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摘要：本文主要针对冷却塔的供冷原理和系统形式，影响冷却塔供冷系统经济性以及冷却塔供冷系统设计应注意的几个问题进行探讨。
关键词：节能; 空调; 冷却塔供冷
Abstract: this article mainly aims at the cooling principle and system cooling tower form, which influences the cooling tower the refrigeration system economy and cooling tower the refrigeration system design should be pay attention to several issues to discuss.
Keywords: energy efficient; Air conditioning; Cooling tower cooling
中图分类号：U262.23文献标识码：A文章编号：
冷却塔供冷技术特别适用于需全年供冷或建筑有需常年供冷的内区建筑如大型建筑内区、大型百货商场等或需全年供冷且需严格的湿度控制的建筑如计算机房、程控交换机房等。其在一些风机盘管加新风系统应用可使过渡季节、冬季免费供冷成为可能。
1.利用冷却塔供冷的原理及系统形式
1.1利用冷却塔供冷的原理
对于一种结构已确定的冷却塔而言,它的出口水温是由建筑冷负荷以及室外空气湿球温度来决定的。这一湿球温度可以代表在当地大气温度条件下,水可能被冷却的最低温度,也就是冷却塔出水温度的理论极限值。一般冷冻水环路进出口水温多为7℃和12℃,温差为5℃。选择这样低温度的冷冻水主要是为了夏季空调除湿。而在过渡季室外气温下降,冷负荷和湿负荷也在不断减少,适当提高冷冻水温度完全能够满足空调舒适性要求,这就为冷却塔供冷运行方式提供了机会。
1.2冷却塔供冷系统的形式
1.2.1冷却塔直接供冷系统
冷却塔直接供冷系统就是一种通过旁通管道将冷冻水环路和冷却水环路连在一起的水系统。在夏季设计条件下,系统如常规空调水系统一样正常工作。当过渡季室外湿球温度下降到某值时,就可以通过阀门打开旁通,同时关闭制冷机,转入冷却塔供冷模式,继续提供冷量。需强调一点,在设计这类水系统时,要考虑转换供冷模式后,冷却水泵的流量和压头与管路系统的匹配问题。
使用开式冷却塔的直接供冷系统,因水流与大气接触易被污染,造成表冷器盘管被污物阻塞而很少使用。可通过在冷却塔和管路之间设置旁通过滤装置,使大约相当于总流量5%～10%的水量不断被过滤,以保证水系统的清洁,其效果要优于全流量过滤方式,因为这样环路压力无大的波动。
1.2.2冷却塔间接供冷系统
冷却塔间接供冷系统是在原有空调水系统中附加一台板式换热器以隔离开冷却水环路和冷冻水环路。在过渡季切换运行,不会影响水泵的工作条件和冷冻水环路的卫生条件。因此,目前多采用这一系统形式。
2.影响冷却塔供冷系统经济性的主要因素
2.1系统的切换温度
空调系统从常规的制冷机供冷形式切换到冷却塔供冷模式时的室外湿球温度称为冷却塔供冷时的切换温度。切换温度体现了室外气象参数对冷却塔供冷系统使用的限制条件。切换温度的确定通式为：TEX= TCS-△KEX-△Tapproach
式中：TEX---冷却塔供冷时的切換温度，℃；
TCS---末端冷冻水的供水温度，冷却塔供冷时可取10~15℃；
△KEX---板式换热器的换热温差，对于闭式冷却塔或开式冷却塔直接供冷时，该值为0，而对于间接冷却塔供冷时取1~3℃；
△Tapproach---冷却塔的冷幅，取3~10℃；
这样对于间接冷却塔供冷系统，根据公式中各值的取值范围，可以将冷却塔的切换温度以湿球温度5~10℃作为上限也就是说当室外湿球温度到达10℃或以下时，利用冷却塔和板式换热器间接供冷成为可能;而对于直接供冷系统，切换温度还可以升高1~3℃，及可取8~13℃作为切换温度。需要强调的是，这一切换温度上限不是绝对的，针对不同的系统形式，空调负荷情况等因素，系统的设计人员和运行管理人员可以根据不同的变化对此温度进行调整，以使供冷模式的切换更为安全可靠，能够满足过渡季节的供冷需求，同时尽量最大限度节省系统能耗。
2.2系统设备的选择
合理选择冷却塔可以最大限度地增加供冷时数。在给定的室外湿球温度和建筑负荷条件下,冷却塔填料尺寸越大,其出口水温越低。冷却塔如配备变频调速电机可适应冬季室内负荷的波动变化。
