建筑设备控制系统 第2篇 第2章 冷热源设备监控系统.ppt

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1、第二章第二章 冷热源设备监控系统冷热源设备监控系统第一节 冷热源设备基本知识一、制冷原理一、制冷原理在获得低温的众多方法中，蒸汽压缩式制冷是目前应用最广泛的人工制冷方法之。这是由于蒸汽压缩式制冷所需的机器设备紧凑，操作管理方便，应用范围广，从稍低于境温度至-150制冷温度范围内都能得到较好的应用。并且在普冷温度范围内蒸汽压缩式制冷具有较高的循环效率。因而被广泛地应用于国民经济的各个领域。蒸汽压缩式制冷循，根据实际应用有单级、多级、复叠式等循环之分。在本章只介绍单级蒸汽压缩式制冷理论循环，以及在楼宇智能化中经常碰到的几种制冷循环形式。为了分析和讨论，在本章第节中先叙述逆卡诺循环理想制冷循环。当然

2、，逆卡诺循环的讨论和比较同样适用于其它形式的制冷循环。一、逆向循环一、逆向循环 在热力学中，制冷循环、热泵循环和热化循环都称为逆向循环。这是由于制冷循环、热泵循环和热化循环都是依靠外界能量的补偿而使热量从低温热源传向高温热源，在状态图中循环的路线都是按照逆时针方向表述的结果。在热力学中，以制冷系数(或COP)来定义制冷循环的经济性；以供暖系数(h或COPh)来定义热泵循环的经济性。所谓制冷系数，就是完成制冷循环时从被冷却系统中取出的热量(制冷量)Q0，与完成循环所消耗的能(机械功Wnet或工作热能Q)之比值，亦称为性能系数(Cofficient Of Performance)。即：即：=Q0/

3、WNET=Q0/QK-Q0=Q0/WNET=Q0/QK-Q0 (2-2-1)(2-2-1)或或=Q0/Q=Q0/QK-Q0=Q0/Q=Q0/QK-Q0 (2-2-2)(2-2-2)式中：式中：制冷系数；制冷系数；Q Q。从被冷却系统中取出的热量，即制冷量，从被冷却系统中取出的热量，即制冷量，WW或或kWkW；QkQk向高温热源放出的热量，向高温热源放出的热量，WW或或kWkW；WnetWnet完成循环所消耗的净功，完成循环所消耗的净功，WW或或kWkW；QQ完成循环所消耗的工作热能，完成循环所消耗的工作热能，WW或或kWkW。制冷系数是衡量制冷循环经济性的指标，制冷循环中所消牦的机械功或工作热

4、能越少，从低温热源中吸取的热量越多，则制冷系数值就越大，循环效率就越高。原则上值可大于1，小于1或等于1。但在通常的普冷工作条件，值总是大于1。所谓供暖系数，是指热泵循环中向高温热源（被加热系统）放出的热量Qk 与完成循环所消耗的能(机械功Wnet,或工作热能Q)的比值。即：即：hh=QkQk/WnetWnet=QkQk/(/(QkQk-Q-Q。)（2-2-32-2-3）或或 hh=QkQk/Q=/Q=QkQk/(/(QkQk-Q-Q。)（2-2-42-2-4）式中：式中：hh供暖系数；供暖系数；QkQk向高温热源向高温热源(被加热系统被加热系统)放出的热量，放出的热量，WW或或kWkW；Q

5、Q。从低温热源取出的热量，从低温热源取出的热量，WW或或kWkW；WnetWnet完成循环所消耗的净功，完成循环所消耗的净功，WW或或kWkW；QQ完成循环所消耗的工作热能，完成循环所消耗的工作热能，WW或或KWKW。同理，供暖系数h表征了热泵循环的经济性。热泵循环消耗的机械功或工作热能越少，向高温热源供热越多，则供暖系数h值越大，循环效率越高，并且h值总是大于1的。下面除了特殊说明外，我们只讨论制冷循环。根据循环的可逆性，热力学中将循环分为可逆循环和不可逆循环。在整个循环中，若系统与外界间或系统内部都不存在不可逆损失，则这个循环就是可逆的。若系统与外界及组成循环的各个过程中，包含有不可逆过程

6、或不可逆因素，则这个循环就是不可逆的。在制冷循环中，各种形式的不可逆因素可分为两大类:制冷剂在循环中因摩擦、扰动、内部不平衡及不可逆压缩、节流等而引起的损失，属于循环的内部不可逆；蒸发器、冷凝器等换热设备及管路等有温差时的传热损失等，属于循环的外部不可逆。在恒温热源和冷源间工作的理想制冷循环，即逆卡诺循环(Reverse Carnot Cycle 或 Carnot Refrigeration Cycle)属于可逆循环；在变温热源和变温冷源间工作的理想制冷循环，即劳伦兹循环(Lawrence Cycle)也属于可逆循环；理论制冷循环和实际制冷循环属于不可逆循环。二、逆向卡诺循环逆向卡诺循环 逆卡

