利用冷卻塔供冷技術(shù)的初探

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1、利用冷卻塔供冷技術(shù)的初探摘??要：介紹了冷卻塔水側(cè)免費(fèi)供冷的工作原理、主要系統(tǒng)形式及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題；通過某工程經(jīng)濟(jì)性比較，闡明冷卻塔水側(cè)免費(fèi)供冷節(jié)能經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：免費(fèi)供冷；冷卻塔；直接供冷；間接供冷1引言近年來，隨著我國空調(diào)耗能量越來越大，能源需求量激增，能源緊張狀況日趨嚴(yán)重。據(jù)上海有關(guān)資料估計(jì)，上海建筑能耗占總耗能的比例為12.6%，而空調(diào)能耗約可占整個(gè)建筑物能耗的50%，如何有效地節(jié)約空調(diào)能耗愈來愈引起人們的關(guān)注。在以往的空調(diào)工程設(shè)計(jì)中，我們通常在過渡季或冬季室外空氣焓值低于室內(nèi)設(shè)計(jì)焓值時(shí)，通過盡量

2、加大新風(fēng)量（也同時(shí)加大排風(fēng)量）的方法，以獲得風(fēng)側(cè)“免費(fèi)供冷”來節(jié)省能耗。而近年來國外發(fā)展較快的水側(cè)（冷卻水側(cè)）免費(fèi)供冷技術(shù)，因其具有顯著的經(jīng)濟(jì)性及工程改造簡易等諸多優(yōu)點(diǎn)而日益引起人們的重視。以下就水側(cè)免費(fèi)供冷的工作原理及系統(tǒng)特性等作簡單的論述，以供探討。2水側(cè)免費(fèi)供冷原理及應(yīng)用形式2．1水側(cè)免費(fèi)供冷原理水側(cè)免費(fèi)供冷即指在常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)基礎(chǔ)上適當(dāng)增設(shè)部分管路及設(shè)備，當(dāng)室外濕球溫度低至某個(gè)值以下時(shí)，關(guān)閉制冷機(jī)組，以流經(jīng)冷卻塔的循環(huán)冷卻水直接或間接向空調(diào)系統(tǒng)供冷，以達(dá)到節(jié)能的目的。我們知道冷卻塔是利用部分冷卻水蒸發(fā)吸熱來降低冷卻

3、水溫的。冷卻水理論上能降低到的極限溫度為當(dāng)時(shí)室外空氣的濕球溫度。隨著過渡季及冬季的到來，室外氣溫逐漸下降，相對(duì)濕度降低，室外濕球溫度也下降，從而冷卻塔出口水溫也隨之降低。而此時(shí)建筑室內(nèi)濕負(fù)荷及冷負(fù)荷也在不斷的下降，空調(diào)末端所需除濕量減少，適當(dāng)提高冷凍水水溫，減少其除濕能力，完全能滿足空調(diào)系統(tǒng)舒適性的要求。若此時(shí)冷卻水出口水溫與空調(diào)末端此時(shí)所需冷凍水水溫相吻合，免費(fèi)供冷就成為可能。2．2系統(tǒng)應(yīng)用形式冷卻塔供冷按冷卻水是否直接進(jìn)入空調(diào)末端設(shè)備來劃分可分成兩大類：間接供冷系統(tǒng)及直接供冷系統(tǒng)。2．2．1間接供冷系統(tǒng)間接供冷系統(tǒng)是指

4、系統(tǒng)中冷卻水環(huán)路與冷凍水環(huán)路相互獨(dú)立，不相連接，能量傳遞主要依靠中間換熱設(shè)備來進(jìn)行。其最大優(yōu)點(diǎn)是保證了冷凍水系統(tǒng)環(huán)路的完整性，保證環(huán)路的衛(wèi)生條件，但由于其存在中間換熱損失，使供冷效果有所下降。其大體有以兩種形式。2．2．1．1開式一。如圖1，在制冷機(jī)組制冷劑環(huán)路中冷凝器與蒸發(fā)器之間設(shè)置旁通管路，上設(shè)制冷劑旁通閥。工作時(shí)關(guān)閉壓縮面，將旁通閥開啟，冷劑充當(dāng)熱載體在其形成的環(huán)路中流動(dòng)，完成熱量的傳遞。但此方法由于換熱效率低且要改變制冷劑環(huán)路故一般不采用。2．2．1．2形式二。如圖2，在原有空調(diào)水系統(tǒng)中附加一臺(tái)板式換熱器。在冷卻塔