因开式水系统易被污染和水泵工作范围波动过大,所以多用换热器将两个环路隔离开,因而也需要考虑换热器的影响,一般的板式换热器温差(冷却水入口端与冷冻水出口端之间的温差)是2～3℃,有的能达到1℃多一点。
此外,合理选择末端设备(如风机盘管和空调机)尺寸,使初投资和运行费用二者之和达到最低,也是设计冷却塔供冷系统需要考虑的因素之一。
2.3地理气象资料
地理位置往往决定了季节天气对冷却塔供冷时数的影响。在以北地区,低于给定湿球温度的时数将明显增加;而向南,冷却塔供冷时数将下降。所以在北方地区更适于推广这种供冷形式。
3.冷却塔供冷系统设计应注意的几个问题
3.1冷却塔供冷模式室外转换温度点的选择直接关系到系统供冷时数。
3.2系统中冷却塔在依夏季冷负荷及夏季室外计算湿球温度选型后，还应对其在冷却塔供冷模式下的供冷能力进行校核。
3.3 间接供冷系统中换热器应选择板式换热器。板式换热器具有高效率的换热能力。
3.4在直接供冷系统设计中应重视冷却水的除菌过滤，以防阻塞末端盘管。
3.5考虑到在特定室外湿球温度和建筑负荷下冷却塔冷幅(冷却塔出水温度与室外湿球温度之差)随冷却填料尺寸增大而减小，故对于多台套冷却塔系统可采用串联冷却塔的方法来增加冷却效果，提高冷却塔供冷模式的室外转换温度，从而增加供冷时数。
3.6由于冷却塔供冷主要在过滤季节冬季运行，故在冬季温度较低地区应在冷却水系统中设置防冻设施，如设置旁管、增设加热器。
4.结语
冷却塔供冷技术作为过渡季和冬季利用空调系统中原有的冷却水系统的节能技术之一，有一定的节能效益与潜力，也有广阔的应用前景。我国的暖通空调工程界和学术界可以对这一领域加大研究力度，并开拓其在国内的应用，相信对缓和我国能源紧张的状况会起到积极的作用。
参考文献：
[1]蒋树楠、宗立昌、刘炳南，冷季冷却塔供冷技术，中国科技信息，2006年地11期，P159~160，P132 .
[2]郑钢、宋吉，冷却塔供冷技术设计中应该注意的问题，制冷与空调，第6卷第2期，2006年4月，P75~78 .
[3]曹琦、付晓光、谢明华，冷却塔供冷的工程实现，制冷与空调，第一卷第五期，2001年10月，P33~35 .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：节能; 空调; 冷却塔供冷
Abstract: this article mainly aims at the cooling principle and system cooling tower form, which influences the cooling tower the refrigeration system economy and cooling tower the refrigeration system design should be pay attention to several issues to discuss.
Keywords: energy efficient; Air conditioning; Cooling tower cooling
中图分类号：U262.23文献标识码：A文章编号：
冷却塔供冷技术特别适用于需全年供冷或建筑有需常年供冷的内区建筑如大型建筑内区、大型百货商场等或需全年供冷且需严格的湿度控制的建筑如计算机房、程控交换机房等。其在一些风机盘管加新风系统应用可使过渡季节、冬季免费供冷成为可能。
1.利用冷却塔供冷的原理及系统形式
1.1利用冷却塔供冷的原理
对于一种结构已确定的冷却塔而言,它的出口水温是由建筑冷负荷以及室外空气湿球温度来决定的。这一湿球温度可以代表在当地大气温度条件下,水可能被冷却的最低温度,也就是冷却塔出水温度的理论极限值。一般冷冻水环路进出口水温多为7℃和12℃,温差为5℃。选择这样低温度的冷冻水主要是为了夏季空调除湿。而在过渡季室外气温下降,冷负荷和湿负荷也在不断减少,适当提高冷冻水温度完全能够满足空调舒适性要求,这就为冷却塔供冷运行方式提供了机会。
1.2冷却塔供冷系统的形式
1.2.1冷却塔直接供冷系统
冷却塔直接供冷系统就是一种通过旁通管道将冷冻水环路和冷却水环路连在一起的水系统。在夏季设计条件下,系统如常规空调水系统一样正常工作。当过渡季室外湿球温度下降到某值时,就可以通过阀门打开旁通,同时关闭制冷机,转入冷却塔供冷模式,继续提供冷量。需强调一点,在设计这类水系统时,要考虑转换供冷模式后,冷却水泵的流量和压头与管路系统的匹配问题。