7、诺循环是由互相交替的两个可逆绝热过程和两个可逆等温过程所组成的在一个恒定高温热源和一个恒定低温热源间工作的逆向循环。并且制冷剂与高温热源、低温热源间的传热温差为无限小，即TKTH，T。TL。这里TK为制冷剂向高温热源等温放热时的温度；T。为制冷剂从低温热源等温吸热时的温度；TH为高温热源温度；TL为低温热源温度。所以所以逆向卡诺循环逆向卡诺循环是可逆循环，亦称是可逆循环，亦称理想制冷循环理想制冷循环(或理或理想热泵循环想热泵循环)。气相区逆卡诺循环气相区逆卡诺循环如图如图2-2-12-2-1所示。所示。图2-2-1 气相区逆卡诺循环气相区逆卡诺循环气相区逆卡诺循环气相区逆卡诺循环 在逆向卡诺循

8、环12341中，l一2过程是等熵压缩过程；在该过程中，系统消耗压缩功Wcop，工质温度由TL升高到TH；23过程为可逆等温放热过程，工质向温度为TH的高温热源放出热量Qk；3-4过程为等熵膨胀过程，系统向外作膨胀功Wex，同时工质温度由TH降低到TL，4-1过程为可逆等温吸热过程，工质从温度为TL的低温热源吸热Qo；从而完成了一个逆向循环。在这循环中，系统从低温热源吸取热量Q。时必须消耗循环净功：Wnet=Wcop-Wex。(绝对值之差)，并向高温热源放热Qk(绝对值)。根据热力学第一定律，有：Qk=Q。+Wnet；(2-2-5)由T-S图得到逆卡诺循环吸热量Q0：Q。=TL(SaSb)面积(

9、1-4-3-2-1)(2-2-6)式中：Sa-状态1、2的熵；Sb-状态3、4的熵。循环放热量Qk：Qk=TH(Sa-Sb)=面积(2-3-4-1-2)(2-2-7)循环净功Wnet：Wnet=(TH-TL)(Sa-Sb)面积(1-2-3-4-1)(2-2-8)即：Wnet=QkQo逆卡诺循环制冷系数c：c=Q0/(Qk-Q0)=Q0/Wnet=TL(Sa-Sb)/(TH-TL)/(Sb-Sa)=TL/(TH-TL)（2-2-9）同时，对于逆向卡诺循环有关系式：Qk/Q。=TH/TL （2-2-10a）或 Qk/TH=Q。/TL （2-2-10b）2.2.1.2单级蒸汽压缩式制冷系统基单级蒸汽

10、压缩式制冷系统基本组成本组成在热力学中，热力循环理论告诉我们由压缩、放热、节流、吸热四个过程组成的热力循环可以实现制冷制热的目的，且理想的循环为由等熵压缩、等温吸热、等温放热与等熵节流组成的循环且经济性能最好。其热力状态图如图2-2-3。人们参照热力学描述的理想循环和实际制冷循环提出了理论制冷循环的理想模型，即单级蒸汽压缩式制冷理论循环。一、单级蒸汽压缩式制冷理论循环一、单级蒸汽压缩式制冷理论循环的组成的组成 所谓单级蒸汽压缩式制冷理论循环(以下简称单级理论制冷循环)是以循环的四大部件为主体，并按理论制冷循环的假设条件所进行的热力循环，亦称为基本循环。图2-2-2表示了单级理论制冷循环的原理图

11、。在单级理论制冷循环中的四大部件(即四类热力设备)是指：图2-2-2 单级蒸汽压缩式制冷理论循环原理图（1）制冷压缩机 制冷压缩机是在制冷循环中消耗外界机械功而压缩并输送制冷剂的热力设备。单级蒸汽压缩机吸取来自蒸发器的制冷剂蒸汽，经过一级压缩使制冷剂蒸汽压力从蒸发压力pO升压至冷凝压力pK，并输送到冷凝器。常用的制冷压缩机有活塞式、螺杆式、离心式、滚动转子式和滑片式等种类。（2）冷凝器 冷凝器是通过冷却介质来冷却冷凝制冷压缩机排出的制冷剂蒸汽，并将热量qK传给高温热源的热力设备。常用的冷却介质有水、空气等。常用的冷凝器的种类很多，有壳管式、淋浇式、风冷式、蒸发式等。（3）节流器 节流器是将冷却

12、冷凝后的制冷剂液体由冷凝压力pk降压至蒸发压力po的热力设备。常用于普冷中的节流器有节流阀、热力膨胀阀、浮球节流阀、毛细管等。（4）蒸发器）蒸发器 n n蒸发器是制冷剂向低温热源吸热的热力设备。在蒸发器中，制冷剂所进行的主要是从沸腾为主的汽化过程。在实际制冷工程中，蒸发器的形式很多，一般根据不同用途选择类型。二、单级蒸汽压缩式制冷理论循环二、单级蒸汽压缩式制冷理论循环的假设条件和热力状态图的假设条件和热力状态图理沦制冷循环是不同于实际制冷循环的一种理想模型，它建立在下面主要假设基础上：（1）制冷压缩机进行干压行程，并且吸汽时制冷剂状态为干饱和蒸汽，压缩过程为等熵过程。这说明理论制冷循环中不存在

