中央空调冬季冷却塔供冷节能实践

康乳国*1，张 宏1，顾德俊2

（1- 宝钢发展有限公司工厂维护部, 上海 201900；2- 宝钢工程技术有限公司, 上海 200437）

中央空调冬季冷却塔供冷节能实践

康乳国*1，张 宏1，顾德俊2

（1- 宝钢发展有限公司工厂维护部, 上海 201900；2- 宝钢工程技术有限公司, 上海 200437）

对于全年供冷的中央空调系统，冬季采用冷却塔代替冷水机组为空调供冷水，是非常理想的节能措施之一。本文根据不同工程实践，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。

中央空调 冷却塔 冬季供冷 节能

*康乳国（1965-），男，工程师，主要从事空调制冷设备维护。联系地址：上海市宝山区湄浦路360号丙1，宝钢发展有

限公司工厂维护部，邮编：201900，电话：021-26646241，电子邮箱：yukey219@hotmail.com。

1 问题的由来

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。其工艺流程如图1所示。这个工艺流程，实质是通过多级换热设备，将电气室的热量排到大气中。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。

、图1所示工艺流程常用节能方案是，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。然而对于工业性、量大且分散的中央空调，往往因管理不便、温度无法保证而难以被采纳。

图1 典型中央空调工艺流程

图2 冷却塔供冷节能方案

由于停止冷水机组运行，节能效果仍相当可观，相对而言，管理则要方便得多，运行可靠。

2 冷却塔直接供冷水的可行方案

2.1 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，因而实现图2所示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。宝钢电厂主厂房、钢管厂主电室等空调水系统多年来冬季的运行实践表明，运行稳定，运行期至少有3-4个月，效益显著。

2.2 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。

2.2.1 高位稳压补水冷却水系统

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，见图3。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。

图3 开式冷却塔供冷节能方案（冷水机组处于冷水泵负压端）

如果冷水机组处于冷水泵的正压端，则冷却塔供冷方案必须增设4个阀门。见图4。其中一个阀门串接在原冷水系统中，在其他季节运行，则增加了永久阻力，增加了冷水泵的能耗。

图4 开式冷却塔供冷节能方案（冷水机组处于冷水泵正压端）

可见，为实现冬季冷却塔供冷功能，设计时，冷水机组应处于冷水泵的负压端。

2.2.2 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。即两个水系统必须串级同时投运。此时还得增设4个阀门及相应管道，如图5所示。

图5 开式冷却塔供冷节能方案（低位稳压补水点）

值得注意的是，由于冷却水与冷水系统没计流量不同，一般冷却水流量是冷水流量的1.5～2倍，且泵的特性也不同。要使2个水系统能正常串级运行，必须由两台冷水泵配合l台冷却水泵同时运行。显然，图5所示的方案节能效益是以上方案中最差的。

如果冷却水系统中还存在大水池，那冷却水供冷实用方案，更复杂。

2.2.3 配置大水池的冷却水系统

冷却水系统设置大水池，往往又在地下室。大水池对水系统运行稳定及安全有好处。但由于大水池的存在，如图5所示方案在切换时，将会遇到很大困难。

如秋/冬季切换，即冷却塔代替冷水机组切换。切换初期，供水温度将是水池温度，一般高于20℃。随着水池内的水被置换，温度逐渐下降，到满意的供水温度，要有一段时间，时间的长短与水池容量及流量有关。显然，这段时间会对用户室内温度产生不利影响。但毕竟切换尚能顺利完成。

然而冬/春季切换，即由冷却塔切换回冷水机组。当冷却水供冷水温度较低（如10℃左右），由于冷却水水池温度无法满足冷水机组启动的条件，冷水机组难以立即启动。

宝钢2050热轧电气室空凋冷水站水系统就是这种型式的典型例子。在2002年12月热轧厂大修期间，顺利完成了水系统节能改造，并在投运前进行试验，效果令人满意。但因没能确定返回启用冷水机组的可靠方案，最终放弃了当年就采用冷却水供冷节能运行。

可行的方案，是在水池之间增设一些阀门，见图6所示。其中冷却塔旁通阀V1一般在原水系统中本应设置的。这样根据不同季节切换调节相应阀门水流量比例，就能实现即时切换，减少供水温度波动，又能在长期运行期间发挥水池的原有功能。不同季节切换时，相应阀门操作见表l。