使用开式冷却塔的直接供冷系统,因水流与大气接触易被污染,造成表冷器盘管被污物阻塞而很少使用。可通过在冷却塔和管路之间设置旁通过滤装置,使大约相当于总流量5%～10%的水量不断被过滤,以保证水系统的清洁,其效果要优于全流量过滤方式,因为这样环路压力无大的波动。
1.2.2冷却塔间接供冷系统
冷却塔间接供冷系统是在原有空调水系统中附加一台板式换热器以隔离开冷却水环路和冷冻水环路。在过渡季切换运行,不会影响水泵的工作条件和冷冻水环路的卫生条件。因此,目前多采用这一系统形式。
2.影响冷却塔供冷系统经济性的主要因素
2.1系统的切换温度
空调系统从常规的制冷机供冷形式切换到冷却塔供冷模式时的室外湿球温度称为冷却塔供冷时的切换温度。切换温度体现了室外气象参数对冷却塔供冷系统使用的限制条件。切换温度的确定通式为：TEX= TCS-△KEX-△Tapproach
式中：TEX---冷却塔供冷时的切換温度，℃；
TCS---末端冷冻水的供水温度，冷却塔供冷时可取10~15℃；
△KEX---板式换热器的换热温差，对于闭式冷却塔或开式冷却塔直接供冷时，该值为0，而对于间接冷却塔供冷时取1~3℃；
△Tapproach---冷却塔的冷幅，取3~10℃；
这样对于间接冷却塔供冷系统，根据公式中各值的取值范围，可以将冷却塔的切换温度以湿球温度5~10℃作为上限也就是说当室外湿球温度到达10℃或以下时，利用冷却塔和板式换热器间接供冷成为可能;而对于直接供冷系统，切换温度还可以升高1~3℃，及可取8~13℃作为切换温度。需要强调的是，这一切换温度上限不是绝对的，针对不同的系统形式，空调负荷情况等因素，系统的设计人员和运行管理人员可以根据不同的变化对此温度进行调整，以使供冷模式的切换更为安全可靠，能够满足过渡季节的供冷需求，同时尽量最大限度节省系统能耗。
2.2系统设备的选择
合理选择冷却塔可以最大限度地增加供冷时数。在给定的室外湿球温度和建筑负荷条件下,冷却塔填料尺寸越大,其出口水温越低。冷却塔如配备变频调速电机可适应冬季室内负荷的波动变化。
因开式水系统易被污染和水泵工作范围波动过大,所以多用换热器将两个环路隔离开,因而也需要考虑换热器的影响,一般的板式换热器温差(冷却水入口端与冷冻水出口端之间的温差)是2～3℃,有的能达到1℃多一点。
此外,合理选择末端设备(如风机盘管和空调机)尺寸,使初投资和运行费用二者之和达到最低,也是设计冷却塔供冷系统需要考虑的因素之一。
2.3地理气象资料
地理位置往往决定了季节天气对冷却塔供冷时数的影响。在以北地区,低于给定湿球温度的时数将明显增加;而向南,冷却塔供冷时数将下降。所以在北方地区更适于推广这种供冷形式。
3.冷却塔供冷系统设计应注意的几个问题
3.1冷却塔供冷模式室外转换温度点的选择直接关系到系统供冷时数。
3.2系统中冷却塔在依夏季冷负荷及夏季室外计算湿球温度选型后，还应对其在冷却塔供冷模式下的供冷能力进行校核。
3.3 间接供冷系统中换热器应选择板式换热器。板式换热器具有高效率的换热能力。
3.4在直接供冷系统设计中应重视冷却水的除菌过滤，以防阻塞末端盘管。
3.5考虑到在特定室外湿球温度和建筑负荷下冷却塔冷幅(冷却塔出水温度与室外湿球温度之差)随冷却填料尺寸增大而减小，故对于多台套冷却塔系统可采用串联冷却塔的方法来增加冷却效果，提高冷却塔供冷模式的室外转换温度，从而增加供冷时数。
3.6由于冷却塔供冷主要在过滤季节冬季运行，故在冬季温度较低地区应在冷却水系统中设置防冻设施，如设置旁管、增设加热器。
4.结语
冷却塔供冷技术作为过渡季和冬季利用空调系统中原有的冷却水系统的节能技术之一，有一定的节能效益与潜力，也有广阔的应用前景。我国的暖通空调工程界和学术界可以对这一领域加大研究力度，并开拓其在国内的应用，相信对缓和我国能源紧张的状况会起到积极的作用。
参考文献：
[1]蒋树楠、宗立昌、刘炳南，冷季冷却塔供冷技术，中国科技信息，2006年地11期，P159~160，P132 .
[2]郑钢、宋吉，冷却塔供冷技术设计中应该注意的问题，制冷与空调，第6卷第2期，2006年4月，P75~78 .
[3]曹琦、付晓光、谢明华，冷却塔供冷的工程实现，制冷与空调，第一卷第五期，2001年10月，P33~35 .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。