烏魯木齊某辦公樓蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式設(shè)計(jì)及水流量調(diào)試

屈悅瀅 黃 翔 嚴(yán)錦程

烏魯木齊某辦公樓蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式設(shè)計(jì)及水流量調(diào)試

屈悅瀅1黃 翔1嚴(yán)錦程2

（1.西安工程大學(xué) 西安 710048；2.新疆華奕新能源科技有限公司 新疆 830000）

介紹了烏魯木齊某辦公樓蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)方案，描述蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)的特殊性，該辦公樓蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)包括全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，通過介紹蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)的不同形式，及本工程水系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)依據(jù)及方案，為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)思路，針對安裝完成后的空調(diào)系統(tǒng)水流量小及其他相關(guān)問題，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，對調(diào)試過程進(jìn)行介紹，并對未來相關(guān)工程的蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試提供合理優(yōu)化建議。

蒸發(fā)冷卻空調(diào)；水系統(tǒng)形式；設(shè)計(jì)；水流量；調(diào)試

0 工程概況

該辦公樓位于烏魯木齊開發(fā)區(qū)，共十一層，地上十層，地下一層，總建筑面積15529.21m2，其中建筑物總空調(diào)面積：10955.92m2。經(jīng)計(jì)算，顯熱冷負(fù)荷為830307W，單位面積冷負(fù)荷指標(biāo)76W/m2，濕負(fù)荷為125.602kg/h。該辦公樓建筑內(nèi)部空間功能各樣，設(shè)有各類辦公室、會議室、培訓(xùn)室、閱讀室、員工休息區(qū)、客房、餐廳等。1、10層為大廳，2～9層為辦公室、客房和培訓(xùn)室。本文重點(diǎn)介紹本辦公樓的蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式設(shè)計(jì)及水系統(tǒng)流量調(diào)試。

1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)方案的確定

烏魯木齊夏季空氣調(diào)節(jié)室外平均濕球溫度較低，干濕球溫差較大，室外含濕量遠(yuǎn)低于室內(nèi)含濕量，據(jù)此特殊的氣候條件，并參考當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)應(yīng)用蒸發(fā)冷卻空調(diào)的實(shí)際工程，本工程空調(diào)系統(tǒng)采用蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)[1]。

全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是指用蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組處理后的空氣承擔(dān)對應(yīng)空調(diào)區(qū)全部顯熱負(fù)荷和散濕量的空調(diào)系統(tǒng)。空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)是指用蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組處理后的空氣與蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組提供的冷水，通過空調(diào)區(qū)末端裝置共同承擔(dān)對應(yīng)空調(diào)區(qū)全部顯熱負(fù)荷和散濕量的空調(diào)系統(tǒng)[2]。

結(jié)合本辦公樓建筑功能及應(yīng)用特點(diǎn)，1層及10層空間較大，人員密度大，需要集中進(jìn)行溫濕度控制，欲選取全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；2～9層房間功能多樣，需要獨(dú)立控制達(dá)到節(jié)能目的，欲選取空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)夏季冷源均采用兩級間接加直接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組。

經(jīng)前期計(jì)算，烏魯木齊地區(qū)空氣經(jīng)過蒸發(fā)冷卻器（包括直接蒸發(fā)冷卻器和間接蒸發(fā)冷卻器）處理之后能夠滿足室內(nèi)通風(fēng)空調(diào)的使用要求，其次，針對該工程1層及10層，設(shè)計(jì)完成后，校核室內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)與室內(nèi)空氣狀態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)存在的偏差，未超出室內(nèi)要求的溫濕度波動范圍，因此1層及10層可以采用全空氣蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

經(jīng)計(jì)算，烏魯木齊地區(qū)蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的出水溫度可以滿足高溫冷水（一般在16～18℃）的要求[3]，因此本工程2～9層可以采用空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行溫濕度獨(dú)立控制。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)形式的確定

2.1 蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)的特殊性

常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。冷凍水系統(tǒng)是把冷熱源的冷、熱量通過管網(wǎng)輸送到空調(diào)用戶的系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)是把制冷機(jī)組中冷凝器產(chǎn)生的冷、熱量通過管網(wǎng)輸送到冷卻塔等冷卻設(shè)備的系統(tǒng)。而在蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中，無需冷卻塔，故沒有冷卻水系統(tǒng)，只有冷水系統(tǒng)[4]。

蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)具有開式特性，在冷水循環(huán)利用時(shí)，由于懸浮物、溶解鹽類的濃縮等原因，易發(fā)生腐蝕、結(jié)垢、微生物粘泥等水質(zhì)問題，造成循環(huán)水水質(zhì)惡化，導(dǎo)致設(shè)備換熱效率下降，縮短設(shè)備的使用壽命，造成能源浪費(fèi)，并且增加管道阻力，使管道輸送能力下降，滋生微生物，形成污垢粘泥并可能影響人類健康。因此，必須采取水質(zhì)處理措施，對蒸發(fā)冷卻空調(diào)循環(huán)冷水進(jìn)行水質(zhì)處理，處理后的循環(huán)水進(jìn)行循環(huán)，才能保證蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5]。

2.2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)水質(zhì)處理

國內(nèi)外對于蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)的處理方法基本集中在物理處理方法。參照西安工程大學(xué)宣靜雯對蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)的研究，本工程水系統(tǒng)水質(zhì)處理采用了全自動刷式過濾器及化學(xué)加藥法。全自動刷式過濾器是一種利用濾網(wǎng)直接攔截水中的雜質(zhì)，去除水體懸浮物、顆粒物，降低濁度，凈化水質(zhì)，減少系統(tǒng)污垢、菌藻、銹蝕等產(chǎn)生，以凈化水質(zhì)及保護(hù)系統(tǒng)其他設(shè)備正常工作的精密設(shè)備，水由進(jìn)水口進(jìn)入全自動過濾器機(jī)體，當(dāng)水流經(jīng)過過濾器時(shí)，水中的機(jī)械雜質(zhì)被過濾網(wǎng)攔截，當(dāng)濾網(wǎng)表面積聚的雜質(zhì)增加而使壓差達(dá)到設(shè)定壓差時(shí)，壓差開關(guān)即發(fā)出信號，同時(shí)控制箱即發(fā)出指令，傳動電機(jī)啟動，排污閥打開，沉積在濾網(wǎng)中的雜質(zhì)被轉(zhuǎn)動的刷子刷下，從排污口排出?；瘜W(xué)加藥法采用定量泵對其循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)加藥過程，向循環(huán)冷水系統(tǒng)分別添加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑，其中緩蝕阻垢劑對水中碳酸鈣等垢類物質(zhì)具有良好的螯合分散和晶格畸變作用，對碳鋼、不銹鋼、銅等金屬材料具有良好的緩蝕效果；殺菌滅藻劑能有效地控制機(jī)組循環(huán)冷卻水中的細(xì)菌和藻類的繁殖情況以及由此產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，并具有良好的分散性和滲透性，是一種有效的微生物粘泥剝離劑。如圖1為本工程水系統(tǒng)采用的全自動刷式過濾器。

圖1 本工程水系統(tǒng)采用的全自動刷式過濾器

2.3 蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，本工程設(shè)計(jì)冷水流量為160m3/h，故采用4臺水流量為40m3/h的蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組，冷水機(jī)組產(chǎn)生的高溫冷水分別通入全空氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組的高溫表冷器和空氣水-系統(tǒng)的室內(nèi)末端及新風(fēng)機(jī)組高溫表冷器。全空氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)機(jī)組采用了高溫表冷-管式間接-直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組?？諝?水空調(diào)系統(tǒng)主要由蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組、高溫表冷-直接蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組和室內(nèi)末端組成。

對于空氣-水空調(diào)系統(tǒng)，蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組有各種不同的形式，為了利用系統(tǒng)末端回水或冷水機(jī)組的出水對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組第一級功能段設(shè)置為高溫冷卻段或管式間接蒸發(fā)冷卻段，根據(jù)室內(nèi)末端設(shè)備和新風(fēng)機(jī)組與冷源的不同的連接方式，對應(yīng)的水系統(tǒng)流程通常有3種方式，可分為三種，如圖2，分別為獨(dú)立式、串聯(lián)式和并聯(lián)式[2]。

圖2 空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的三種連接形式

Fig.2 Three Connection Forms of Air-Water Evaporative Cooling Air Conditioning System

其中，串聯(lián)式的冷水流程對空調(diào)系統(tǒng)末端裝置的供回水溫差控制在5℃以內(nèi)，然后再對新風(fēng)預(yù)冷，使得冷水得到近10℃的溫降，從而使冷水機(jī)組更多的利干空氣的能量。該水系統(tǒng)形式更好地利用干燥空氣可再生能源來進(jìn)行“自然冷卻”，從而減少顯熱末端需處理的顯熱負(fù)荷，相比獨(dú)立式、并聯(lián)式系統(tǒng)，其供回水溫差大，能進(jìn)一步降低冷水機(jī)組的裝機(jī)容量，減小管道輸送系統(tǒng)及末端設(shè)備?？紤]烏魯木齊地區(qū)擁有豐富的干燥空氣可再生能源，故該工程中，空氣-水空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)連接方式采用串聯(lián)式。

