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循環(huán)水處理-循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的設計與運行
2009/3/5
簡介： 隨著城市建設的發(fā)展， 越來越多的公共建筑內(nèi)設置了中央空調(diào)系統(tǒng)， 循環(huán)水冷卻系統(tǒng)成為不可缺少的部分。本文僅以珠海市珠光大廈為例，淺談設計施工、調(diào)試運行中的體會。
關鍵字：循環(huán)水冷卻系統(tǒng) 工程實例
1 系統(tǒng)組成
珠光國際大廈位于珠海市拱北商業(yè)中心區(qū)， 原設計為地上38層，地下二層，總建筑面積14．3萬m2，現(xiàn)4層裙房以下8．8萬m2的商業(yè)廣場全部投入使用。系統(tǒng)對應于冷凍設備， 設有4臺800m3／h和1臺300m3／h的位于裙房屋面的冷卻塔、位于地下二層的循環(huán)水泵、手動、電動蝶閥，過濾器、電子除垢儀等。冷凍主機位于地下一層，冷卻水共用供回水總管。該循環(huán)水冷卻系統(tǒng)屬于壓力網(wǎng)流式，省卻了冷水池，補水直接進入冷卻塔底盤，這樣，水質(zhì)不易污染，水量損失少。本系統(tǒng)中，過濾器設置于冷水機組之前，僅考慮到冷凍主機的保護，應是設于水泵入水口之前。系統(tǒng)最低處設置放空排污閥。考慮到有時裙樓屋面市政水壓不夠，增設了補水泵供水系統(tǒng)，由冷卻塔集水盤內(nèi)上下水位控制水泵啟停。管道在跨越變形縫處增設了伸縮節(jié)。穿躍室內(nèi)處墻板處均設置了剛性防水套管。水泵及冷水機組前后管道上均設置了壓力表。為保護冷凍主機，其進水管上設置了水流指示器與主機聯(lián)鎖。目前， 以廣州中宇冷氣公司為代表的新型高效節(jié)能水冷卻式中央空調(diào)技術已經(jīng)成熟， 該系統(tǒng)將眾多小型水冷式空調(diào)機聯(lián)系起來， 由冷卻塔和循環(huán)水泵集中提供循環(huán)冷卻水，組成集中冷卻的分散機組系統(tǒng)，市場占有率迅速提升，該系統(tǒng)省卻了冷凍主機、冷凍水泵其機房、無需冷凍水管保溫，智能化控制，操作方便，調(diào)節(jié)簡單， 便于實現(xiàn)樓字自控， 空調(diào)機采用水冷直接蒸發(fā)式，能效比高，EER達4—5，比一般系統(tǒng)節(jié)能30％，長短期性能價格比均有較大優(yōu)勢，且設置靈活簡便。機組運行可靠性高，對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的重要性要求更高了。
2 系統(tǒng)控制與節(jié)能
系統(tǒng)中冷卻塔、冷凍主機、冷卻泵及冷凍泵應是一一對應開啟的，應采用電動閥控制水流，不得讓水流經(jīng)過已停機部分的管道，而影響處理效率。開機的順序是：冷卻水泵、電動閥、冷卻塔、冷凍主機，停機的順序則相反，且冷凍機停機要提前半小時。30kW以上冷卻水泵應采用軟啟動，多臺并聯(lián)，最好用變頻控制，根據(jù)外界環(huán)境氣候設定調(diào)節(jié)水泵功率，節(jié)能效果更好。冷卻塔風機采用雙速電機以及酌情適當調(diào)整風機葉片角度對于節(jié)能降噪有明顯效果。
根據(jù)是否設置水池設置位置， 產(chǎn)生了循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的不同形式。循環(huán)水泵揚程的計算很主要，只需考慮沿程阻力、流出水頭及冷卻塔進出水位差即可，一般取25m左右，而與冷卻塔位置的高度關系不大。冷卻水泵的揚程H， 其計算公式如下：H=k(hf+hd+hm+hs+ho)
