空調(diào)水系統(tǒng)定壓點位置對系統(tǒng)壓力的影響

閆龍林

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，山東濟南，250014）

中央空調(diào)系統(tǒng)在公共建筑中普及率越來越高，加之我國新建建筑在高度和面積上均不斷增加，高層、超高層的建筑隨處可見，研究并分析空調(diào)水系統(tǒng)內(nèi)壓力情況、確定合理定壓點位置是空調(diào)水系統(tǒng)定壓設(shè)計和空調(diào)設(shè)備承壓選擇不可或缺的一項。目前行業(yè)中常見的研究多集中在水泵前、機組后定壓區(qū)別，以及制冷機房內(nèi)膨脹罐低位定壓和屋頂水箱高位定壓等不同情況的分析，尚缺少在空調(diào)水系統(tǒng)高低各個位置定壓對系統(tǒng)壓力影響的介紹。

1 空調(diào)水系統(tǒng)定壓方式

空調(diào)水系統(tǒng)一般采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，空調(diào)水在具有一定的壓力前提下通過管路將冷水或者熱水從能源機房送至各房間的空調(diào)末端，并返回能源機房內(nèi)?？煽康目照{(diào)水系統(tǒng)壓力應(yīng)保證系統(tǒng)不汽化、不倒空、不超壓和滿足空調(diào)。為維持系統(tǒng)內(nèi)壓力工況穩(wěn)定，就需要設(shè)置定壓裝置，定壓裝置定壓點位置的選擇，也直接影響水系統(tǒng)內(nèi)部壓力的分布情況。

空調(diào)水系統(tǒng)中常見的定壓補水方式有：高位膨脹水箱定壓、補水泵定壓和囊式氣壓罐定壓［1］。

高位膨脹水箱：設(shè)置于系統(tǒng)的最高處，依靠水箱和水系統(tǒng)的之間高差來保證系統(tǒng)內(nèi)處處壓力均高于大氣壓一定的壓力，膨脹水箱水位由浮球閥控制；補水泵定壓：分為連續(xù)補水定壓和間斷補水定壓。補水泵連續(xù)補水定壓又可細分為利用薄膜式壓力調(diào)節(jié)閥定壓和利用補水泵變頻定壓。相較與高位膨脹水箱定壓，采用補水泵定壓不受安裝條件的限制，但產(chǎn)生一定的運行費用；囊式氣壓罐定壓：囊式氣壓罐俗稱落地式膨脹水箱，采用壓力控制器設(shè)定罐體的上限壓力和下限壓力，壓力下降至下限時則補水泵補水，升至上限后則停止補水。

下圖中圖1為常見的公共建筑空調(diào)水系統(tǒng)示意圖，圖2以補水泵定壓為例（定壓點位置設(shè)置于循環(huán)水泵的吸入口處）水系統(tǒng)在實際運行過程中的壓力波動示意。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

圖2 運行過程中壓力波動示意圖

2 水系統(tǒng)壓力分析

空調(diào)水系統(tǒng)壓力分布分析基于流體力學(xué)中伯努利方程［2］。

伯努利原理表述為：

基于恒定總流能量方程（恒定總流伯努利方程式），下圖3 用1、2兩點用水壓頭表述為：

圖3 流體內(nèi)部能量示意圖

3 定壓點位置對系統(tǒng)壓力影響分析

定壓裝置作用就是為系統(tǒng)保持一定的壓力，維持系統(tǒng)運行穩(wěn)定。當定壓壓力確定后，根據(jù)恒定總流能量原理，可以計算出各點的壓力情況。定壓點位置確定后，系統(tǒng)壓力升降分布狀況就能明確。定壓點位置的不同，決定了系統(tǒng)運行的最大壓力和最小壓力。

以圖1 某空調(diào)水系統(tǒng)示意圖為例，假設(shè)制冷機房位于地下一層，冷水機組及水泵、水處理等設(shè)備設(shè)于機房內(nèi)部，假定機房內(nèi)設(shè)備高度相同且處于系統(tǒng)的最低處，水系統(tǒng)從-1層到頂層的凈高差為H0。

根據(jù)《全國民用建筑工程技術(shù)措施暖通空調(diào).動力》設(shè)置原則，定壓點宜設(shè)置在循環(huán)水泵的吸入口，定壓點最低壓力設(shè)置應(yīng)符合：

循環(huán)水溫度t≤60 ℃時，可取最高點壓力高于大氣壓5 kPa；循環(huán)水溫度60 ℃＜t＜95 ℃，可取最高點壓力高于大氣壓10 kPa。

當定壓點位于水泵的吸入端位置1時，設(shè)置定壓點壓力水頭H靜 =H0+0.5 m。如圖4所示，當系統(tǒng)靜止時，系統(tǒng)各點的壓能水頭為：H壓能水頭=H靜-H位能水頭， 如△H6， △H8，系統(tǒng)靜止時，系統(tǒng)最高點承壓最小，系統(tǒng)最低點承壓最大，承壓大小只跟所處的高度有關(guān)系。

