第一部分 油藏工程课程设计

油藏工程主要研究内容涉及新区产能建设和老区综合调整两大方向，应用油藏工程基本原理进行新区产能建设、即产能预测是油藏工程的基本方法，也是油田正式投入开发的第一步，鉴于油藏工程课程设计学时要求，借鉴中国石油大学等石油高校课程设计内容，结合目前现场使用基本方法，编写油藏工程课程设计指导书。主要内容包括：开发方式、层系的划分、合理井网密度计算、方案设计及效果预测、经济指标评价等内容。

1储层地质基础数据

1.1地质特征描述

（1）储层沉积特征；（2）油藏构造特征；（3）油水关系；

1.2储层物性基本参数

（1）储层属性参数

油层顶底、面积、砂厚、有效厚度、孔隙度、渗透率、饱和度

（2）温度压力系统

1.3流体性质

（1）流体高压物性参数

（2）相渗关系

2油藏工程设计内容

2.1开发原则

把特征相近的油层组合在一起，用独立的一套开发井网进行开发，并进行生产规划、动态研究和调整。

（1）有利于发挥个油层的作用，为油层比较均衡开采打下基础，减少层间矛盾;

（2）提高采油速度，缩短开发时间，适应油田高速高效开发

（3）提高注水波及体积，提高最终采收率;

（4）适应采油工艺技术发展的要求。

2.2开发方式

（1）利用天然能量开发；

（2）人工补充地层能量开发，包括注水、注气等方式；

（3）利用三次采油方式进行开发；

2.3开发层系划分

开发层系的原则

（1）同一层系内的油层物性应当接近，尤其渗透率要接近。

（2）一个独立的开发层系应具有一定的厚度和储量。

有效厚度>l0m；单井控制储量>10万吨

（3）各开发层系间必须具有良好的隔层。

(大庆)隔层厚度>3米

（4）要考虑到采油工艺技术水平，相邻油层尽可能组合在一起。

2.4合理井网密度计算

地质储量计算

N?100Ah?(1?Swi)?o/Boi

确定合理的注采井网要满足以下条件：一是有较高的水驱控制程度；二是要适应差油层的渗流特点，达到一定的采油速度；三是保证有一定的单井控制储量；四是有较高的经济效益。一般来说，在满足一定经济效益的前提下，应该采用较密井网，最大限度的控制油层储量。在井网部署当中，加密井网有利于：

（1）提高油层内部低渗透区域的波及系数及程度。由于油层内部的非均质性，注水开发时，一部分低渗条带，注水波及不利区块，加密后，加大了注采压差，提高了驱替压力梯度，可以改善这部分区域的注水波及程度；

（2）加强不吸水层或吸水少层的开发。在多油层的油藏中，由于层间干扰，一些低渗透层不吸水或吸水很少，加密后可以着重对这部分不吸水层进行注水，提高注入水的波及系数。

根据胡斯努林法改进和完善的公式：

?kER??0.698?0.16625lg??o???0.792k

o??0.253? ??e?

式中：ER为最终采收率，小数；n为井网密度，口/km2；k为有效渗透率，

?m2；?o为地下原油粘度，mPa?S。

要使井网密度达到经济上合理，必须满足下列条件：

（1）防止井网过密，造成不合理投资；

（2）避免井网过稀，致使最终采收率降到经济合理界限以下。

合理井网密度为单位面积（1km2）加密到最后一口井时的井网密度，在这个井网密度条件下，最后一口加密井新增可采储量的价值等于这口井基本建设总投资和投资回收期内操作费用的总和，由此则有：

?k?ER?V?V??0.698?0.16625lg??o??k??0.253?0.792?ko??0.253????0n.792?1?on??e???e?? ??

式中，V—单位面积储量，?104t/km2；?ER?V—每平方公里新增可采储量，

它应等于新增一口井的总费用与油价的比值。

由此，便可在计算机上用试凑法算得合理井网密度，再代回式便可反求出经济合理采收率。从不同油价下层系细分前和层系细分后合理井网密度可以看出，随着油价的升高，井网密度逐步增大。

2.5单井初期产能确定

单井初期产能的确定通常使用区块内试油、试采资料进行确定，在没有试油试采资料的情况下，可以使用周围类似区块开发状况，也可以根据合理井网密度、合理采油速度等指标，确定单井初期产能。

2.6注水井吸水能力确定

地层破裂压力计算：

PH???H

PH：破裂压力，Mpa

?：破裂压力梯度，MPa/km，砂岩油藏取0.0225

H：平均油层中部深度，km

在计算地层破裂压力时，一般取安全系数0.9

2.7方案指标测算及经济评价

指标测算应包括以下内容：

（1）井网指标：油水井数、新钻油水井数、老井归位井数、其它井数、注采井数比；井距和井网密度、布井方式；单井控制原始地质储量、原始可采储量

和剩余地质储量、剩余可采储量；水驱储量控制程度，井网均匀系数，注采对应率，注水受效率；波及体积、注水采收率等。

（2）开采指标：开发层系的年产油、年产液、年注水、日产液量、日产油量、综合含水、日注水量、注采比、采油速度、剩余可采储量采油速度、采出程度、稳产期、含水上升率、油层压力；单井的日产液能力、日产油能力、日注水能力、生产压差、注水压差等。

3排状注水开发指标预测方法

采用Buckley-leverett水驱油理论为基础的流管法进行计算，该方法考虑了水驱油的非活塞性，忽略岩石流体压缩性，以及忽略重力毛管力作用的影响；

已知油藏物性参数和流体参数，给定注采压差（常数），确定不同开发时刻的产油速度、累计产油量、含水率、累计注水量等指标，具体见水前后开发指标计算方法如下。

3.1见水前开发指标

油井初始产量：

qi?kkro(Swc)A?p ?oL

一维水驱油前缘饱和度推进方程：

fswf'fw'(Sw)t

x?q(t)dt?V(t) ??A0?A

油水混合带压力降：

?p1??oq(t)

kA?Lfdx

0kro(Sw)?okrw(Sw)?w

'w(Swf ?q(t)V(t)f?o

kA?A?0)'dfw(Sw)kro(Sw)?okrw(Sw)?w

纯油带中的压力降：

?p2??oq(t)

kAkro(Sw)(L?Lf)

总压力降为：

?

