[摘要]  分析了僅夏季用的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)不設(shè)循環(huán)水箱(水池)時冷卻塔集水槽所需的容積及系統(tǒng)運行的可靠性，給出了冷卻水系統(tǒng)的合理補水量，討論了冷卻水系統(tǒng)應(yīng)采用的合理水處理方式。
    [關(guān)鍵詞]冷卻水系統(tǒng)  冷卻塔  水處理  補水量

    1  冷卻塔集水槽所需的容積

    工程上一種普通的情況為：冷卻塔設(shè)在建筑物的屋頂上，空凋冷凍站設(shè)在建筑物的底層(或地下室)，水從冷卻塔的集水槽出來后，直接進(jìn)冷水機(jī)組而不設(shè)循環(huán)水箱(水池)，如圖1所示。
               
                                            圖l  冷卻水系統(tǒng)原理圖
                       1—冷卻塔；2—循環(huán)水處理器；3—循環(huán)水泵；
                            4—冷水機(jī)組；5—水過濾器；6—逆止閥

    當(dāng)空調(diào)冷卻水系統(tǒng)僅在夏季使用時，該系統(tǒng)是合理的，它運行管理方便，可以減少循環(huán)水泵的揚程、節(jié)省運行費用。這種情況下，冷卻塔集水槽同時起集水和貯水的作用。貯水的目的是：冷卻水系統(tǒng)開始運行時，水首先使冷卻塔的填料表面潤濕并流經(jīng)填料，然后才能流到集水槽，開始啟動水泵時，水還未到達(dá)集水槽的短時間內(nèi)，為保證循環(huán)水泵入口不缺水、不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，能穩(wěn)定地工作，則需要集水槽有一定的貯水量。那么，集水槽的貯水量(容積)多大合適?傳統(tǒng)的要求[1]是貯存l～l.5分鐘的循環(huán)水量，即所需貯水量約為小時循環(huán)水量的1.6%-2.5%；資料[2]介紹，逆流塔由干燥到正常運轉(zhuǎn)所需附著水量約為標(biāo)稱小時循環(huán)水量的1.2%，即所選冷卻塔為100t/h，則集水槽的貯水量應(yīng)大于等于1.2t(容枳≥l.2m³)。  對實際工程多次觀測發(fā)現(xiàn)：循環(huán)水泵開始啟動后，水從冷卻塔布水器流到集水槽約需10秒鐘左右，不同的塔型、型號有差別、考慮安全因素，按20秒計，則貯水量僅為小時循環(huán)水量的0.56%取0.6%，也僅為資料[2]介紹的數(shù)據(jù)的一半，在實際運行中發(fā)現(xiàn)：對普通的逆流式和橫流式玻璃鋼冷卻塔，如果把溢流管的水溢流口設(shè)得稍低些，則集水槽的貯水能力沒有充分利用，但開始啟動時循環(huán)；水泵仍能穩(wěn)定地運行。因為一般情況下，冷卻塔集水槽的貯水量已大于標(biāo)稱小時循環(huán)水量的0.6%，不需要特殊加大集水槽已能滿足要求。

    但為了使系統(tǒng)安全可靠的運行，實際設(shè)計時應(yīng)注意幾點：

    (1)必須保證可靠的自動補水、冷卻塔上的自動補水管應(yīng)稍大點，即補水能力應(yīng)大于2倍的正常補水量，使冷卻塔內(nèi)的水位在開始啟動時能較快地從最低水位恢復(fù)到正常水位。

    (2)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)有合理的系統(tǒng)充水點，如果應(yīng)用冷卻塔上的(自帶)，快速充水管充水，則系統(tǒng)內(nèi)的空氣難以排出，不能保證系統(tǒng)內(nèi)都充滿水，尤其是集水槽水位以上的接到冷卻塔布水管的那段水管，肯定不會充滿水，應(yīng)在冷卻水循環(huán)水泵的入口段設(shè)大流量補水管，這樣做的好處是：縮短系統(tǒng)充水時間，并保證系統(tǒng)內(nèi)的空氣順利排出，使系統(tǒng)內(nèi)所有管路及設(shè)備都充滿水，這樣開始運行啟動水泵時，才能穩(wěn)定可靠，冷卻塔的出水管必須保證水能靠自重流回水泵，不能向上拐彎。

    (3)循環(huán)水泵的旁通逆止閥仍需設(shè)，以減少停泵時從冷卻塔內(nèi)溢水，并喊輕系統(tǒng)的水擊。

    (4)對幾臺并聯(lián)工作的冷卻塔，水量分配會不平衡，極易造成有的塔需補水而有的塔溢流。設(shè)計時要重視各冷卻塔之間管道阻力平衡，特別是塔至水泵的吸入管段部分。同時在冷卻塔的集水池之間最好用與進(jìn)水干管相同管徑的均壓管(平衡管)聯(lián)接，此外，為使冷卻塔中水位一致。出水干管應(yīng)采用比進(jìn)水干管大兩號的集合管[7]。

