空调冷却循环水系统设计

民用建筑空调冷却循环水系统相对于工业冷却循环水系统，设计具有一些特点：循环水量较小，设备为定型产品，水质要求较低，季节性运转等。加上民用建筑设计周期短，设计人员往往根据以往的经验，形成定式思维，对一些具体的细节问题，关注不够，造成冷却水系统水温降不下来，系统能耗过大，运转操作不便等问题。该文针对冷却循环水系统经常出现的问题，谈谈自己的设计体会，旨在引起大家的进一步讨论，达到共同认识共同提高的目的。

一、冷却循环水系统设备的合理选型

1．设计基础资料

为保证冷却塔的冷却效果，必须注重气象参数的收集，气象参数应包括空气干球温度θ（℃），空气湿球温度τ（℃），大气压力P(104Pa)，夏季主导风向，风速或风压，冬季最低气温等。

根据《采暖通风与空气调节设计规范》和《建筑给水排水设计规范》，冷却塔设计计算所选用的空气干球温度和湿球温度，应与所服务的空调等系统的设计空气干球温度和湿球温度相吻合，应采用历年平均不保证50小时的干球温度和湿球温度。

2、冷却循环水量确定

确定冷却循环水量时，首先要清楚准确地了解空调负荷及空调设备要求的冷却循环水量，同时还要关注空调机的选型，一般可根据制冷量（美RT），估算冷却循环水量Q(m3/h)，对于机械式制冷：离心式、螺杆式、往复式制冷机，Q=0.8RT。对于热力式制冷：单、双效溴化锂吸收式制冷机，Q=(1.0~1.1)RT；设计时，冷却循环水量一般是由空调专业根据制冷机样本中给出的冷却水量提出的。需用指出的是，制冷机样本中给出的冷却水量往往比用负荷法计算值小，尤其是进口机，这主要是由于目前冷却塔本身的热工性能达不到进口设备的要求。

3、冷却塔选型

民用建筑冷却塔选型一般选超低噪音逆流冷却塔，逆流塔冷却水与空气逆流接触，热交换率高，当循环水量容积散质系数βxv相同，填料容积比横流式要少约20%~30%，对于大流量的循环系统，可以采用横流塔，横流塔高度比逆流塔低，结构稳定性好，有利于建筑物立面布置和外观要求。

冷却塔选型时应考虑一定余地，我们在工程设计时，一般按制冷机样本所提供的冷却循环水量的110%~115%进行选型。其原因主要有：①冷却塔设计时，湿球温度为28℃，冷水温度为32℃,出水温度为37℃,冷水温度与湿球温度的差为4℃,而某些制冷机参数要求，制冷机进水温度为30℃,对于中南地区，湿球温度一般在27℃~29℃之间，冷却后水温难以达到30℃。②考虑到冷却塔布置时，受周围环境影响，冷却效果达不到设计要求，例如：多塔布置湿空气回流的影响，建筑物塔壁、广告牌对气流通畅的影响。③冷却塔自身质量会影响其热工性能。目前，国产冷却塔，技术含量不高，市场准入条件较低，厂家生产规模不大，质量难以保证，冷却塔在运转一定时间后，出现填料塌陷，配水不均等都影响到冷却效果，在实际工程中，经常出现冷却塔出水温度达不到设计参数要求的现象。④降低冷却塔出水温度，利于制冷机高效运转。空调制冷机组用电量很大，远远高于冷却循环水系统，包括冷却塔风机的用电量。冷却塔选型时适当放大，对于制冷机高效运转，节约运转费用有很大好处。

二、冷却塔的集水设施

冷却塔出水的集水设施有两种：集水塔盘和专用集水池（或冷却水箱），在设计时究竟设不设专用集水池，一直存在争议，有人认为：不设专用集水池，循环泵可能将集水盘内水抽空，引起系统进气，造成水泵汽蚀。另一些人认为，冷却塔带集水盘其目的就是不另外再做水池，集水盘设快速补水管，解决水泵抽空问题，那么是否设集水池？我们对不设集水池的系统运行进行分析：一般冷却塔的集水盘有效水深为300~400mm,加深集水盘的有效水深为500`600m，在系统连续正常运行时，当水泵吸水管流速V>1.0m/s时，吸水口旋涡较深，吸水口极易吸气。当水泵吸水管流速V<0.6m/s时，吸水口旋涡不致于将水抽空，也不致于使系统掺气，运行时，不断有水量损失，同时由浮球阀自动补充新水，集水盘处于最高水位。但是，在系统启动时，由于冷却塔配水管及填料上的附着水来不及补充至集水盘，造成集水盘水被抽空，停机时，配水管及填料上的附着水继续进入集水盘，这样造成集水盘水量溢流掉。例如，对于单台冷却塔循环水量为500m3/h，冷却塔直径D=6.6m，冷却塔配水管至出水口高度为5.1m，塔内水流速为V=0.05m/s，经计算在塔内淋水时间为102s，在这段时间内，循环流量为14m3，一般情况下，冷却塔集水盘可提供8m3调节水量，其余6m3水量要求补水在1.7min内补充，补充水管管径只有DN50，不能在短时满足补水要求，这样必将造成集水盘被抽空，通常解决办法采用快速补 水管补水，快速补水管管径需要DN200，流速为1.92m/s，但是这么大的快速补水管，并且需要瞬时提供这么大的水量，一般难以实现。冷却塔一般放在裙房顶或主楼屋顶，市政自来水无论从水量水压上均难以满足要求，如果采用加压补水，系统将会变得更复杂，且操作不便，也非常不经济。对于办公楼、商业建筑等空调，一般为白天运行，夜间停机，这样必将造成每天开机时，出现集水盘被抽空，停机时出现溢水现象。因此，根据上述分析及使用单位的反馈意见，我们在设计时，除一些小型塔采用加深水盘外，均另设集水池。集水池做法如图1。