13、过热所引起的有温差传热和压缩过程中的不可逆损失。（2）理论制冷循环中制冷剂与热源间进行热交换：在蒸发器内制冷剂与低温热源间换热时传热温差为无限小，即蒸发温度T0等于低温热源温度TL(T0=TL)。在冷凝器中，只在过热蒸汽被冷却成干饱和蒸汽时存在传热温差，而在干饱和蒸汽等压冷凝成饱和液 体时，制冷剂与高温热源间无传热温差，即冷凝温度Tk等于高温热源温度TH(Tk=TH)，并且制冷剂在换热设备内流动时无流动阻力，无压阵。（3）制冷剂液体在节流前无过冷，并且等焓节流。（4）制冷剂在管道内流动时，无流动阻力损失，无压降，与外界无传热。这说明制 冷剂在管道内不发生任何状态变化。由上述的假设条件可知：理论

14、制冷循环在外部仅存在压缩后的过热蒸汽被冷却成干饱和蒸汽过程中的传热温差这一不可逆耗散，在内部仅存在节流这一不可逆耗散。所以说，理论制冷循环仍属于不可逆循环的范畴，是不可逆性最少的不可逆循环。显然上述假设条件与实际制冷循环是有区别的，但在以后的热力分析中会发现这一假设能使实际制冷循环中许多因素得以简化，从而使复杂的实际制冷循环能利用热力学方法来进行分析和研究。l 根据上述假设条件可分别在压焓图和温熵图中画出单级理论制冷循环热力状态图(图2-2-3)。a）T-S图 a）T-S图 图2-2-3 单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力状态图在单级蒸汽压缩式制冷理论循环中，制冷压缩机自蒸发器吸入处于蒸发压力P0

15、下的干饱和蒸汽，经过1-2等熵压缩到冷凝压力PK，并输送至冷凝器，在压缩过程中消耗压缩功Wcop。过热蒸汽在冷凝器内经234等压冷却冷凝成饱和液体。在等压冷却冷凝中，制冷剂向高温热源放热qk。在节流过程45中，制冷剂通过节流器后压力，温度都降低，即压力由pk降低至Po，温度由Tk降低至To，而节流过程中焓值保持不变，h4=h5。节流后制冷剂呈湿饱和蒸汽状态。在蒸发器中，制冷剂经51等压等温过程吸收低温热源热量q。，而制冷剂汽化至于饱和蒸汽状态1，以此周而复始地循环。三、单级蒸汽压缩式制冷理论循环三、单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力性能及分析的热力性能及分析 理论制冷循环是在一定假设条件下所进行

16、的，理论制冷循环并不涉及到制冷系统的大小和复杂性，所以理论制冷循环的性能指标有单位制冷量、单位容积制冷量、单位理论功(单位等熵压缩功)、单位冷凝器负荷、理论制冷循环制冷系数及热力完善度等。1、单位制冷量qo单位制冷量q0指制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从低温热源中制取的冷量。Q0=h1-h5 kJ/kg 在lgp-h图中，单位制玲量q0相当于过程线1-5在h轴上的投影。在Ts图中，单位制冷量q0相当于过程线1-5所对应的面积1-5-c-d-1。单位制冷量q0也可表示成制冷剂在蒸发压力P0下的汽化潜热r0和节流后的干度X5的关系，即：q0=r0(1-X5)kJkg (2-2-11)由式(2-

17、2-11)可知，制冷剂在蒸发压力p0下的汽化潜热r0越大、节流后的湿饱和蒸汽干度X5越小，则单位制冷量q0就越大。这说明单位制冷剂q0的大小与制冷剂的性质和循环的工作温度有关。2、单位容积制冷量 qv 单位容积制冷量qv指制冷压缩帆每输送lm3制冷剂蒸汽(以吸汽状态计)经循环从低温热源制取的冷量。qv=q0/v1=hlh5/v1 KJ/m3 (2-2-12)qv=q0/v1=hlh5/v1 KJ/m3式中：v1制冷剂在制冷压缩机吸汽状态下的比容，m3/kg。由式(2-2-12)可知，吸汽比容v1将直接影响单位容积制冷量qv的大小。而且吸汽比容v1的大小随蒸发温度T0的下降而增大，所以理论制冷循

18、环的单位容积制冷量qv不仅随制冷剂的种类而改变，而且还随循环的蒸发温度而改变。3、单位理论功w0 单位理论功w0是指制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送lkg制冷剂所消耗的机械功，所以也称单位等熵压缩功。由于在理论制冷循环中，以节流器代替膨胀机，所以制冷压缩机所消耗的单位等熵压缩功Wcop就是循环的单位循环净功Wnet。单位理论功w。可表示为：w0=h2-hl kJkg (2-2-13)w0=h2-hl kJkg在lgp-h图中，单位理论功w0相当于压缩过程线1-2在h轴上的投影。在T-s图中，单位理论功w0相当于压缩过程线1-2所对应的面积1-2-3-4-a-1。2.2.1.3种形式的制冷机组种

