冷卻塔水冷中央系統(tǒng)的節(jié)能分析

1.中央空調系統(tǒng)不僅要滿足人們對工作、生產的環(huán)境要求，同時也要滿足對環(huán)境保護和節(jié)能的要求。隨著國家節(jié)能政策的實施，中央空調的能耗問題成為許多學者的研究方向。中央空調機組系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)及主機，其中冷卻水系統(tǒng)能耗占中央空調總能耗的15%～20%。同時由于冷卻水量多于冷凍水量，因此對冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化顯得尤為重要。由于室外環(huán)境的變化和室內人員的流動性大，中央空調系統(tǒng)在大部分情況下只提供部分負荷，因此冷卻水系統(tǒng)也在很長時間內處于部分負荷運行下，而設計時是參考滿負荷運轉進行設備選型，必然會出現設備選型龐大和能源的浪費。研究冷卻水系統(tǒng)節(jié)能即是研究在部分負荷運轉下的控制運行。冷卻水系統(tǒng)包括冷卻水泵、機組和冷卻塔三部分。

2冷卻水泵節(jié)能分析

對于冷卻水系統(tǒng)而言部分負荷運轉的情況是由外部環(huán)境參數的改變引起的。外部環(huán)境參數主要包含4個：冷水進口溫度、冷水出口溫度、制冷量和室外濕球溫度。通過改變水泵的運行工況適應負荷的變化。通常冷卻水泵運行工況的改變方法有3種。

2.1改變閥門開啟度

調節(jié)水泵出口處閥門的開啟度，是改變水泵工況點簡便易行的方法。閥門在正常運行情況下，一般都全部開啟，當關小閥門時，局部阻力加大，性能曲線變抖，流量變小，揚程增大。水泵的工作點由A2點移動到A1點，如圖1。這種方法雖然簡便，但是閥門的調節(jié)范圍有限，當揚程過大時，會導致水泵過載，降低其使用壽命。由于增大了局部阻力導致水泵的輸出功率增大，造成電能的浪費。關小閥門也會加大管路的噪音。

2.2改變水泵葉輪直徑

由相似定律可知，葉輪直徑改變，會引起水泵的流量，揚程，軸功率發(fā)生相應的變化，因此可以通過改變直徑達到改變運行工況的目的。但是車削技術的精度要嚴格控制，否則可能會影響水泵的性能。由于水泵直徑的改變量有限，不能滿足各個負荷率的使用情況，因此適應性比較差。

閉式冷卻塔和開式冷卻塔對地源熱泵系統(tǒng)的影響

閉式冷卻塔是由外循環(huán)和內循環(huán)組成。無需填料，紫銅管表冷器是其核心部位，設備與內循環(huán)對接，形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)（介質為軟水）。為設備進行冷卻，將設備中的熱量帶出到冷卻機組。而外循環(huán)是在冷卻塔中，為塔本身進行降溫。與內循環(huán)水相互不接觸，經過冷卻塔的紫銅管表冷器完成散熱、換熱工作。根據進塔水溫自動設置冷卻塔工況。閉式冷卻塔被冷卻介質由于不與空氣接觸，不會產生藻類或者鹽類的結晶，且被冷卻介質在密閉管道中流動，介質一般都是軟化水，不會影響被冷卻設備的工作效率。

開式冷卻塔是通過將循環(huán)水以噴霧方式，噴到 PVC 填料上，與空氣、水接觸，進行換熱，然后再由風機帶動冷卻塔內循環(huán)，把熱氣流帶出，從而達到冷卻。被冷卻介質在塔內不斷的循環(huán)，當使用時間多長時，其介質會蒸發(fā)、濃縮。因此開式冷卻塔需要常年補水，并且介質在在與空氣長時間接觸后， 逐漸會被污染，產生藻類或者鹽類等結晶，從而影響其使用性能。如果使用開式冷卻塔與地源熱泵聯合，由于污垢、結晶的存在，很有可能造成冷卻水系統(tǒng)的水管堵塞，從而引起事故。而且地源熱泵對水質要求較高，如果地源側管道泄漏，很有可能會污染地下水。通常為了保證水質，一是采用二次水系統(tǒng)，中間加設板式換熱器，末端使用開式冷卻塔；第二便是使用閉式冷卻塔。兩者對比，方法一由于增加中間換熱器，熱交換效率會降低而且系統(tǒng)形式復雜，增設換熱器及水泵，系統(tǒng)初期成本增加。另外，占地位置遠大于使用閉式冷卻塔，因此閉式冷卻塔在地源熱泵系統(tǒng)中有極大的應用價值。極大地促進了地源熱泵系統(tǒng)的工作能效。

冷卻塔型號選擇對地源熱泵系統(tǒng)的影響

　　不同冷卻塔選型的運行狀況對地源熱泵系統(tǒng)的影響是不同的，冷卻塔啟動后，勢必是增加系統(tǒng)阻力，影響水泵的功耗。研究表明，當選用小容量的冷卻塔時，運行時間會增加，進而影響地埋管道的出口水溫，影響了機組的能耗。當選用大容量的冷卻塔時，冷卻塔的運行時間可以縮短，但同時卻增加了成本跟冷卻塔能耗；在地源熱泵空調系統(tǒng)使用冷卻塔能有效調節(jié)地埋管周圍土壤的散熱平衡，擴大了地源熱泵的使用范圍。冷卻塔型號對地源熱泵系統(tǒng)的能效也具有重要影響。

冷卻塔散熱的工作原理

　　冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去工業(yè)上或制冷空調中產生的廢熱的一種設備。

　　基本原理是：干燥（低焓值）的空氣經過風機的抽動后，自進風網處進入冷卻塔內；飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動，濕熱（高焓值）的水自播水系統(tǒng)灑入塔內。

　　當水滴和空氣接觸時，一方面由于空氣與水的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產生蒸發(fā)現象，將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱，從而達到降溫之目的。

　　冷卻塔的工作過程：圓形逆流式冷卻塔的工作過程為例：熱水自主機房通過水泵以一定的壓力經過管道、橫喉、曲喉、中心喉將循環(huán)水壓至冷卻塔的播水系統(tǒng)內，通過播水管上的小孔將水均勻地播灑在填料上面；干燥的低焓值的空氣在風機的作用下由底部入風網進入塔內，熱水流經填料表面時形成水膜和空氣進行熱交換，高濕度高焓值的熱風從頂部抽出，冷卻水滴入底盆內，經出水管流入主機。

　　一般情況下，進入塔內的空氣是干燥低濕球溫度的空氣，水和空氣之間明顯存在著水分子的濃度差和動能壓力差，當風機運行時，在塔內靜壓的作用下，水分子不斷地向空氣中蒸發(fā)，成為水蒸氣分子，剩余的水分子的平均動能便會降低，從而使循環(huán)水的溫度下降。

　　從以上分析可以看出，蒸發(fā)降溫與空氣的溫度（通常說的干球溫度）低于或高于水溫無關，只要水分子能不斷地向空氣中蒸發(fā)，水溫就會降低。但是，水向空氣中的蒸發(fā)不會無休止地進行下去。

　　當與水接觸的空氣不飽和時，水分子不斷地向空氣中蒸發(fā)，但當水氣接觸面上的空氣達到飽和時，水分子就蒸發(fā)不出去，而是處于一種動平衡狀態(tài)。蒸發(fā)出去的水分子數量等于從空氣中返回到水中的水分子的數量，水溫保持不變。由此可以看出，與水接觸的空氣越干燥，蒸發(fā)就越容易進行，水溫就容易降低。