浅谈中央空调冬季冷却塔供冷节能实践
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作者: 边宝利
摘要：冬季使用冷却塔代替冷水机组可有效降低能耗,正好符合国家倡导的“低碳节能”。本文分析了不同冷却水系统的可行方案及注意事项,可供设计及管理人员参考。
关键词：中央空调 冷却塔 节能
2011年已过,回顾这不平凡的一年,制冷空调行业分外精彩。中国经济走出全球金融危机的阴霾、总体回升,中央空调紧跟经济大趋势,销售额屡创新高、品牌格局提升、实力凸显……
评点各项利好因素,“低碳节能”彰显无疑。据了解,“低碳节能”已经成为空调行业年度提及率最高的词语之一,各大品牌企业纷纷推出新产品,誓言将低碳节能进行到底。我国政府明确提出到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的目标,要求把控制温室气体排放和适应气候变化作为各级政府制定中长期发展规划和战略的重要依据,并纳入国民经济和社会发展规划。为达成这一目标,占整个家用电器耗电量约30%的空调产品承载的责任尤为重大。据悉,中国作为全球第一大制冷空调设备生产国和第二大消费市场,空调产业低碳化大提速时代即将来临,必将掀起空调行业低碳节能建设的新高潮。
1、冷却塔节能的原因分析
大型现代化企业,工艺复杂、自动化程度高,电气设备多,往往一条工艺生产线设置了多个电气室。电气设备发热量较大时,一般均采用单冷空调。当生产线规模大、电气室又多,尤其适用集中制冷分散式中央空调。管理方便、运行费用低、安全可靠。一般设计中,换热设备一级比一级大,往往冷却塔总换热能力比空调箱的总换热能力至少大1.8～2.0倍。每个换热循环,系统设备消耗了大量的能源。其中以冷水机组能耗最大。在气象条件合适的季节,空调箱切换成通风换气运行方式,可节省所有换热循环。这是最理想的节能方案,在大型公共建筑的中央空调设计中已被广泛采用。
2、冷却塔直接供冷水的可行方案
(1)闭式冷却塔。当空调冷却水系统采用（蒸发式）闭式冷却塔时,冷水及冷却水两个系统,不但水质相似,而且冷却塔的冷却盘管的水阻力与冷水机组蒸发器的水阻力基本相当,因而实现冷却塔供冷节能方案,只需在两个水系统之间增设两个阀门,在冬季通过相应阀门切换,将蒸发式冷却塔当作蒸发式制冷设备,仍由冷水泵为空调箱提供冷水,新的冷水系统与原冷水系统运行条件完全相似,这是最佳的冷却水直接供冷节能方案。(2)开式冷却塔。采用开式冷却塔,要实现冷却塔供冷,相对而言要复杂得多。其复杂程度与冷却水系统稳压补水点位置、冷水机组处于冷水泵正压还是负压端、是否设置大水池等因素有关。首先,高位稳压补水冷却水系。当冷却水及冷水两个系统的稳压补水点绝对值相近时（开式冷却塔安装在冷水机房屋顶,并在水盘补水）,如果冷水机组又处于冷水泵的负压端,则冷却塔供冷节能方案与闭式冷却塔完全相似。只需在两个水系统之间增设两个阀门,冬季仍是冷水泵运行,但建议关闭原冷水稳压补水装置。其次,低位稳压补水冷却水系统。冷却塔或冷却水池处于冷水泵同一水平,甚至更低（如地下室）。如果冷水机组又处于冷水泵正压端,要实现冬季冷却塔供冷节能方案则更为复杂。因为此时,新水系统的稳压补水点（原冷水稳压补水装置已关闭）已不符合系统要求,系统维护时,水系统有进气的危险。特别当水池在地下室时,仅使用冷水泵供冷方案难以成立,必须借助冷却水泵为冷水泵供水。(3)冷却塔形式的选择。冷却塔的作用是将携带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换,空气吸收这部分废热并散发到大气中。冷却塔分干式和湿式。流过水表面的空气与水直接接触,通过接触传热和蒸发散热,把水中的热量传输给空气,采用这种水和空气热交换而冷却的方式称为湿式冷却塔。而干式冷却塔采用的是干空气,所以湿式冷却塔对于干式的优点是:热交换效率较高,水被冷却的极限温度为空气的湿球温度;干式冷却塔的缺点是:热交换效率比湿式冷却塔低,冷却的极限温度为空气的干球温度。所以有条件的地区,采用湿式冷却塔。在冷却方式中,逆流式效率最高,顺流式效率最差,横流式居中。同时逆流式冷却塔具有进风口与出风口具有较大的高差,进出风不易短流,能保证吸入空气的湿球温度相对较低,进风较为均匀,冷却效果好等优点。故选择逆流湿式冷却塔也能起到节能的作用。
采用水动风机冷却塔替代传统的电动风机冷却塔,可以起到很好的节能效果。其原理是:对于具备一定富余扬程（能量）的冷却水,采用一种微型冷却塔专用水轮机替代电机驱动风机旋转,使空气和冷却水进行对流换热,这样不仅可以取消电机,不需要耗费电能,还可以回收富余扬程冷却水的能量,达到节能的目的。由于能热交换能力主要是由气水比来决定,多少质量流量的热水用多少质量流量的空气进行热交换即可实现冷却塔的预期温降。而质量流量的空气不论用什么方法都可以获得,一般常用电机驱动风机获取。气水比实质上就是气的质量和水的质量之比,如果不用电机驱动风机,改用水轮机驱动风机,那么就变成了用多少水流量转换成推动空气的质量,来与热水进行热交换。这就简单的变成水轮机的轴功率与电动机的轴功率相同即可实现,同样达到冷却效果,使塔的比电耗趋零。塔的外形、结构、尺寸、冷却原理、都不需要改变该冷却塔具有可靠、冷却效果好、安全、环保等优点。
3、结语
在本研究中,冷却塔的外形、结构、尺寸、冷却原理、都不需要改变,具有如下优点:(1)可靠:微型冷却塔水轮机具有设计严谨、结构合理、转动平稳、维护及检修方便等特点,杜绝了漏电、漏油、电机及减速机损坏甚至烧毁等隐患,为风机的安全运作提供保障。(2)冷却效果好:随着季节的变化,水轮机的转速和风量会根据水压的增减而增减,使冷却塔的汽水比始终稳定在最佳的状态,从而达到最好的冷却效果。(3)安全:可在爆炸危险环境工作。(4)环保、经济:由于取消了电机、传动轴和减速机,因而降低了噪声、振动、飘水所带来的环境污染,减少了日常的维修、检修工作,降低了运行成本。
参考文献
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