19、形式的制冷机组一、制冷方式的两种形式一、制冷方式的两种形式在中央空调系统中，目前常用的制冷方式主要有两种形式：压缩式制冷和吸收式制冷。中央空调系统常用的载冷剂是水，在一些要求特殊的场所，也有采用水与其他物质组成的混合水溶液，如盐水、乙二醇水溶液等。1、压缩式制冷低压制冷剂蒸气在压缩机内被压缩为高压蒸气后进人冷凝器，制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热交换，制冷剂放热后变为高压液体，通过热力膨胀阀后，液态制冷剂压力急剧下降，变为低压液态制冷剂后进入蒸发器。膨胀阀 压缩机图图2-2-4 压缩式制冷循环基本原理示意图压缩式制冷循环基本原理示意图在蒸发器中，低压液态制冷剂通过与冷冻水的热交换而发生汽化，吸收

20、冷冻水的热量而成为低压蒸气，再经过回气管重新吸人压缩机，开始新的一轮制冷循环。很显然，在此过程中，制冷量即是制冷剂在蒸发器中进行相变时所吸收的汽化潜热。从压缩机的结构来看，压缩式制冷大致可分为往复压缩式、螺杆压缩式和离心压缩式3大类，近年来新研究的涡旋压缩式制冷机，也已开始在一些小型机组上逐渐应用。2、吸收式制冷 吸收式制冷与压缩式制冷一样，都是利用低压制冷剂的蒸发产生的汽化潜热进行制冷。两者的区别是：压缩式制冷以电为能源，而吸收式制冷则是以热为能源。在高层民用建筑空调制冷中，吸收式制冷所采用的制冷剂通常是溴化锂水溶液，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。因此，通常溴化锂制冷机组的蒸发温度不可能低

21、于0，在这一点上，可以看出溴化锂制冷的适用范围不如压缩式制冷，但在高层民用建筑空调系统中，由于要求空调冷水的温度通常为67，因此还是比较容易满足的。图2-2-5 溴化锂吸收式制冷循环基本原理示意图n n来自发生器的高压蒸汽在冷凝器中被冷却为高压液态水，通过膨胀阀后成为低压蒸汽进入蒸发器。在蒸发器中，冷媒水与冷冻水进行热交换发生汽化，带走冷冻水的热量后成为低压冷媒蒸汽进入吸收器，被吸收器中的溴化锂溶液(又称浓溶液)吸收，吸收过程中产生的热量由送人吸收器中的冷却水带走。吸收后的溴化锂水溶液(又称稀溶液)由溶液泵送至发生器，通过与送人发生器中的热源(热水或蒸汽)进行热交换而使其中的水发生汽化，重新产

22、生高压蒸汽。n n同时，由于溴化锂的蒸发温度较高，稀溶液汽化后，吸收剂则成为浓溶液重新回到吸收器中。在这一过程中，实际上包括了两个循环，即制冷剂(水)的循环和吸收剂(溴化锂溶液)的循环，只有这两个循环同时工作，才能保证整个制冷系统的正常运行。n n从溴化锂制冷机组制冷循环中可以看出，它的用电设备主要是溶液泵，电量为510kW，这与压缩式冷水机组相比是微不足道的。与压缩式冷水机组相比，它只是在能源的种类上不一样(前者消耗矿物能，后者消耗电能)。因此，在建筑所在地的电力紧张而无法满足空调要求的前提下，作为采用低位能源的溴化锂吸收式冷水机组可以说是种值得考虑的选择；如果当地的电力系统可以允许的话(当

23、然，作为建设单位，还要考虑各地一些不同的能源政策)，还是应优先选择压缩式冷水机组的方案。二、几种压缩式制冷机组的组成二、几种压缩式制冷机组的组成n n压缩式制冷机组主要有活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组、离心式冷水机组几种形式，下面逐一介绍。1、活塞式冷水机组的组成、活塞式冷水机组的组成 n n 活塞式冷水机组在结构上的主要特点是冷凝器和蒸发器均为壳管式换热器，它们或上下叠置或左右并置，压缩机直接置于“两器”上面，或通过钢架置于“两器”之上。n n 由于活塞式制冷压缩机运转时的往复运行会产生较大的往复惯性力，从而限制了压缩机的转速，不能太高。故其单位制冷量的重量指标和体积指标较大。因此，单机容量

24、不能过大，否则机器显得笨重，振动也大。活塞式冷水机组的单机容量一般在500700KW以下。n n 目前，国产活塞式冷水机组配用压缩机的台数大多为1台，少数为2台或2台以上。配2台以上压缩机的冷水机组只有上海合众开利生产，最多配6台压缩机以上。图2-2-6 活塞式冷水机组系统图 2、螺杆式冷水机组的组成、螺杆式冷水机组的组成n n螺杆式冷水机组是由螺杆制冷压缩机组、冷凝器、蒸发器以及自控元件和仪表等自控元件和仪表等组成的一个完整制冷系统。它具有结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、操作维护方便、运转平稳等优点，因而获得了广泛的应用。说明：1-螺杆式制冷压缩机 2-吸气过滤器 3-蒸发器 4-冷凝

25、器 5-氟利昂干燥过滤器 6-油分器 7-安全旁通阀 8-油冷却器 9-油粗滤器 10-油泵 11-油精滤器 12-油压调节阀 13-油分配器 14-四通阀图2-2-7 螺杆式冷水机组3、离心式冷水机组的组成、离心式冷水机组的组成n n离心式冷水机组的单机容量大，适用于大型空调工程中。离心式冷水机组常采用单筒式结构，即冷凝器和蒸发器放在一个简体内。说明：1-离心式制冷压缩机 2-增速器 3-封闭式电动机 4-冷凝器 5-蒸发器 6-节流装置 7-制冷剂回收装置 8-油泵 9-油冷却器 10-油过滤器2-2-8 R1l系列离心式冷水机组三、溴化锂吸收式制冷机的组成三、溴化锂吸收式制冷机的组成n