經(jīng)水泵運行時，如圖4所示，系統(tǒng)各點的全壓水頭均在靜壓線以上。系統(tǒng)各點的壓能水頭為全壓水頭與位壓水頭之差，如△H6’，△H7’，從圖上可以看出，循環(huán)水泵的出口處承壓最大，系統(tǒng)沿制冷機房到最高點空調(diào)末端供水方向，系統(tǒng)全壓就降低而位壓升高，所以管路承壓再逐漸降低。從最高點的空調(diào)末端回到制冷機房的回水方向，系統(tǒng)各點的全壓在下降，同時位壓也在降低，對于一般系統(tǒng)來說，位壓水頭的下降速度比管路壓力損失水頭增加速度更快，表現(xiàn)為位壓水頭比全壓水頭的曲線坡度更陡一些，此時可以認為回水過程中管路的承壓在增加。系統(tǒng)管路各點承壓近似于圖5曲線所示。

圖4 1點定壓示意圖

圖5 壓能水頭示意圖

當定壓點位置改變時，雖然管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力損失曲線不變，但系統(tǒng)的整體壓力可能會出現(xiàn)變化。

當系統(tǒng)定壓點位置改變時，定壓點壓力可能會不同，系統(tǒng)整體壓力也隨之出現(xiàn)變化。定壓點分別在1,4,7，9,10點位置分析。

定壓點位于4點位置時，若定壓點壓力的取值仍原來的靜水壓線值，在水泵不運行，系統(tǒng)靜止工況時，能保證系統(tǒng)不到空。但當循環(huán)水泵運行時，系統(tǒng)的壓力示意圖如圖6 所示，

圖6 4點定壓示意圖（一）

從位置點5到位置點7,8過程中，由于沿程和局部阻力損失，系統(tǒng)的全壓在降低，而系統(tǒng)的位壓隨建筑高度而升高，理論上會出現(xiàn)交叉點A，此時系統(tǒng)全壓等于位壓，A點之后，出現(xiàn)系統(tǒng)壓能水頭=全壓水頭-位壓水頭＜0，即系統(tǒng)壓力小于外界大氣壓情況，出現(xiàn)系統(tǒng)倒空現(xiàn)象，這對系統(tǒng)是有危害的，系統(tǒng)無法正常運行，因此該點定壓壓力不合適，需要將該點的定點壓力提高。理論上定壓點壓力大小，如圖7所示，應(yīng)保證系統(tǒng)各點的整體壓力的壓能值△H均大于一定值（＞0，且保證不汽化）。比較圖4和圖7可知，定壓點位于4點時，選擇合適的定壓壓力，可降低系統(tǒng)運行時的最大工作壓力。

圖7 4點定壓示意圖（二）

當系統(tǒng)靜止時，如下圖8 所示，由于靜水壓線的提高，此時系統(tǒng)各點承受的壓能△H大于△H’，承壓增加。

圖8 循環(huán)泵停止時各點位能壓力示意圖

當定壓點位置位于4,7,1,9，10點時，各定壓點壓力取值如圖9 所示，通過合理的定壓壓力取值，可以保證系統(tǒng)最大工作壓力小于在循環(huán)泵入口前定壓時的最大工作壓力。

當系統(tǒng)定壓點位置水泵吸入口前的設(shè)備前端時，即圖1 中11點的位置，系統(tǒng)的壓力分布如下圖9 所示。

圖9 其他各點定壓系統(tǒng)壓力

比較圖10與圖4可知，當定壓點均位于系統(tǒng)最低點時，設(shè)置于遠離水泵吸入口時，系統(tǒng)最大工作壓力降低，降低值大小為該點到水泵吸入口處的阻力損失［4］［5］。

圖10 11點定壓時壓力分布示意圖

4 循環(huán)泵位置的設(shè)置

工程中常見的空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)泵與冷水機組的關(guān)系位置關(guān)系一般有壓入式（泵在機組入口前）和抽吸式（泵在機組出口）兩種。根據(jù)上文中壓力圖可以看出，位于水泵后的設(shè)備由于水泵揚程的提升，設(shè)備的工作壓力較大。市場上常見的空調(diào)設(shè)備承壓能力為1.0 MPa和1.6 Mpa，系統(tǒng)工作壓力超過設(shè)備常壓能力時，就需要優(yōu)先考慮將設(shè)置置于循環(huán)泵的吸入口，若此時還存在較小的差距時，可以考慮改變定壓點的位置及合理設(shè)置定壓點壓力，來降低系統(tǒng)最大工作壓力，滿足設(shè)備承壓要求［6］［7］。

5 結(jié)語

當系統(tǒng)定壓點位于不同位置時，為保證系統(tǒng)正常運行，定壓點的壓力取值也不相同。當定壓點位于系統(tǒng)最低點的水泵吸入端時，系統(tǒng)的工作壓力最大。當定壓點位于水泵出口并沿供水方向及建筑高度移動時，定壓點的壓力也隨之變大。同時水泵位置的選擇，對于其前后的設(shè)備承壓選擇也有很大的影響，當不影響系統(tǒng)正常運行，設(shè)置于水泵吸入口前端時，可有效降低設(shè)備承壓要求。

本文通過分析在系統(tǒng)高低不同位置定壓時系統(tǒng)壓力變化情況，合理選擇定壓點，有效降低整個系統(tǒng)在運行時的最大工作壓力，對于設(shè)備管材的承壓選擇有一定的指導(dǎo)意義。