即本工程空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式為冷水機(jī)組所制取的高溫冷水先供給顯熱末端，從顯熱末端的出水經(jīng)過新風(fēng)機(jī)組表冷式間接蒸發(fā)冷卻段進(jìn)一步溫升，形成串聯(lián)式（大溫差）冷水系統(tǒng)。系統(tǒng)形式如圖3所示。

圖3 空氣-水蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)大溫差（串聯(lián)式）冷水系統(tǒng)原理圖

由于同程式系統(tǒng)中每環(huán)路路程一致，系統(tǒng)易平衡，因此本空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)水平管及立管均采用同程式系統(tǒng)。如圖4為辦公樓蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式示意圖，圖5為7層空調(diào)水平面圖。

1—蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組；2—回水管；3—蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組；4—蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組；5—室內(nèi)末端（干式風(fēng)機(jī)盤管）；6—供水管

圖5 7層空調(diào)水平面圖

空調(diào)系統(tǒng)中的冷水是負(fù)責(zé)傳輸制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量，其水流量也要隨空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷變化而變化。此時(shí)就需要對整個(gè)冷水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，來改變管路中的冷水流量，以滿足系統(tǒng)要求[6]。因此本工程采用變頻變流量水泵。經(jīng)計(jì)算，選用2臺（1用1備）流量為205m3/h，揚(yáng)程為27m的變頻水泵，如圖6所示。

綜上，本工程空調(diào)水系統(tǒng)形式為開式、一次泵變頻變流量、水平管及立管均采用同程式的空調(diào)水系統(tǒng)，空氣-水空調(diào)水系統(tǒng)形式采用成串聯(lián)式（大溫差）冷水系統(tǒng)。

圖6 本空調(diào)系統(tǒng)選用的2臺變頻水泵

3 蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)試

在空調(diào)水系統(tǒng)安裝完成后，2018年8月24日，用手持式超聲波流量計(jì)測得空調(diào)系統(tǒng)水流量僅為36.94m3/h。經(jīng)分析判斷，水系統(tǒng)流量小可能由以下幾方面原因造成：一是，干式風(fēng)機(jī)盤管安裝后，部分閥門未全開，及管網(wǎng)中存在部分閥門未全開；二是，管網(wǎng)系統(tǒng)中存在不凝性氣體；三是，水力計(jì)算不合理，水泵選型偏?。凰氖?，施工不規(guī)范，接口攻絲或殘?jiān)氯艿?；五是，?shí)際施工與設(shè)計(jì)圖不完全一樣，管道改變導(dǎo)致阻力增大，使設(shè)計(jì)選型水泵偏小。

針對以上分析，8月17日完全開啟八九層閥門，測得空調(diào)系統(tǒng)水流量為44.28m3/h，8月23日完全開啟八九、二三層閥門，測得空調(diào)系統(tǒng)水流量為46.4m3/h，8月27日對頂層空調(diào)機(jī)組及部分新風(fēng)機(jī)組的表冷器手動排氣，測得空調(diào)系統(tǒng)水流量為81.71m3/h。通過以上調(diào)試結(jié)果分析可知，管網(wǎng)系統(tǒng)中確實(shí)存在部分閥門未全開且存在不凝性氣體。

基于前期調(diào)試情況，繼續(xù)對底層空調(diào)機(jī)組及剩余新風(fēng)機(jī)組表冷器進(jìn)行手動排氣，測得空調(diào)系統(tǒng)水流量為99.93m3/h。

8月29日對空調(diào)機(jī)組表冷器、新風(fēng)機(jī)組表冷器、主立管進(jìn)行持續(xù)放氣，空調(diào)系統(tǒng)開啟后，每小時(shí)對系統(tǒng)水流量進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 空調(diào)系統(tǒng)開啟后每小時(shí)水流量測試情況

通過8月29日測試，可以看出，隨著空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，水系統(tǒng)流量逐步減小，因此，可以分析，因?yàn)楸菊舭l(fā)冷卻空冷水系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，水系統(tǒng)循環(huán)過程中，有空氣進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)水流量減小。具體可能有以下原因，一是，蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的淋水使水箱濺起水花，空氣進(jìn)入水中；二是，水系統(tǒng)運(yùn)行過程中，因汽化作用，產(chǎn)生氣體；三是，蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組連接出水管的水槽較淺，出水口形成渦流，卷吸進(jìn)空氣。

同時(shí)，有部分工程人員認(rèn)為蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組有大量噴嘴，噴嘴在噴水的同時(shí)，具有放氣作用，但經(jīng)過實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，噴嘴的放氣能力有限，不足以完成整個(gè)空調(diào)水系統(tǒng)的排氣任務(wù)，因此，在蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)中，合理安裝排氣閥仍然十分重要。