V(t)fw'(Swf?oq(t)L?V(t)kro(Swc)fw'(Swf)dfw'(Sw)??p??1??0?kAkro(Swc)??AL?ALok(S)?k(S)rowrww??w?

定义：

无因次累计注水量VD：VD?

无因次瞬时产液量qD：qD?

无因次时间tD：tD?qit ?ALV(t) ?AL?)?? ???q(t) qi

qD?dVD dtD

kkro(Swc)A?p ?oL因为：qi?

总压力降方程无因次化为：

?

'fw(Swf)dfw'(Sw)dVD??VDkro(Swc)1??1?VDfw'(Swf?0?odtD?k(S)?krw(Sw)row??w?

令：I(Swf)??'fw(Swf)??)? ???'dfw(Sw)

0kro(Sw)??okrw(Sw)?w

定义：

'E?kro(Swc)I(Swf)?fw(Swf)

得到：

dVD(VDE?1)?1 dtD

积分计算得：

VD??2EtD?1

E

qD?dVD1 ?dtD?2EtD

油井井排见水时的无因次注水量为： VDf?1 'fw(Swf)

油井见水时间：

tDf?(1?EVDf)2?1

2E?E??'f(S)??? wwf2'2?fw(Swf)?13.2见水后开发指标 总压力降为：

?p??oq(t)

kA?Ldx

kro(Sw)?

'w(Swe)0okrw(Sw)?w'dfw(Sw) ?q(t)V(t)f?o

kA?A?0

无因次化为： kro(Sw)?okrw(Sw)?w

1?qDVDkro(Swc)?'fw(Swe)'dfw(Sw)

0?kro(Sw)?okrw(Sw)?w

或者：

1?qDVDkro(Swc)I(Swe)

油井井排见水后无因次注水量为： VD?1 fw'(Swe)

'fw(Swe) qD?kro(Swe)I(Swe)

油井见水后无因次累计产油量： VoD?Swe?1?fw(Swe)

fw(Swe)'?Swc

油井见水后的开发时间：

dfw'(Swe)dVD1qD??? 2'dtDdtDfw(Swe)

带入：1?qDVDkro(Swc)I(Swe)

得到：

dfw'(Swe)?kro(Swc)I(Swe)?1 3'dtfw(Swe)D1上式两端积分得到

tDe??kro(Swc)?

F(Swe)??'fw(Swe)'fw(Swe)'fw(Swf)fI(Sw)'w(Sw)

33'dfw(Sw)??kro(Swc)F(Swe) 'fw(Swf)fI(Sw)

'

w(Sw)dfw'(Sw)

对于多层合采油藏，按照厚度加权进行油田综合指标的预测。

4面积注水开发指标预测

面积注水开发近似解

面积注水常用五点法、反七点、反九点等井网形式，其生产井与注水井的注水井数比为m，在面积注水单元内，以注水井为中心，周围均布生产井，把环绕中间注水井的生产井排转化为圆形“排油坑道”，然后流入井底。

4.1见水前开发指标

（1）初始产量利用下式计算：

qL??KhKro(Swc)?P

?o?ln???d?0.619?rw?

（2）注水速度

三个阻力区间：:注水井到油水前沿、油水前沿到排油坑道、扫油坑道到生产井底。

注水井底到油水前沿的阻力：

R1??w

2?KhKrw(Swm)lnrf

rw

d

rf油水前沿到排油坑道的阻力： R2??o2?KhKro(Swc)ln

排油坑道到生产井底的阻力：

R3?1dln2?KhKro(Swc)m2(m?1)rw

2?KhKro(Swc)?P

??wKro(Swc)rf?d1d?o?ln?ln?ln??K(S)rrm2(m?1)r?wfw??orwwm?

ql

m

2?o产量为驱动力除以阻力 qL?油井纯产油量为 qo?（3）不同油水前缘对应时间

t?E

A?rf1[(A?B)(lnrf?)?D] 22?wKro(Swc) ?oKrw(Swm)

1d lnm2(m?1)rwB?1 C?

D?C?Blnd?Alnrw

其中：Swm?1?Sor

当rf?d时即可求得油井见水时间。

见水前开发指标随时间变化可通过设置不同的油水前缘计算出来。

4.2见水后开发指标

（1）注水速度 注水井底到排油坑道

R1?

?w

2?KhKrw(Swm)

ln

d rw

排油坑道到生产井底

R2?

1d

ln

2?KhKro(Swe)m2(m?1)rw

?o

注入速度（产液速度）

qL?

2?KhKrw(Swm)?Ph

?d?wKrw(Swm)1?d?w?ln?ln??rw?oKro(Swe)m2(m?1)rw?

qL

m

qpL?

含水较高后

qL?

2?KhKrw(Swm)?Ph

?w?ln

?

?

