒng)的變化時；

· 當采用開式水池貯水蓄冷以削減高峰負荷時；

· 淋水式冷卻塔的冷卻水系統(tǒng)。

（2）同程式系統(tǒng)與異程式系統(tǒng)

同程式系統(tǒng)：同程式系統(tǒng)中水流經(jīng)過每一并聯(lián)環(huán)路的管道路程基本相等，則各個管路的阻力損失接近相等。

同程式系統(tǒng)的形式：

· 豎向干管同程式管路

· 水平支管同程式管路

當各個末端換熱器的水阻力大致相等時，由于各并聯(lián)環(huán)路的管道總長度基本上相等，所以同程式系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性好，各環(huán)路間的水量分配均衡，調(diào)節(jié)方便。

同程式系統(tǒng)的缺點：同程式系統(tǒng)管道的長度增加，水阻力增大，使水泵的能耗增加，初投資相對較大。

異程式系統(tǒng)

異程式系統(tǒng)中水流經(jīng)過每一并聯(lián)環(huán)路的管道路程均不相等，因而阻力也不相等。

異程式系統(tǒng)的形式：

· 豎向干管異程式管路

· 水平支管異程式管路

異程式系統(tǒng)的優(yōu)點：管路配置簡單，耗用管材少，施工難度小，投資省。

異程式系統(tǒng)的缺點：各并聯(lián)環(huán)路的管道總長度不相等，各環(huán)路間阻力不平衡，從而導(dǎo)致流量分配不勻。

（3）兩管制、三管制、四管制

兩管制系統(tǒng)：管路系統(tǒng)只有一根供水管和一根回水管。夏季循環(huán)冷水，冬季循環(huán)熱水，用閥門進行切換。

兩管制系統(tǒng)簡單，施工方便，初投資小，但不能用于同時需要供冷又供熱的場所。

三管制系統(tǒng)：管路系統(tǒng)有供冷管路、供熱管路和回水管路三根水管，其冷水與熱水共用一根回水管。

三管制系統(tǒng)能同時滿足供冷和供熱的要求，管路較四管制簡單，但比兩管制復(fù)雜，投資也比較高，且存在冷、熱水回水的混合損失。

四管制系統(tǒng)：冷水與熱水均單獨設(shè)置自己的供水管和回水管，構(gòu)成兩套完全獨立的供、回水管路，分別供冷和供熱。

四管制系統(tǒng)能夠同時供冷和供熱，可以滿足高質(zhì)量空調(diào)環(huán)境的要求。但四管制管路系統(tǒng)十分復(fù)雜，初投資很高，且占用建筑空間也較多。

（4）定流量系統(tǒng)與變流量系統(tǒng)

定流量系統(tǒng)：水流量恒定不變，通過改變供、回水溫差（變溫差）來適應(yīng)末端負荷的變化。當末端負荷減少時，水系統(tǒng)供、回水溫差減小，使系統(tǒng)輸送給負荷的能量減少，以滿足負荷減少的要求，但水系統(tǒng)的輸送能耗并未減少，因此水的運送效率低。

定流量系統(tǒng)的原理

定流量系統(tǒng)的各個空調(diào)末端裝置采用電動三通閥調(diào)節(jié)。當室溫未達到設(shè)定值時，三通閥的直通管開啟、旁通管關(guān)閉，供水全部流經(jīng)末端裝置；當室溫達到或超過設(shè)定值時，直通管關(guān)閉、旁通管開啟，供水全部經(jīng)旁通管流入回水管。因此，負荷側(cè)水流量是不變的。

定流量系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，操作簡便，不需要較復(fù)雜的自控設(shè)備；用戶端采用三通閥調(diào)節(jié)水量，各用戶之間互不干擾，系統(tǒng)運行較穩(wěn)定。

定流量系統(tǒng)的缺點：系統(tǒng)水流量按負荷確定，絕大多數(shù)時間供水量都大于所需要的水量，輸送能耗始終處于設(shè)計的值，水泵的無效能耗很大。