    2  冷卻水系統(tǒng)的補水量

    現(xiàn)有的資料給出的冷卻水系統(tǒng)的補水量數(shù)據(jù)差別較大，文獻(xiàn)[2]為：采用低噪聲的逆流式冷卻塔，電動制冷時補水量為循水量的1.53％，溴化鋰吸收式制冷時補水量為循環(huán)水量的2.08%，如果粗略估算取為2%-3%；文獻(xiàn)[3]為；冷卻水系統(tǒng)的補水量為循環(huán)水量的1％-1.5％：文獻(xiàn)[4]介紹空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的補水量為循環(huán)水量的1％-3％，工程設(shè)計中到底取多大合適?如果冷卻水系統(tǒng)的補水為軟化水，這要涉及到確定水處理器的處理水量，應(yīng)該更明確地確定補水量。下面進(jìn)行分析：

    (1)蒸發(fā)損失m₁

    在冷卻塔內(nèi)，空氣與水之間的熱量交換方式有兩種：第一種為水以導(dǎo)熱的方式把熱量傳給空氣；第二種方式為水蒸發(fā)吸收水的熱量，然后帶給空氣。其中第二種方式是主要的熱量交換方式，它與室外氣溫、相對濕度、冷卻塔的進(jìn)出口水溫有關(guān)。把水蒸發(fā)帶走的熱量與總熱量的比稱為蒸發(fā)帶走的熱量系數(shù)，用K表示，按下式計算[5]；
     
    式中  t₂——冷卻塔的出水溫度，℃；
              r——水的汽化潛能，KJ/kg。

    水的汽化潛熱r應(yīng)取冷卻塔中平均水溫的汽化潛熱．一般冷卻條件下,r值變化不大，可取為冷卻塔出水溫度(32℃)時的汽化潛熱，即r≈2420kJ/kg[6]。則當(dāng)t=32℃時，K=0.94。

    根據(jù)冷卻塔內(nèi)的熱平衡，冷卻塔內(nèi)水放出的熱量應(yīng)等于水蒸發(fā)吸收的熱量與水以導(dǎo)熱方式傳給空氣的熱量之和，則得蒸發(fā)損失的水量與冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水量的比為：
     
    式中  △t——冷卻塔的進(jìn)出水溫差，℃；
                 C——水的比熱，C=4.19KJ/kg.k。

    一般情況下，電動制冷，△t=5℃，m₁=0.81％；溴化鋰吸收式制冷，△t=6℃,m₁=0.97％。

    (2)漂水損失m₂

    漂水損失是指系統(tǒng)中的水以霧或水滴的形式被風(fēng)吹出塔外，飄散于大氣中而損失的水量。它與冷卻塔的結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)氐氖彝怙L(fēng)速有關(guān)，并且與塔內(nèi)空氣流速成2.5次方比。對常用的逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔，漂水損失[6]為循環(huán)水量的0.1％-0.3％，漂水損失的水與系統(tǒng)中的水所含溶解固體的總量是相同的，所以實際上是排污的一部分。

    (3)排污損失m₃

    由于冷卻塔內(nèi)的水分蒸發(fā)，留在水中的可溶鹽、雜質(zhì)等的濃度將不斷增加，使循環(huán)水中含鹽濃度高于補充水的含鹽濃度，這兩種濃度之比稱濃縮倍數(shù)，為減少或防止冷卻水對換熱設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢，應(yīng)控制系統(tǒng)內(nèi)濃縮倍數(shù)≤3～4，同時還要考慮補充水的水質(zhì)情況，以確定合適的排污量。通常排污損失為循環(huán)水量的0.3％-0.5％，它與水處理后的水質(zhì)情況、補充水的水質(zhì)情況及濃縮倍數(shù)有關(guān)。

    (4)泄漏損失m₄
    泄漏損失是指正常情況下循環(huán)水泵的軸封漏水、個別閥門處的漏水，通常這部分很小,忽略不計。

    綜上所述，當(dāng)選用逆流式冷卻塔或橫流式冷卻塔時，空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的補水量應(yīng)為m₁+m₂+m₃,即電動制冷為1.2％-1.6％;溴化鋰吸收式制冷：1.4％-l.8％。

    還應(yīng)綜合考慮各種因素的影響,因蒸發(fā)損失是按最大冷負(fù)荷(設(shè)計冷負(fù)荷)計算的。實際上出現(xiàn)最大冷負(fù)荷的時間是很短的，空調(diào)系統(tǒng)絕大多數(shù)時間是在部分負(fù)荷下運行的，如果把上述補水量適當(dāng)減少一點，絕大部分時間都能在控制的濃縮倍數(shù)下運行，很短時間內(nèi)水質(zhì)超出要求的范圍，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生危害。筆者認(rèn)為，文獻(xiàn)[3]給出的冷卻水系統(tǒng)的補水量是合理的。

