淺談空調(diào)冷熱水系統(tǒng)設計與配置
隨著我國鋼鐵事業(yè)的高速發(fā)展，*空調(diào)系統(tǒng)在鋼鐵廠也得到了越來越廣泛的應用，*空調(diào)相對于分體空調(diào)有如下優(yōu)點：①*空調(diào)運行管理靈活方便，且運行費用低于分體空調(diào)，*空調(diào)制冷站可直接控制制冷機的開停時間和冷量大小，可根據(jù)氣候變化進行調(diào)整，以節(jié)約運行電費。②*空調(diào)能保證向房間輸送新風，使房間始終保持空隨著我國鋼鐵事業(yè)的高速發(fā)展，*空調(diào)系統(tǒng)在鋼鐵廠也得到了越來越廣泛的應用，*空調(diào)相對于分體空調(diào)有如下優(yōu)點：①*空調(diào)運行管理靈活方便，且運行費用低于分體空調(diào)，*空調(diào)制冷站可直接控制制冷機的開停時間和冷量大小，可根據(jù)氣候變化進行調(diào)整，以節(jié)約運行電費。②*空調(diào)能保證向房間輸送新風，使房間始終保持空氣清新、衛(wèi)生。但分體空調(diào)只有通過開門、窗和采用新風換氣機通風換氣，冷量損失大，這不僅影響房間溫度，而且浪費了能源。③*空調(diào)故障少好維修。*空調(diào)無論是空調(diào)機組和全空氣風道系統(tǒng)，還是房間風機盤管和新風系統(tǒng)，均不易發(fā)生故障，而制冷設備則設在制冷站內(nèi)，便于維修。但分體空調(diào)的分體空調(diào)器遍布在各處，制冷壓縮機不僅數(shù)量多而且分散，出了故障很難一一去維修好。④*空調(diào)噪聲小于分體空調(diào)。*空調(diào)可加裝各種消聲裝置降低噪聲，而分體空調(diào)因壓縮機距離空調(diào)房間比較近，則難以實現(xiàn)降噪措施。⑤*空調(diào)末端形式美觀多樣，可與裝修施工密切配合，管路和設備均可隱蔽在吊頂內(nèi)，保證建筑的美觀，節(jié)約室內(nèi)的使用空間；但分體空調(diào)的風冷式室外機須零散的懸掛在外墻上或裝于室外地面上，影響外裝修效果，而室內(nèi)機則須掛在內(nèi)墻上或安放在地面，又占用了室內(nèi)空間，這無形中減小了房間的使用面積。⑥*空調(diào)末端的空調(diào)冷凝水可集中排放，但分體空調(diào)因空調(diào)器布置分散，凝結(jié)水的排放不易處理。 
基于以上原因，在鋼鐵廠內(nèi)采用*空調(diào)系統(tǒng)是可行的，但鋼鐵廠內(nèi)的*空調(diào)系統(tǒng)相對于民用建筑有以下特點：①鋼鐵廠內(nèi)各空調(diào)用戶比較分散，空調(diào)用戶的種類比較多，如何合理的設計空調(diào)管路的走向，解決各空調(diào)用戶的水力失調(diào)，滿足不同用戶的需要就顯得尤其重要。②鋼鐵廠內(nèi)的管道相當復雜，盡可能把縱橫交錯的管網(wǎng)排列的經(jīng)濟緊湊是值得探討的，其中供冷熱水工程的室外保溫管道的做法相當重要，做法不當將直接影響使用效果。③鋼鐵廠內(nèi)的各空調(diào)用戶投入使用的時間不同，空調(diào)負荷變化比較大，因充分考慮機組的自動調(diào)節(jié)以適應負荷的變化。 