26、n溴化锂吸收式制冷机属于热力式制冷机的一种。以水作为制冷剂，吸收剂，依靠外界不断供应的热能实现的热力循环。以溴化锂水溶液作为溴化锂吸收式制冷机的种类较多，根据溴化锂吸收式制冷机采用的热源不同、制冷机结构及能源利用等区别，溴化锂吸收式制冷机分为单效、双效等不同种类。n n不同种类的溴化锂吸收式制冷机，其组成也有所不同。图2-2-9为蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机典型系统流程图。说明：1-高压发生器 2-冷凝器 3-低压发生器 4-蒸发器 5-吸收器 6-凝水回热器 7-低温热交换器 8-高温热交换器 9-发生器泵 10-吸收器泵 11-蒸发器泵图2-2-9为蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机 2.2.1.4

27、热源站基本知识热源站基本知识n n凡是采暖的地区，均离不开热源，供热大体有两种方式：一种是集中供热，其热源来自热电厂、集中供热锅炉厂等；另一种是由分散设在一个单位或一座建筑物的锅炉房供热这里的供热指的是热水和蒸汽，一般用于生活用水和空气调节。一、热源分类一、热源分类n1、按热源性质分类n1)蒸汽n n蒸汽热值较高，载热能力大，且不需要输送设备(只靠自身的压力即可送至用户的空调机组之中)。其汽化潜热在2200 kJkg左右(随蒸汽压力的不同略有区别)，占使用的蒸汽热量的95%以上。n n在采用蒸汽作为空调热源的工程中，通常都采用表压为0.2MPa以下的蒸汽。当凝结水回水较为畅通时，可以采用背压回

28、水，反之，则应使用凝结水泵。另外，如果蒸汽压力过高，也限制了换热器的使用类型。n n采用蒸汽为热源时，与之配套使用的一系列附件如减压阀、安全阀和疏水器等性能都直接关系到热源的合理利用，设计及管理人员应充分重视。2)热水热水n n热水在使用的安全性方面比蒸汽优越，与空调冷水的性质基本相同，传热比较稳定。在空调机组中，采用冷、热盘管合用的方式(亦即人们常说的两管制)，以减少空调机组及系统的造价，热水能较好的满足此种方式而蒸汽盘管通常不能与冷水盘管合用。再一点就是，热水使用时，不像蒸汽系统那样需要许多的附件，也给运行管理及维护带来了一定的方便。n n空调热水在使用的过程中系统内存在结垢问题。水的结垢

29、与其水质和水温有关。当水温超过70时，结垢现象变得较为明显，它对换热设备的效率将产生较大的影响。因此，空调热水应尽可能地采用软化水，至少也应考虑如加药、电子除垢器等防止或缓解水结垢的一些水处理措施。n2、按热源装置分类n1)锅炉n n供热用锅炉分为热水锅炉和蒸汽锅炉。在空调热水系统中，由于空调机组及整个水系统要随建筑的使用要求进行调节与控制，通常设有中间换热器。设有蒸汽锅炉的建筑也为其冬季空调加湿提供了一个较好的条件。2)热交换器热交换器n n从结构上来分，热交换器有3种类型，即列管式、螺旋板式及板式换热器。板式换热器是近十多年来大量使用的一种高效换热器，其结构如图2-2-10所示。前支柱接管

30、法兰垫片板片固定压紧板图2-2-10 板式换热器结构n n目前，大多数板式换热器都是按等截面(BR型)设计的，即一、二次热媒的流通截面积相等。在实际工程中，一、二次热媒的进出水温差不同，且一次热媒的温差大于二次热媒。正是由于这一原因，有的厂家开发研制了不等截面型板式换热器(BB型)，通过对流道的重新设计，使一次热媒侧流通面积小于二次热媒侧，尽可能使两侧的热媒流速相接近，以利于在不增大水流阻力的情况下提高传热系数。n n板式换热器对安装的要求相对较高，尤其是各板片组合时，密封垫片与板的配合要准确，否则易发生漏水现象，在拆开检修后更要注意此点。n n通常，以水蒸气为一次热媒的换热器，其静特性均为线

31、性特性，而以水为一次侧介质的换热器，无论其二次侧介质是水还是空气，其静特性都是非线性的。2.2.1.5 其他形式的冷热水机组其他形式的冷热水机组直燃吸收式冷水机组(简称直燃机)就是把锅炉与溴化锂吸收式冷水机组合二为，通过燃气或燃油产生制冷所需的能量。直燃机按功能可分为3种形式：单冷型只提供夏季空调用冷冻水；冷、暖型在夏季提供空调用冷冻水而冬季供应空调用热水；多功能型除能够提供空调用冷、热水外，还能提供生活用热水。直燃机由高底压发生器，高低压换热器、冷凝器、蒸发器、冷剂水泵、溶液泵、控制设备及辅机等主要设备组成。它的工作原理分为制冷循环、供热循环和卫生热水循环3个不同方式。空调供热循环产生的热水

