中央空调水管设计要领
筑龙给排水 1篇原创内容公众号来源：暖通南社
大楼空调水管系统之基本分类
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。
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（CHILLED WATER PIPING SYSTEM）2）冷却水管路系统（CONDENSING WATER PIPING SYSTEM）3）热水管路系统（HOT WATER SYSTEM）4）蒸气管路系统（STEAM PIPING SYSTEM）5）排水管路系统（DRAIUAGED PIPING SYSTEM）6）膨胀水管路系统（EXPANSION WATER PIPING SYSTEM）7）补给水管路系统（MAKE—UP WATER PIPING SYSTEM）8）特殊制程管路系统（酸卤液体）9）其他（如RO水、DI水、Soft WaterSystem）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（WATER CHILLER UNIT）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。3)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）。
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。
3）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。
2．冰水管系统设计1）管路之安装应尽量减少水在管路中之磨擦损失（FRICTIONLOSS）为原则，磨擦损失小，则泵浦扬程减少致马力数相对减少。（A）须正确选择管路之管径。（B）管路之长度应短，并应尽量避免阻碍物之弯头及注意三通之流向。注:1.在管路系统中弯头（Elbow）有较大的压力降百分率，在等速下压力降之大小依转弯之形状而定，如长半径较短半径为佳。2. 45°配置之弯头较90°配置之弯头为佳。3.安装T型接头要防止对抵作用（Bullheading），对抵作用引起乱流，增加压力降与冲击管路，两个以上的T型接头安装在同一管路上时，两个T型接头之间的距离须在10倍以上之管径，如此可减少不必要之乱流。4.为了便于安装与修理管路，由任与法兰常用于管路系统。（C）空调箱或小送风机之管路连接须考虑以同程回水管（REVERSE RETURN）连接。（D）管路内之空气应全部排出，排出空气除在管路之必要点，局部管路之最高点及热交换器装上放气阀外，冰水管路最高点，必须连接膨胀水管再连接膨胀水箱以便排除空气，其膨胀水管与冰水回水管之安装须特别注意，以致空气之排出。2) 冰水管路之安装必须确宝在安装完成后未保温前，施以试压查漏的工作，否则万一施工不良，冰水管路发生漏水现象，将增加冰水主机的运转时间，泵浦的扬程减小影响空调空间之冷度，并且影响保温的效果，以致应重浪费能源。一般试水压之方法用水压，至少试压至10kg/cm2以上，维持二小时以上水压不降低，并且不漏水为原则，淌若发现有渗漏之处，则附近管路应即拆下，重新安装。
3）多用途综合型建筑物空调系统冰水管路宜采分区供应冰水。多用途建筑物为目前常见的建筑，配合业主及顾客之需要采用多角化的经营，不但建筑本体较大，而且建筑物的利用极为复杂，因此空调系统之设计必须按建筑物之用途及使用时间，利用冰水管路配合冰水泵浦加以区分为数个空调区域，再按冷气负荷的大小及空调区域的多寡来选择空调主机、冷却水塔及其他附属设备；如此可依空调区域的需要采取局部开机或全部开机。不但可收到减少冷气损失、节省可观的能源效果外，还可在空调设局部开机时，部份停用的设备获得休息及做好保养维护，而增加空调设备的寿命。（多用途建筑物冰水管路系统如图4---16所示）。
