利用冷却塔节能

杨凤久

摘要： 本文介绍中央空调系统中的冷却塔在满足供冷质量的情况下最佳的节能 方法 、原理及实现。

关键词： 冷却塔 新风　风机 冷源

一、前言

能源的利用情况标志着一个国家 科技 进步的水平。在我国大力推广节能产品，禁止使用耗能过大的设备，提高能源的利用率，以缩短与世界先进国家的差距，为 中国 的 现代 建设提供能源的保证。在中央空调使用中，它的耗能量是很大的，约占整个供电部门供电量的 40 ％ 左右。例如一家建筑面积为 3 万多平方米生产车间，中央空调系统有 1232kW 冷却主机 2 台，冷冻水泵机组有 35kW 电机 3 台，冷却水泵机组有 35kW 电机 3 台，通过对冷却水系统节能的改造，一年节约电费 18.5 万元，为中央空调的节能，创造了有益的经验。现将其系统组成、设计、实现方法作一介绍。

二、 问题 的提出

1、 原系统简介

该公司是一家电子公司，厂房建筑面积 3 万多平方米， 由于建筑室内的人员、照明灯光、设备的散热量的 影响 ，在春秋季当室外空气温度较低时，室内空气温度仍然较高，仍需要供冷。尤其是没有外墙、外窗的内区车间，即使在寒冷的冬季，由于室内的散热量没有途径散发到室外，空调系统需要供冷。

2 、原系统的运行及存在问题

公司的冷水机组是开利公司 19XL350 型离心冷水机组。机组本身功率较大，调节性能较差， 此时如果开启冷机供冷，不仅由于此时冷负荷较小，冷机制冷系数较低， 这势必造成能量大量浪费。

三、节能改造的可行性 分析

这时，我们可以考虑利用 自然 冷源。比较常见而且容易利用的自然冷源主要有两种，一种是地下水，另一种是春秋季和冬季的室外冷空气。由于地下水常年保持在 18 ℃左右的温度，所以地下水不仅可以在夏季可作为冷却水为空调系统提供冷量，而且冬季还可以利用水源热泵机组为空调系统提供热量。但是这种方案初投资较大，且需要政府部门审批，所以不予考虑。第二种较好的自然冷源是春秋季和冬季的室外冷空气，此时室外空气较低，可用于空调系统供冷。例如，天津春秋季的室外空气湿球温度一般低于 15 ℃，冬季室外空气湿球温度一般低于 0 ℃，这种温度下的空气是较好的冷源，可用于空调系统供冷。
室外冷空气的利用有两种 方法 ：一是春秋季利用低温室外空气供冷，当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内，为室内降温。为了能实现在春秋季利用低温室外空气供冷，空调系统设计时需要有足够的新风道引入室外新风。但是由于内区车间散热量非常大，而且新风管路太细，春秋季不能满足车间降温要求，所以此方案也未能采纳（冬季由于室外空气湿球温度一般低于 0 ℃，这种温度下的空气能满足要求，可用于空调系统供冷）。第二种方法是利用冷却塔供冷，适合没有足够的新风道为室内送室外新风。具体方法是春秋季利用冷却塔将冷却水温度降低，再通过板式换热器冷却冷冻循环水，被降低了温度的冷冻水送到末端的设备，如风机盘管、空调箱，将冷量送到各个需要供冷的区域。

冷却塔供冷系统分为冷却塔直接供冷和冷却塔间接供冷两种形式。冷却塔直接供冷系统的优点是节能效果显著，而且节水，这对我国北方缺水地区有着重大的意义，此外还可以防止循环水与大气接触所造成的循环水本身的污染，缺点是空气换热器的面积较大，设备初投资较高日常维护较麻烦，冷却塔间接供冷系统，由于它是一种敞开式空气——循环水冷却系统，一部分水在冷却过程中被蒸发并随空气排往大气，这不但造成了循环水的损耗（通常补水量为循环水量的 1~3% ），而且空气中夹带水雾会给周围的环境带来污染，如造成周围建筑物的表面结冻和腐蚀，此外周围环境的灰尘会使循环水受到污染，由于直接供冷系统采用的是封闭式冷却塔，就可避免这些冷却塔间接供冷系统的缺点。在冷却塔间接供冷系统中冷却水与冷水各成系统，它们之间通过一块换热板交换热量，此系统优点是维护简单，但由于供冷时间短，节能效率低于直接供冷系统。因公司现已采用的是敞开式系统，所以只能采用冷却塔间接供冷系统。

