5.1.1 冷冻水系统的主要形式
中央空调的冷冻水系统可以按照多种方式进行分类，而最常见的分类方式如下：
1）按水是否与空气接触，分为开式循环系统和闭式循环系统。
2）按冷量运行调节方法，分为定流量系统和变流量系统。
3）按系统中循环水泵的配置方式，分为一次泵系统和二次泵系统等。
4）按供、回水管循环环路流程长度和布置方式，分为同程式系统和异程式系统。
5）按供、回水管的管数分为双管水系统、三管水系统和四管水系统等。
5.1.1.1 开式循环系统和闭式循环系统
1.开式循环系统 开式循环系统的简图如图5-1a所示，由图可见，整个系统最大的特点是水管的末端与大气相通，通过水泵把蓄水池（或蓄水箱）中的水泵入冷水机组的蒸发器中，在蒸发器中进行热交换后流入空调（末端）装置中，在空调中进行热交换后再回流到蓄水池（或蓄水箱）中，如此一直循环工作。
在开式水循环系统中，冷冻水既要克服水管的阻力，又要为冷冻水提高几何高度和末端资用压头，所以使用的水泵扬程一般较大，从而能耗较大；在水质方面，由于冷冻水会与大气接触，水中的溶解氧亦势必较高，容易造成管道和设备的腐蚀；对于蓄水池（或蓄水箱）而言，虽然它有一定的蓄冷功能，但也难免与外界存在热量交换，产生无效耗冷量。但是，开式水系统中各管路系统的连接较为简单。
2.闭式循环系统 闭式系统的简图如图5-1b所示，冷冻水是在密闭的管道内进行循环工作的，不与大气接触，而只在系统的最高点设置了诸如膨胀水箱等稳压设备。
与开式系统相比，闭式系统中的冷冻水只需克服水管的阻力，所以水泵的扬程较小；水质也不容易受污染，系统腐蚀程度小；只需设稳压设备，占地小，系统简单；不具备蓄冷功能，若与蓄水池相连接则系统会变得较为复杂。
因此，按照《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019—2003），对于一般建筑物的中央空调系统，宜采用闭式冷（热）水循环系统。在建筑中的中央空调工程，很少见到开式的水系统。
图5-1 冷冻水循环系统
5.1.1.2 定流量系统和变流量系统
1.定流量系统 定流量系统中冷冻水量是恒定不变的，它通过改变冷冻供回水的温差来适应房间负荷的变化。
具体来讲，在中央空调供冷中实现定流量的方法是，在用户末端装置（例如风机盘管或新风机）上安装受室温调节器所控制的电动三通阀。如图5-2a所示，当室内温度尚未达到设计值时（此时室内负荷值等于负荷设计值），则三通阀的直通阀座打开，旁通阀座关闭，冷冻水全部流经末端装置；而当室内温度到达设计值时（此时室内负荷值已小于负荷设计值），三通阀的直通阀座关闭，旁通阀座开启，冷冻水全部直接旁通至回水管。
由此可见，系统水流量是不变的，但在负荷减少时，供回水的温差会相应地减小。尽管定流量系统较为简单，操作也较为方便，但是其输水量由最大冷负荷所决定，循环水泵的输送扬程也一直处于最大值，不利于节能。
此系统适用于诸如会议厅、电影院等空间较大、负荷较大的间歇性使用建筑，而如民用建筑等频繁使用场所则不宜采用。
2.变流量系统 变流量系统则是在保持冷冻供回水的温度不变的情况下，通过改变空调负荷侧的水流量来适应房间负荷的变化。
负荷侧的变流量系统的实现方法是，在用户末端装置（如风机盘管或新风机）上安装受室温调节器所控制的电动两通阀。如图5-2b所示，当室内温度尚未达到设计值时（此时室内负荷值等于负荷设计值），则电动两通阀打开，冷冻水流向末端装置；而当室内温度到达设计值时（此时室内负荷值已小于负荷设计值），电动二通阀关闭，停止向末端设备供应冷冻水；倘若室内负荷增大，电动二通阀将再次打开，冷冻水又流过末端装置。如此一直如上述循环工作。