下面就從空調(diào)機房和空調(diào)管線兩個方面，討論鋼鐵廠空調(diào)設計中，應注意的問題，以供大家參考。 
1、機房側(cè)的設計配置 
1.1 冷水機組的選擇和配置 
鋼鐵廠*空調(diào)冷水機組的選擇應充分考慮廠內(nèi)的能源配置情況，對于大多數(shù)鋼鐵廠而言，煉鋼和其他工藝過程會產(chǎn)生大量的蒸汽，從節(jié)能的角度來說，在空調(diào)冷水機組的選擇上應盡量考慮利用這部分蒸汽，所以對于有多余蒸汽的鋼鐵廠，在冷水機組的選擇上應優(yōu)先選用蒸汽型溴化鋰冷水機組，對于相同制冷量的蒸汽型溴化鋰制冷機組和電制冷機組而言，溴化鋰機組可節(jié)電98%左右。 
對于冷水機組臺數(shù)的選擇應盡量避免選用單臺機組，在條件允許的情況下，可選用兩臺或以上的冷水機組，這樣可不考慮備用機組，而且在負荷變化的情況下，可以關(guān)閉部分冷水機組，節(jié)約運行費用，可以使機組在較高的COP值下運行。冷水機組和冷凍水泵可采用一一對應的方式，如受機房大小的限制，也可采用多臺冷水機組與多臺冷凍水泵獨立并聯(lián)設置。這種布置方式有它比較明顯的簡潔﹑方便的優(yōu)點，但是這種方式應注意在部分空調(diào)冷負荷的情況下，就有一部分冷水機組處于停開的狀態(tài)，如果管理人員操作管理上的疏忽，未把停開冷水機組的管路上的閥門關(guān)閉，則冷凍水就會出現(xiàn)旁通分流的現(xiàn)象。冷水旁通分流會影響冷水機組效能的發(fā)揮，降低冷水機組的COP值。另一方面如果末端空調(diào)冷負荷的需求增大，需要增開冷水機組的臺數(shù)，這需要管理人員及時到位，及時打開增開冷水機組管路上的閥門，這種操作管理方式顯然是比較麻煩的。解決這對矛盾的措施是冷水機組管路中考慮增設電動蝶閥。電動蝶閥、冷水機組、冷卻水泵和冷凍水泵設計為連鎖運行控制，這樣便可以把空調(diào)系統(tǒng)中耗能zui大部分，也是節(jié)能潛力的區(qū)域納入智能化的控制，做到的投資，zui節(jié)能方便的管理。 
1.2 冷凍水泵的選擇和配置 
大型的*空調(diào)冷水系統(tǒng)，隨著空調(diào)區(qū)域冷負荷的改變，投入使用的冷水機組﹑空調(diào)冷凍水泵的臺數(shù)也將隨著增減，同時空調(diào)冷水系統(tǒng)的管網(wǎng)流量也發(fā)生改變，這引起管網(wǎng)水阻力的改變。在低負荷運行情況下，尤其是空調(diào)冷水泵只需要單臺運行時，空調(diào)冷水系統(tǒng)滿負荷與低負荷運行時水阻力相差甚大，這導致低負荷時空調(diào)冷水泵超流量運行，其運行工作點可能跳出經(jīng)濟區(qū)域，進而引起電機效率的降低，同時水泵運行電耗的增加，所以在只有單臺水泵運行的工況下，極容易發(fā)生電機過載燒毀的事故。所以設計中不能僅注意了多臺水泵的額定狀態(tài)點能否滿足管路計算要求，還必須重視空調(diào)低負荷時運行狀態(tài)點變化所引發(fā)的問題，并采取必要的解決措施，解決方法有兩種，一是冷凍水泵采用變頻技術(shù)，即并聯(lián)運行的各泵中，某臺泵采用變頻泵，它作為低負荷時單臺水泵運行的固定泵，在系統(tǒng)超流量時，該泵降低運轉(zhuǎn)頻率，系統(tǒng)的流量也隨著減少，可見冷凍水泵采用變頻技術(shù)是系統(tǒng)變流量的節(jié)能技術(shù)。