四、节能改造的具体方案

方案确定后，便需要设计施工。冷却塔间接供冷系统图见图 1 。常规供冷方式（ 1 ）、（ 2 ）、（ 3 ）三个电磁阀都不得电，即形成图 2 形式，如需冷却塔供冷则三电磁阀同时得电，形成图 3 ，

图 1

图 3

五、技术改造后的运行效果比较

改造完成后，经过一年的运行，总结出一组数据仅供大家参考。

间接供冷，取供冷温度 10 摄氏度，供冷温差取 1.7 摄氏度，比常规系统节能 44KWh/h 节能率达 12.37% 。

而如果供冷温度提高到 13 摄氏度，供冷温差取 1.7 摄氏度，比常规系统节能 54KW h/h 节能率达 15% 。

从上面的数据可以看出，冷却塔供冷节能效果显著，对于舒适性空调，如对供冷温度无特殊要求，应将供冷温度定在人们舒适所能允许的最高温度，且温度越高，冷却塔供冷时间越长，节能效果越显著。

值得大家注意的是在南方一些沿海地区，由于其特殊的气候条件全年大部分时间室外空气的焓值都大于或接近于室内空气设计焓值，所以南方及沿海地区利用冷却塔供冷意义不大。从节能角度来看如果条件允许的情况下，还是应尽量采用冷却塔直接供冷系统，以达到进一步节能节水冷水污染。

六 在此基础上继续对 冷却塔风机控制系统 改进

6 ． 1 冷却塔风机的介绍

冷却塔风机是冷却水系统的主要设备 ， 该工厂 目前 拥有 8 台冷却水风机，循环冷却水总设计处理量为 1000t/h.

6 。 2 系统存在的问题

以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象。

6 ． 3 节能改造的可行性 分析

通常认为，“变频调速技术”是完成上述过程的理想方法。但变频调速技术在循环水冷却塔风机控制上的运用存在如下局限性和缺陷：
　　 ①“变频调速技术”可以做到很高的控温精度，但这在循环冷却水系统却不很重要。
　　 ②变频器自身的能量损耗（平均运行效率不足 90 ％）影响节能效果。
　　 ③变速运行造成风扇叶片攻角改变（迎风角），风机脱离工作点运行使效率降低。
　　 ④电机脱离额定转速的低速运行，以及转速、扭矩、功耗之间的非线性关系，也使电机的运行效率大为降低。
　　 ⑤变频调速系统价格较为昂贵（每千瓦 1000 元左右），新建工程和老设备改造都需较大投入。
　　 我们根据冷却塔风机往往是以多台并联的机群形式工作，为此提出了根据测量供水温度的变化，自动调节风机的开、停机数量达到控温节能的目的。
　　 这是一种简单易行、费用低廉的控制方法。

6 。 4 节能改造的具体方案

现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至 PLC ，由 PLC 经计算后对冷却塔风机依次开启，以 28 ℃为基数，温度每上升 2 ℃，开启两台散热风机，每下降 2 ℃，延时 5 分钟后停止 2 台风机，以达到节能效果。

6 ． 5 技术改造后的运行效果比较

通过对实际使用效果考察表明：该控制系统解决了风机管理上存在的一些问题，实现了风机节能、安全自动化控制。提高了 经济 效益和设备可靠度，收到理想效果，也为加强设备的 科学 管理提供了新的思路。

七、结论

空调的普及，不仅需要增大能源供给，同时也会对电网等公用设施带来巨大压力，尽量运行空调对公用设施的压力，冷却塔供冷技术就是很好的一例，由于适合由冷却塔供冷技术的写字楼，计算机房这些要求全年供冷的建筑越来越多，冷却塔供冷技术也将会越来越广泛的应用于其中，冷却塔供冷技术有广阔的发展前景。

八、结束语

随着建筑业的发展，人们的认识水平不断提高，暖通设计师们逐渐明白，要把节能和保护环境有机的统一起来，因此以最少的能耗创造健康，舒适的室内环境，保护大气环境，这是我们专业技术人员的共同追求。

参考文献

1 ．《中央空调工程设计与施工》吴继红 李佐周编著 / 高等 教育 出版社

2 ．《制冷空调自动控制》张子慧等编著 / 科学 出版社

3. 吴忠智，等．变频器 应用 手册．北京：机械 工业 出版社， 1991