初级空调.docx

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初级空调

空调教育训练

初級 教學單元

空調初級教育訓練時間表

科目

上课

1.空調用鋼管種類及規格

0.5

練習題

0.5

2.空調系統標稱冷卻水量與冰水量如何決定

0.5

練習題

0.5

3.直接回水配管與逆回水配管設計法則

0.5

練習題

0.5

4.如何選擇空調水管尺寸

0.5

練習題

0.5

5.水管保溫厚度計算

0.5

練習題

0.5

6.開放式膨脹水箱容量計算

0.5

練習題

0.5

7.何謂淨正吸入頭NPSH

0.5

練習題

0.5

8.何謂水錐效應

0.5

練習題

0.5

9.何謂水泵系統揚程

0.5

練習題

0.5

10.水泵性能定律

0.5

練習題

0.5

11.何謂管件壓力損失等效長度

0.5

練習題

0.5

1空調用鋼管種類及規格

2空調系統標稱冷卻水量與冰水量如何決定

3直接回水配管與逆回水配管設計法則

4如何選擇空調水管尺寸

5水管保溫厚度計算

6開放式膨脹水箱容量計算

7何謂淨正吸入頭NPSH

8何謂水錐效應

9何謂水泵系統揚程

10水泵性能定律

11何謂管件壓力損失等效長度

空調用鋼管種類及規格

管的種類可區分為鋼管、鑄鐵管、非金屬管等，空調配管常用管材為鋼管，而鋼管為了防止腐蝕，在管之裡外均鍍上鋅者，稱之為鍍鋅鋼管，未鍍鋅者稱為黑鋼管。

鋼管又分為有縫鋼管與無縫鋼管二種。

空調水配管常用有縫鋼管，而無縫鋼管則使用在冷媒配管中較多。

目前常用鋼管規格可分為中國CNS及美國標準，其標準內容如下︰

1.CNS2056G3030低压有缝钢管

2.CNS6445G3127配管用碳钢钢管

3.CNS2606C4060电线用钢管

4.CNS4178G3098高压有缝钢管

5.美规ASTMA53

6.BSM&B国内钢管厂自订规格B级管

7.BSA-1国内钢管厂自订规格A级管

●空調系統標稱冷卻水量與冰水量如何決定

假設有一空調主機，其冷凍能力為1USRT（3024Kcal/Hr），因一般市售冰水器入水溫度為12℃，而出水溫度7℃，其溫差5℃時，流入該冰水器之冰水流量可由下列公式計算得之

熱量H（Kcal/Hr）=60X流量Q（L/min）X水比熱X進出水溫度差（℃）

3024Kcal/Hr=60XQ（L/min）X1X（12-7）℃

　　　　　→Q≒10L/min

因此當冷凍能力為1USRT時，而流入熱交換器之進出水溫度為5℃時，其每1USRT所需冰水量為10L/min。

在冷凝器冷卻水量因冷凝器能力為冰水器能力+壓縮機壓縮功，一般壓縮機壓縮功為冰水器冷凍能力之25~30％，故市售空調箱主機冷凝器能力為3024Kcal/Hr+3024Kcal/HrX30％=3931Kcal/Hr，其冷凝器進出水溫度為32℃/37℃，溫度差為5℃，故其冷卻水量為︰

　　3931Kcal/Hr=60XQ（L/min）X1X（37-32）℃

　　　　　→Q≒13L/min

　　因此當空調主機1USRT冷凍能力時，其冷凝器所需之冷卻水量為13L/min。

　　當非標準市售空調主機規格時，不同壓縮機壓縮功與進出水溫度差，即得不同流量，因此需重新計算設計流量。

直接回水配管與逆回水配管設計法則

空調密閉冰水系統配管方式可分為直接回水配管與逆回水配管。

其配管方式如下圖︰

在密閉冰水系統，進入空調箱或室內送風機冰水盤管的冰水流量如果減少，那樣即會影響該空調設備應有的設計冷卻能力，因此如何確保在每一個空調設備皆能獲得正確設計冰水流量，即為配管設計最重要的課題。