另外一種解決方法是在每臺水泵的出口裝設一種限流止回閥，它既可以起到防止停泵回流的作用，取代傳統(tǒng)的止回閥，又可以起到對工作泵限制流量的作用。該閥可以設定一個控制工作揚程，當水泵工作揚程低于控制揚程時閥門作關(guān)閉動作，使實際工作揚程加大，防止電機在水泵低揚程，大流量、低效率時發(fā)生過載現(xiàn)象。該方式相對于*種方式，節(jié)能效果差，但會降低系統(tǒng)的投資，系統(tǒng)運行管理更加方便。 
1.3 機房側(cè)管路上控制配件的設置 
壓力表﹑溫度計的設置對于空調(diào)冷水系統(tǒng)機房側(cè)部分顯得尤為重要，借助于壓力表的讀數(shù)可以初步判斷該部分水系統(tǒng)的水力工況是否正常，借助溫度計的設置可以初步判斷流經(jīng)該管路的水量是否滿足要求。建議在每支回水干管匯入集水器之前都應安裝一支溫度計，通過觀察溫度計的溫度值，可以準確掌握冷負荷分布的情況。溫差大的支路上的閥門可以開大，溫差小的支路閥門開度可以調(diào)小一些。只有每個回水支管裝了溫度計，操作管理人員才能直觀掌握系統(tǒng)冷負荷分布的情況。 
1.4 系統(tǒng)的定壓及補水 
設置系統(tǒng)定壓裝置的目的是使系統(tǒng)能在穩(wěn)壓狀態(tài)下運行，保證系統(tǒng)內(nèi)不倒空、不汽化。一般*空調(diào)系統(tǒng)的定壓點均設在冷凍水泵的入口的回水干管上，這樣可以使水泵產(chǎn)生的壓頭在系統(tǒng)中得到合適的分布。目前供熱空調(diào)系統(tǒng)定壓補水方式主要有膨脹水箱定壓補水，補水泵定壓補水，氣體定壓罐結(jié)合補水泵定壓補水等。其中膨脹水箱定壓補水是zui簡單的方式，所以現(xiàn)在在民用建筑中大量使用，但是膨脹水箱必須設在系統(tǒng)的zui高點，在鋼鐵廠，各空調(diào)用戶比較分散，系統(tǒng)zui高點距離空調(diào)機房往往比較遠，則布置膨脹水箱很困難，管理不方便，使高位水箱的應用受到了限制。利用補水泵連續(xù)補水定壓的系統(tǒng)，其定壓裝置是由補水箱、補水泵及調(diào)節(jié)器組成，在系統(tǒng)正常運行時，通過壓力調(diào)節(jié)器作用，使補水泵連續(xù)補給的水量與系統(tǒng)泄漏量相適應，從而維持系統(tǒng)動水壓曲線的位置，但這種定壓方式，一般需連續(xù)運行，耗電大。利用氣壓罐結(jié)合補水泵的定壓補水裝置在鋼鐵行業(yè)中被大量使用，它主要由補水泵、隔膜式氣壓水罐、安全閥、電接點壓力表和電磁閥組成，它的工作原理如下：當系統(tǒng)準備運行時，開啟補水泵，水被送至管網(wǎng)的同時也被送至氣壓水罐的水室，水室擴大并將罐內(nèi)的氣體壓縮，罐內(nèi)的壓力隨之升高，當壓力升高至zui高工作壓力時（系統(tǒng)zui高點和定壓點之間的高差加上3～5mH2O），水泵停轉(zhuǎn)，系統(tǒng)已充滿水，利用氣壓罐內(nèi)的壓力來維持管網(wǎng)的壓力，當系統(tǒng)運行過程中，由于系統(tǒng)漏水或水溫改變導致系統(tǒng)水體積減少時，氣壓罐內(nèi)的水室縮小，罐內(nèi)氣體膨脹，壓力降低，當壓力降低至系統(tǒng)zui低工作壓力時（系統(tǒng)zui高點和定壓點之間的高差加上1mH2O），水泵開啟，系統(tǒng)進行補水。裝置中的壓力表和電磁閥均是安全保護裝置，當系統(tǒng)超壓時，可通過壓力表和電磁閥將多余的水排出系統(tǒng)。氣壓罐結(jié)合補水泵的定壓補水裝置的設備選型計算過程如下： 