?dKrw(Swm)1d

?ln?rwKro(Swe)m2(m?1)rw?

（2）对应时间

qL[1?f(Swe)]?dt??d2h??dSwe

dt?

?w?d2

2KKrw(Swm)?P

ln?

dKrw(Swm)1d?ln

rwKrw(Swe)m2(m?1)rw

?dSwe

1?f(Swe)

t?Ae?

Swm

Be?

Swf

rw(Swe)

we

1?f(Swe)

Ce

其中：

Ae?

?w?d2

2kkrw(Swm)?pd rw

Be?ln

Cw?

krw(Swm)d

ln

m2(m?1)rw

（3）油井产量

qo?

qL

?1?fw(Swe)?

m

5经济评价方法

根据以上计算结果，概算出不同开发方案的现金流，以经济指标为对比，优选出最佳方案，对于在开发预测中不是整年的数据，可以采用线性插值方法近似计算。

6常用计算法方法

6.1含水率曲线导数

含水率计算方法：

krw(i)

fw(i)?

?w

krw(i)

?w

fw(i)?

'

?

kro(i)

?o

fw(i?1)?fw(i?1)

Sw(i?1)?Sw(i?1)

6.2单重积分I(i)

''''''fw(i)?fw(i?1)fw(i?1)?fw(i?2)fw(N?1)?fw(N)

I(i)???...?

okrw(i)okrw(i?1)okrw(N)

kro(i)?kro(i?1)?kro(N?1)?

?w?w?w

6.3双重积分F(i)

F(i)?..?

'w

'

fw'(Nk?1)?fw(Nk)

f

'

w

(Nk?1)

3

3

I(Nk?1)?

''fw(Nk?2)?fw(Nk?1)

f

'

w

(Nk?2)

3

I(Nk?2)?.

f(i)?f(i?1)

f(i)'w

'w

I(i)

7设计内容

已知大庆某油区含含油面积4km2，含油厚度8m，平均含油饱和度0.68，储层渗透率=学号*50mD计算，平均孔隙度为0.26，地下原油粘度30mPa.s，地下水粘度0.6mPa.s，注采压差2MPa，相对渗透率见下表所示。

要求：根据题目进行合理井网密度计算，计算合理注采井距，根据合理注采井距，分别利用排状注水和面积注水两种方式进行开发指标预测，并进行简单经济评价。

8参考文献

[1]石油工程综合设计指导书.东营:中国石油大学石油工程系,1998

[2]姜汉桥,姚军,姜瑞忠.油藏工程原理与方法.东营:中国石油大学出版社,2006

[3]朗兆新.油藏工程基础.东营:石油大学出版社,1994.

[4]刘慧卿.油气田开发工程基础.东营:石油大学印刷厂,1998.

 

第二篇：《冷热源工程》课程设计指导书

《冷热源工程》课程设计指导书

重庆大学城市建设与环境工程学院设备教研室

孙纯武 黄 忠 丁 勇 编

二00五年十二月

一、冷源设备选择

1．冷水机组的总装机容量

由于当前冷水机组产品质量大大提高，冷热量均能达到产品样本所列数值，另外，系统保温材料性能好，构造完善，冷损失少，因此，冷水机组的总装机容量应以正确的空调负荷计算为准，可不作任何附加，避免所选冷水机组的总装机容量偏大，造成大马拉小车或机组闲置的情况。

对于管线较长的小区管网，则按具体情况确定。

2．冷水机组台数选择

冷水机组台数选择应按工程大小，负荷变化规律及部分负荷运行的调节要求来确定。当空气调节冷负荷大于528kw时不宜少于2台。大工程台数也不宜过多。为保证运转的安全可靠性，当小型工程仅设1台时，应选用调节性能优良、运行可靠的机型，如选择多台压缩机分路联控的机组，即多机头联控型机组。

3．冷水机组机型选择

（1）水冷电动压缩式冷水机组的机型宜按制冷量范围，并经过 1

性能价格比进行选择。

冷水机组机型 冷量范围（kw） 参考价格（元/kcal/h） 往复活塞式 ≤700 0.5~0.6 螺杆式 116~1758 0.6~0.7 离心式 ≥1758 0.5~0.6

（2）电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组，在额定制冷工况和规定条件下，性能系数（COP）不应低于以下规定。

水冷冷水机组机型 额定制冷量（kw） 性能系数（w/w） 活塞式/涡旋式 <528 3.8

528~1163 4.0

>1163 4.2

螺杆式 <528 4.10

528~1163 4.30

>1163 4.60

离心式 <528 4.40

528~1163 4.70

>1163 5.10

4．冷水机组的制冷量和耗功率

（1）冷水机组铭牌上的制冷量和耗功率，或样本技术性能表中的制冷量和耗功率是机组名义工况下的制冷量和耗功率，只能作冷水机组初选时参考。冷水机组在设计工况或使用工况下的制冷量和耗功率应根据设计工况或使用工况（主要指冷水出水温度、冷却水进水温 2

度。）按机组变工况性能表、变工况性能曲线或变工况性能修正系数来确定。

（2）冷水机组水側污垢系数随着机组运行时间的积累增加，在很大程上取决于所应用的水质及运行温度。我国很多地区的水质较差，无法保证机组在15~20年常规应用周期中不出现结垢而影响传热。因此，国家现行标准《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》（GB18430.1）规定机组名义工况时的使用側和水冷式热源側污垢系数为0.086m2.℃/kw。当设计选用国外生产的冷水机组时，应注意生产国机组名义工况与我国名义工况差异，特别是污垢系数的取值差异。如美国空调制冷协会的ARI550/590-1998标准规定机组冷水側的污垢系数为0.018m2.℃/kw，冷却水側的污垢系数为0.044m2.℃/kw，明显低于我国的规定，所以，选用国外机组时应根据其规定的污垢系数与我国标准的差异对机组的制冷量和耗功率进行修正。修正系数可参考国标《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组》（GB/T18362）附录A的表A2和下表。