　　為確保每一各空調箱設備有一定設計水量，必須先確保每一設備管路壓力損失一樣，如此即可使每一回路設計水量均衡。

每一回路設備管路壓力損失包含盤管壓力損與管路等效壓力損（含管路彎頭、三通、閥件壓力損），因此假設每回路空調盤管壓力損皆一樣時，在直接回水配管法中，回路A接近進出水管，即其配管管路最短，其管路等效壓力損即最小，而回路D離進出水管最遠，即其從進水至出水，其配管管路最長，其管路等效壓力損即最大，如此配管系統即會產生大量冰水流入回路A，而使最末端回路D無法達到應有的設計水量，導致回路D空調設備無法發揮應有的功能，為改善直接回水配管法的缺失，因而發展出逆回水配管法，藉以改善上述的缺點。

逆回水的配管法中，可由上圖看出回路A、B、C與回路D之配管長度是一樣的，其管路壓力損失皆一樣，因此使各回路皆可獲得均衡設計水量。

　　理論上，設計逆回水配管法可使各回路空調設備獲得均衡的設計水量，但實務上是如此嗎?

答案是否定的，因為一開始我們即假設各回路空調設備盤管壓降是一樣，而逆回水配管法能造就相同的每一回路管路等效壓力損，但在實務設計每一回路空調設備盤管壓力降是無法一樣的，因此縱然利用逆回水配管法造就相同的管路等效壓力損。

但每一回路因空調設備壓力降不同，而使每一回路總壓力損失不同，因而使系統流量不均衡。

　　因此建議在密閉管路設計中，以採逆回水配管，再加上平衡閥的適當安裝。

如何選擇空調水管尺寸

流體在管內流動時，因為粘度會造成與管壁之摩擦力，因而產生能量之損失，此時單位重量流體所損失之能量稱為損失水頭，或管路壓力降。

　　一般直管之摩擦損失水頭h常用下列公式來計算︰

　λ︰摩擦損失係數　　l︰管之長度

　d︰管之內徑　　V︰管內平均流速

由上式得之︰摩擦損失水頭與流速V之平方及管之長度L成正比，與管之直徑成正比，與管壓力大小無關。

而管內面粗糙度所造成之影響程度定為摩擦損失係數λ，因冷卻管路為開放系統，管壁因而容易結垢，而冰水管路為密閉系統，管壁不易結垢﹔因此冷卻管路之摩擦損失係數λ值比冰水管路為大。

　　空調水管尺寸選擇中，我們常用摩擦損失水頭線圖來選擇管徑

　　　1.開放冷卻水管摩擦損失水頭線圖

　　　2.密閉冰水管摩擦損失水頭線圖

因空調管路每段水流速不同，故在管徑尺寸選擇中，我們定義一定之單位長度損失水頭（MAq/1MorFtWG/100Ft），與水流量，根據水量值與單位長度損失水頭值即可在摩擦損失水頭線圖查得管徑尺寸與水流速，一般單位長度損失水頭建議在3~5FtWG/100Ft之間，因為單位長度損失水頭如取得太大，其管徑即較小，而使水流速增大，造成水系統問題產生，如取得太小，其管徑即非常大，而使造價成本偏高，不符經濟效益。

例如

　　有一冷卻管路，其冷卻水流量為300GPM，而單位長度損失水頭值為4FtWG/100Ft，則根據開放冷卻水管摩差損失水頭線圖查得所需管徑為5in，當實際將5in管路流過300GPM冷卻水量時，其單位長度損失水頭值為2.98FtWG/100Ft。