1.5 補水泵的選擇 
系統(tǒng)內(nèi)的水，當為熱水或冷熱兩用時，應采用軟化水，當軟化水壓力不能直接供入水箱時，應另設水泵補水，補水泵的自動補水量可按系統(tǒng)循環(huán)水量的1％考慮，事故補水按系統(tǒng)循環(huán)水量的3％考慮，直接補入循環(huán)水泵的入口處，補水泵的揚程應按補水點與系統(tǒng)zui高點的高差加上3～5mH2O的富裕量考慮。 
1.6 氣壓罐的選擇 
氣壓罐的zui高工作壓力應大于補水泵的揚程。 
罐體的容積應按罐體內(nèi)的水容積選擇，罐體內(nèi)的水容積應按膨脹水箱的容積選擇，即罐內(nèi)的水容積應能夠容納水系統(tǒng)的膨脹量。 
室內(nèi)機械循環(huán)供熱管路（溫差20～25℃）7.8 
室外機械循環(huán)供熱管路（溫差20～25℃）5.8 
室內(nèi)機械循環(huán)供冷（溫差5℃）或冷熱兩用31.2 
室外機械循環(huán)供冷（溫差5℃）或冷熱兩用23.2 
鍋爐2～5 
制冷機的殼管式蒸發(fā)器1 
蒸汽－水或水－水熱交換器1 
表冷器（冷熱盤管1） 
2、空調(diào)管路的設計配置 
2.1 煉鋼主廠房內(nèi)空調(diào)管路的配置 
同程系統(tǒng)比異程系統(tǒng)水力工況更穩(wěn)定，流量分配也更均勻，有利于空調(diào)水系統(tǒng)的水力平衡，鋼鐵廠房內(nèi)的空調(diào)主管線多是沿廠房柱列線布置，所以很容易采取同程式系統(tǒng)（如圖所示），但是各空調(diào)用戶由于距離空調(diào)主管線的距離不同，室內(nèi)布置情況不同，很難采用同程式的布置（如圖用戶1～4的室內(nèi)管線），對此的解決辦法是先按經(jīng)濟比摩阻確定一個距離空調(diào)主管線zui遠可能壓力損失zui大用戶的壓力損失，以此壓力損失為依據(jù)來確定其他環(huán)路的管徑，這樣就能使流量按各空調(diào)用戶的需求進行分配，減少調(diào)試的工作量。各空調(diào)用戶內(nèi)部的管線如無條件可采用異程式布置，各空調(diào)末端可采用手動閥或平衡閥進行調(diào)節(jié)。 
2.2 煉鋼主廠房外空調(diào)管線的配置 
一般講室外保溫管道敷設有架空敷設，地溝敷設，直埋敷設這三種，其中架空敷設在工廠企業(yè)工程上常有應用，但有的用戶點距離空調(diào)機房比較遠，如大量采用架空管道，容易影響廠區(qū)的總體布置，影響廠區(qū)的美觀。另外區(qū)域供熱供冷工程常因室外地下管道交錯而難以設置，常用的地下管道有強、弱電、給排水、煤氣等，國家規(guī)范對種管道設置間距有具體要求，各種室外管道應盡可能減少各自地下占有空間并將各自關(guān)系理順，區(qū)域地下管網(wǎng)方可有效實施，這方面直埋比地溝敷設*?，F(xiàn)就工程做法簡單且工藝成熟的聚氨酯直埋管道的應用進行分析比較。 
