空调水系统定压点位置对系统压力的影响

闫龙林

（广州地铁设计研究院股份有限公司，山东济南，250014）

中央空调系统在公共建筑中普及率越来越高，加之我国新建建筑在高度和面积上均不断增加，高层、超高层的建筑随处可见，研究并分析空调水系统内压力情况、确定合理定压点位置是空调水系统定压设计和空调设备承压选择不可或缺的一项。目前行业中常见的研究多集中在水泵前、机组后定压区别，以及制冷机房内膨胀罐低位定压和屋顶水箱高位定压等不同情况的分析，尚缺少在空调水系统高低各个位置定压对系统压力影响的介绍。

1 空调水系统定压方式

空调水系统一般采用闭式循环系统，空调水在具有一定的压力前提下通过管路将冷水或者热水从能源机房送至各房间的空调末端，并返回能源机房内。可靠的空调水系统压力应保证系统不汽化、不倒空、不超压和满足空调。为维持系统内压力工况稳定，就需要设置定压装置，定压装置定压点位置的选择，也直接影响水系统内部压力的分布情况。

空调水系统中常见的定压补水方式有：高位膨胀水箱定压、补水泵定压和囊式气压罐定压［1］。

高位膨胀水箱：设置于系统的最高处，依靠水箱和水系统的之间高差来保证系统内处处压力均高于大气压一定的压力，膨胀水箱水位由浮球阀控制；补水泵定压：分为连续补水定压和间断补水定压。补水泵连续补水定压又可细分为利用薄膜式压力调节阀定压和利用补水泵变频定压。相较与高位膨胀水箱定压，采用补水泵定压不受安装条件的限制，但产生一定的运行费用；囊式气压罐定压：囊式气压罐俗称落地式膨胀水箱，采用压力控制器设定罐体的上限压力和下限压力，压力下降至下限时则补水泵补水，升至上限后则停止补水。

下图中图1为常见的公共建筑空调水系统示意图，图2以补水泵定压为例（定压点位置设置于循环水泵的吸入口处）水系统在实际运行过程中的压力波动示意。

图1 空调水系统示意图

图2 运行过程中压力波动示意图

2 水系统压力分析

空调水系统压力分布分析基于流体力学中伯努利方程［2］。

伯努利原理表述为：

基于恒定总流能量方程（恒定总流伯努利方程式），下图3 用1、2两点用水压头表述为：

图3 流体内部能量示意图

3 定压点位置对系统压力影响分析

定压装置作用就是为系统保持一定的压力，维持系统运行稳定。当定压压力确定后，根据恒定总流能量原理，可以计算出各点的压力情况。定压点位置确定后，系统压力升降分布状况就能明确。定压点位置的不同，决定了系统运行的最大压力和最小压力。

以图1 某空调水系统示意图为例，假设制冷机房位于地下一层，冷水机组及水泵、水处理等设备设于机房内部，假定机房内设备高度相同且处于系统的最低处，水系统从-1层到顶层的净高差为H0。

根据《全国民用建筑工程技术措施暖通空调.动力》设置原则，定压点宜设置在循环水泵的吸入口，定压点最低压力设置应符合：

循环水温度t≤60 ℃时，可取最高点压力高于大气压5 kPa；循环水温度60 ℃＜t＜95 ℃，可取最高点压力高于大气压10 kPa。

当定压点位于水泵的吸入端位置1时，设置定压点压力水头H静 =H0+0.5 m。如图4所示，当系统静止时，系统各点的压能水头为：H压能水头=H静-H位能水头， 如△H6， △H8，系统静止时，系统最高点承压最小，系统最低点承压最大，承压大小只跟所处的高度有关系。

经水泵运行时，如图4所示，系统各点的全压水头均在静压线以上。系统各点的压能水头为全压水头与位压水头之差，如△H6’，△H7’，从图上可以看出，循环水泵的出口处承压最大，系统沿制冷机房到最高点空调末端供水方向，系统全压就降低而位压升高，所以管路承压再逐渐降低。从最高点的空调末端回到制冷机房的回水方向，系统各点的全压在下降，同时位压也在降低，对于一般系统来说，位压水头的下降速度比管路压力损失水头增加速度更快，表现为位压水头比全压水头的曲线坡度更陡一些，此时可以认为回水过程中管路的承压在增加。系统管路各点承压近似于图5曲线所示。

图4 1点定压示意图

图5 压能水头示意图

当定压点位置改变时，虽然管网系统的压力损失曲线不变，但系统的整体压力可能会出现变化。

当系统定压点位置改变时，定压点压力可能会不同，系统整体压力也随之出现变化。定压点分别在1,4,7，9,10点位置分析。

定压点位于4点位置时，若定压点压力的取值仍原来的静水压线值，在水泵不运行，系统静止工况时，能保证系统不到空。但当循环水泵运行时，系统的压力示意图如图6 所示，

图6 4点定压示意图（一）

从位置点5到位置点7,8过程中，由于沿程和局部阻力损失，系统的全压在降低，而系统的位压随建筑高度而升高，理论上会出现交叉点A，此时系统全压等于位压，A点之后，出现系统压能水头=全压水头-位压水头＜0，即系统压力小于外界大气压情况，出现系统倒空现象，这对系统是有危害的，系统无法正常运行，因此该点定压压力不合适，需要将该点的定点压力提高。理论上定压点压力大小，如图7所示，应保证系统各点的整体压力的压能值△H均大于一定值（＞0，且保证不汽化）。比较图4和图7可知，定压点位于4点时，选择合适的定压压力，可降低系统运行时的最大工作压力。

图7 4点定压示意图（二）

当系统静止时，如下图8 所示，由于静水压线的提高，此时系统各点承受的压能△H大于△H’，承压增加。

图8 循环泵停止时各点位能压力示意图

当定压点位置位于4,7,1,9，10点时，各定压点压力取值如图9 所示，通过合理的定压压力取值，可以保证系统最大工作压力小于在循环泵入口前定压时的最大工作压力。

当系统定压点位置水泵吸入口前的设备前端时，即图1 中11点的位置，系统的压力分布如下图9 所示。

图9 其他各点定压系统压力

比较图10与图4可知，当定压点均位于系统最低点时，设置于远离水泵吸入口时，系统最大工作压力降低，降低值大小为该点到水泵吸入口处的阻力损失［4］［5］。

图10 11点定压时压力分布示意图

4 循环泵位置的设置

工程中常见的空调水系统循环泵与冷水机组的关系位置关系一般有压入式（泵在机组入口前）和抽吸式（泵在机组出口）两种。根据上文中压力图可以看出，位于水泵后的设备由于水泵扬程的提升，设备的工作压力较大。市场上常见的空调设备承压能力为1.0 MPa和1.6 Mpa，系统工作压力超过设备常压能力时，就需要优先考虑将设置置于循环泵的吸入口，若此时还存在较小的差距时，可以考虑改变定压点的位置及合理设置定压点压力，来降低系统最大工作压力，满足设备承压要求［6］［7］。

5 结语

当系统定压点位于不同位置时，为保证系统正常运行，定压点的压力取值也不相同。当定压点位于系统最低点的水泵吸入端时，系统的工作压力最大。当定压点位于水泵出口并沿供水方向及建筑高度移动时，定压点的压力也随之变大。同时水泵位置的选择，对于其前后的设备承压选择也有很大的影响，当不影响系统正常运行，设置于水泵吸入口前端时，可有效降低设备承压要求。

本文通过分析在系统高低不同位置定压时系统压力变化情况，合理选择定压点，有效降低整个系统在运行时的最大工作压力，对于设备管材的承压选择有一定的指导意义。