污垢系数修正表

3

二、热源设备 1．热源设备类型

在中央空调，特别是在高层民用建筑中央空调所用热源中，热水的使用是最为广泛的。首先，热水在使用的安全性方面比较好，其次，热水与空调冷水的性质基本相同，传热比较稳定。在空调系统中，许多时候采用冷、热盘管合用的方式（即常说的两管制），可以减少空调机组及系统的造价，同时也给运行管理及维护带来了一定的方便。

提供空调热水的锅炉按其使用能源的不同，主要分为两大类： （1）电热水锅炉

电热水锅炉的优点是使用方便，清洁卫生，无排放物，安全，无燃烧爆炸危险，自动控制水温，可无人值守。但其使用目前受到《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）的限制。除了符合下

4

列情况之一外，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源：

① 电力充足、供电政策支持和电价优惠地区的建筑；

② 以供冷为主，采暖负荷较小且无法利用热泵提供热源的建筑；

③ 无集中供热与燃气源，用煤、油等燃料受到环保或消防严格限制的建筑；

④ 夜间可利用低谷电进行蓄热、且蓄热电锅炉不在日间用电高峰和平段时间启用的建筑；

⑤ 利用可再生能源发电地区的建筑；

⑥ 内、外区合一的变风量系统中需要对局部外区进行加热的建筑。

（2）燃气、燃油热水锅炉

燃气、燃油热水锅炉的初投资比电热水锅炉略高，但运行费用低。其缺点主要是，第一安全性差，特别是燃气锅炉。燃气的泄漏会造成工作人员中毒，遇明火会产生燃烧爆炸，因此，燃气锅炉应有单独房间与用电设备，如水泵分隔开，并应有良好的通风供燃气燃烧和稀蚀机房空气中的燃气浓度。同时还应设泄漏报警器和气体灭火装置。运行中还应有人员值守。第二，燃气、燃油热水锅炉有170~180℃的高温排烟，需建筑考虑排烟竖井，从合适的地方排烟至室外。这是建筑工种最感麻烦的地方。

燃气、燃油热水锅炉的额定热效率不应低于89%。

5

燃气、燃油热水锅炉房单台锅炉的容量，应确保在最大热负荷和低谷热负荷时都能高效运行。

锅炉台数不宜少于2台，当中、小型建筑设置1台锅炉能满足热负荷和检修需要时，可设1台。

2．热水供应温度

空调用热水水温的决定与空调设备使用的性质及工程地点有一定的关系。目前空调设备大致有两类，一类是用于全空气系统的空调机组，包括新风空调机组；另一类就是用于空气―水系统中的风机盘管机组。从这两类机组的结构上看，前者通常能承受较高的热水温度，而后者因其结构紧凑，加上安装位置所限，散热能力是有限的。水温过高时，其机组内部温度有可能过高，对内部元器件，如电机等会产生一定的影响。因此，一般来说，空调机组可采用较高的热水供、回水温度（95/70℃）；而风机盘管机组则采用较低的热水供、回水温度（60/50℃）。现有风机盘管通常的供热能力也都是以供水温度60℃为标准工况进行测试的。虽然也有一些厂商开发了用于高温热水的风机盘管，但实际工程中应用较为少见。

工程所在地区的地理位置也与热水温度有关，尤其是对于处理新风的空调机组而言，过低的热水温度对于寒冷地区空调机组内的盘管有发生冻裂的危险，这是应值得重视的。这种情况下可采用不同温度的热水分别用于空调机组和风机盘管，但这样做的结果是使设计变得复杂化，系统初投资增大，对施工和管理维护都会带来一些困难。就目前的实际情况来看，华北及其以南的大部分地区，风机盘管与空调 6

机组采用同一热水温度，即以风机盘管的适应性来决定水温是完全可行的。

3．系统连接方式

热水锅炉，无论是用电或是燃气、燃油都有承压和常压之分。

（1）承压热水锅炉

即能承受一定的静水压力，如0.8MPa、1MPa等。承压热水锅炉连接简单，可直接与冷水机组并联，供热供冷通过阀门开关进行转换。当热水温度低于80℃，冷水、热水可用同一台泵；当热水温度高于80℃，应用热水泵。但建议在机房位置许可时，即便热水温度低于80℃，冬季供热时最好采用热水泵。一是因为热水的流量与冷水不一致，可以减少电耗；二是热水泵有排气设施，水泵不易产生气蚀。

燃气热水锅炉的管路连接方法如下图。

7

（2）常压热水锅炉

即锅炉不能承压。当空调水系统是闭式循环时，采用常压热水锅炉就要通过板式换热器与空调水系统相连。

板式换热器与其它形式换热器比较有许多优点：

① 结构紧凑，传热面积大，重量轻，尺寸小，占地面积小； ② 内部合理的流道设计加强了流体扰动，因此，传热效率大幅度提高。水―水换热时的传热系数可达3500~4000w/ m2.℃；