2.2.1 保溫直埋管道的結(jié)構(gòu)和特點 
直埋式預制保溫管是由輸送介質(zhì)的內(nèi)鋼管，外套管和在內(nèi)鋼管和外套管之間填充的憎水不燃型聚氨酯保溫層緊密結(jié)合而制成的整體預制管材，保溫層采用發(fā)泡工藝使其和外套管緊密在一起。因為管道直埋，保溫管道直接承受土壤及地面活荷載，同時又受到地下潮氣及地下水侵蝕，因此，保溫直埋管在防水、防腐及機械強度等方面性能都要求較高，因此，僅管道一項直埋管工程造價較高。但因其工程綜合造價較低，施工簡便，和地溝敷設相比，節(jié)約土石方工程量、磚砌混凝土工程量，施工工期縮短一半以上。而且實際直埋保溫管道不僅保溫效果好，綜合造價低，而且在嚴格按要求施工的情況下，保溫管經(jīng)六年實物解剖分析和人工老化試驗證實使用壽命在15年以上，而地溝敷設保溫管保溫材料為巖棉或離心棉一般3-5年需更換一次。綜上所述，直埋保溫管道在保溫性能，初投資，施工條件，維護工作量及日常運行費上均有較大優(yōu)勢。 
2.2.2 保溫直埋管道的設計 
因本工程空調(diào)用熱水的zui高溫度為60℃，zui低溫度為7℃，因此直埋管道承受的應力不會太大。一般直埋管道材料為20號無縫鋼管或Q235管材，在15℃以上的溫度下安裝時，直埋敷設供熱管道（<100℃）不用采取任何措施，按無補償安裝形式將管道直接埋設地下（無固定支座、無補償器），管道就可達到安全運行。因此對于區(qū)域供冷供熱（<100℃的水系統(tǒng)）使用無補償安裝形式將是便捷、安全和經(jīng)濟的。無補償直埋敷設是利用土壤與外套管之間的摩擦力固定管道。管道敷設完覆土前應預熱管道，管線上無需設補償器，通常也無需設固定支架。為減小工程費用，可在預熱的同時進行水壓試驗。區(qū)域供冷供熱的管線特點是管內(nèi)介質(zhì)溫度不高（<100℃），工作壓力<1.0MPa，但管線較長，直管段經(jīng)常長達幾百米。土壤摩擦力遠大于溫度應力，在直管段中間出現(xiàn)“錨固段"， 錨固端為危險斷面，要應力驗算使之滿足鋼材許用應力。使用無補償安裝形式的直埋敷設供熱管道的水平彎頭、三通處應力集中。，設計時，應通過應力計算，選擇合適壓力等級的彎頭及三通。一般來說，對空調(diào)供回水管道，為保險起見，在選用彎頭和三通時可以考慮采用比管道高一個壓力等級?！?nbsp;
3、結(jié)論 
1、對于鋼鐵廠*空調(diào)系統(tǒng)主機的選擇，應充分考慮廠內(nèi)的能源配置情況，有富裕蒸汽的地方，應優(yōu)先選用蒸汽型溴化鋰機組； 
2、對于鋼鐵廠內(nèi)各空調(diào)用戶比較分散，利用膨脹水箱的定壓補水方式比較困難，可采用氣壓罐結(jié)合補水泵的定壓補水裝置； 
3、廠房內(nèi)的空調(diào)主管線應盡量采用同程式布置。各空調(diào)用戶的設計應先按經(jīng)濟比摩阻確定一個距離空調(diào)主管線zui遠可能壓力損失zui大用戶的壓力損失，以此壓力損失為依據(jù)來確定其他環(huán)路的管徑； 
4、對于區(qū)域供冷供熱管道的可采用無補償直埋保溫管道，但應注意“錨固段，以及彎頭，三通等應力比較集中處的應力計算。