水管保溫厚度計算

決定保溫管之厚度，由溫度之相對安全性，能源之經濟性，材料費用等因素決定。

其中溫度之相對安全性，為如何決定表面溫度以下之材料厚度，其方法入下所述︰

D1，D2︰保溫材料之內外徑（m）

λ︰保溫材料之熱傳導率（Kcal/m‧h‧℃）

α︰保溫材料向外氣熱傳之表面傳熱率（Kcal/m‧h‧℃）

θi︰管內流體溫度℃

θs︰保溫材表面之溫度℃

θ0︰管內流體溫度℃

為簡化繁瑣的計算方式，以下提供管路保溫經濟厚度選用表

外氣條件

管路口徑

管路內溫度

60℃

15℃

10℃

5℃

0℃

-10℃

-20℃

-40℃

-60℃

一大氣壓

室溫30℃

相對溼度70％

1/2"~2"

1/2"

3/8"

1/2"

5/8"

3/4’

1-1/8"

1-1/2"

2"

2-1/4"

2-1/2"~5"

5/8"

3/8"

5/8"

3/4"

1"

1-3/8"

1-3/4"

2-1/2"

2-5/8"

6"~12"

3/4"

1/2"

3/4"

7/8’

1-1/4"

1-1/2"

2"

3-1/2"

3-3/4"

一大氣壓

室溫30℃

相對溼度80％

1/2"~2"

1/2"

1/2"

5/8"

7/8"

1"

1-3/4"

2"

2-1/2"

2-3/4"

2-1/2"~5"

5/8"

1/2"

3/4"

1"

1-1/8"

2-1/4"

2-1/2"

3"

3-1/4"

6"~12"

3/4"

3/4"

7/8"

1-1/8"

1-1/4"

2-1/2"

3"

4"

4-1/2"

一大氣壓

室溫30℃

相對溼度90％

1/2"~2"

1/2"

1"

1-1/4"

1-1/2"

1-7/8"

2-1/4"

2-3/4"

3-1/2"

4-1/2"

2-1/2"~5"

5/8"

1-1/8"

1-1/2"

1-7/8"

2-1/4"

2-3/4"

3-1/2"

4-1/4"

5-1/4"

6"~12"

3/4"

1-1/4"

1-3/4"

2-1/2"

2-1/2"

3-1/4"

4"

5"

6"

●開放式膨脹水箱容量計算

開放式膨脹水箱，主要在空調管路應用功能，是為讓因溫度變化而使管內水收縮膨脹所產生之水體積有地方容納，因此如何計算其體積膨脹量，必須先算出配管系統中所有管路之內體積與機器設備水容積，在查得其運轉前溫度之比體積，與運轉後溫度比體積，兩者之差即得其膨脹量。

例如　有一冰水系統，其全部管路體積+機器設備體積為30m^3，空調運轉前水溫為20℃，其比體積為0.0010017m/Kg，運轉後其水溫度為5℃，比體積為0.001m/Kg，故其冰水膨脹量為︰

　　　　管路全部容積為30m^3，其單位重量為30m^3x1000Kg/m=30000Kg

　　　　膨脹量=30000Kg（0.0010017-0.001）m/Kg=51L

由上例可知，在使用之冰水系統，其因溫差並非很大，故其膨脹量非常地小，但如使用在熱水系統或嚴寒之地區，其膨脹量即非常地大。

●何謂淨正吸入頭NPSH

水在一溫度下具有一定之飽和壓力時，會使水蒸發成水蒸氣，而在泵浦吸入端至葉輪間會存在一壓力損失，因此NPSH為必需維持水流入泵浦內，以克服泵浦內部壓力損失所需的吸入壓力稱之。

　　泵浦所需NPSH值如不足，即會使水在泵浦吸入口蒸發，而形成氣泡，這些氣泡送到泵浦出口時，因壓力昇高，使氣泡崩潰，造成泵浦內部震動，發出低隆隆的噪音，更使葉輪表面形成麻點或侵蝕的機械損害。