變流量系統(tǒng)

又稱變水量（VWV）系統(tǒng)。它是保持供回水溫差不變（定溫差），通過改變水流量來適應(yīng)空調(diào)末端負荷的變化，其水流量跟隨負荷的變化而改變。當末端負荷減少時，系統(tǒng)水流量隨之減小，使系統(tǒng)輸送給負荷的能量減少，以適應(yīng)負荷減少的要求。因水流量減少可降低水的輸送能耗，因而節(jié)能顯著。

變流量系統(tǒng)的原理

變流量系統(tǒng)的各個空調(diào)末端裝置采用電動二通閥調(diào)節(jié)。當室溫未達到設(shè)定值時，二通閥全開或開度增大，流經(jīng)末端裝置的供水增大；當室溫達到或超過設(shè)定值時，二通閥關(guān)閉或開度減小，流經(jīng)末端裝置的供水量減少。因此，負荷側(cè)水流量是變化的。

變流量系統(tǒng)的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：水泵的能耗隨負荷的減少而降低（節(jié)能）；配管設(shè)計時，可考慮同時使用系數(shù)，管徑相應(yīng)較小，水泵和管道的初投資降低。

缺點：變流量系統(tǒng)的控制設(shè)備要求較高，也較復(fù)雜。

（5）單式水泵系統(tǒng)與復(fù)式水泵系統(tǒng)

單式水泵系統(tǒng)：單式水泵系統(tǒng)又稱一次泵系統(tǒng)，即冷源側(cè)與負荷側(cè)共用一組循環(huán)水泵。

負荷側(cè)減少的部分水流量從旁通管返回回水總管，流回冷水機組，因而冷水機組蒸發(fā)器的水流量始終保持恒定不變（即定流量）。

一次泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：系統(tǒng)比較簡單，控制元件少，運行管理方便。缺點：水流量調(diào)節(jié)受冷水機組小流量的限制；不能適應(yīng)供水半徑及供水分區(qū)揚程相差懸殊的情況。因此只能用于中小型空調(diào)系統(tǒng)。

復(fù)式水泵系統(tǒng)

復(fù)式水泵系統(tǒng)又稱二次泵系統(tǒng)，即冷源側(cè)與負荷側(cè)分別配置循環(huán)水泵。

設(shè)在冷源側(cè)的水泵，常稱為一次泵；設(shè)在負荷側(cè)的水泵，常稱為二次泵。

二次泵系統(tǒng)的構(gòu)成

二次泵系統(tǒng)由兩個環(huán)路組成：

一次回路：回水總管→一次泵→冷水機組→供水總管。一次回路負責冷凍水的制備。

二次回路：供水總管→二次泵→末端設(shè)備→回水總管。二次回路負責冷凍水的輸配。

二次泵系統(tǒng)的優(yōu)、缺點：

優(yōu)點： 能適應(yīng)各個分區(qū)負荷變化規(guī)律不一樣或各個分區(qū)回路揚程相差懸殊或各個分區(qū)供水作用半徑相差較大的情況；可實現(xiàn)二次泵變流量，節(jié)省輸送能耗。

缺點：系統(tǒng)較復(fù)雜，控制設(shè)備要求較高，機房占地面積較大，初投資較大。

一次泵與二次泵混合式系統(tǒng)：在冷凍水的輸配環(huán)路中，管路較短、壓力損失小的環(huán)路由一次泵直接供水，而壓力損失大的環(huán)路則由二次泵供水，這樣就構(gòu)成了一次泵和二次泵混合式系統(tǒng)。

混合式系統(tǒng)如圖示。

2、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的承壓與垂直分區(qū)

（1）空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的承壓

隨著建筑物高度的增加，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的靜水壓力和水泵出水壓頭也隨之增加，而系統(tǒng)中的設(shè)備（冷水機組、熱交換器）、管件、閥門等的承壓能力是有限度的。

