循环冷却水系统的节能与冷却塔供冷技术

循环冷却水系统的节能与冷却塔供冷技术

安岩1肖航2

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1中国建筑技术集团有限公司北京市朝阳区100013；2中广电广播电影电视设计研究院

摘要：作为建筑能耗主体的采暖空调能耗属于季节性能耗，是导致能源供需矛盾的主要原因。我国的建筑物和建筑设备节能性能很差，大部分采暖空调系统存在着严重的能源浪费问题，因此，我国建筑节能潜力巨大，此外我国的建筑物和建筑设备增量巨大。这些因素都说明加大建筑节能工作力度，是缓解能源短缺的有效途径，并可带来非常显著的节能效果和社会效益。本文分析了循环冷却水系统的节能方法与冷却塔供冷技术

关键词：循环冷却水系统；冷却塔供冷技术；节能方法；

建筑节能是在当今人类面临生存与可持续发展重大问题的大环境下，世界建筑发展的基本趋向，建筑循环冷却水系统的节能对提高建筑的节能效率有积极意义。通过冷却塔供冷技术的运用，还可以起到节能减排的作用。

一、循环冷却水系统的节能

1.冷却水水源。循环冷却水宜循环利用，尤其当采用自来水作为冷却水水源时，其给水应循环利用，提高水的重复利用率，从根本上节约水资源，以达到节能减排的目的。在水源条件许可的情况下，可采用江水、河水、湖泊水、海水、地下水、中水等作为循环冷却水。对于密闭式循环冷却水系统，其补充水一般可采用软化水或脱盐水。

2.循环冷却水系统。循环冷却水系统通常分为密闭式和敞开式循环冷却水系统。敞开式循环冷却水系统布置按水泵设置在冷冻机的位置，一般可分为前置水泵、后置水泵和双级水泵三种类型。前置水泵和后置水泵的布置中应尽量利用剩余水头（余压），避免采用双级水泵，以减少能耗的损失。密闭式循环冷却水系统的冷却水温取决于干球温度和风速，受自然条件影响较大。在年平均气温较低的地区可以使用，或仅在寒冷季节使用。对于水温、水质、运行等要求差别较大的设备，循环冷却水系统宜分开设置。

3.循环冷却水处理。针对不同的循环冷却水水质需采取化学（杀菌、灭藻、水质稳定等）、物理（过滤、电子除垢器、静电除垢器、磁水器等）的水处理方法，起到缓蚀、阻垢的水处理功能，以减少管道和机组内的结垢、腐蚀，减少管道的运行能耗。

4.计量与控制。冷却塔的补水总管上应设置流量计量装置，在冷冻机组的冷却进出水管上设温度计，以对系统的能耗进行计量。在系统的控制上，循环冷却水泵宜采用自动变速控制（变流量节能），变频泵的变频范围应能满足系统安全运行和系统流量变化要求。为了节省能耗，对于变负荷运行的换热设备，可选用变速风机的冷却塔。冷却塔的电机可采用变频控制或两级风速控制。在BA控制上，显示水流状态和冷却塔风机运行状态。在循环冷却水的进出水管问宜设置旁通管，并设置可调节流量的闸门，满足特殊工况下的节能运行要求。

5.余热利用与冷却塔供冷。循环冷却水系统采用余热利用的方式有利于减少排放，更有利于节能，有直接利用和间接利用两种形式，设计人员应根据工程实际情况，经技术经济比较后合理选择系统的利用组合和运行方式。直接利用是循环冷却水经板式热交换器换热后再进入冷却塔，被交换的冷水可作为需要加热水的预热，是在充分满足冷冻机组冷却效果功能的前提下进行的节能措施，系统余热的利用较充分。间接利用是在冷冻机内设专用的热回收冷凝器，其利用热水温度可提高到37-42℃，整个系统的操作较简单。

二、冷却塔供冷技术

冷却塔供冷技术，又称免费供冷、零耗能制冷、水侧免费供冷，是一种在过渡季节和冬季当室外气候条件允许时，使用冷却塔为建筑物供冷的系统形式，可充分节约能源，具有很大的节能潜力。