32、温度一般为5560，工作原理如图2-2-11所示。图2-2-11直燃机组空调供热循环在空调供热循环中，蒸发器用作为冷凝器，通过阀门的切换使高压发生器产生的冷凝水蒸气直接进入蒸发器与热水进行热交换后变为冷剂水进入吸收器，高压发生器产生的中间溶液流人吸收器中，吸收由蒸发器来的经放热后的冷剂水而成为稀溶液，通过溶液泵重新送人高压发生器中，完成了一个供热循环过程。在这一过程中，冷剂水泵停止运行。直燃机可以在空调供冷的同时供应生活热水，也可同时供应空调热水和生活热水。但不能同时供应空调用冷、热水。2.2.1.6空调水系统的基本知识空调水系统的基本知识 空调水系统指由中央设备供应的冷(热)水为介质并送至末

33、端空气处理设备的冷冻（热）水路系统和带走制冷机组冷凝器中制冷剂的热量到环境中取得冷却水系统的。1、冷冻（热）水系统由冷水机组、冷冻水泵、分水器、集水器及空调末端组成的水路系统就是冷冻水系统。按照不同的依据，有如下分类：(1)按水压特性划分，可分为开式系统和闭式系统。(2)按冷、热水管道的设置方式划分，可分为双管制系统、三管制系统和四管制系统。(3)按各末端设备的水流程划分，可分为同程式系统和异程式系统。(4)按水量特性划分，可分为定水量系统和变水量系统。2、冷却水系统如图2-2-12中由冷水机组、冷却水泵、冷却塔组成的水路系统就是冷却水系统。冷却水系统是开式系统。2-2-12 空调水系统图 在

34、建筑设备自动化系统中，应针对不同形式的冷冻水系统采取不同的控制方法，但是根据水系统回路运行的特点，每个回路的控制原理是相同的。以下介绍几种常用的空调水系统，方便进行冷热源及空调控制时参考。一、开式和闭式一、开式和闭式n1开式系统n n 图2-2-13所示为开式系统。空调冷(热)水流经末端空气处理设备后，回水靠重力作用流人回水池中。一旦供水泵停止运行，管网系统内的水面只能与水池水面保持同一高度。此高度以上的管道内均为空气。因此，开式系统即是管道与大气相通的一种水系统。n2闭式系统n n图2-2-14所示为闭式系统。闭式系统管道内没有任何部分与大气相通，无论是水泵运行或停止期间，管内都应始终充满水

35、，以防止管道的腐蚀。因此，要求在闭式系统中，必须设置一定的定压设备以保持高层建筑顶部水管完全充满水(即管内处于正压状态)。此定压设备常用开式膨胀水箱，水箱水位应高出最高的系统水管1.5m以上。在一些工程中，为了防止开式水箱引起的腐蚀，或在屋顶设置开式水箱有困难时，也可采用了气体定压罐，定压罐压力应高出系统内最低的静水压力点15kPa以上。图2-2-13 开式水系统 图2-2-14 闭式水系统(1)设置膨胀水箱的闭式空调水系统 如图2-2-14所示，膨胀水箱作为系统的补水、膨胀及定压设备，其结构简单、造价低廉，对系统的水压稳定性好，控制也非常容易。由于水直接与大气接触，水质条件相对较差，另外，它

36、必须放在系统的最高处。膨胀水箱从结构上可分为方形和圆形，从补水方式可分为水位电信号控制水泵补水和浮球阀自动水两种方式。膨胀水箱由箱体、膨胀管、溢水管、循环管、补水量及补水装置(或水位装置)、玻璃管液位计及人梯等几部分组成，如图2-2-15所示。在高层民用建筑中，通常设有屋顶生活水箱，因此，只要膨胀水箱比屋顶生活水箱低一定的高度，就可以直接从生活水箱对此进行补水。但是，这种补水方式适用于生活给水水质较软的地区。用水位传感器控制补水泵的方式，其控制简单，运行比较可靠。为了防止补水泵频繁起停，延长补水泵寿命，水箱容积应稍大一些，且补水泵的工作参数(尤其是流量)的选择应较符合实际，不能超过太多。这种方

37、式也比较适用于采用软化水设备的补水系统。膨胀水箱必须设于水系统最高点之上(通常在最高空调使用楼层的上一层)，很显然，空调热水管不能到达该处。因此，冬季的防冻就是一个值得注意的问题。(2)设置气体定压罐的闭式空调水系统气体定压罐通常采用隔膜式，其空气与水完全分开，因此对水质的保证性较好。另外，气体定压罐的布置较为灵活方便，不受位置高度的限制，通常可直接放在冷冻机房热交换站或水泵房内，因此也不存在防冻问题。采用定压罐时，通常其定压点放在水泵吸人端，如图2-2-16所示。图2-2-15 膨胀水箱构造图2-2-16 气体定压罐定压(3)水泵水泵n n 水泵是空调水系统中提供动力的输送设备。在开式系统和

38、闭式系统中都要用到。二、两管制、三管制及四管制二、两管制、三管制及四管制n1两管制系统n n图2-2-17所示为两管制系统。由冷冻站来的冷冻水和由热交换站来的热水在空调供水总管上合并后，通过阀门切换，把冷、热水用同一管道不同时送至空气处理设备，同样，其回水通过总回水管后分别回至冷冻机房和热交换站。n n系统中冷、热源设备是各自独立，但对于冷、热源以外的水路，则是冷、热水共用同一管道。在夏季，关闭热水总管阀门，打开冷冻水总管阀门，系统内充满冷冻水，作供冷运行；在冬季则操作方式相反，系统作供热运行。由此可看出，这一系统不能同时既供冷又供热，只能按不同时间分别运行。国内应用较多的是两管制系统。2三管

39、制系统三管制系统n n图2-2-18所示为三管制系统。冷热水供水管同时接至末端设备(盘管仍为冷、热合用)，在末端设备接管处进行冬、夏自动转换。这样可使每个末端设备独立供冷或供热。但所有末端设备的回水仍是通过一条回水总管混合后，分别再回到冷冻机房或热交换站中。这种方式对于过渡季节的适用性较好。图2-2-17 两管制水系统 图2-2-18 三管制水系统3四管制系统四管制系统n n 图2-2-19所示为四管制系统。所有末端设备中的冷、热盘管均独立工作，冷冻水和热水可同时独立送至各个末端设备。各末端设备可随时自由选择供热或供冷的运行模式，相互没有干扰，因此各末端所服务的空调区域均独立控制温度等参数。图

40、2-2-19 四管制水系统n n 图2-2-21所示异程系统中，水流经每个末端的流程是不相 同的，通常越远离冷、热源机房的末端，同路阻力越大。n n采用异程系统的主要优点是节省管道及其占用空间(一般来说它与同程系统相比可节省一条回水总管)，节约投资。图2-2-210 同程系统 图2-2-21 异程系统 四、定水量和变水量系统四、定水量和变水量系统n1定水量系统n n在定水量系统中，没有任何自动控制水量的措施，系统水量的变化基本上由水泵的运行台数决定。因此，通常通过各末端的水量也是一个定值，或随水泵运行台数呈阶梯性变化，而不能对水量进行连续的调节控制。这带来的一个缺点是，当末端负荷减少时，无法控

41、制温、湿度等参数，造成区域过冷或过热。n n为了解决末端控制问题，有的工程在末端设三通自动调节阀(见图2-2-22)。n n当负荷变化时，通过自动控制三通阀开度，调整旁流支路与直流支路的水流量。或在末端设二通调节阀，在供回水干线上设压差旁通阀。从而控制通过末端设备的水量。图2-2-22 末端设通自动调节阀 2变水量系统变水量系统n(1)一次泵变水量系统n n在两通阀的调节过程中，管路性能曲线将发生变化，因而系统负荷侧水量将发生变化，如果没有其他相关措施的话，这些变化将引起水泵和冷水机组的水流量改变(沿水泵特性曲线上下移动工作点)。n n而对于冷水机组来说，通常一个恒定的水流量(或较小范围的波动

42、)对于保证蒸发器内水流速的均匀是重要的。如果流量减少，必然造成水流速不均匀，尤其是在一些转变(如封头)处更容易使流速减慢甚至形成不流动的“死水”。由于蒸发温度极低，在蒸发器不断制冷的过程中，低流速水或“死水”极容易产生结冻的情况，从而对冷机组造成破坏。因此，冷水机组是不宜作变水量运行的。大多数冷水机组内部都没有自动保护元件，当水量过小(通过测量机组进、出水压差)时，自动停止运行的保护冷水机组。n n如前面所述，一方面，从末端设备使用要求来看，用户要求水系统作变化量运行；另一方面，冷水机组的特性要求定水量运行。解决此矛盾的最常用方法是在供、回水总管上设置压差旁通阀，则一次泵变水量系统如图2-2-

43、23所示。n n在系统处于设计状态下，所有设备都满负荷运行，压差旁通阀开度为零(无旁通水流量)，这时压差控制器两端接口处的压力差(又称用户侧供、回水压差)P0即是控制器的设定压差值。当末端负荷变小后，末端的两通阀关小，供、回水压差P将会提高而超过设定值，在压差控制器的作用下，旁通阀将自动打开，由于旁通阀与用户侧水系统并联，它的开度加大将使总供、回水压差P减少直至达到P0时才停止继续开大，部分水从旁通阀流过而直接进入回水管，与用户侧回水，混合后进入水泵及冷水机组。在此过程中，基本保持了冷冻水泵及冷水机组的水量不变。n n水泵与冷水机组独立并联的方式(见图2-2-24)，在实际工程设计中，接管相对

44、较为方便(尤其是冷水机组与冷冻水泵位置相距较远时更为明显地体现出此点)，机房布置整洁、有序，因而目前有相当多的工程采用此种方式。图2-2-23 一次泵变水量系统(先串后并的方式)图2-2-24 一次泵变水量系统(先并后串方式)(2)二次泵变水量系统二次泵变水量系统n n在实际水系统中，一次泵系统存在非线性问题，既浪费能量又影响系统及设备的正常使用。因而在这种情况下，可采用二次泵系统。常见的二次泵变水量系统如图2-2-25所示。n n在这一系统的机房侧管路中，由旁通平衡管AB把水泵分为两级，即初级泵和次级泵。初级泵克服平衡管AB以下的水路水流阻力(即冷水机组、初级水泵及其支路附件的阻力)，次级泵