图6 大水池供冷节能方案（低位稳压补水点）

表1 不同切换季节时阀门操作过程

上述方案操作毕竟太复杂，不实用。实用方案是在切换前，开启冷却塔旁通阀V1，利用电气室余热，使串级运行的水系统升温，到合适的温度时再实施切换。宝钢热轧厂2003年年修时，又认真进行了试验，证实这种方案完全可行，并找到了合理的切换温度。宝钢实践已经证明，虽然，冷水升过程，会使空调房间温度波动，房间温度有所升高时，水已满足冷水机组启动条件，切换能顺利进行[4]。

可见，当冷却水系统设置大水池，虽也能实现冬季冷却塔供冷节能，但水系统季节切换操作比较复杂。

3 注意事项

3.1 节能运行模式切换温度

当冷却塔结构形式及数量确定后，其供水温度与室内负荷及室外空气参数有关，室外湿球温度是供水温度的理沦极限度。

供水温度越高，除湿效果越差。当室内湿负荷很小时，采用较高供水温度完全可行。但用户性质不同，供水温度应有差异。

3.2 定压点的选择

对于图2所示方案。新的水系统定压点，无论采用原冷却水系统或冷水系统的定压点，原则上均可运行。但两个定压点只能保留一个，不可同时存在。从新水系统运行的稳定性及切换操作方便考虑，建议仍采用原冷水系统的稳压补水装置，关闭冷却水的膨胀水箱。对于开式冷却塔水系统，只能采用原冷却水系统的稳压补水装置。

3.3 开式冷却水水池的容积

早期采用的地下室大水池，尽管对系统运行的稳定性及安全性有好处，但对实现水系统节能方案造成极大的麻烦。好在这种设计现在已很少被采用。

3.4 开式冷却水系统水质

尽管冬季昆虫、落叶、藻类繁殖等污染水质问题比其他季节要好得多。但风沙、尤其是沙尘暴对水质的污染仍值得重视。因为冷水机组冷凝器受污染，可以抽管清洗，而空凋表冷器一旦受污染，处理就相当困难。因而，冬季节能方案中串级水系统的两个过滤器等水处理设备仍应同时投运。

3.5 新水系统的自控

采用冷却塔供冷水后，原有的自动控制程序必须重新修改。增设冬季运行程序，根据气象条件和供水温度来决定冷却塔投运数量及运行状态。

3.6 冷却塔防冻

冬季气温较低，尤其晚间或负荷较小时，一般只需l台冷却塔投运就可以满足供冷要求。当气温降到冰点或冰点以下时，则必须将不会投运的冷却塔内的水放空，以防冻坏设备。如果气温长期处于冰点之下，为防意外，建议水系统中添加防冻剂，以防停修期间冻坏外露管道、设备。

4 结语

（1） 对于全年供冷的中央空调系统，冬季采用冷却塔代替冷水机组为空调箱供冷水，是非常理想的节能措施之一，效益显著。

（2） 中央空调水系统要实现冬季冷却塔供冷水，冷却水系统采用闭式（蒸发式）冷却塔是最佳选择。相对而言，开式冷却塔要复杂得多。

（3） 设计具有冬季冷却塔供冷节能功能水系统时，应注意新水系统的定压点选择，自控程序增没冬季节能运行程序，冷却水系统应避免采用大水池及注意防冻等问题。

[1]马最良等.冷却塔供冷技术的原理及分析[J]. 暖通空调，1998；28（6）：27-30

[2]潘云钢. 高层民用建筑空调设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1999：176

[3]蒋维香等. 开式制冷循环水系统在工业中的应用[J]. 暖通空调，2002；32（6）

[4]康乳国等.宝钢2050热轧电气室空调冬季冷却水供冷节能改造[J]. 宝钢技术，2004；（1）：11-13

Energy saving analysis of cooling tower for supplying cooling water for central air-conditioning in winter

Kang Ruguo.1，Zhang Hong1，Gu Dejun2
（1- Factory maintance department，Baosteel developing company，Shanghai 201900，China；2- Baosteel engineering & technology group Co., Ltd.，Shanghai 200437，China）

Cooling water supply for the central air-conditioning by the cooling tower instead of the chiller in winter is one of the ideal energy saving methods for the air-conditioning system which provide whole-yearly cold supply.According to different engineering practice, the feasible options of different cooling water systems were analyzed and the key points were set forward which need to be take into consideration by the designers and managers.

central air-conditioning；cooling tower；winter cold supply；energy saving