水源多联机系统设计选型的综合指南

随着建筑行业对节能高效制冷供暖系统的需求不断增长，水源多联机系统因其优越的性能和灵活性而成为首选。这种系统不仅可以根据季节和负荷变化调节其制冷和供热能力，还能提供稳定且经济的室内环境控制。为了更好地理解这种系统的设计选型，本文将探讨水源多联机系统的关键构成部分及其设计考虑。

随着建筑行业对节能高效制冷供暖系统的需求不断增长，水源多联机系统因其优越的性能和灵活性而成为首选。这种系统不仅可以根据季节和负荷变化调节其制冷和供热能力，还能提供稳定且经济的室内环境控制。为了更好地理解这种系统的设计选型，本文将探讨水源多联机系统的关键构成部分及其设计考虑。

一、 水源多联机系统的构成

水源多联机系统的核心部分包括室内外机组、冷却塔、冷却水泵和锅炉。这些部件共同工作，提供高效的热交换和能量管理。

室内机组 ：室内机组通常安装在建筑的各个房间或区域内，负责空气的冷却或加热。它们通过吸收或排放热量，以维持室内的温度和舒适度。
室外机组 ：室外机组是系统的心脏，通常安装在建筑的屋顶或其他开放空间。这些机组包括压缩机、冷凝器和蒸发器，负责与室内机组进行热交换。
冷却塔 ：冷却塔用于排放系统中多余的热量，是系统能效的关键组件。它通过水蒸发过程中的热交换来冷却系统。
冷却水泵 ：冷却水泵确保冷却水在系统中的有效循环，对于维持系统整体性能至关重要。
锅炉：在供热模式下，锅炉提供热水或蒸汽，以供室内机组使用，从而实现空气加热。

1.主机及室内机

2.冷却塔(闭式)

3.锅炉及板式换热器

4.循环水泵

5.膨胀水箱

6.阀门及附件

7.其他辅助设备

水源多联机热泵=水冷回路+VRV室内回路

二、 冷媒侧的设计选型

在水源多联机系统中，冷媒侧的设计具有关键性意义。选择合适的冷媒和设计高效的冷媒循环系统对于保证系统稳定运行至关重要。其选型主要有： 1.室内外机选型→2.室外机容量修正→3.室内机容量修正→4.冷却水量计算。

冷媒选择 ：冷媒的选择应基于其热力学特性、环境友好性和成本效益。当前，常用的冷媒如R410A和R134a提供了良好的热交换性能和较低的环境影响。在选择冷媒时，还需考虑其在不同温度和压力下的性能，以确保系统在各种条件下都能高效运行。
管道设计 ：冷媒管道的设计需要充分考虑系统的规模、布局和所需的冷媒流量。管道直径、长度和布局会直接影响冷媒的流动效率和压力损失。合理的管道设计可以减少能耗，提高系统的整体性能。
压缩机选择 ：作为冷媒循环的核心，压缩机的选择至关重要。压缩机的类型、容量和效率将直接影响系统的性能。变频压缩机因其调节速度的能力而越来越受欢迎，它可以根据实际需求调整运行速度，从而提高能效和减少能耗。

三、 水系统的设计选型

水系统在水源多联机系统中扮演着至关重要的角色。它不仅涉及冷却水循环，还包括供热系统的设计。其选型主要有：

1.水系统设计→2.冷却塔选型→3.冷却水泵选型→4.锅炉容量选型→5.板换选型→6.锅炉循环泵选型→7.计算膨胀水箱容积→8.绘制系统图。

冷却水循环系统 ：在设计冷却水循环系统时，首先要确定所需的水流量，这通常基于系统的热负荷和冷却要求。管径的选择需要满足流量需求，同时考虑压力损失和能效。此外，还需确保管道材料能够承受长期的水流腐蚀和压力。
供热系统 ：在供热模式下，水系统需要能够高效地从锅炉传输热量到室内机组。这要求管道设计必须能够最大化热交换效率，并确保系统中的水能够均匀分布。
水泵选择 ：水泵的选择关键在于其能够提供足够的流量和扬程，同时保持高能效。变频水泵因其能够根据实际需求调节流量而成为理想选择，有助于减少能耗和提高系统整体的能效。

