冬季冷却水塔自然降温在华北地区6℃水制冷系统中的改进应用

焦海燕

（中国乐凯集团有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

能源与人类的文明和社会的发展紧密相连，是社会发展的物质基础，节能早已被我们国家确定为一项长期战略方针[1]。而制冷空调在工程中实现节能的原则是在满足使用要求的前提下，设计最小的制冷和空调负荷，确定合适的工程规模，降低建设投资。从运行期间考虑，就是保证投入运行设备的能源利用率最高、能量消耗最小[2]。

为了充分利用冬季的环境冷量资源，降低6 ℃水系统运行中的电耗，根据华北地区气候变化的统计数据（见表1），每年的1月、2月、3月和11月、12月份室外的平均温度为1 ℃左右。因此，在此阶段内，根据天气的实际情况将6 ℃水系统切换为冷却水塔直接降温，即由冷却水塔将换热后循环回来的6 ℃水回水（温度12 ℃）直接降温后供出。

表1 华北地区气候状况统计Table 1 Statistics of Climate Status in North China

由于相关生产规程要求的6 ℃水控制指标为5～8 ℃，所以在切换这两种制备6 ℃水的工艺时一直存在较大问题。因为，在11月中旬由制冷机降温切换为冷却水塔降温直接供冷时，由于制冷机组运行时要求的冷却水塔降温后的冷却水温度必须在16 ℃以上，而切换时直接供出冷却水塔降温后的冷却水水温达不到工艺指标和用户要求，所以进行切换前，必须提前通知用冷车间，关闭制冷机，先将冷却水池的冷却水由16 ℃降温至8 ℃以下，才能合格供给用户使用，因此降温时间即切换时间约为6～8 h。3月中旬的切换亦是如此。

为了解决每次切换时6 ℃水温度的波动和对用冷单位的影响，计划对6 ℃水和冷却水供水系统进行改造，通过改造6 ℃水和冷却水的管道、增加安装6 ℃水水泵和冷却水水泵，实现冷却水塔由16 ℃降温至8 ℃的过程中，制冷机组不停车、持续供出合格的6 ℃水，保持用冷车间的正常稳定生产，当冷却水水温降至8 ℃以下再关停制冷机，由冷却水塔直接降温供出合格的6 ℃水。并且，当这两个季节气候变化幅度较大，环境温度无法保证冷却水塔降温效果时，可随时切换为制冷机降温制备供应合格的6 ℃水，比如，可以在白天环境温度较高时开启制冷机组，晚上环境温度较低时关停制冷机、由冷却水塔自然降温，提高两个季节冷却水塔降温的使用率，合理降低6 ℃水生产能耗[3]。

2 具体实施内容

首先，切换制冷机蒸发器的6 ℃水为冷却水，并且为了保证外供6 ℃水的压力稳定，在冬季外送管阀门前加装一增压泵，流量1 000 t/h，扬程10 m，可以抵消制冷机组开车时的阻力损失。

其次，为了保证离心制冷机的稳定运转，在制冷机的冷凝器循环水进出口管道之间加装450 t/h，扬程10 m的循环泵，可以控制调节冷却水的进口温度，满足制冷机随时开停的需求。

另外，在外供6 ℃水管道上增加控制阀门DN500一个，在6 ℃水增压泵前后增加DN350阀门两个，制冷机冷却水管道泵后DN250阀门两个。

图1 改造工艺图Fig1 Transformation process drawing

3 两种降温工艺切换操作流程

3.1 冬季由制冷机运行降温切换到冷却水塔自然降温状态操作

（1）冷却水塔降温，当温度降到16 ℃左右时，开启冷冻泵房新装增压泵，然后关闭原有冷冻水泵及阀门，使通过制冷机蒸发器的6 ℃回水变为冷却水塔冷却水，冷却水塔持续降温。

（2）开启制冷机新装冷却水循环泵，调节冷却水补水阀门和回水阀门，保证冷却水流量，并确保冷却水进口温度不低于16 ℃，监控制冷机组运行。

（3）冷却水塔水温降至8 ℃以下时，关停制冷机并关闭制冷机冷却水泵及阀门。

（4）开冷冻泵房外供送水总出口DN500阀门，停冷冻泵房新装增压泵，关闭泵前阀门，完成系统切换。

3.2 冷却水塔自然降温不能保证送出6 ℃水温时，由冷却水塔自然降温切换到制冷机运行降温状态操作

（1）开启冷冻泵房新装增压泵和泵前阀门，关闭外供6 ℃水总出口DN500阀门，使冷却水塔降温后达不到温度要求的6 ℃水经过制冷机降温后送出。

（2）调节制冷机冷却水阀门并开启新装冷却水泵，开启制冷机。

（3）根据制冷机负荷情况，调节冷凝器冷却水温度保持在16 ℃以上，保证外供6 ℃水温度合格。

（4）当冷却水塔自然降温能够保持在8 ℃以下时，关停制冷机并关闭制冷机冷却水泵及阀门，然后打开外供6 ℃水总出口DN500阀门，关闭冷冻泵房新装增压泵及阀门。

4 实际运行效果及能耗数据

采用制冷机组降温制备供应6 ℃水时，需要运行的设备有制冷机、6 ℃冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔轴流风机，当切换为冷却水塔自然降温运行状态后，制冷机停止运转，可减少电耗70%左右。

不过，在冬季通过冷却水塔将6 ℃回水与冷空气直接进行热交换制备供给6 ℃水，理论上讲，只有环境湿球温度低于6 ℃时才能保证外供冷冻水温度在8 ℃以下，且稳定合格供给。在实际运行中，考虑到3月、11月两个过渡季节气温的波动性，必须当室外环境湿球温度全天降低到3 ℃以下时，才将制冷系统切换到冷却水塔自然降温状态。

经过对6 ℃水和冷却水供水系统的改造，实现了每年3月和11月随时对6 ℃水系统在制冷机降温和冷却水塔自然降温状态之间的无扰动切换。也就是在气温波动频繁的这两个月内，可以在白天湿球温度较高冷却水塔自然降温不能保证外供6 ℃水温度时切换为制冷机运行降温，晚上气温降低后再切换为冷却水塔自然降温，根据环境温度的变化更换6 ℃水制冷降温模式，延长低能高效的经济运行时间。

经过对比统计，此种操作模式每年运行约20 d，平均每天节约耗电9 600 kWh左右，年降低运行费用约17万元。

5 结语

集中供应空调6 ℃水系统采用冷却水塔自然降温运行模式可以大大降低系统的耗电量，节约运行费用，提高制冷能效比。如果充分考虑冷冻水和冷却水系统在切换过程中制冷机的运转问题和水温波动对用户造成的影响，并进行适当改造，相信冷却水塔自然降温系统将成为今后空调制冷节能降耗的主要措施之一。尤其在我国华北或东北等很多冬季气候寒冷地区，具有运行自然降温冷却系统的条件，建议广大制冷空调设计人员在具体工作中可充分利用这一有利的气候资源，进行专业研究和设计运用，这对企业降低产品成本具有非常重要的意义。