    綜上所述，建議冷卻水系統(tǒng)的補水量取為循環(huán)水量(設(shè)計水量)的1％-1.6％。電動制冷，水質(zhì)好時取小值；溴化鋰吸收式制冷，水質(zhì)差時取大值。

    3  冷卻水處理方式的選擇

    空凋冷卻水系統(tǒng)一般為開式循環(huán)系統(tǒng)(如逆流式和橫流式冷卻塔)，冷卻塔內(nèi)空氣與水進(jìn)行充分的接觸，水中的含氧量基本達(dá)到飽和，循環(huán)水蒸發(fā)損失后，水中含鹽濃度增加，致使某些系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，或某些類型的水質(zhì)形成腐蝕性使系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，另外，陽光、水溫等合適條件給微生物提供了良好的生存、繁殖環(huán)境，再加上大氣中塵埃不斷混入水中，會有藻類、粘泥產(chǎn)生，從而影響冷水機(jī)組的正常運行，損壞制冷設(shè)備和管道附件，縮短系統(tǒng)使用壽命，因此冷卻水的處理至關(guān)重要。

    由于各地水質(zhì)不同．在工程設(shè)計中應(yīng)對循環(huán)冷卻水的補充水進(jìn)行水質(zhì)分析．根據(jù)補充水的水質(zhì)和濃縮倍數(shù)計算出循環(huán)冷卻水中各種成份的濃度，再根據(jù)換熱設(shè)備的材質(zhì)對冷卻水水質(zhì)的要求，確定合理的水處理方式。水質(zhì)的分析方法見文獻(xiàn)[2]、[6]。

    現(xiàn)在工程上常用的水處理方式有；軟化水法、電子水處理法、加藥法。應(yīng)根據(jù)具體情況選用。

    (1)軟化水法：該種水處理方式在補充水硬度較高的情況下采用，即補水經(jīng)過軟化(離子交換)后，除去水中的Ca²⁺、mg²⁺，在一定的濃縮倍數(shù)下控制重碳酸鹽的濃度，以防止結(jié)垢，因空調(diào)冷卻水系統(tǒng)補充水量較大，該法成本較高，且該法無防腐蝕的作用，只能應(yīng)用于水質(zhì)無腐蝕性的場合，建議盡量少用。

    (2)電子水處理方法：近年來，電子水處理器在工程上應(yīng)用的較多，其原理是利用電場的作用，使水分子的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，水分子與接觸界面的電位差減少，水中溶解鹽類的離子及帶電粒子間的靜電力減弱，不能相互集聚，達(dá)到防止結(jié)垢的目的，該法防垢除垢效果好，管理方便，運行費用低，能夠殺菌滅藻，但無防腐蝕作用，適合于水質(zhì)總硬度不大于600mg/L(以CaCO₃計)且緩蝕不是主要矛盾的場合、建議推廣應(yīng)用。

    (3)加藥法：加藥法是指向冷卻水系統(tǒng)中投加緩蝕劑和阻垢劑，這是目前工程上應(yīng)用較廣的方法，常用的緩蝕劑和阻垢劑有：六偏磷酸納、硫酸鋅、鉬酸納、HEDP、EDTMP，聚丙烯酸等。應(yīng)根據(jù)水質(zhì)分析和計算的結(jié)果，分析以阻垢為主還是以緩蝕為主，再根據(jù)每種藥劑的使用條件和作用決定投加何種藥劑或幾種組合應(yīng)用，亦可選用復(fù)合配方的藥劑如含磷復(fù)方硅酸鹽，應(yīng)注意藥劑間的合理匹配，避免不同藥劑作用效果的相互抵消，詳見文獻(xiàn)[6]。投藥法防垢緩蝕的效果好，可同時投加殺菌滅藻的藥劑，對卻水系統(tǒng)來說，是一種理想的水處理方式，但運行成本較高。

參考文獻(xiàn)
1  于曉明等,溴化鋰直燃機(jī)機(jī)房水系統(tǒng)設(shè)計探討，暖通空調(diào)、1996；26(6)
2  電子工業(yè)部第十設(shè)計研究院，空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊(第二版),中國建筑工業(yè)出版社，1995
3  顧興鎣，民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計技術(shù)措施(第二版)，中國建筑工業(yè)出版社，1996
4  錢以明，高層建筑空調(diào)與節(jié)能，同濟(jì)大學(xué)出版社，1990
5  陳耀宗等，建筑給水排水設(shè)計手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1992
6  李文融，循環(huán)冷卻水處理手冊，天津科學(xué)出版社，1991
7  車娥飛．暖通空調(diào)設(shè)計通病分析手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1991

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