5、供冷時(shí)，關(guān)閉制冷機(jī)組，使冷卻水與冷凍水分別接入板式換熱器，實(shí)現(xiàn)其間能量傳遞。目前工程中多采用此種形式。2．2．2直接供冷系統(tǒng)直接供冷系統(tǒng)是指在原有空調(diào)水系統(tǒng)中設(shè)置旁通管道，將冷凍水環(huán)路與冷卻水環(huán)路連接在一起的系統(tǒng)，如圖3。夏季按常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)入冷卻塔供冷時(shí)，將制冷機(jī)組關(guān)閉，通過閥門打開旁通，使冷卻水直接進(jìn)入用戶末端。系統(tǒng)中冷卻塔開式閉式均可。采用開式冷卻塔時(shí)，冷卻水與外界空氣直接接觸易被污染，污物易隨冷卻水進(jìn)入室內(nèi)空調(diào)水管路，從而造成盤管被污物阻塞，故應(yīng)用較少。采用閉式冷卻塔雖可滿足衛(wèi)生要法語，但由于其靠間接蒸發(fā)冷

6、卻原理降溫，傳熱效果受到影響，加上閉式冷卻塔在國內(nèi)應(yīng)用較少，故也很少采用。3設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題3．1室外轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)的選擇冷卻塔供冷模式的室外轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)的選擇直接關(guān)系到系統(tǒng)供冷時(shí)數(shù)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)過渡季或冬季建筑內(nèi)的余熱量、余濕量及室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，通過h-d圖確定所需冷水供水水溫。假設(shè)經(jīng)計(jì)算確定此時(shí)空調(diào)末端所需供水水溫為12.7℃，考慮冷卻塔冷幅（冷卻塔出水水溫與室外濕球溫度之差）、管路及換熱器等熱損失使水溫升高4.5℃，則在室外濕球溫度等于或低于8.2℃時(shí)即可切換為冷卻塔供冷模式。3．2供冷能力的核算系統(tǒng)中冷卻塔在按夏季冷

7、負(fù)荷及夏季室外計(jì)算濕球溫度選型后，還應(yīng)對(duì)其在冷卻塔供冷模式下的供冷能力進(jìn)行校核。但筆者翻閱眾多國內(nèi)冷卻塔設(shè)備生產(chǎn)廠家樣本、其均未提供低于16℃濕球溫度以下的冷卻塔熱工數(shù)據(jù)，給校核工作帶來不便。建議廠家在今后的產(chǎn)品樣本中能提供更大范圍的熱工數(shù)據(jù)。3．3換熱器型式的選取間接供冷系統(tǒng)中換熱器應(yīng)選擇板式換熱器。板式換熱器與傳統(tǒng)的管殼式換熱器相比，其具有高效率的換熱能力。一般的板式換熱器溫差（冷卻水入口溫度與冷凍水出口端之間的溫差）是2-3℃，小的可達(dá)1℃左右。而管殼式換熱器溫差式換熱器易改變數(shù)量和板片組合以適應(yīng)建筑負(fù)荷的變動(dòng)。當(dāng)板

8、式換熱器發(fā)生泄漏時(shí)，由于接口周圍有雙重墊片，一層墊片發(fā)生泄漏不會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)混合，并可立即察覺。選擇板式換熱器溫差時(shí)應(yīng)綜合考慮初投資及冷卻塔供冷時(shí)數(shù)等方面，經(jīng)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。3．4冷卻水泵的匹配在直接供冷系統(tǒng)中，冷凍水環(huán)路中冷凍水泵應(yīng)設(shè)旁通（如圖3）。冷卻塔供冷模式時(shí)冷凍水泵關(guān)閉，冷卻水旁通過冷凍