与定流量系统相比，变流量系统则较为复杂，而且根据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019—2003），系统需要配置自控设备，但其输送能耗可随着负荷的减小而降低，有利于节能。
此系统则适用于频繁使用的民用建筑。值得注意的是，由于冷水机组控制技术的进步，现在很多大型冷水机组可以在机组上实现变水量调节，自动跟踪空调末端负荷的变化。
图5-2 定流量和变流量系统调节示意图
5.1.1.3 一次泵系统和二次泵系统
1.一次泵系统 一次泵系统（或称单式泵系统）是在空调系统的冷源侧和负荷侧共用一组循环泵的水系统，其示意图如图5-3a所示。
一次泵系统又可分为一次泵定流量系统和一次泵变流量系统。前者冷源侧和负荷侧均为定流量，不节省输送能耗；后者使用自控设备在分水器与集水器之间旁通部分冷冻水，从而做到在冷源侧定流量在负荷侧变流量节省了部分输送能耗。
总的来说，这种系统较为简单，自控装置少，操作方便，初投资也较低，但是由于冷源侧要保持定流量，则在负荷侧要调节流量就存在困难。即使可以使用自控设备进行调节，则系统也势必变得复杂，尤其是遇到供水分区间压降较为悬殊时，此系统也就很难适应了。所以一次泵系统适用于系统较小而且各个循环管路压降差较小的中小型工程。
2.二次泵系统 二次泵系统（或称复式泵系统）则是在空调系统的冷源侧和负荷侧分别设置循环水泵的水系统，其示意图如图5-3b所示。
二次泵系统的冷冻水循环管路以分水器和集水器之间的旁通管为界，把系统划分为冷冻水制备和冷冻水输送两个部分。其中冷冻水制备部分为一次环路，由各冷水机组、供回水管路、初级泵（或称一次泵）和旁通管所组成，一般是按定流量运行工作。冷冻水输送部分为二次环路，由用户末端装置、供回水管路、次级泵（或称二次泵）和旁通管所组成，并且是按照用户负荷而采用改变并联水泵的台数或改变变频调速水泵转速的方式实现变流量运行工作。值得注意的是，在冷冻水制备部分一般采用“一泵”对“一机”的形式，而在输送部分水泵个数可多于制冷机组的个数，以更好地适应用户负荷的变化。
与一次泵相比较，二次泵系统所需要配置的自控设备更多，系统较为复杂，操作技术也要求较高，初投资也较大，但是系统在负荷侧较为容易实现变流量，从而有较好的灵活性并达到了节能的目的。同时，二次泵系统也能较好地适应分区压降较大的空调系统，故适用于系统较大、管道阻力较高、功能区别大的民用高层建筑。
5.1.1.4 同程式系统和异程式系统
1.同程式系统 同程式系统是水流通过各循环管路的流程均相同（或基本相同）的水系统。而同程式系统按管路布置的形式又可分为垂直同程布置和水平同程布置两种形式。
垂直同程布置是通过立管来达到同程，它解决了各楼层间的环路阻力平衡问题，具体地，有如图5-4所示的两种布置形式，两种形式的管路总长度是相同的，这体现了同程的特点。但在水系统运行方面，图5-4a布置形式的底层用户末端装置（如图中点A）所承受的压力明显要比图5-4b布置形式的要高（由于图5-4b布置形式点A到水泵出口距离较近），而考虑到保护末端装置，故优先采用图5-4a的布置形式。
图5-3 一次泵系统和二次泵系统
图5-4 垂直同程布置方式
水平同程布置是通过水平管来达到同程，它解决了每组用户末端设备间的环路阻力平衡问题，并有如图5-5a和图5-5b的两种布置形式，区别是前者的供水总管和回水总管在同一侧（有多根回程管），而后者供水总管和回水总管则分别在两侧（只有一根回程管）。当工程所要求的水平管较长时，宜采用后者。