③ 很小的传热温差即可传递很大的热量，故特别适用于一、二次热媒温度相差不大的场合。不光是空调热水，也可用于空调冷水的热交换上；

8

④ 扰流状态使结垢速度减慢。维护管理简单，检修时可拆下清洗；

⑤ 组合灵活。如果负荷条件与原设计不同时，可增减传热板数来满足新要求的工况；

⑥ 承受的工作压力比较高，对高层民用建筑的使用是非常有利的。

但要注意，板式换热器板间距小，要求水质好。另外，安装的要求相对较高，尤其是板片组合，密封垫片与板的配合要准确，否则易发生漏水。

4．水质要求

空调冷、热水在使用过程中存在的一个问题就是系统内部结垢问题。水的结垢与其水质和水温有关。当水温超过70℃时，结垢现象变得较为明显，它对换热设备的效率将产生较大的影响。因此，空调冷、热水应尽可能地采用软化水。系统的充水和补水可通过全自动软水处理器，经膨胀水箱加入系统。不能用软水至少也应考虑电子除垢器、加药等水处理措施。

5．热源设备供热量

热源设备供热量应为空调系统冬季热负荷之和，并要考虑同时使用系数和10%的热损失。

三、冷热源一体化设备

1．空气源热泵冷、热水机组

《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）指出，空气源热泵 9

冷、热水机组的选择应根据不同气候区，按下列原则确定：

（1） 适用于夏热冬冷地区的中、小型公共建筑；

（2）夏热冬暖地区采用时，应以热负荷选型，不足冷量可由水冷机组提供；

（3） 寒冷地区，当冬季运行性能系数低于1.8或具有集中热源、

气源时不宜采用。

注：冬季运行性能系数系指冬季室外空气调节计算温度时的机组供热量(w)与机组输入功率(w)之比。

2．直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组

（1）直燃机的优缺点

直燃机的优点有：

① 直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组就是把锅炉的功能与溴化锂吸收式冷水机组的功能合二为一，简化了热源供应系统，减少了热输送过程的损失；

② 一机多用，使用范围广。既可以单独供冷，也能实现夏季供冷，冬季供热，必要时还可提供生活用热水；

③ 用电量很小，对电力供应紧张的地区可以起到电力调峰的作用；

④ 在电价较高的地区，运行费用较电制冷低。

直燃机的缺点除燃气热水锅炉讲到的外，还有：

① 在没有余热、废热可利用时，直燃机节电不节能，即便是双效直燃型溴化锂吸收式制冷机其一次能源的性能系数 10

也低于离心式电制冷机；

② 直燃机价格贵，初投资高。单台机组制冷量在100万kcal/h以下时价格更贵，因此，直燃机最好用在制冷量大于200万kcal/h以上的工程中；

③ 如果当地的电价与燃气价的比为1/3时，直燃机运行费的节省已显现不出其优越性，即初投资的增加通过运行费的节约来回收的年限会较长；

④ 由于直燃机的冷凝器和吸收器均需要冷却水，因此，与同等冷量的电制冷机组比较，冷却水量将增大40~50%，即冷却塔和冷却水泵将增大；

⑤ 直燃机的供热量一般为供冷量的80%，它比较适合于空调耗冷量与耗热量在数值上相差不多的地区。在重庆地区，空调热负荷只有夏季冷负荷的40~60%，因此，直燃机冬季供热虽然可以调节，但仍然是大马拉小车。

（2）直燃机选型

① 直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组一般选用2~4台，中小型工程选用2台，较大型选3台，大型可选4台，以便于互为备用和轮换检修。从节能和运行调节的角度考虑，必要时可选不同大小规格的机组搭配的方案。

② 天然气是直燃机的最佳能源，应优先采用燃气型直燃机。 ③ 直燃机在名义工况下的性能系数应符合现行国家标准《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组》（GB/T18362）的规定， 11

即：

制冷性能系数：COPC=QC∕(Qi+A)≥1.10 kw/kw

(冷水进出口温度：12℃/7℃; 冷却水进出口温度：30℃/35℃)

制热性能系数：COPh=Qh∕(Qi+A)≥0.90 kw/kw

（温水出口温度：60℃）

式中：QC—直燃机制冷量 （kw）；

Qh—直燃机制热量 （kw）；

Qi—加热源耗热量 （kw）；

A—消耗电功率 （kw）。

④ 普通型直燃机的蒸发器、冷凝器的工作压力为0.8MPa，对设于在高层或超高层建筑物地下室或底层的机组，其承压如超过了0.8MPa，除了可考虑空调水系统竖向分区外，也可考虑选用加强型高承压机组，工作压力可达1.6MPa，但机组的价格将有所增加。

⑤ 直燃机在样本中提供的制冷量、供热量等技术参数是在名义工况下或某一额定工况下的值，只能作为初选机型时参考。机组在设计工况下的制冷量、供热量和加热源耗热量应按生产厂家产品样本中的变工况性能曲线图来确定。 ⑥ 直燃机换热器水側污垢系数的值，现行国家标准规定的是0.086m2.℃/kw，当选用国外生产的直燃机时，要注意其污垢系数与我国标准的差异，并应对其制冷量、供热量进行 12

污垢系数修正。

（3）直燃机房和燃气热水机房的通风

直燃机房和燃气热水机房应有良好的通风，以避免由于通风

不良导致机组运转所需空气量不足，影响机组正常运转。单位燃料燃烧发热量所需空气量一般取为0.00036m3/kj。此外，还要保证3~10次/h的正常通风换气次数，以防止形成爆炸混合物和因机房潮湿而腐蚀机组。机房送风系统的送风量为必须燃烧空气量与通风换气量之和。