4) 冰水系统采用VWV系统VWV系统为可变水量系统（Variable WaterVolume System），一般空调水管系统使用的方式分为两种：①应用多台二次冰水泵浦之改变水量方式（此傳統方式目前較少採用,如图4—17所示）。→按空调空间冷气负载的需要调节空调箱或冷风机的冰水量，以冰水送水管之压力来控制二次泵浦之运转台数，故空调空间冷气负载减少时，需要较少的冰水量，则二次泵浦运转台数可减少以节省电费。②冰水区域泵浦之改变水量方式→按空调空间冷气负载的需要调节空调箱或冷风机的冰水量，以冰水管之压力由变频省电控制器（Energy Saving Controller）控制冰水区域泵浦的转速供应适量的冰水量，若空调空间冷气负载减少时，需要较少的冰水量，则降低冰水区域泵浦转速以节约能源。
空调水管之布置原则1．水平管设计1）注意冰水回水流程2）水平管之上升，下降最高位置设置排气。3）注意水平管之斜度。4）注意水流方向。2．排水管之设计（水量之计算）1）由高至低保持斜度。2）避免高低起伏。3）慎选排水立管之位置（设于管道间或柱子中）。4）排水排至位置。（1）地下室楼层排至地下室阀基，如无阀基，则地下室板下设置集排水坑；（2）一楼以上楼层，排至一楼室外排水沟。3．屋顶水管之设计1）冰水管部份开放式膨胀水箱系统，膨胀水箱装置在系统压力最低处，一般在泵之吸入侧，且在管系之最高点，建议距离管系最高点有2M以上之高度。2）冷却水管部份冷却水管不宜超过冷却水塔集水盘水位高度，若超过水盘水位高度，则冷却水管需设置电磁阀或逆止阀。3）膨胀水管部份：应保持斜度，以利冰水管排气。可参见标准施工图说。4）冷却水塔及膨胀水箱排水管部份：应排至屋顶漏水头附近，以避免潮湿及污染。5）补给水管部份：设计前应与水电工程整体配合规划。4．空调主机房水管布置原则1）机器设备（主机、水泵浦……）与配电盘之布置。2）机器设备防震问题。3）水管系统之防震（水管与机器设备、主机房内水管吊支架之防震）。4）水管配置之层数。5）水管配置宜整齐。6）水管配件之配置。7）水管表阀之配置。8）主机房之排水。9）主机房内配管与保养维护之关系。5．空调水管系统之平衡1）逆回水管之设计2）平衡考克(現多採平衡閥)之安装3）送水集水头与回水集水头之平衡管4）自动流量平衡阀之设置5）排气阀之安装6. 水泵配管注意要项图4-18为一泵的连接管路，当设计泵管路时必须记住下列原则。1）吸入管要短要直；2）吸入管的管径要比泵的吸入口管径至少大一号；3）吸入管不可产生空气囊（air pockets）4）在泵吸入口处使用偏心减径接头以消除在吸入管内产生空气囊5）不要在泵吸入口处使用水平弯头，任何在吸入管上的水平弯头都应在泵吸入口平面以下，如有可能，应在泵吸入口处有一垂直的弯头引导进入一减径管，再接到泵入口。如果多泵被连接到同一集流管时，管路之连接如图4-19所示，此式能让每一泵送同量的水。即在部分负荷状况或减少水流量或当一泵被隔离后，其他泵仍能泵送同量的水。
7. 冷却水塔配管由于冷却水塔为开放式设备，故冷却水管系为一开放式管系，如果冷却水塔与凝结器在同一平面，泵只有小的吸入头，过滤器应在排出端以使泵的吸入端能尽量接近大气。常欲使入凝结器的冷却水保持等温，此可在冷却水塔旁加装一旁路管。当凝结器与冷却水塔同一平面或在冷却水塔之上时,则在旁路管上加一三路分流阀.见图4-20。→不可使用三路混合阀，因其位于泵之吸入端，能造成真空状况而不再能维持大气压力。图4-21为当凝结器位于冷却水塔下方时的旁路配管。此特殊的配管方式为在旁路管上安装二路自动控制阀。通过旁路管的压力降，要能使在具有最大水流通过旁路时能平衡冷却水塔的不平衡静压头。如果多个冷却水塔并联，则每一冷却水塔通到泵的吸入侧的摩擦损失要相等。图4-22为冷却水塔配管的典型事例。均压(連通)管可用为使每座冷却水塔内的水位等高。
3.1 通用事项3.1.1 关于冷却塔的使用规范：离地11层以上设置冷却塔时，主要部件要用耐火材料制造,无须做支撑防火。3.1.2 冷却塔、泵浦、冷凝的配置注意事项。（1）冷却塔与泵浦在同一水平线上的场合。
（a）保持泵浦吸入侧的正压。（防止气穴现象）① 泵浦的高度在冷却塔水面以下。② 泵浦应设在冷却塔附近。③ 估算过滤器等的压力损失。（特别要注意混合三通阀的设置场合）（b）泵浦的吸入侧负压时，使用自己注水型（内部注水及外部配管）（c）冷却水配管（泵浦的出口处）高于水槽水面时，应安装止回阀和排气阀。（d）冷却（送）水管比水槽水面高时，应设旁通管。（2）冷却塔在冷凝器上方的场合：检查管路的压力分布，不能超过冷凝器的耐压上线。① 冷却水泵浦在冷凝器的进水侧场合。
（a）泵浦停止时，防止冷凝器内的水流失。① 在泵浦的出水侧安装止回阀。② 冷凝器出水侧的配管应设于高于冷凝器的位置。③ 设置止回阀，止回阀的配管口径主管下降4尺寸（最小20A）。（b）泵浦停止时，立管件的回流水量不得超过冷却塔的容纳水量。冷却塔的水槽容纳水量 > 立管（图中H）部分的存有水量（参照下表）*泵浦停止时，主管H部分的水，因为是overflow，所以立管内的存水量很大，泵浦再次运转时，造成吸空气现象。立管高度标准冷却塔容量水槽容量配管口径H (m)40RT（圆型）0.380A50以下60RT（圆型）0.4100A40以下80RT（圆型）0.4125A30以下*H超过上表的值时要防止空吸现象。（c）防止overflow时产生的空吸现象(泵浦启动时),下面是利用的考虑方法：① 安装电动阀或保持壓力的阀门（图中A部分）。② 扩大水槽。
1）冷却水管配管应向冷却塔倾斜，但是在鸟居配管场合，应设自动或手动排气阀。（2）冷却水管最下部应安装排水阀（兼作泵浦或冷凝器最下部分排水用）。（3）从冷却塔到第一号主机（泵浦或冷凝器）的配管应设置过滤器（施工时，应进行清理干净）。（4）在冷却水管与冷却塔接口处应设支撑，安装软接时，在软接附近设支撑。（5）安装方型冷却塔时，冷却水（回）水管的横管应缩短（图中C）。（防止横向部分中的存水引起泵浦空吸）（6）冷却塔的蒸发量，下水道流量被扣除的情况下，对下水道流量进行确认。
（a）管路与共用管连接处（尺寸与主管管径相同，但流速不能超过2m/s）防止。*共通管路的热膨胀，应设软接。（b）为使各冷却塔的水槽水位平行，应设旁通管。*旁通管尺寸应比冷却塔出口配管的管径大。（c）在下图中的系统中，在控制多台冷却塔的场合，应在冷却水回水管上安装与泵浦连動的电动蝶阀。（冷却水出水管不设电动蝶阀）* 泵浦停止时，管路被关闭，冷却水温度上升时，引起压力的异常。*为防止泵浦出口处的管路内部压力异常上升，应稍微开启电动蝶阀。
8. 配管腐蚀在开放系统内，因会溶解空气中之腐蚀性气体及不纯物而容易引起配管腐蚀，尤其溶解在温水中时，水中之氧气最容易引起腐蚀。腐蚀之原因如下：（1）因溶解在水中之氧气引起腐蚀（参照图-1）（2）因大气中之腐蚀性气体SQ3引起之溶解。（3）于水中，异种金属间形成电池，因电位差引起腐蚀。可用绝缘接头插入于异金属配管间，阻止电流流通来防止。（4）因埋设于地下之管与建筑物配管间之电位差引起之腐蚀。此可于管外面施予以防止。大楼空调水管设计配合应注意事项1．水管管道间1）位置2）数量2．水管穿梁原则1）RC梁2）钢骨梁3．冷凝排水管路径4．空调主机房排水5．空调水源1）冷却水2）冰水6．储冰系统（若采用筏基为储冰槽）1）位置2）大小3）保温及防水由空调施工4）与建筑之责任分界点▼