冷凍水系統(tǒng)的高壓力

系統(tǒng)停止運行時的高壓力在A點，其靜壓力由高度h決定。

系統(tǒng)開始運行時的高壓力在水泵的出口處B點，水泵的出口壓力等于靜水壓力與水泵全壓之和。

系統(tǒng)正常運行時的高壓力，系統(tǒng)正常運行時，A點和B點均可能承受壓力。

冷凍水系統(tǒng)的承壓

設(shè)備承壓：包括冷水機組、水泵、板式熱交換器等的承壓，壓力等級1.0～2.5 MPa；

管道承壓：主要指管道、管件、閥門等的承壓，普通螺紋連接的鍍鋅鋼管和末端風機盤管的承壓只有1.0 MPa。

（2）冷凍水系統(tǒng)的垂直分區(qū)

在高層或超高層建筑物中，冷凍水系統(tǒng)的靜水壓力很大。當設(shè)備的承壓能力不足時，為保證空調(diào)水系統(tǒng)運行的安全，解決的辦法就是將冷凍水系統(tǒng)進行垂直水力分區(qū)（低區(qū)和高區(qū)），并相互隔離。垂直分區(qū)后，靜水壓力變?yōu)榉侄纬惺?，每個水區(qū)的水壓大大降低。

換熱器分區(qū)放置：只有下面一個分區(qū)的換熱器在制冷站機房內(nèi)，其它分區(qū)的換熱器均放置在自己分區(qū)的底部。

優(yōu)點：管道井較小，制冷站機房占用面積也小，每個分區(qū)的壓力?。ú怀^1.0 MPa），系統(tǒng)安全。

缺點：冷水機組的承壓較高，設(shè)備分散，不易管理。

高區(qū)的換熱器集中放置于設(shè)備層的專用機房

這種分區(qū)方式能使熱交換的次數(shù)少，從而減少換熱的溫度損失，保證換熱器二次側(cè)回水溫度在合理的范圍內(nèi)。

高區(qū)的換熱器集中放置于設(shè)備層的專用機房

這種分區(qū)方式能使熱交換的次數(shù)少，從而減少換熱的溫度損失，保證換熱器二次側(cè)回水溫度在合理的范圍內(nèi)。

采用板式換熱器進行隔離分區(qū)的不足之處：

· 板式換熱器價格昂貴，造成一次性投資增大；

· 換熱器一次側(cè)與二次側(cè)“轉(zhuǎn)水”后有1℃～2℃的溫升，增加了換熱損失；

· 換熱器二次側(cè)冷凍水溫度升高后，必然使高層的空調(diào)末端出力下降，要維持同樣的冷量供應(yīng)，必需加大空調(diào)末端設(shè)備的容量，否則將延長空調(diào)達到其制冷效果的運行時間；

· 對于400m以上的建筑，會在高區(qū)出現(xiàn)第2級換熱。第2級換熱器的二次側(cè)回水溫度將達到14℃左右，非常接近空氣的溫度，不利于空氣除濕。

設(shè)置多個獨立的水系統(tǒng)將建筑物豎向分為2～3個獨立的空調(diào)水系統(tǒng)，各自設(shè)置冷水機組、循環(huán)水泵等設(shè)備，從而實現(xiàn)水力隔離。由于每個水區(qū)的高度降低，使每個水區(qū)承受的靜水壓力也降低。

機房并置于建筑物中部的設(shè)備層內(nèi)，但由于布置冷卻塔要求空間開敞和的安裝面積，故這種方法工程實施中有的困難。

機房分別置于建筑物的底層和頂層

底層系統(tǒng)冷卻塔可布置于裙房屋頂上，頂層系統(tǒng)的冷卻塔可布置于樓頂上，故工程實施較容易。但機房分散，管理不便。

獨立水系統(tǒng)的豎向分區(qū)方式，缺點是各系統(tǒng)間相互獨立，冷水機組、水泵等設(shè)備均不能互為備用，增大了投資；且在低負荷時，各系統(tǒng)設(shè)備均在低負荷下運行，效率降低，能耗增大。