（4）烟囱及烟道尺寸

直燃机和燃气热水机燃料燃烧产生的烟气要通过烟囱和烟

道排至室外。烟囱和烟道尺寸的经验公式是：

①截面尺寸

F=Q/V

式中：F—烟囱（烟道）截面积 m2；

Q—直燃机或燃气热水机排烟量，工程上一般按燃料

单位热量产烟量0.00043m3/kj估算；

V—烟囱（烟道）内烟气流速，取3~5m/s。

此外，单台直燃机或燃气热水机可直接按生产厂家产品样本

给出的排烟口径定为烟囱（烟道）尺寸，但水平方向长度超出 8m后，每超出1m，总面积应增大5%。多台机组共用烟道， 其截面可取各支烟道截面之和的1.2倍。为减少烟道汇合处烟 气干扰，支烟道与共用烟道的连接宜采用插入式。

13

H=0.6L+1.2N

式中：H—烟囱高度 m；

L—水平烟道长度 m；

N—为弯头数，不宜超过4个。

要注意，烟囱的排出口在屋面时，应距冷却塔12m以上，

或高于冷却塔2m以上。

四、机房布置

冷热源机房布置时需注意以下几点：

1．冷热源机房当采用燃气热水锅炉加电冷水机组作冷热源，或采

用直燃机作冷热源时，应由值班控制室、冷源（水泵）机房和 14

热源机房组成，或由值班控制室、直燃机房和水泵房组成；当 采用电热水锅炉加电冷水机组作冷热源时，只需由值班控制室 和冷热源机房组成，水泵和分、集水器均可安装在冷热源机房 内。按消防要求，热源机房或直燃机房应用防爆墙与冷源（水 泵）机房或水泵房分开。

2．冷水机组和直燃机的四周均应按样本要求留足间距，特别是在

机组的一端应有足够的空间能对管壳式换热器进行清洗和换管。

3．水泵宜集中布置一处，以便管理和排水。

4．机组和水泵的基础四周应有排水沟，将冷凝水、渗漏水排至地

漏或集水坑。

5．分、集水器的中心安装标高为0.9m左右。

6．机房高度方向应有一个预先布置。在机组的顶部和梁下之间应

考虑通风送、排风管（或排烟管）和多层水管的布置高度。

7．值班控制室应有大玻璃窗能观察机房设备的运行。

8．机房需设洗手盆。

9．机房应有两个不相邻的门。其中一个门的宽度应考虑能让设备

进入。

10．机房应设电话和事故照明装置。

11．机房主要通道的宽度不小于1.5m。

五、冷水及冷却水系统

1．冷水系统划分

15

冷水系统的划分通常有两种方式。

（1）按压力划分

即竖向分区。这主要是考虑各种设备和附件，特别是蒸发器的承压限制。国产的附件，如阀门的压力等级一般分为0.6MPa、1.6 MPa、2.5 MPa、4.0 MPa等。设备的压力等级一般分为0.8 MPa、1.2 MPa、1.6 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa。设备和附件的承压等级越高，造价也越高。另外，普通焊接钢管的承压也在2.0 MPa以内。

为了减少投资及减少对建筑本身的影响，空调冷水系统通常以1.6 MPa作为工作压力划分的界线，即在设计时，使水系统内所有设备和附件的工作压力都处于1.6 MPa以下。考虑冷水闭式系统中，水泵的扬程在40mH2O左右，因此，水系统的静压应在120mH2O以下。对于目前的建筑来说，这相当于大约室外高度100m左右的建筑（地下室–10m）。当建筑高度较高，使得水静压力大于1.2 MPa时（如超高层建筑），冷水系统宜按竖向分区，以少系统内的设备承压。

从高层建筑来看，例如高层酒店，通常在公共部分（称之为裙房）与标准层（称之为塔楼）之间都有明显的建筑形式转换，而且上部为客房或公寓式办公楼时，排水管道也要有一个转换，所以，空调冷水系统与给排水系统一起可考虑在裙房和塔楼之间设一水系统转换用的设备层，以实现竖向分区。 16

区的冷水或热水通过板式换热器进行热交换。此时上区的冷水供水温度由于传热温差的存在会比下区的高1~2℃，因此，上区在选择空调末端设备时要考虑到这一点，一般按冷量选择时应加大一号。

（2） 按负荷性质分区

负荷性质本身包括了两个主要方面。

①按使用性质分区

从使用性质上分主要是各区域在使用时间、使用方式上

有较大区别，这一点在综合性建筑中较为明显。如酒店建筑中的客房与公共部分，办公建筑中的办公室与公共部分 17

等。按使用性质分区的好处是可以各区独立管理，不用时可以最大限度的节省能源，灵活方便。

②按负荷固有性质分区

负荷固有性质主要是朝向及内、外区的影响。它们均存

在供冷、供热量的不同和过渡季度的要求不一致。按朝向或内、外区分区，可以更好地满足空调对冷热源的要求。

2．冷水及冷却水系统管道布置

（1）冷水管道

冷水管道布置时要注意以下问题：

① 开式与闭式系统。可参考《高层民用建筑空调设计》（潘云钢著）P148。主要是开式与闭式冷、热水泵的扬程计

算有所不同。高层或多层民用建筑空调水系统多为闭式

水系统，空气处理设备均采用水冷表冷器。这种情况无

需考虑提高扬程。冷、热水泵的扬程由冷水机组蒸发器

的阻力、最不利环路的沿程及局部阻力和空气处理设备

的表冷器水阻力三部分组成。

② 两管制、三管制和四管制。可参考《高层民用建筑空调设计》（潘云钢著）P150。除了五星级酒店等高级建筑

外，绝大多数建筑的空调都是采用两管制，即夏天的冷

水和冬天的热水都用同一组供、回水管。

③ 同程和异程。

18

异程系统为了达到各末端设备获得设计的水量，也可采

用加装水力平衡阀，但是价格贵，初投资高，调试工作量

大。

另外有一种能起到平衡阀平衡压力、平衡流量作用的引

射汇流三通，简称引流三通，在空调冷、热水管网上应用

得很好。

引流三通可参考《中央空调》（何耀东、何青主编）P352。

使用引流三通可以不再使用普通阀门进行消极的调节，即

关小近环路阀门开度，增加阻力来消耗远、近二环路形成

的过大压差，以消耗余压能量为代价求得流量平衡。引流

三通是变消极因素为积极因素，利用近环路过大的余压能

量来引射远环路介质而共同前进的特殊管件。它的作用不

仅保证闭路循环系统中各环路的水力平衡，而更重要的是

使系统阻力降低，减少循环压头，从而节省运行费用。一

19

般可节省电量15~30%，管材耗量节省10~20%。因为系统管径可以按流速上限确定，不必用扩大管径的办法来减小阻力。引流三通在浙江温州瓯海永强水暖设备厂有产品。

④ 自动排气阀的设置。

在以下部位需设自动排气阀：Ⅰ.立管最高点；Ⅱ.水平干管顺水流坡度的最高点；Ⅲ.管道出现Π形处的最高点。 ⑤ 坡度与放水。

冷（热）水、冷却水水平干管的坡度i=0.003~0.005。 凝结水水平管路的坡度i=0.01。

坡向对于冷（热）水和冷却水应逆自动排气阀或立管， 对于凝结水应坡向地漏、下水管等。

在立管的最低处应设放水排污阀，且不得小于DN40。 在分水器、集水器和水泵的最低处，下Π形管的最低处 应设放水阀。

在各层水平干管的末端需安装冲洗阀。

⑥ 膨胀水箱及位置。可参考《高层民用建筑空调设计》（潘 云钢著）P197。

膨胀水箱有效膨胀容积：

VC=0.0006(t2-t1)V

式中：VC—膨胀水箱有效膨胀容积 L；

0.0006—水的体积膨胀系数；

20

t1—空调水系统水的最低工作温度，一般可取为

7℃；

t2—空调水系统水的最高工作温度，一般可取为

65℃；

V—空调水系统内的存水量，可按系统的设计耗

冷量Q0(kw)来估算，系统水容量大约为

2~3L/kw，则：

VC=0.0006×(65-7)×(2~3) Q0≌(0.07~0.1) Q0 L

膨胀水箱有国家标准图集，可以根据膨胀水箱有效膨胀 容积来选用。

膨胀水箱的安装位置应高于所有的空调末端设备和冷 、热水管道1.5~2m。

⑦ 伸缩。较长的立管应注意热胀冷缩，可在立管的适当位置安装伸缩节或橡胶软接头来进行补偿。

⑧ 管井中水管的布置。当有多个水系统的管道安装在同一建筑管井中时，应很好地对管道进行布置，要考虑管间距有利于安装和保温，也要考虑各管在管井中的平面位置，要有利于各层水平干管与管井中对应的立管相接。 ⑨ 管材及连接。

大管可用无缝钢管或焊接钢管。要求高时可在钢管外热镀锌。当管径小于DN100时可用镀锌钢管（水煤气管）。 凝结水管可用镀锌钢管，也可用质量好，强度高的聚氯

21

乙烯塑料管。

无缝钢管和焊接钢管采用焊接，镀锌钢管采用丝扣连

结。

无缝钢管用“外径×壁厚”表示。焊接钢管和镀锌钢管

用“DN××”表示。DN是通径，近似于管道内径。

⑩ 水泵和设备进、出口附件。

（2）冷却水管道

冷却水管道布置时要注意以下问题：

①屋面冷却水管应适当保温。

②冷却塔多台并联时要有平衡管，以保持各塔水盘内的水

位一致。补水管应有手动和浮球两个阀。出水管一般不

安装阀门。进水管最好安装电动蝶阀。

冷却塔的溢水管

22

接在排水管阀门以后的管段上。排水可直接排于屋面雨

水沟。

③冷却水管上屋面最好不要穿屋顶。

④冷却水管道在机房一般走在冷水管道的上面。

3．管道保温

空调冷热水管、凝结水管和屋面冷却水管均需保温。目前的保

温材料主要有：

（1） 外覆铝箔的离心玻璃棉管壳，其导热系数在

0.042~0.058w/m.K。此种保温材料价格低，但很多产品质量难于保证，且施工条件差，建筑物装修过程中易将外覆铝箔损坏，引起凝结水滴漏。

（2） 聚乙烯（PE）泡沫保温板、管壳（阻燃型），其导热系数在

0.038~0.045w/m.K。价格适中，保温后外表平整、美观。

（3） PVC/NBR橡塑发泡保温板、管壳（难燃B1级），其导热系数

在0.038~0.042w/m.K。价格约高，保温性能好，保温后外表平整、美观。

保温材料厚度可以根据环境温湿度、冷热介质温度和保温管的

外径经计算求得。其保温原则是保温层外表不结露，且保温材料的初投资与今后运行费的综合值最低，即有一个经济绝热厚度。经济绝热厚度见《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）附录C的表C.0.1。