k為安全系數(shù)， 取1．1～1．2：h ＼hd為冷卻水管路沿程阻力和局部阻力；h 為冷凍機組內(nèi)冷凝器的阻力；h為冷卻塔進出水位差；h。為噴嘴處的流出水頭。本人認為本次系統(tǒng)采用的形式是較合理的， 一般非萬不得已不要設置水池，可以采用集水型冷卻塔，冷卻水泵盡量降低設置，并將冷卻水進水總管適當放大，以增大蓄水量，既減少管道阻力、節(jié)能又保證水泵的正常運行。
3 冷卻塔
本大廈采用的阻燃超低噪音橫流集水型玻璃鋼組合冷卻塔。冷卻流量是指在設計工況和氣象參數(shù)條件下的名義流量，選型時，根據(jù)冷卻塔的熱工特性曲線，結(jié)合循環(huán)冷卻水的水量、水溫和當?shù)氐臍庀髼l件，經(jīng)過計算來確定選用型號和臺數(shù)， 并留有適當儲備系數(shù)以滿足循環(huán)水系統(tǒng)安全保證率的要求。倒棱臺塔型及高效填料對于冷卻塔的功效很有幫助， 廣州馬利新菱公司的產(chǎn)品不錯，其布水噴頭也很有特色。
冷卻水量w計算采用公式：
式中Qc為冷卻塔排走熱量，壓縮式制冷機取負荷的1．3倍，吸收式制冷機取負荷的2倍；C為水的比熱；
t為冷卻塔的進出水溫差。冷卻塔的補給水量Q 計算采用公式：Q =N*k*⊿t／(N一1)
式中N為濃縮倍數(shù)，加藥法不高于5，采用電子除
垢儀不高于10；K=0.001+0.O0002T，T為氣溫：冷卻塔是為冷凍主機服務的，應盡量靠近服務對象，以縮短冷卻水管道，應盡可能將冷卻塔設置于建筑物主導風向的下風向的較通風處， 既要便于操作管理和安裝，又要盡可能地少影響環(huán)境。冷卻塔的噪聲主要來自電機、風機、淋水和塔體的震動，要考慮連接塔體管道的橡膠軟接頭和基礎減震。設備濕重大，應提交結(jié)構(gòu)專業(yè)設計梁板及設備基礎時充分考慮。無風機冷卻塔的使用，除了需要稍大的占地面積和較高的流出水頭，有很多優(yōu)越性，節(jié)能節(jié)水降噪，減少維護和故障率，因無震動可省卻管道中的活性接頭。以廣州良機冷卻設備公司為代表的無風機冷卻塔創(chuàng)造性地以高效率的流體動能轉(zhuǎn)換裝置取代風機作為空氣動力裝置，借用循環(huán)冷卻水泵的壓力，用特制的噴管將循環(huán)冷卻水噴出，使其形成水幕，高速噴出的水幕帶動臨近空氣一起運動， 水與空氣在運動過程中發(fā)生動能轉(zhuǎn)換?；旌虾蟮牟伙柡涂諝膺M入擴散器后進一步增壓，到達塔體頂部時，由高效擋水器做汽水分離，熱氣排出塔外， 冷卻水落至填料層與進入塔內(nèi)的空氣進行二次熱交換，使循環(huán)冷卻水達到良好的降溫效果。
4 水質(zhì)穩(wěn)定處理
冷卻塔出水口上應設過濾網(wǎng)。系統(tǒng)中應設置過濾器以保護水泵和冷凍主機。傳統(tǒng)的加藥法操作復雜， 費用高， 技術要求較高， 特別要注意藥劑對系統(tǒng)材料的腐蝕性。目前用得較多也應是首選的產(chǎn)品是電子水處理儀或叫電子除垢儀， 通過形成高頻電磁場產(chǎn)生防垢、除垢、緩蝕、殺菌、滅藻、防銹功能，選型時要比較性價性，耗電量也要比較。系統(tǒng)設置時要考慮檢修的方便。以珠海市凈友水質(zhì)處理公司為代表的新一代蜂窩式處垢凈水器對于較大流量的系統(tǒng)處理效果尤好， 該設備能最大限度產(chǎn)生適用能量，使水經(jīng)過呈蜂窩狀的處理室進行分流單獨處理。其他還有靜電式和內(nèi)磁式等產(chǎn)品。
5 安裝調(diào)試運行