空调水系统的类型

依据	分类	特点
是否与大气连通	开式	回路与大气直接连通（例如：连接了开式冷却塔的水回路）。
是否与大气连通	闭式	封闭回路，不与室外大气接触，需设置膨胀水箱以适应水量变化；水质比较稳定，不容易受污染、产生杂质。
环路管长是否相等	异程式	系统内各环路长度不一；管材消耗较少、但较难调节流量平衡。
环路管长是否相等	同程式	系统内各环路长度基本相等；管材消耗较多，但容易调节流量平衡。
水流量是否变化	定流量	系统内循环水量固定。
水流量是否变化	变流量	系统内循环水量可根据需要变化（通过变频泵调节流量，或采用多台定频泵并联的方式，通过控制水泵开启台数改变流量）。

同程式和异程式水系统

确定管径

等摩擦法（利用摩擦损失曲线图）

主管尺寸：根据设备的总循环流量，在单位摩擦损失为300-1000Pa/m的范围内来确定。

1）读取单位摩擦损失压差；

2）同时检测流速。

推荐流速如下：

管径（mm）	推荐流速(m/s）
≤25	0.6～1.2
50～100	1.2～2.1
>125	2.1～2.7

保持最小腐蚀的最大流速

年中运转时间（hr）	容许最大流速（m/s）
1500	3.7
2000	3.5
3000	3.4
4000	3.0
6000	2.7
8000	2.4

分支管的各配管尺寸

根据流量和预先选定的单位摩擦损失，在曲线图上读出交点数值。

注意：

1.如果支管的单位摩擦损失比主管还大，则因为阻抗过大、流量达不到所需值，因此应选择单位摩擦损失压差不太大的配管。

2.在流量过大时使用阀门进行调整。

注：

1）流速过快：水的腐蚀作用明显，水流噪音明显。

2）流速过慢：容易堆积杂物，容易引起空气残留，对管道造成腐蚀。

常用的最低限度的流速：0.6m/s。

确定管径

公式计算法，水管管径亦可按照下述公式进行计算：

公式中：L----该管段的水流量 (m ³ /h)

V----该管段允许的水流速 (m/s)

流速V的确定：

当管径在DN100～DN250之间时，流速推荐值为1.5m/s左右

当管径小于DN100时,推荐流速应小于1.0m/s

管径大于DN250时，流速可再加大

进行计算时应该注意管径和推荐流速的对应。 确定管径

其他参考资料

a. GBJ13－86《室外给水设计规范》的推荐流速（m/s）

管道种类	管道公称直径（mm）
管道种类	<250	25～1000	25～1600	>1000	>1600
水泵吸水管	1.0～1.2	1.2～1.6		1.5～2.0
水泵出水管	1.5～2.0		2.0～2.5		2.0～3.0

b. GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》冷却塔循环管道流速推荐值：

循环干管管径(mm)	DN≤250	250～500	≥500
推荐流速(m/s)	1.5～2.0	2.0～2.5	2.5～3.0

c. Carrier设计手册的推荐值

管道种类	推荐流速（m/s）	管道种类	推荐流速（m/s）
水泵吸水管	1.2～2.1	一般供水干管	1.5～3.0
水泵出水管	2.4～3.6	室内供水立管	0.9～3.0

d. 随着直径的增大，管道本身和阀门等配件的价格以及安装费用都大幅度上升。因此，对大直径管道，流速宜选择接近上限的数值。

例：如图，某水源热泵系统，冷却水管为同程式，以绿线所示回路为代表，做水力计算：

各管段长度及流量如下：

管段

①+②

③

④

⑤

⑥

流量

(l/s)

11.2

6.4

4.8

11.2

管长

(m)

4.5

9.5

*此处简化了多模块系统的冷却水管道和当层的水平管道。

1.选定管径并查出比摩阻（单位管长的沿程阻力）

根据流量及管径，可在下图中查询到相应的比摩阻数值：

2.查出局部阻力部件的阻力系数

三通、弯头、常用阀门等的阻力系数可以在《实用供热空调设计手册》中查得

其阻力=阻力系数ξ*动压=ξ*V2ρ/2

3.水力计算结果如下：

管段	流量 (l/s)	设计管径	流速 (m/s)	比摩阻 (Pa/m)	管长 (m)	动压	局阻部件	局阻系数
①+②	11.2	DN100	1.27	182.8	23	802.2	弯头+弯头+合流三通	1+1+3
③	8	DN80	1.57	394.2	4.5	1230.4	合流三通	3
④	6.4	DN70	1.26	612.1	4.5	1546.5	合流三通	3
⑤	4.8	DN70	1.32	348.1	4.5	869.9	弯头	1
⑥	11.2	DN100	1.27	182.8	9.5	802.2	弯头+分流三通	1+3

