浅谈冷却塔供冷技术

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摘要：冷却塔供冷，是一种不使用制冷机的供冷手段(国外称为“免费供冷”free cooling)，是指在常规空调水系统基础上增设部分管路和设备，当室外气象参数达到某些特定值，特别是室外湿球温度低到某个值以下时，关闭制冷机组，将流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统或工艺冷却系统供冷，满足建筑物空调需求及工艺供冷需求。

关键词 冷却塔供冷 内区板式换热器

中图分类号：X703文献标识码： A

随着我们经济的发展，大型厂房及大型公共建筑越来越多，各种各样的生产工艺不断涌现，大型厂房及大型建筑的内区需要常年供冷；一些耗热量较大的工艺，冬季亦需要供冷冷却；对于这些夏季仍需供冷的建筑物来说，在过渡季节和冬季利用室外的自然冷源来实现对室内的供冷，避免开启制冷机组以节省空调系统的耗电量，冷却塔供冷就是其中的方法之一。

《公共建筑节能设计标准》明确提出，对冬季或过渡季存在一定量供冷需求的建筑，经技术经济分析合理时应利用冷却塔提供冷水。冷却塔提供空气调节冷水是指在原有常规空调水系统基础上增设部分管路和设备，当室外空气湿球温度达到一定条件时，可以关闭水冷式制冷机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑物所需的冷负荷。

一、冷却塔供冷，是一种不使用制冷机的供冷手段(国外称为“免费供冷”free cooling)，是指在常规空调水系统基础上增设部分管路和设备，当室外气象参数达到某些特定值，特别是室外湿球温度低到某个值以下时，关闭制冷机组，将流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统或工艺冷却系统供冷，满足建筑物空调需求及工艺供冷需求。

（一）冷却塔供冷系统的原理

对于一种结构已定的冷却塔而言，它的出口水温是由建筑冷负荷及室外湿球温度决定的，水可能被冷却的最低温度为当时室外空气的湿球温度。

随着过渡季和冬季的到来，室外湿球温度逐渐下降，相对湿度降低，冷却塔出口水温也随之下降。而此时，建筑冷负荷不断下降，湿负荷不断减少，适当提高冷水温度，减少其除湿能力，完全能满足空调系统舒适性的要求。若此时冷却水出口水温与空调末端所需冷水水温相吻合，就为冷却塔供冷的应用提供了可能的条件。

（二）冷却塔供冷系统的形式

冷却塔供冷按冷却水是否直接进入空调末端设备来划分可分为:冷却塔直接供冷系统和冷却塔间接供冷系统。

1冷却塔直接供冷系统

冷却塔直接供冷系统是一种通过旁通管道将冷水环路和冷却水环路连在一起的系统。在夏季，系统在常规空调水系统条件下工作，在过渡季和冬季，当室外湿球温度下降到某个值时，就可以通过阀门打开旁通，同时关闭制冷机，转入冷却塔供冷模式。

由于开式冷却塔中的水流与室外空气接触换热，易被污染，从而造成系统中管路腐蚀、结垢和阻塞，通常在冷却塔和管路之间设置水处理装置，以保证水系统的清洁。

2冷却塔间接供冷系统

冷却塔间接供冷系统是装设一个板式换热器，将冷却水环路和冷水环路隔开，使之相互独立，不直接接触，能量传递依靠板式换热器来进行。图中实线即为系统在冷却塔供冷状态运行时的流程示意。这种方式的特点是冷水不受冷却水的污染，但与冷却塔直接供冷相比，存在中间换热损失，效率有所将低。

二、供冷系统设计应注意的几个问题

1冷却塔供冷模式室外转换温度点的选择直接关系到系统供冷时数。假设经计算确定此时空调末端所需供水水湿为12.7℃，考虑冷却塔冷幅度、管路及换热器等热损失使水温温升4.5℃，则可得在室外湿球温度等于或低于8.2℃时即可切换为冷却塔供冷模式。

2系统中冷却塔在依夏季冷负荷及夏季室外计算湿球温度选型后，还应对其在冷却塔供冷模式下的供冷能力进行校核。

3间接供冷系统中换热器应选择板式换热器。板式换热器与传统的管壳式换热器相比，其具有高效率的换热能力。

4在直接供冷系统中，冷却水环路中冷冻水泵应设旁通。冷却塔供冷模式时冷冻水泵关闭，冷却水旁通过冷冻水泵，此时循环水动力由冷却水泵提供。故在系统设计时要考虑转换供冷专用泵。

5在直接供冷系统设计中应重视冷却水的除菌过滤，以防阻塞末端盘管。

6考虑到在特定室外湿球温度和建筑负荷下冷却塔冷幅(冷却塔出水温度与室外湿球温度之差)随冷却填料尺寸增大而减小，故对于多台套冷却塔系统可采用串联冷却塔的方法来增加冷却效果，提高冷却塔供冷模式的室外转换温度，从而增加供冷时数。

7由于冷却塔供冷主要在过滤季节冬季运行，故在冬季温度较低地区应在冷却水系统中设置防冻设施，如设置旁管、增设加热器。

三、冷却塔应用范围

1建筑物存在面积和发热量较大、需全年供冷才能保证空调区域的舒适度基本要求的内区；

2上述内区采用风机盘管加新风系统，且风机盘管能够独立送冷水（水系统采用分区二管制或四管制）；

3新风量及新风温度不能消除室内余热。

四、冷却塔供冷前景

冷却塔供冷技术在国外已有很多应用,并取得了良好的经济效益,希望我国暖通空调工作者对这一领域加大研究力度,并开拓它在国内的应用范围,相信这将对缓和我国能源紧张状况起到积极作用。

建议将国内一些有条件的现有建筑空调系统改造成冷却塔供冷系统,作为空调节能的重要技术措施来推广与应用,以节省运行能耗,降低运行费用。并希望在新建建筑物的空调设计阶段就能对冷却塔供冷方案给予充分考虑。

建议冷却塔设备生产厂家在产品样本中提供湿球温度范围更大的冷却塔热工数据,并能根据我国不同的地区设计出符合冷却塔供冷要求的新型冷却塔,为冷却塔供冷技术的应用与推广提供必要的设备和技术数据。

参考文献：

1.《实用供热空调设计手册》第二版，陆耀庆主编