45、克服AB平衡管以上的环路阻力(包括用户侧水阻力)。显然，在这一系统中，次级泵与初级泵是串联运行的。n n初级泵随冷水机组联锁启停，次级泵则根据用户侧需水量进行台数启停控制。当次级泵组总供水量与初级泵组总供水量有差异时，相差的部分从平衡管AB中流过(可以从A流到B，也可以B流向A)，这样就可解决冷水机组与用户侧水量控制不同步的问题。用户侧供水量的调节通过二次泵的运行台数及压差旁通阀V1来控制(压差旁通阀控制方式与一次泵系统相同)。因此，V1阀的最大旁通量为一台次级泵的流量。五、冷却水系统五、冷却水系统n1冷却水概述n n空调系统中的冷却水系统，是专为水冷冷水机组或水冷直接蒸发式空调机组而设置的利

46、用循环水进行冷却的系统如图2-2-26所示。图2-2-25 二次泵变水量系统 图2-2-26 冷却水循环系统 n n从冷却塔来的较低温度的冷却水(通常为32)，经冷却泵加压后送人冷水机组，带走冷凝器的热量。高温的冷却回水(通常设计为37)重新送至冷却塔上部喷淋。由于冷却塔风扇的转动，使冷却水在喷淋下落过程中，不断与室外空气发生热湿交换而冷却，冷却后的水落人冷却塔集水盘中，又重新送人冷水机组而完成冷却水循环。n n显然，在冷却水的循环过程中，冷却水量存在一定的损失。这有两部分：一是由于冷却水蒸发部分，二是由于风机排风而“飘走”吹出的部分。前一部分是极少的，后一部分则与冷却塔的结构有关。但总而言之

47、，损失的水量比起冷却水循环流量来都是很小的，一般大约只有冷却塔循环水量的0.3%1%。对于损失部分，可通过自来水得到补充。2.冷却塔冷却塔n n在循环冷却系统中，冷却塔是一个重要的设备。从构造上来分，目前使用的定型冷却塔大致有4种类型：逆流式、横流式、蒸发式和引射式。通常后3者的外形以方形(或矩形)为主，前者则有方形和圆型两种外形。3.冷却水系统设计冷却水系统设计n n冷水机组运行时要求其冷却水应保证一定的流量。当多台冷水机组并联运行时，通常冷却水泵、冷却塔及冷水机组采用一一对应的运行方式。在管道连接时，对冷却水泵而言，既可采用与冷水机组一一对应的连接，见图2-2-27a，也可采用冷却水泵与冷

48、水机组独立并联后通过总管相连接的方式，见图2-2-27b；而对冷却塔而言，考虑到冷却塔通常远离冷冻机房，因而一般是冷却塔全部并联后通过冷却水总管接至冷冻机房。图2-2-287 冷却水系统n在水系统处于低负荷时，有两种情况是设计中应考虑的：n n(1)设备运行台数不变，但各设备均在部分负荷运行时n n这时各冷却塔如果按满负荷运行，其出水温度将低于设计值，对冷水机组来说，过低的冷却水进水温度也同样是不利于其正常运行的。因此，为保证满足设计的冷却水温度，这时应采取一定措施：n n1)当每组冷却塔中有多个风机时(实际上相当于系统中有多台冷却塔)，通过回水温度控制风机的运行台数。n n2)当每组只有一个

49、风机时(通常如圆形冷却塔)，则在冷却水供、回水总管上设置旁通电动阀，通过总回水温度调节旁通量，保证冷却水进水温度不变(如图2-2-27a或图2-2-27b)。n n3)改变风机转速，降低冷却能力。n n(2)空调负荷降至设计值的50时n n仍以图2-2-27来说明。这时冷水机组、冷却泵及冷却塔都应停止一组运行，并且停止运行的冷却塔进水管电动蝶阀应关闭(否则此塔将旁通部分水量但未能正常冷却，造成冷水机组供水温度过高)。n n在上述两种低负荷情况中，如果都采用旁通阀作为进水温度的调节手段，则水泵超流量的状况将比较严重。第二节 冷热源设备监控系统的原理及组成n n2.2.2.1一次泵冷冻水系统的监控

50、一次泵冷冻水系统的监控n n1设备联锁n n一次泵冷冻水系统，在起动或停止的过程中，冷水机组应与相应的冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等进行电气联锁。只有当所有附属设备及附件都正常运行工作之后，冷水机组才能起动；而停车时的顺序则相反，应是冷水机组优先停车启停顺序。n n当有多台冷水机组并联且在水管路中泵与冷水机组不是一一对应连接时，则冷水机组冷冻水和冷却水接管上还应设有电动蝶阀(如图2-2-24所示)，以使冷水机组与水泵的运行能一一对应进行，该电动蝶阀应参加上述联锁。因此，整个联锁起动程序为：水泵电动蝶阀冷水机组；停车时联锁程序相反。n n2压差控制n n末端采用两通阀的空调水系统，冷冻水供、回水总