●何謂水鎚效應

水鎚現象為一封閉管路中，因流速急劇變化，導致壓力亦隨之發生劇變的一種現象。

空調管路系統因為一密閉循環管路，發生水鎚現象常因泵浦停止運轉，導致管中水流急速變化，使管內壓力亦變化，而使管路發生震動與噪音。

解決水鎚現象方法常在管路上加裝水鎚吸收器，或在水泵上安裝緩衝啟動器

●何謂水泵系統揚程

在一空調管路循環中，泵浦輸送冷卻水或冰水時，在管路中流動必受到管路、閥件、彎頭、三通與空調設備間的摩擦阻力，而水泵自出口端輸送水至入口端，期間必須克服的摩擦阻力稱為系統揚程。

●水泵性能定律

水泵的水量、轉速、葉輪直徑、水頭損失與馬力數會有一關係式如下︰

　1.水量與轉速成正比

　2.水頭損失與轉速平方成正比

　3.馬力與轉速三次方成正比

　4.轉速與葉輪直徑成正比

●何謂管件壓力損失等效長度

在空調管路系統中，水流過閥體或彎頭三通時，必會產生一摩擦阻力，然而在計算水泵系統揚程時，為簡化計算流程，將管件摩擦阻力換算成直管的摩擦損失稱之。

<例如>

　　有一5"閘門閥，其摩擦損失等效長度為6Ft，其意義即表示有一5"閘門閥，當流過一定水量時，其產生之摩擦阻力與一5"直管，長度6Ft管路所產生之摩擦阻力相同稱之。

因此在空調管件的摩擦阻力即全部換算成直管長度，以簡化揚程計算。

1何謂靜壓

於風管系統中，當空氣在風管中流動，對其管壁產生的摩擦力稱之。

2何谓动压

於風管系統中，當空氣在風管中流動，因風速而產生的壓力稱之。

Pv：

動壓（mmAq）g：

重力加速度（m／s²）

v：

風速（m／s）r：

空氣比重（kg／m³）

3何谓全压

於風管系統中，當空氣在風管中流動，靜壓力與動壓力之和稱之。

Pt：

全壓

Pv：

動壓

Ps：

全壓

4何谓摩擦阻抗

當流體在風管中流動時，流體與周圍管壁之間所產生的摩擦，此摩擦的現象變成一種阻抗力。

5何谓局部阻抗

空氣在風管中流動時，風管若有彎頭，三通或斷面變化時，導致空氣氣流狀態改變而產生阻抗稱之。

6风管设计法有哪些

風管設計有三種方法：

a．速度法　　b．等摩擦法　　c．靜壓再得法

a．速度法：

此法設計風管，首先選擇開始風速，依所需風量查表得圓形風管尺寸與摩擦

損失。

因此設計者需自行決定各段風管風速，才能查表得知圓形風管尺寸與

摩擦損失。

所以此法需要豐富的設計經驗與知識，一般很少採用此設計法。

b．等摩擦法：

此法是將全部風管假設每一點皆有相同的單位長度之摩擦損失來計算風管大小，此法設計簡單，但風量平衡效果差，需要在各分支風管加裝風量調整器，以平衡調整風量。

c．靜壓再得法：

此法係利用每一段分支風管風速減低後，會使靜壓再增加，此增加靜壓量剛好抵消後段風管產生之摩擦損失。

因此每段分支風管其阻抗皆相同，其系統風量即可平衡風量。

7高速与低速风管区分

高速與低速風管分別為以風速為區分，風速在15m／s以下，稱為低速風管15m／s以上為高速風管。

以壓力區分時，低壓風管壓力為3inWG以下、中壓風管為3~6inWG、高壓風管為6~12inWG。

8何谓风管宽X高比值

風管寬高比值為風管長邊與短邊之比率；寬高比在設計風管時是個很重要的考慮因素，寬高比值太大會增加鐵皮厚度與工程成本，因此設計時需控制一定寬高比值。

9风管风速于设计考量上如何

風管風速會影響風管尺寸，摩擦阻抗與噪音振動。

　　風速增大時其風管尺寸較小，但其摩擦阻抗與噪音皆增大，因此各種場所風速之訂立可參考下表：

風管最大風速參考表

適用場合

控制因素–噪音

主風管（FPM）

控制因素–風管摩擦率

主風管

支風管

供風（FPM）

回風（FPM）

供風（FPM）

回風（FPM）

住宅

600

1000

800

600

600

套房

旅館臥室

醫院病房

1000

1500

1300

1200

1000

辦公室

會客室

圖書館

1200

2000

1500

1600

1200

戲院

大禮堂

800

1300

1100

1000

800

一般辦公室