本系統(tǒng)水流量3500m3／h， 水泵總供水管直徑80Omm，總回水管直徑900mm。采用lOmm厚直縫焊接鋼管焊接。大于500ram管徑的管道內(nèi)外均二道瀝青漆防腐，安裝時焊縫處內(nèi)外再補刷二道，另外也可采用卡箍式連接，該方法施工便捷，不破壞防腐層， 且能夠允許角度偏移。在管材使用上有更好的選擇，比如HDPE管或玻璃纖維增強熱固性塑料管，強度高、重量輕、耐腐蝕、內(nèi)面光滑比阻小，在安裝及使用性能方面都具有相當優(yōu)越性。其線脹系數(shù)大而彈性模量小， 為了克服線性膨脹要增設固定支架和止推環(huán)。管道及其內(nèi)部水的重量較大，必須在支架、吊架、固定件、及受力梁板予以充分考慮，特別是彎頭處的徑向離心力是相當大的， 以及水泵啟停過程的動量， 計算時應引起高度重視。確定管材后，可以計算經(jīng)濟流速，再計算經(jīng)濟管徑。調(diào)試運行中最大的二個問題是塔水位平衡及系統(tǒng)進氣。塔間水位很難平衡反應出塔的集水盤水深不夠，連通管管徑過小，水位自平衡效應差， 最好能另設一條單獨連通集水盤， 管徑不小于回水總管的水位平衡管。進氣是個大問題，調(diào)試運行時， 冷凍主機冷卻水入口處的水壓力， 曾經(jīng)從0．25MPQ 降到了0．08MPA，系統(tǒng)內(nèi)進入了大量的空氣， 一少部分是從水中釋出的， 大部分則是因塔的集水盤水深不夠且水位不平衡從塔的出水口吸人了大量的空氣， 冷卻水管的安裝要注意不能有地方積氣， 要有大于0．003的坡度， 大小管道連接應采用管頂連接， 塔間最好能單獨設置平衡水管， 管徑要大于每臺塔的出水管，屋面供回水總管末端和水平長管道處宜設置集氣罐，其過水斷面是管徑的1.5-2倍，上設排氣閘閥。
水泵的合理安裝對于運行穩(wěn)定及降噪很有幫助。應盡量選擇高效節(jié)能泵，低轉(zhuǎn)速、立式、單級泵噪音較低，設置地點剛性越大越好，應采用鋼混基座，并設置隔震墊、橡膠軟接頭和彈性支座。水泵進出水方向最好呈一致。管道安裝不得造成水泵受力。水泵出口應設微阻緩閉消聲止回閥。閥門的設置應考慮設備器材檢修時的需要。系統(tǒng)調(diào)試運行前，管道先清洗放空， 風機、電機、水泵均應先手工盤動，加潤滑油， 測試絕緣電阻和電路，先點動，再慢慢加長時間， 觀察各相電流及電機運轉(zhuǎn)有無異樣。系統(tǒng)清洗按循環(huán)時間不應短于一周，最后水質(zhì)應通過檢測。正常運行時也應定期檢測水質(zhì)，適當排污，濃縮倍數(shù)控制在10以下。
關鍵字：循環(huán)水冷卻系統(tǒng) 工程實例
1 系統(tǒng)組成
珠光國際大廈位于珠海市拱北商業(yè)中心區(qū)， 原設計為地上38層，地下二層，總建筑面積14．3萬m2，現(xiàn)4層裙房以下8．8萬m2的商業(yè)廣場全部投入使用。系統(tǒng)對應于冷凍設備， 設有4臺800m3／h和1臺300m3／h的位于裙房屋面的冷卻塔、位于地下二層的循環(huán)水泵、手動、電動蝶閥，過濾器、電子除垢儀等。冷凍主機位于地下一層，冷卻水共用供回水總管。該循環(huán)水冷卻系統(tǒng)屬于壓力網(wǎng)流式，省卻了冷水池，補水直接進入冷卻塔底盤，這樣，水質(zhì)不易污染，水量損失少。本系統(tǒng)中，過濾器設置于冷水機組之前，僅考慮到冷凍主機的保護，應是設于水泵入水口之前。系統(tǒng)最低處設置放空排污閥。考慮到有時裙樓屋面市政水壓不夠，增設了補水泵供水系統(tǒng)，由冷卻塔集水盤內(nèi)上下水位控制水泵啟停。管道在跨越變形縫處增設了伸縮節(jié)。穿躍室內(nèi)處墻板處均設置了剛性防水套管。水泵及冷水機組前后管道上均設置了壓力表。為保護冷凍主機，其進水管上設置了水流指示器與主機聯(lián)鎖。目前， 以廣州中宇冷氣公司為代表的新型高效節(jié)能水冷卻式中央空調(diào)技術已經(jīng)成熟， 該系統(tǒng)將眾多小型水冷式空調(diào)機聯(lián)系起來， 由冷卻塔和循環(huán)水泵集中提供循環(huán)冷卻水，組成集中冷卻的分散機組系統(tǒng)，市場占有率迅速提升，該系統(tǒng)省卻了冷凍主機、冷凍水泵其機房、無需冷凍水管保溫，智能化控制，操作方便，調(diào)節(jié)簡單， 便于實現(xiàn)樓字自控， 空調(diào)機采用水冷直接蒸發(fā)式，能效比高，EER達4—5，比一般系統(tǒng)節(jié)能30％，長短期性能價格比均有較大優(yōu)勢，且設置靈活簡便。機組運行可靠性高，對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的重要性要求更高了。
2 系統(tǒng)控制與節(jié)能
系統(tǒng)中冷卻塔、冷凍主機、冷卻泵及冷凍泵應是一一對應開啟的，應采用電動閥控制水流，不得讓水流經(jīng)過已停機部分的管道，而影響處理效率。開機的順序是：冷卻水泵、電動閥、冷卻塔、冷凍主機，停機的順序則相反，且冷凍機停機要提前半小時。30kW以上冷卻水泵應采用軟啟動，多臺并聯(lián)，最好用變頻控制，根據(jù)外界環(huán)境氣候設定調(diào)節(jié)水泵功率，節(jié)能效果更好。冷卻塔風機采用雙速電機以及酌情適當調(diào)整風機葉片角度對于節(jié)能降噪有明顯效果。
根據(jù)是否設置水池設置位置， 產(chǎn)生了循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的不同形式。循環(huán)水泵揚程的計算很主要，只需考慮沿程阻力、流出水頭及冷卻塔進出水位差即可，一般取25m左右，而與冷卻塔位置的高度關系不大。冷卻水泵的揚程H， 其計算公式如下：H=k(hf+hd+hm+hs+ho)
k為安全系數(shù)， 取1．1～1．2：h ＼hd為冷卻水管路沿程阻力和局部阻力；h 為冷凍機組內(nèi)冷凝器的阻力；h為冷卻塔進出水位差；h。為噴嘴處的流出水頭。本人認為本次系統(tǒng)采用的形式是較合理的， 一般非萬不得已不要設置水池，可以采用集水型冷卻塔，冷卻水泵盡量降低設置，并將冷卻水進水總管適當放大，以增大蓄水量，既減少管道阻力、節(jié)能又保證水泵的正常運行。
3 冷卻塔
本大廈采用的阻燃超低噪音橫流集水型玻璃鋼組合冷卻塔。冷卻流量是指在設計工況和氣象參數(shù)條件下的名義流量，選型時，根據(jù)冷卻塔的熱工特性曲線，結(jié)合循環(huán)冷卻水的水量、水溫和當?shù)氐臍庀髼l件，經(jīng)過計算來確定選用型號和臺數(shù)， 并留有適當儲備系數(shù)以滿足循環(huán)水系統(tǒng)安全保證率的要求。倒棱臺塔型及高效填料對于冷卻塔的功效很有幫助， 廣州馬利新菱公司的產(chǎn)品不錯，其布水噴頭也很有特色。
冷卻水量w計算采用公式：
式中Qc為冷卻塔排走熱量，壓縮式制冷機取負荷的1．3倍，吸收式制冷機取負荷的2倍；C為水的比熱；
t為冷卻塔的進出水溫差。冷卻塔的補給水量Q 計算采用公式：Q =N*k*⊿t／(N一1)
式中N為濃縮倍數(shù)，加藥法不高于5，采用電子除
垢儀不高于10；K=0.001+0.O0002T，T為氣溫：冷卻塔是為冷凍主機服務的，應盡量靠近服務對象，以縮短冷卻水管道，應盡可能將冷卻塔設置于建筑物主導風向的下風向的較通風處， 既要便于操作管理和安裝，又要盡可能地少影響環(huán)境。冷卻塔的噪聲主要來自電機、風機、淋水和塔體的震動，要考慮連接塔體管道的橡膠軟接頭和基礎減震。設備濕重大，應提交結(jié)構(gòu)專業(yè)設計梁板及設備基礎時充分考慮。無風機冷卻塔的使用，除了需要稍大的占地面積和較高的流出水頭，有很多優(yōu)越性，節(jié)能節(jié)水降噪，減少維護和故障率，因無震動可省卻管道中的活性接頭。以廣州良機冷卻設備公司為代表的無風機冷卻塔創(chuàng)造性地以高效率的流體動能轉(zhuǎn)換裝置取代風機作為空氣動力裝置，借用循環(huán)冷卻水泵的壓力，用特制的噴管將循環(huán)冷卻水噴出，使其形成水幕，高速噴出的水幕帶動臨近空氣一起運動， 水與空氣在運動過程中發(fā)生動能轉(zhuǎn)換?；旌虾蟮牟伙柡涂諝膺M入擴散器后進一步增壓，到達塔體頂部時，由高效擋水器做汽水分離，熱氣排出塔外， 冷卻水落至填料層與進入塔內(nèi)的空氣進行二次熱交換，使循環(huán)冷卻水達到良好的降溫效果。
