谈暖通空调冷却水系统设计

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摘要：水冷式空调冷水机组的冷凝器散热，依靠冷却水进行冷却，由于冷却水量非常大，考虑节约能量和水资源，且降低运行费用，一般冷却水是经过冷却塔冷却后循环使用。本文对暖通空调冷却水系统设计进行简要的分析。

关键词：暖通；空调；冷却水；系统设计

水冷式空调冷水机组的冷凝器散热，依靠冷却水进行冷却，由于冷却水量非常大，考虑节约能量和水资源，且降低运行费用，一般冷却水是经过冷却塔冷却后循环使用。

1．冷却水循环系统

冷凝器冷却水的出水温度一般可达37℃以上。通过冷却塔将高温水冷却到冷水机组冷凝器冷却所要求的进水温度，经过冷却水泵送至冷水机组循环使用。由于冷却水系统为敞开式系统，冷却水容易被外界脏物污染。另外，冷却水以蒸发冷却为主，水分蒸发量很大，水中盐类物质不断浓缩而恶化水质。因此，冷却水系统中，要求设置水过滤和水质处理装置。

2．冷却塔的选择

2．1原理

冷却塔冷却水的原理主要是空气与水直接充分接触进行热、湿交换的过程。被冷却水通过布水装置均匀的洒向填料层，风扇从下部进风窗吸入空气，经填料层向上排风。在填料层内，空气和水逆向流动并进行热、湿交换，水经过冷却后，流入集水盘，从排水口排出。

2．2冷却水量

冷却水量取决于冷水机组冷凝器的散热量和冷却水供、回水温差。

冷却水的供、回水温差，对于不同机型、不同生产厂家产品也完全一样，对蒸汽压缩式制冷机供、回水温差一般为5℃。双效溴化锂制冷机，供、回水温差，有的产品为5.5℃，也有的为5.6℃等。因此，冷却水量应查阅冷水机组生产厂家提供的产品技术资料。

3．冷却塔的选择

根据冷却水量和冷却水供、回水温度及温差便可以选择冷却塔。但是，冷却塔的工作原理主要是依靠水分蒸发吸收热量来实现水冷却的目的。因此，空气干球温度对它的影响很小，往往在空气温度高于水温时，水也可以达到较好的冷却效果。可见，冷却水的冷却效果主要取决于空气湿球温度，因此，冷却塔产品的技术资料都是在既定的空气湿球温度下的数据，如果设计条件与产品技术要求不符，则需要对产品的技术数据进行修正。另外，冷却塔的性能与冷却水的进、出口温度关系很大。从热平衡观点看，对既定的冷却塔，温差越大，处理水量越小。

冷却塔选择的修正计算，可采用生产厂家提供的方法进行，也可提供基础资料给生产厂家，由生产厂家负责计算选型。另外，选择冷却塔时，还应考虑以下因素：周围环境对噪声的要求，如果要求噪声严格时，可选用超低噪声冷却塔，冷却塔夜间也需要运行时，也可选择变转速风机冷却塔，在夜间，风机低转速运行；对美观要求较高时，宜选用方形塔，方形塔可组合使用，调节方便，有利节能运行，但投资较高，颜色应与主体建筑协调；保证良好的通风条件，合理组织冷却塔的气流；防止飘水对周围环境影响；考虑有、无防火要求。

4．冷却水水质

冷却塔为敞开式，容易被大气中的脏物污染，同时，又给微生物的繁殖和生存提供了良好的条件。由于冷却水蒸发量大，而冷却水系统水容量小，水中盐类物质浓度增加也比较快。

4．1软化法

水质软化法一般是采用离子交换方法，除去水中的Ca++、Ms++离子，使水成为软水，防止了在换热面上结水垢。大家知道，冷却水的污染是多方面的，软水只能解决水的结垢问题。由于冷却水量比较大，每次只能对部分水进行软化，可将软水装置设计为旁流式。水质软化法一般投资比较大，运行费比较高。

4．2电子水处理法

近年来，电子水处理设备不断开发，在工程上的应用也逐渐增多，其作用原理是利用电场的作用，使分子的物理结构发生变化，水分子与接触界面的电位差减少，水中溶解盐类的离子及带电粒子间的静电力减弱，不能相互集聚，从而达到防止水结垢的目的。有些产品还指出了可以杀菌、灭藻、除垢、防垢、防腐、除色等多项功能。设计中应分清情况，分析比较后选用。该方法简单，运行费用低。

4．3加药法

加药法是指向冷却水系统中投加缓蚀剂、阻垢剂，防止水生成水垢。通常投加的药剂有磷酸钠、硫酸锌等，是目前运行中应用比较广泛的方法。加药法防垢、缓蚀方法效果好，运行简单，可靠，可以同时投加几种药剂，达到多种保护水质的效果。但是，运行成本比较高。

5．冷却水系统的节能

冷却水泵是空调系统中的主要耗能设备，它耗电功率大，运行时间长，所以，其能耗量十分可观。空调负荷是不断变化的，冷水机组经常是处于部分负荷情况下工作，因此，冷凝器对冷却水的需求量也是可以变化的。水泵的电功率与流量的三次方成正比。可见，通过改变水泵转速变流量，可以大幅度减少水泵耗电功率，是冷却水泵运行节能的重要途径。

5．1冷却水变流量对制冷循环的影响

对于蒸汽压缩式制冷机，制冷循环接近逆卡诺循环，冷凝温度影响到制冷量和制冷效率。因此，冷却水温度对制冷循环将产生影响。

制冷机负荷减少时，冷却水量相应减少，但冷却水的平均温度不变，制冷循环的参数未改变。为此，水泵可以减少电功率，而对制冷机，制冷所消耗的电能，在同等条件下，原则上没有变化。

相反，如果制冷负荷减少，冷却水量定流量运行，这意味着冷却水的平均温度降低了，制冷循环的冷凝温度可相应降低，从而提高了制冷量和能效比。

综合上述分析，水泵变流量运行的节能效果具有十分明显的效果。

5．2冷却变流量运行对设备的影响

5．2．1对冷水机组的影响

当冷却水量减少时，水通过冷凝管束的流速降低，一方面降低了热交换面的传热系数，减少了换热量，另外，增加了换热管表面结垢和悬浮物沉降的可能性。一般在冷水机组冷却水入口处设有流量开关，以防止缺水和少水，保证冷水机组正常、安全工作。

5．2．2对冷却塔的影响

冷却塔是一种定型产品，性能是按额定流量设计的，如果流量减少，会影响到布水装置工作。冷却塔内如果布水不均匀，会使塔内断面上冷却风量分配不均匀，将影响冷却塔的热、湿交换效果。因此，一般生产厂家要求，冷却水流量不应超过额定流量的±20％范围。

从冷却水系统的运行现状来看，节约能耗是一个十分突出的问题，其中有设计问题，也有运行问题，冷却水系统的节能是一个综合性的问题，除了要研究一些技术性问题外，同时还要考虑运行的稳定性和可操作性。■

参考文献

[1]陆亚俊.暖通空调(第二版).中国建筑工业出版社.

[2]朱颖心.建筑环境学(第二版).中国建筑工业出版社