六、冷却塔

23

1．冷却塔类型、性能及能耗

冷却塔类型、性能及能耗可以参考《高层民用建筑空调设计》（潘云钢著）P174~ P179。

设计中最常用的冷却塔主要是逆流式和横流式冷却塔。相比之下逆流式冷却塔热交换效率高，能耗低，价格便宜，且没有横流式那种分水不均的情况。

从冷却塔的形状分又有圆形和方形。一般来说方形冷却塔占地面积小，紧凑，且美观，目前工程上用得越来越多。

按冷却塔的进出水温度和进出水温差可分为普通型、工业型或中温型。普通型进出水温差在5℃以下，适用于电压缩式水冷冷水机组；工业型或中温型进出水温差在10℃以下，适用于直燃型冷水机组。直燃型冷水机组冷却水进出水温差在6℃以上，特别是冷却水先进吸收器再进冷凝器的串联型直燃机，冷却水的温升还要大一些。

2. 冷却塔选用及布置

冷却塔选用及布置时需注意以下问题：

（1）冷却塔的台数或方形冷却塔组合的模块数（也可以说是冷却塔的风机数）应与冷水机组的台数对应，以便运行节能。

（2）冷却塔设置位置应通风良好，远离高温或有害气体，并应避免飘逸水和噪声对周围环境的影响。通常是将冷却塔安装在建筑物或裙房的屋面上。

（3）为了保证水泵不吸入空气产生气蚀，同时也为了冷却水温 24

稳定性较好，宜采用集水型冷却塔，即增大冷却塔存水盘的深度，集水量可考虑1.5~2分钟左右的冷却水循环水量。

（4） 由于重庆地区是山城，室外风速低，散热差，此外，城区风

冷式空调和中央空调逐年增多，室外空气温湿度高，再加上市场上的冷却塔热工性能达不到样本值，有的厂家以小充大，以次充好等原因，建议冷却塔进出水温差按4℃来确定所需的冷却水循环水量和冷却塔的型号。

（5） 冷却塔由于冷却水的蒸发和风机吹散水滴损失的水量需要

及时得到补充，因此，冷却塔运行时要补充自来水。这也是暖通工种与给排水工种配合时需要提供给对方的资料。冷却塔自来水补水管的大小可按2%的冷却水循环水量来确定。

（6） 在工程设计中，冷却塔的基础尺寸和冷却塔的运行重量是暖

通工种需要向结构工种提供的资料。冷却塔的基础形状、尺寸可由样本查得并布置在建筑图上提供给结构工种，其运行重量可按冷却塔自身重量加集水的重量来确定。

在改造工程中或建设单位购买的冷却塔与设计选用的不一致时，冷却塔的基础可以用型钢支架来制作，并将型钢支架的着力点设计在原有的钢筋混凝土基础上或建筑物的梁、柱上。当然应得到结构设计人员的认可。

七、水泵选择

1．水泵型式

常用的水泵型式有卧式离心清水泵（IS泵）、立式离心泵、管 25

道泵、热水泵（IR泵）、空调专用泵等。

一般的清水泵在水温不高于80℃时均能使用，因此，空调的

冷热水和冷却水均可用一般的清水泵，但在机房位置充足的情况下，冬季供暖用的热水最好还是采用热水泵（IR泵），热水泵（IR泵）在排气上有较好的措施。

水泵的轴封应选用机械密封式，填料密封式摩擦阻力大且易

漏水。

2．水泵的流量

冷却水泵的流量可按冷却塔水量乘1.1的安全裕量确定。冷热

水泵的流量可按冷热水机组的额定水量乘1.2的系数确定。

3．水泵的扬程

（1）冷热水泵

冷热水系统通常采用闭式系统。闭式系统水泵的扬程H

按下式计算：

H=（蒸发器或热水锅炉水阻力+最不利环路空调末端表冷器

水阻力+最不利环路阻力）×1.1~1.2

蒸发器或热水锅炉水阻力和空调末端表冷器水阻力可查

产品样本。最不利环路阻力应该是布置好管路，画出最不利 环路轴测图，对管段编导，按水量和推荐流速初选管径，再 进行水力计算来求得。水力计算可参考《空气调节设计手册》 （第四机械工业部第十设计研究院主编）P751~753。

（3） 冷却水泵

26

冷却水系统水泵的扬程H按下式计算：

H=（冷凝器水阻力+冷却塔布水器所需余压+冷却水管路阻

力+冷却塔存水盘水位到布水器之间的高差h）×

1.15~1.2

冷凝器水阻力可根据冷却水量查冷水机组冷凝器冷却水量

与冷凝器水阻力的曲线图求得。

冷却塔布水器所需余压可查冷却塔样本，横流式冷却塔无该项阻力。

冷却水管路阻力在课程设计中可按每米冷却水管路0.05mH2O估算。

冷却塔存水盘水位到布水器之间的高差h可以近似用冷

却塔高度代替。

4．水泵台数

冷热水泵和冷却水泵台数最好按冷热水机组台数确定，以便运行节能。同时也应该考虑一台备用。

5．空气调节冷热水系统的输送能效比（ER）

27

空气调节冷热水系统的输送能效比（ER）应按下式计算： ER=0.002342H/(ΔT·η)

式中：H—水泵设计扬程 m;

ΔT—供回水温差 ℃；

η—水泵在设计工况点的效率 %。

《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）规定夏热冬冷地区两管制热水管道的ER值不应大于0.00433；空调冷水管道的ER值不应大于0.0241。

注：两管制热水管道系统中的输送能效比（ER）值，不适用于采用直燃式冷热水机组作为热源的空气调节热水系统。 28