4 水質(zhì)穩(wěn)定處理
冷卻塔出水口上應設過濾網(wǎng)。系統(tǒng)中應設置過濾器以保護水泵和冷凍主機。傳統(tǒng)的加藥法操作復雜， 費用高， 技術要求較高， 特別要注意藥劑對系統(tǒng)材料的腐蝕性。目前用得較多也應是首選的產(chǎn)品是電子水處理儀或叫電子除垢儀， 通過形成高頻電磁場產(chǎn)生防垢、除垢、緩蝕、殺菌、滅藻、防銹功能，選型時要比較性價性，耗電量也要比較。系統(tǒng)設置時要考慮檢修的方便。以珠海市凈友水質(zhì)處理公司為代表的新一代蜂窩式處垢凈水器對于較大流量的系統(tǒng)處理效果尤好， 該設備能最大限度產(chǎn)生適用能量，使水經(jīng)過呈蜂窩狀的處理室進行分流單獨處理。其他還有靜電式和內(nèi)磁式等產(chǎn)品。
5 安裝調(diào)試運行
本系統(tǒng)水流量3500m3／h， 水泵總供水管直徑80Omm，總回水管直徑900mm。采用lOmm厚直縫焊接鋼管焊接。大于500ram管徑的管道內(nèi)外均二道瀝青漆防腐，安裝時焊縫處內(nèi)外再補刷二道，另外也可采用卡箍式連接，該方法施工便捷，不破壞防腐層， 且能夠允許角度偏移。在管材使用上有更好的選擇，比如HDPE管或玻璃纖維增強熱固性塑料管，強度高、重量輕、耐腐蝕、內(nèi)面光滑比阻小，在安裝及使用性能方面都具有相當優(yōu)越性。其線脹系數(shù)大而彈性模量小， 為了克服線性膨脹要增設固定支架和止推環(huán)。管道及其內(nèi)部水的重量較大，必須在支架、吊架、固定件、及受力梁板予以充分考慮，特別是彎頭處的徑向離心力是相當大的， 以及水泵啟停過程的動量， 計算時應引起高度重視。確定管材后，可以計算經(jīng)濟流速，再計算經(jīng)濟管徑。調(diào)試運行中最大的二個問題是塔水位平衡及系統(tǒng)進氣。塔間水位很難平衡反應出塔的集水盤水深不夠，連通管管徑過小，水位自平衡效應差， 最好能另設一條單獨連通集水盤， 管徑不小于回水總管的水位平衡管。進氣是個大問題，調(diào)試運行時， 冷凍主機冷卻水入口處的水壓力， 曾經(jīng)從0．25MPQ 降到了0．08MPA，系統(tǒng)內(nèi)進入了大量的空氣， 一少部分是從水中釋出的， 大部分則是因塔的集水盤水深不夠且水位不平衡從塔的出水口吸人了大量的空氣， 冷卻水管的安裝要注意不能有地方積氣， 要有大于0．003的坡度， 大小管道連接應采用管頂連接， 塔間最好能單獨設置平衡水管， 管徑要大于每臺塔的出水管，屋面供回水總管末端和水平長管道處宜設置集氣罐，其過水斷面是管徑的1.5-2倍，上設排氣閘閥。
水泵的合理安裝對于運行穩(wěn)定及降噪很有幫助。應盡量選擇高效節(jié)能泵，低轉(zhuǎn)速、立式、單級泵噪音較低，設置地點剛性越大越好，應采用鋼混基座，并設置隔震墊、橡膠軟接頭和彈性支座。水泵進出水方向最好呈一致。管道安裝不得造成水泵受力。水泵出口應設微阻緩閉消聲止回閥。閥門的設置應考慮設備器材檢修時的需要。系統(tǒng)調(diào)試運行前，管道先清洗放空， 風機、電機、水泵均應先手工盤動，加潤滑油， 測試絕緣電阻和電路，先點動，再慢慢加長時間， 觀察各相電流及電機運轉(zhuǎn)有無異樣。系統(tǒng)清洗按循環(huán)時間不應短于一周，最后水質(zhì)應通過檢測。正常運行時也應定期檢測水質(zhì)，適當排污，濃縮倍數(shù)控制在10以下。
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