高級餐廳

高級百貨店

銀行

1500

2000

1500

1600

1200

普通百貨店

自助餐廳

1800

2000

1500

1600

1200

工廠

2500

3000

1800

2200

1500

10等摩擦法风管设计程序

等摩擦法風管設計程序如下：

a.決定主風管風量與主風管風速值。

b.根據主風管風量與風速值查圓型風管摩擦損失表，得主風管圓型風管直徑與摩擦損失值。

圓形風管摩擦損失表

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      c.依各段分支風管風量與摩擦盾損失值查圓型風管摩擦損失表，得各段分支風管圓型風管直徑。

      d.將圓型風管直徑用圓型-方型風管換算表，換算出方型風管長寬尺寸。

例題：

有一風管系統，主風管風量為30000CMH，主風管風速為10m／s，分支風管風量為

10000CMH，求其各風管尺寸資料。

a.主風管風量為30000CMH，風速為10m／s，查圓型風管摩擦損失表得摩擦損失為

0.085mmaq／m，圓型風管直徑103cm。

b．依分支風管風量10000CMH與摩擦損失0.085mmaq／m，查圓型風管摩擦損失表得

分支風管圓型直徑為68cm。

C．將圓型風管直徑換算成方型風管尺寸，查圓型-方型風管換算表：

假設主風管高度值為50cm，其寬度為200cm，其方型風管尺寸即200×50cm

假設分支風管高度值為40cm，其寬度為140cm，其方型風管尺寸即140×40cm

圓型風管換算成長方形風管的換算表

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5~130

135

140

145

150

:

22.2

22.5

22.8

23.1

:

33.9

34.4

34.9

35.3

:

43.3

43.9

44.5

45.2

:

51.4

52.2

52.9

53.6

:

58.6

59.5

60.4

61.2

:

65.2

66.2

67.2

68.1

:

71.3

72.4

73.5

74.5

:

76.9

78.1

79.3

80.5

:

82.2

83.5

84.8

86.1

:

87.2

88.6

90.0

91.3

155

160

165

170

175

23.4

23.7

23.9

24.2

24.5

35.8

36.2

36.7

37.1

37.5

45.7

46.3

46.9

47.5

48.0

54.4

55.1

55.7

56.4

57.1

62.1

62.9

63.7

64.4

65.2

69.1

70.0

70.9

71.8

72.6

75.6

76.6

77.6

78.5

79.5

81.6

82.7

83.8

84.9

85.9

87.3

88.5

89.7

90.8

91.9

92.6

93.9

95.2

96.4

97.6

180

185

190

195

200

210~300

24.7

25.0

25.3

25.5

25.8

:

37.9

38.3

38.7

39.1

39.5

:

48.5

49.1

49.6

50.1

50.6

:

57.7

58.4

59.0

59.6

60.2

:

66.0

66.7

67.4

68.1

68.8

:

73.5

74.3

75.1

75.9

76.7

:

80.4

81.4

82.2

83.1

84.0

:

86.9

87.9

88.9

89.9

90.8

:

93.0

94.1

95.2

96.3

97.3

:

98.8

100.0

101.2

102.3

103.4

: