中央空调冷却系统闭式冷却塔应用研究

【摘 要】中央空调冷却系统采用闭式冷却塔通过精准控制冷却塔出水温度、电动蝶阀调节流量、强制风冷优化控制策略，结合系统智能化群控应用，降低冷却塔总体运行能耗，实现冷却系统节能、经济运行。

【关键词】中央空调；冷却系统；闭式冷却塔；群控策略

引言

国家通过阶梯电价、鼓励节能设备研发、发放节能补贴等措施均未能从根本上解决目前电力能源短缺现状，智能建筑的中央空调作为高能耗系统经过近年部分节能更新，从节能降耗、优化控制等方面入手，仅从单台设备上进行了局部节能优化，综合节能运行效果不佳，作为中央空调冷却系统的节能问题一直未受到重视，开式冷却塔的使用占比远大于闭式冷却塔，空调系统的冷负荷随室外气温变化，普遍设计和设备选型均是考虑最不利工况下运行，势必导致系统冗余、设备选型过大，控制系统的简单或过于复杂等因素均导致系统运行电能需求增加、综合能耗增大，作为冷却系统同样存在此类问题，另外冷却系统运行早于冷水机组启动，晚于冷水机组停机，单台容量大将导致长期处于较低热负载运行，从而导致冷却系统的耗电量更大，如何进行冷却塔的经济运行当前尤为重要。

1 工程概况

工程建筑面积约为10.3万平方米，地下二层，地上七层，建筑高度为40.5米，空调冷源选用双工况水冷式冷冻机组2台，额定制冷量为650RT，满足正常供冷及低谷冰蓄冷制冰；常温冷冻机组1台，额定制冷量为235RT，为夏季夜间负荷提供冷源，以上3台机组对应L=100t/h，出、进水温度32/37℃ ，进出塔温差为5℃，湿球温度t=27℃，强制风冷风机N=5.5KW，散水喷淋泵N=2.2KW，内设紫铜管表冷器的闭式冷却塔12台。冷却水系统水源为软化水，设置真空排气定压机组确保系统压力稳定，软水补给取自软水箱，冷却管网双管异程方式运行，节约管网空间考虑双工况机组、常温机组不单独设置冷却回路。

2 工程冷却系统原理及联动工况优化策略

2.1 冷却系统原理

由紫铜管表冷器、散水喷淋泵、喷淋头、强制风冷风扇、结构骨架、防护罩等组成闭式冷却塔。在冷却水进入冷却塔后完成两个循环达到散热的目的，分别为内循环和外循环。内循环主要是高温冷却水途径并联的紫铜管表冷器内部，冷却软水流经紫铜管表冷器形成自然传导散热的方式将冷水机组产生的热量及时冷却散出；外循环通过喷淋形成管外表面水膜显热、强制风冷强化吸收管壁潜热的冷却塔自循环系统，喷淋水雾滴落在内循环紫铜管表冷器表面，通过液气相变、强制风冷风扇将热量排出冷却塔，达到持续稳定的冷却塔出口温度，满足冷水机组在最大能效比COP数值下持续运行。

2.2 冷却系统联动工况优化策略

冷却系统选用12台100t/h小容量冷却塔并联运行，通过精准控制冷却塔出水温度、电动碟阀调节流量、强制风冷控制策略，将原有的冷却塔温度、流量梯形控制曲线，结合智能化精准控制，拉伸延展为近乎平滑的经济运行曲线，实现了冷却水的多种组合冷却模式。

2.2.1 紫铜管表冷器传导对流散热

冷却系统依次开启各个冷却塔的表冷器、调节电动蝶阀开度，实现软化水在表冷器内铜管传导、空气对流的自身冷却散热方式，在秋冬季节温度不高时可确保散热效果。

2.2.2 散水喷淋泵喷淋细雾散热

冷却系统温度持续升高，系统依次开启各个冷却塔的喷淋泵结合调节电动蝶阀开度，喷淋水雾滴落在内循环紫铜管表冷器表面，液气相变冷却散热，在秋冬季节温度高时散热效果明显。