4 蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)存在的相關(guān)問題

在系統(tǒng)安裝完成后，水流量調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)本工程應(yīng)用的蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組飄水嚴(yán)重，通過觀察分析發(fā)現(xiàn)，該蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組擋水板采用直接蒸發(fā)冷卻濕膜，擋水效果不理想，其次，使用噴嘴不合適，導(dǎo)致噴淋水霧化嚴(yán)重，水滴易飄出。同時(shí)，蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組水箱存在漏水情況，這就要求蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)廠家必須積極改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

5 總結(jié)

（1）蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)調(diào)試的合格標(biāo)準(zhǔn)

蒸發(fā)空調(diào)水系統(tǒng)調(diào)試的合格標(biāo)準(zhǔn)與常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)要求一致。水流量應(yīng)與設(shè)計(jì)流量接近，所有空調(diào)機(jī)組水流量與設(shè)計(jì)流量的偏差不大于20%，冷熱水及冷卻水系統(tǒng)總流量與設(shè)計(jì)值的偏差不大于10%，通過各設(shè)備的水流量應(yīng)該滿足設(shè)備額定水流量的要求[7]。

（2）系統(tǒng)水流量不足問題分析及處理

在進(jìn)行本工程水系統(tǒng)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)水流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，有下面幾種原因：

管網(wǎng)系統(tǒng)中，較多閥門處于半開啟狀態(tài)，此時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)閥門，使其處于全開狀態(tài)；管道內(nèi)存在氣堵現(xiàn)象，而水管道上又無有效的排氣裝置，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的水流量，此時(shí)，在每個(gè)支管路的最高端安裝排氣效果好的自動排氣閥，另外在管道的上翻處也加裝自動排氣閥進(jìn)行排氣。由于測試時(shí)間因素，水流量調(diào)至110m3/h后，沒有繼續(xù)進(jìn)行測試，若自動排氣閥安裝完成后，系統(tǒng)水流量仍然不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，則水泵流量及揚(yáng)程可能不足，此時(shí)應(yīng)對整個(gè)水系統(tǒng)重新進(jìn)行阻力計(jì)算，校核水泵設(shè)計(jì)參數(shù)，更換符合要求的水泵。

（3）蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)水質(zhì)處理的必要性

蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)一般為開式系統(tǒng)，且在冷水循環(huán)利用時(shí)，由于漂浮物、溶解鹽類的濃縮等原因，易發(fā)生腐蝕、結(jié)垢、微生物粘泥等水質(zhì)問題，造成循環(huán)水水質(zhì)惡化，導(dǎo)致設(shè)備換熱效率下降，并且增加管道阻力，使管道輸送能力下降，同時(shí)，滋生微生物，形成污垢粘泥并可能影響人類健康。因此，必須采取水質(zhì)處理措施，對蒸發(fā)冷卻空調(diào)循環(huán)冷水進(jìn)行水質(zhì)處理，處理后的冷水進(jìn)行循環(huán)，才能保證蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（4）蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式選擇

蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)選擇，要充分考慮到建筑物的負(fù)荷情況、使用功能以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，盡可能的充分利用干空氣可再生能源進(jìn)行“自然冷卻”。蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備完全用水做制冷劑，這就要求，蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備一定要做好水箱設(shè)計(jì)并且要采取先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，避免空調(diào)設(shè)備出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，同時(shí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備連接出水管的水槽應(yīng)足夠深，避免出水口形成渦流，卷吸進(jìn)空氣。

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The Evaporative Cooling Air Conditioning Water System Design and Water Flow Debugging in an Office Building in Urumqi

Qu Yueying1Huang Xiang1Yan Jincheng2

( 1.Xi'an Polytechnic University, Xi’an, 710048; 2.Xinjiang Huayi New Energy Technology Co., Ltd, Xinjiang, 830000 )

The design scheme of evaporative cooling air conditioning water system form in an office building in Urumqi is introduced and the particularity of evaporative cooling air conditioning water system is described. In the office building, the evaporative cooling air conditioning system includes evaporative cooling all-air conditioning system and evaporative cooling air-water conditioning system. Introducing the different forms of evaporative cooling air conditioning water system, the design gist and scheme for this project water system form provides design thoughts for designers.For less water flowing after air conditioning’s installation and other related problems, we debugging system, introduce debugging process and provide reasonable optimization suggestions of the design installation and debugging of related projects evaportive cooling air conditioning water system in the future.

Evaporative cooling air conditioning; Water system form; Design; Water flow; Debugging

TU83

A

1671-6612（2020）04-453-05

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題（編號：2016YFC0700407）

屈悅瀅（1995.01-），女，在讀碩士研究生，E-mail：530037889@qq.com

黃 翔（1962.07-），男，教授，E-mail：huangx@xpu.edu.cn

2019-09-17