三、循环冷却水系统的水质处理

对于开式冷却循环水系统，冷却水吸收热量后，与空气接触，CO2逸入空气中，水中溶解氧和浊度增加，造成冷却循环水系统有4大问题：腐蚀、结垢、菌藻滋生及污泥。如果不对水质进行处理将严重损坏制冷设备，大幅度降低热交换效率，造成能源的浪费。因此，对系统水进行缓蚀、阻垢、杀菌灭藻处理是十分必要的。

目前，对冷却循环水进行处理分为物理法和化学法两种。

物理法主要采用：静电水处理仪，电子水处理器，内磁式水处理器进行处理。对于民用建筑空调冷却循环水系统，循环水量不大，一般采用物理法。物理法处理设备简单，便于操作、运行费用低，并且具有除垢、缓蚀、灭藻综合作用。但是，如果选用、安装不当或者维护跟不上，其效果将大大降低。

表1各种水处理器适应条件

由于三种处理器内部结构不同，其使用条件也不一样，静电除垢仪的阳极耐磨损、不沾附，可以用于水质总硬度较高的系统，电子水处理器发射极（阳极）表面的保护膜易被磨损，易粘附污物，只能用于低硬度的清水系统。对于循环水系统而言，这里提的硬度是指系统的循环水硬度，而不是补充水硬度。内磁式水处理器适用水质的指标是含盐量，一般情况下，自来水的总含盐量不会超过1000mg/l，作为循环水的含盐量，也不会超过3000mg/l。

无论是静电除垢仪、电子水处理器、还是内磁式水处理器，一般只适用于产生碳酸盐垢型的水质，当水中的主要结垢成份是硅酸盐垢时，不宜使用。静电水处理仪和电子水处理器一般均需垂直安装，进水口在下，出水口在上。为了避免在壳体内产生泥沙或杂物的淤积，不可水平安装。内磁式水处理器则不然，可任意角度安装。这两种设备距较大容量电器(>20KW)的最小间距为5~6m，如无法满足时，则应在中间设置屏蔽和接地装置。内磁式水处理器已考虑了磁屏蔽问题，因此不受用电设备限制。

要保证静电除垢仪和电子水处理器的处理效果，在水通过设备时，必须有一定的停留时间，并且当实际使用水量在设备的额定处理水量的20%~30%范围内上下浮动时，一般不影响处理效果。因此，该两种设备可装在两台并联水泵或换热器等的出水干管上，但当循环水和补充水分开流入系统时，则在循环水和补充水管道上需分别设置静电水处理仪和电子水处理器。

内磁式水处理器产生防除垢作用是基于通过他的水在垂直方向切割了磁力线，对流过它的水有一个流速要求，最慢不能低于1.5m/s，且流速越快越好。故在选内磁式水处理器时，一定要在设备的流量范围内选，不要选过大规格的设备，在具体使用场合，不要两台、三台水泵或加热器合用一台内磁式水处理器，以防在每台水泵或水加热器单独使用时，设备内因流速达不到1.5m/s而影响处理效果。

采用物理法进行水质处理，必须考虑排污，无论是安装静电水处理仪、电子水处理器，还是使用内磁式水处理器的水系统，都要做好排污这一环节。对于冷却循环水系统，可进行连续排污，连续排污的量控制在循环水量的0.5~1.0%左右。若是新安装的水系统或已完全除垢的系统，也可每一至两周排污一次的方法。

冷却循环水水质处理除了上述物理法外，还有化学法。化学法有投加水质稳定剂法和离子交换法。

投加水质稳定剂法是向循环水中投加具有阻垢、缓蚀、杀菌、灭藻作用的水质稳定剂，而对循环水进行处理。投加的水质稳定剂配方，一般需进行水质分析，并通过动态模拟方式确定。同时需要注意其缓蚀、阻垢、灭菌、防藻的协同效果。如果水质稳定剂配方选择不当，将造成顾此失彼。对于空调冷却循环水来说，此方法技术要求较高，操作、管理麻烦，工程中很少采用。

对于补充水硬度较高的情况，可采用离子交换法对补充水进行软化处理。设计时一般选用全自动软水器，对补充水进行软化处理。全自动软水器操作、管理方便，适宜于民用建筑空调冷却循环水采用。

四、结语

民用建筑空调冷却循环水系统设计，应注重冷却水量与空调制冷量相吻合。设计时，适当放大冷却塔型号，降低冷却后水温，可以使制冷机工作高效，从而降低空调制冷系统的能耗。为了使冷却循环水系统启动、停机时运行顺利，操作简便，冷却塔宜设专用集水池。冷却循环水应根据不同水质条件，选择不同的水质处理方法。设计人员只有充分认识上述问题，才能获得满意的设计效果。