2.2.3 强制风冷结合喷淋细雾全负荷散热

冷却系统出水温度继续升高，系统在上述2.2.1、2.2.2的基础上依次开启各个冷却塔的强制风冷风扇结合调节电动蝶阀开度，全负荷散热，在春夏季节温度最高时达到节能散热效果。

2.2.4 组合散热的其他模式

冷却系统采用精准控温模式，智能化PLC控制系统对每台闭式冷却塔的散热喷淋泵、电动调节蝶阀、强制风冷风扇均可单独控制，在以上三种模式的基础上可组合出介于2.2.1和2.2.2， 2.2.2和2.2.3之间的两种运行模式，综合多台小容量机组设置，实现闭式冷却塔平滑经济曲线运行，适宜情况也介于过渡换季升温季节应用。

2.2.5 冷却水系统的控制策略

冷却水系统收到开启冷却塔运行指令后随即启动冷却塔温度控制程序和冷却水管路流量蝶阀控制程序，优先开启2台冷却塔电动调节蝶阀运行，防止系统启动冲击对表冷器造成损伤，系统延时30秒后冷却水回水温度传感器采集值温度高于设定值32℃时，依次延时30秒开启剩余冷却塔的回水管路蝶阀，充分利用冷却塔自然散热。冷却水温度持续走高，按开启蝶阀顺序依次延时30秒开启冷却塔散水喷淋泵，至全部喷淋泵开启。季节温度最高时按冷却水回水温度传感器每高于设定值1℃，顺序开启冷却塔强制风冷风扇，直至所有风扇全部开启，达到全负荷运行。冷却塔减载过程正好与投运控制顺序相反，冷却塔启停实行循环控制，先启先停，再启轮换控制。

3 闭式冷却塔应用分析

3.1 初投资、运行维护经济分析

（1）系统运行群控策略，平滑投切运行，精准控温、控流量运行，依照制冷负荷及时调整冷却塔投切，达到节能经济运行。

（2）设备实行循环控制，各设备均衡运行，延长设备运行寿命，有效提高设备利用率。

（3）冷却塔换热效率高，内循环无水垢，外循环高压细雾冲刷有利于防止落尘结垢，有效降低了系统蒸发耗损量、放空耗损量。

（4）闭式冷却塔的系统漂水耗损量最小，直接使用生活水源可就地补充，有效的节约了水资源。

闭式冷却塔初始投资成本略高于开式冷却塔，但在经济运行方面节能效果明显。通过运维节约费用可在3年内回收超出投资部分。系统通过小容量多塔设置、系统智能化群控应用，相比开式冷却塔节能约25%～40%，降低冷却塔总体运行能耗，实现冷却系统节能、经济运行。

3.2 安装、调试简单便捷

冷却塔体积小，系统设置灵活，散水喷淋系统独立设置，不用设置冷却塔连通平衡管，进行调节阀门开度平衡底盘水位操作，使冷却水系统调试工作简单便捷，精准控制容易达到经济运行。

3.3 系统运行管理模式转变

冷却塔实行群控管理策略自动控制运行，冷却塔的内循环软水封闭管路运行，系统水质得到系统保障，管路设置抗污抗腐电子水处理器确保软水可持续达标运行。

4 结论

中央空调冷却系统采用闭式冷却塔通过精准控制冷却塔出水温度、电动碟阀调节流量、强制风冷优化控制策略，通过系统智能化群控应用，降低冷却塔总体运行能耗，实现冷却系统节能、经济运行。相对降低工程初投资，缩短投资回收期，全寿命周期内将节约数额可观的运维费用，经济效益明显。

参考文献：

[1]愈炳丰.中央空调新技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2005.1.

[2]唐琳，包旭涛.闭式冷却塔在电石炉冷却系统中的应用[J].聚氯乙烯，2011（8）.

[3]刘乃玲，陈伟，邵东岳.等.空调用闭式冷却塔的运行参数冷却性能的影响[J].制冷，2007（01）.

作者简介：

王文周（1977.12.―），男，汉族，陕西人，本科学历。现就职于中铁建工集团安装工程有限公司，工程技术部副部长，工程师职称，主要从事施工技术方向研究。