管路阻力=Σ(比摩阻*管长)+Σ(局阻系数*动压)=28452.6 Pa =3m· H ₂ O

四、冷却塔设计选型

冷却塔是水源多联机系统中的另一个重要组件，它的设计直接关系到系统的冷却效率和能耗。

冷却塔类型 ：根据应用的不同，可选用开放式、闭式或蒸发式冷却塔。开放式冷却塔直接接触空气，效率较高，但可能受到环境污染的影响。闭式冷却塔则能更好地控制水质，但其冷却效率略低。蒸发式冷却塔结合了两者的优点，但成本和维护需求较高。
散热能力 ：冷却塔的散热能力应与系统的热负荷相匹配。过大或过小的冷却塔都会影响系统的效率和运行成本。
能效和噪音控制 ：在选择冷却塔时，还应考虑其能效比和噪音水平。高效能的冷却塔能够降低能耗，而低噪音设计则对于减少环境影响至关重要。

具体来讲：

冷却塔选型用参数：

1.冷却水流量

2.水温降（即室外机进出水温差，一般在5℃左右）

3.项目地室外空气湿球温度（上海：28.2 ℃ WB）

4. 散热负荷：Q＝（Q _f +Q _d *Q _f /Q _s ）*1.1～1.2

Q _f ——建筑物最大冷负荷 w

Q _s ——空调系统设计总冷量 w

Q _d ——空调系统总耗电量 w

根据以上参数可在冷却塔厂家提供的选型资料中选取合适的冷却塔。

冷却塔选型时需要明确的数据，除产品的型号、排热量、尺寸外，还应查出该冷却塔在设计工况下的水压降，以便确定水泵扬程。

例：

项目地点：上海（室外28.2℃WB）

总冷负荷：500kw

设计冷量：540kw

详细机型：RWEYQ10MY1*20台（以大金为例）

FXDQ50*100台

设备耗电：RWEYQ10MY1 6.03kw/台

FXDQ50 0.165kw/台

循环水量：每台 96l/min

进出水温：32/37℃

设备总耗电量：6.03*20+0.165*100＝137.1kw

所需冷却塔散热量：Q＝（500+137.1*500/540）*1.1＝690kw

所需冷却水流量：96 l/min*20台=1920 l/min=32 l/s

根据某品牌闭式冷却塔资料，选型如下：

型号	FBT5B	风机	5.5 kw *1
压降	54.4 kPa	喷淋泵	5.5 kw *1
运行重量	7905 kg	尺寸	131435883800 （ mm ）

注：一般来说，散热负荷（=水量[l/s]×水温降[℃] ×4.186），都会大于前面所讲的散热负荷Q＝（Q _f +Q _d *Q _f /Q _s ）*1.1～1.2，如果散热负荷小的话，建议用用散热负荷Q作为修正的基数，以避免出现排热能力不足的情况。

五、 冷却水泵和锅炉的设计选型

在水源多联机系统中，冷却水泵和锅炉的选择对于系统的整体性能和效率有着重要影响。

冷却水泵 ：选择合适的冷却水泵需要考虑到所需的流量、扬程和能效。高效的水泵可以显著降低能耗，提高系统整体的能效。水泵的容量和速度应能够根据系统的实际需求进行调节，以适应不同的运行条件。
锅炉：锅炉作为供热系统的热源，其选择应基于热效率、容量和燃料类型。高效能的锅炉可以提供稳定和经济的热源，同时减少环境污染。在选择锅炉时，还需要考虑排放标准、安全性以及维护的便利性。

六、其他

1、系统控制和自动化

系统的控制和自动化对于保证水源多联机系统的高效运行至关重要。控制系统应该能够准确地监测和调节室内外温度、湿度和其他关键参数。自动化系统可以帮助优化能源使用，降低运行成本。

2、能效和环保标准

在设计选型过程中，还应考虑系统的能效和对环境的影响。选择高效能的设备和环保的材料可以减少能源消耗和减少对环境的影响。

3、 维护和运行成本

系统的维护和运行成本也是设计选型时需要考虑的重要因素。一个设计良好的系统不仅在初始安装时成本效益高，而且在长期运行中也能保持低维护和运行成本。