综上可知，同程式系统是一种水力稳定性好的水系统，它的各环路的流量分配较均匀，调节也较为方便，但其管路复杂，所耗管材也较多，初投资也自然较大。
图5-5 水平同程布置方式
所以当支管路阻力较小，而负荷侧干管环路较长且其阻力占有较大比例时，应采用同程式系统。
2.异程式系统 异程式系统则是水流通过各循环管路的流程不相同的水系统，示意图如图5-6所示。在异程式系统中，由于各环路的流程不相同，故当沿程阻力在总阻力中占有较大比例时，各环路的阻力也会相差较大，也就导致了各环路流量的不平衡，为末端装置的调节和正常运行增添了困难。但是对于末端装置阻力较大或者有条件在管路上安装流量自控阀门的系统来说，异程式系统是可以采用的。
总的来说，异程式水系统管路较短，系统简单，较为节省管材，也减低了初投资，但是为平衡各环路的阻力也要采取相应的措施，例如增大局部阻力的比例和在每个环路上加装流量自控阀门。
图5-6 异程式系统
5.1.1.5 双管水系统、三管水系统和四管水系统
1.双管水系统 对于非独立式空调器，一般在上面设供水管和回水管各一根（见图5-7），由这种空调器所组成的水系统即为双管水系统。由于这种系统仅拥有一套供水管和回水管，供水管在夏季供给冷冻水，冬季供给热水；回水管也是一样冬夏季合用。所以，如果是冬夏季均需要使用空调，则机房应具备对夏季供冷和冬季供热的工况切换功能。
图5-7 双管水系统
根据现今众多高层建筑工程实例，双管水系统能够满足绝大部分中央空调的要求，故其符合我国国情，应得到广泛的使用。在《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019—2003）中规定：“全年运行的空气调节系统，仅要求按季节进行供冷与供热转换时，应采用两管制系统”。
双管水系统管路较少，系统简单，初投资较低。但是由于供热和供冷需要共用管道，所以不能满足多功能建筑的要求，无法同时在供冷和供热两个工况下运作。所以双管水系统尤其适合在我国南方只在夏季供冷，而在冬季不需要供热的中央空调系统中使用。
2.三管水系统 由于双管水系统无法同时供冷和供热，为满足这一要求又萌生出了供冷水管和供热水管分别设置而回水管共用的三管水系统。
在系统复杂程度方面，三管水系统要比双管水系统复杂，比四管水系统简单。由于冷冻水和热水共用回水管，冷热量相互抵消，不必要的冷量损失和热量损失会较大，不利于节能。同时，末端装置和管道水量控制也存在一定的难度。故三管水系统较少被采用。
3.四管水系统 由于双管水系统不能满足同时供冷和供热，三管水系统又存在不利于节能等缺点，所以四管水系统就出现了。所谓四管水系统，就是对于空调末端装置，均设有两根供水管和两根回水管，其中一组用于冷冻水循环，另一组用于热水循环的水系统，示意图如图5-8所示。
四管水系统基本上解决了双管水系统和三管水系统的问题，在多用途建筑中，各末端设备可随时选择供冷或者供热的运行模式，且在管路上两者不存在相互干扰，两种运行状态均可独立控制室内的环境参数要求。在运行模式切换时，不存在管路上冷热量相互抵消的问题，系统中的能耗按照末端的要求提供，能最大限度地节能。
图5-8 四管水系统
但是，四管水系统的使用也有限制，由于其管路较为复杂，管路较多较长，所以在管材、管件和保温材料上的投资会较大，管路所占用的空间也较多。四管水系统适合在允许大投资、大空间、多功能、高标准建筑的中央空调系统中使用。在《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）中规定：“全年运行过程中，供冷和供热工况频繁交替转换或需同时使用的空气调节系统，宜采用四管制水系统”。