1.冷却塔供冷的形式。按冷却水是否直接送入空调末端设备来划分，冷却塔供冷形式可分为两大类：间接供冷系统和直接供冷系统。

（1）间接供冷系统。间接供冷系统是指系统中冷却水环路间相互独立，其能量传递主要依靠中间换热设备进行。其最大优点是保证了冷冻水系统环路的完整性，保证环路的卫生条件，但由于存在中间换热损失，使供冷效果有所下降。间接供冷系统通常有两种形式。一种是在制冷机组制冷剂环路中的冷凝器与蒸发器间设旁通管路，上设制冷剂旁通阀（见图1）。工作时关闭压缩面，将旁通阀开启，制冷剂充当热载体在其形成的环路中流动，完成热量的传递。但此方法由于换热效率低且要改变制冷剂环路，故一般不采用。另一种是在原有空调水系统中附加1台板式热交换热器。在冷却塔供冷时，关闭制冷机组，使冷却水与冷冻水分别接入板式热交换热器，实现能量传递。

（2）直接供冷系统是指在原有空调水系统中设置旁通管道，将冷冻水环路与冷却水环路连接在一起的系统。夏季时按常规空调水系统运行，当转入冷却塔供冷时，将制冷机组关闭，通过阀门打开旁通，使冷却水直接进入用户末端。系统中冷却塔可采用开式或闭式。当采用开式冷却塔时，冷却水与外界空气直接接触，管道系统容易被污染，需要适当增加水处理及过滤设备以满足冷却水系统的要求。采用闭式冷却塔时可满足冷冻水的水质要求，但由于其靠间接蒸发冷却原理降温，传热效果会受到一定的影响。

2.冷却塔的选择、设置和布置。设计应合理选择冷却塔。在空气湿球温度较低的干燥地区，可通过设计计算来适当提高冷却水进出水温差，以减少循环水量和循环水泵的能耗、缩小循环管道的管径。在冷却塔的选择上，设计应提倡采用冷效高、噪声低、飘水率少的省电型冷却塔。配水要均匀，减少壁流和防止堵塞；收水措施有效，以减少水滴损失。一般来说，圆形冷却塔的气流组织比方型要好，不易产生死角。在相同条件下，逆流式冷却塔的冷却效率相对横流式冷却塔要高。通过经济比较后，也可选用无动力的冷却塔。冷却塔的位置应选择在通风良好、气流通畅、湿热空气回流影响小的建筑物最小频率风向的上风侧。当冷却塔设在地下或用围墙、顶板等遮挡时，宜采用能将高温气流送至远离冷却塔进风处的塔型，并应配合生产厂进行冷却塔气流组织的计算，避免热空气的回流，确保足够的进风面积。在冷却塔的布置上，宜保证冷却塔之间的距离，有良好的气流组织条件，避免影响冷却塔的散热效果。冷却塔宜单排布置，当需多排布置时，塔排的间距应保证塔排的同时进风量。单侧进风塔的进风面宜面向夏季主导风向，双侧进风塔的进风面宜平行夏季主导风向。冷却塔进风侧离建筑物的距离宜大于塔进风口高度的2倍。冷却塔的四周除满足通风要求和管道安装位置外，还应留有检修通道，通道净距不宜小于1m。

3.冷却水系统的防冻方法。由于冷却塔供冷主要在过渡季及冬季运行，故在冬季温度较低地区应在冷却水系统中设置防冻设施。我国大部分地区冬季温度都可达0℃以下，室外冷却塔集水盘易结冰，解决的方法是可根据当地室外极端最低温度，在集水盘内设置一定容量的电加热器，电加热器受集水盘内水温控制，另集水盘应采用镀锌钢板或其它金属材料以防冻裂。为了保证能在0℃以下正常进行补水，最好采用电极控制电磁阀进行补水，以免浮球阀受结冰影响而失灵。气温极低时，集水盘水面溅起的水汽会在进风百叶上结冰。同时，经过冷却塔上部风扇叶片的水汽亦可能会在风扇表面结冰，如果结冰较多就会影响冷却塔运行。解决这个问题，可以将风扇放在水汽通道之外即采用气流鼓吹式取代常用的抽吸式，从根本上避免水汽对风扇的影响。另还可以将冷却塔顶的风扇定期反转，以此把挂在风扇上的冰凌去除。

通过上述分析可以看出，在循环冷却水系统中节能是有作为的，节能的途径也是多样的，其中冷却塔供冷技术是具有潜力的节能技术。因此重视循环冷却水系统的节能对公共建筑的节能有积极的推广意义。

参考文献：

[1]房华伟，张勋才．组合式空调的节能策略与控制程序设计[J]．烟草科技，2011（2）：29—33．

[2]张建勋，蔡永强，张胜利．冷雾加湿控制系统与空调集中控制系统的集成[J]．烟草科技，2010（1）：26-28．