冬季冷卻水塔自然降溫在華北地區(qū)6℃水制冷系統(tǒng)中的改進(jìn)應(yīng)用

焦海燕

（中國(guó)樂凱集團(tuán)有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

能源與人類的文明和社會(huì)的發(fā)展緊密相連，是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，節(jié)能早已被我們國(guó)家確定為一項(xiàng)長(zhǎng)期戰(zhàn)略方針[1]。而制冷空調(diào)在工程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能的原則是在滿足使用要求的前提下，設(shè)計(jì)最小的制冷和空調(diào)負(fù)荷，確定合適的工程規(guī)模，降低建設(shè)投資。從運(yùn)行期間考慮，就是保證投入運(yùn)行設(shè)備的能源利用率最高、能量消耗最小[2]。

為了充分利用冬季的環(huán)境冷量資源，降低6 ℃水系統(tǒng)運(yùn)行中的電耗，根據(jù)華北地區(qū)氣候變化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見表1），每年的1月、2月、3月和11月、12月份室外的平均溫度為1 ℃左右。因此，在此階段內(nèi)，根據(jù)天氣的實(shí)際情況將6 ℃水系統(tǒng)切換為冷卻水塔直接降溫，即由冷卻水塔將換熱后循環(huán)回來的6 ℃水回水（溫度12 ℃）直接降溫后供出。

表1 華北地區(qū)氣候狀況統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of Climate Status in North China

由于相關(guān)生產(chǎn)規(guī)程要求的6 ℃水控制指標(biāo)為5～8 ℃，所以在切換這兩種制備6 ℃水的工藝時(shí)一直存在較大問題。因?yàn)?，?1月中旬由制冷機(jī)降溫切換為冷卻水塔降溫直接供冷時(shí)，由于制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)要求的冷卻水塔降溫后的冷卻水溫度必須在16 ℃以上，而切換時(shí)直接供出冷卻水塔降溫后的冷卻水水溫達(dá)不到工藝指標(biāo)和用戶要求，所以進(jìn)行切換前，必須提前通知用冷車間，關(guān)閉制冷機(jī)，先將冷卻水池的冷卻水由16 ℃降溫至8 ℃以下，才能合格供給用戶使用，因此降溫時(shí)間即切換時(shí)間約為6～8 h。3月中旬的切換亦是如此。

為了解決每次切換時(shí)6 ℃水溫度的波動(dòng)和對(duì)用冷單位的影響，計(jì)劃對(duì)6 ℃水和冷卻水供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過改造6 ℃水和冷卻水的管道、增加安裝6 ℃水水泵和冷卻水水泵，實(shí)現(xiàn)冷卻水塔由16 ℃降溫至8 ℃的過程中，制冷機(jī)組不停車、持續(xù)供出合格的6 ℃水，保持用冷車間的正常穩(wěn)定生產(chǎn)，當(dāng)冷卻水水溫降至8 ℃以下再關(guān)停制冷機(jī)，由冷卻水塔直接降溫供出合格的6 ℃水。并且，當(dāng)這兩個(gè)季節(jié)氣候變化幅度較大，環(huán)境溫度無法保證冷卻水塔降溫效果時(shí)，可隨時(shí)切換為制冷機(jī)降溫制備供應(yīng)合格的6 ℃水，比如，可以在白天環(huán)境溫度較高時(shí)開啟制冷機(jī)組，晚上環(huán)境溫度較低時(shí)關(guān)停制冷機(jī)、由冷卻水塔自然降溫，提高兩個(gè)季節(jié)冷卻水塔降溫的使用率，合理降低6 ℃水生產(chǎn)能耗[3]。

2 具體實(shí)施內(nèi)容

首先，切換制冷機(jī)蒸發(fā)器的6 ℃水為冷卻水，并且為了保證外供6 ℃水的壓力穩(wěn)定，在冬季外送管閥門前加裝一增壓泵，流量1 000 t/h，揚(yáng)程10 m，可以抵消制冷機(jī)組開車時(shí)的阻力損失。

其次，為了保證離心制冷機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，在制冷機(jī)的冷凝器循環(huán)水進(jìn)出口管道之間加裝450 t/h，揚(yáng)程10 m的循環(huán)泵，可以控制調(diào)節(jié)冷卻水的進(jìn)口溫度，滿足制冷機(jī)隨時(shí)開停的需求。

另外，在外供6 ℃水管道上增加控制閥門DN500一個(gè)，在6 ℃水增壓泵前后增加DN350閥門兩個(gè)，制冷機(jī)冷卻水管道泵后DN250閥門兩個(gè)。

圖1 改造工藝圖Fig1 Transformation process drawing

3 兩種降溫工藝切換操作流程

3.1 冬季由制冷機(jī)運(yùn)行降溫切換到冷卻水塔自然降溫狀態(tài)操作

（1）冷卻水塔降溫，當(dāng)溫度降到16 ℃左右時(shí)，開啟冷凍泵房新裝增壓泵，然后關(guān)閉原有冷凍水泵及閥門，使通過制冷機(jī)蒸發(fā)器的6 ℃回水變?yōu)槔鋮s水塔冷卻水，冷卻水塔持續(xù)降溫。

（2）開啟制冷機(jī)新裝冷卻水循環(huán)泵，調(diào)節(jié)冷卻水補(bǔ)水閥門和回水閥門，保證冷卻水流量，并確保冷卻水進(jìn)口溫度不低于16 ℃，監(jiān)控制冷機(jī)組運(yùn)行。

（3）冷卻水塔水溫降至8 ℃以下時(shí)，關(guān)停制冷機(jī)并關(guān)閉制冷機(jī)冷卻水泵及閥門。

（4）開冷凍泵房外供送水總出口DN500閥門，停冷凍泵房新裝增壓泵，關(guān)閉泵前閥門，完成系統(tǒng)切換。

3.2 冷卻水塔自然降溫不能保證送出6 ℃水溫時(shí)，由冷卻水塔自然降溫切換到制冷機(jī)運(yùn)行降溫狀態(tài)操作

（1）開啟冷凍泵房新裝增壓泵和泵前閥門，關(guān)閉外供6 ℃水總出口DN500閥門，使冷卻水塔降溫后達(dá)不到溫度要求的6 ℃水經(jīng)過制冷機(jī)降溫后送出。

（2）調(diào)節(jié)制冷機(jī)冷卻水閥門并開啟新裝冷卻水泵，開啟制冷機(jī)。

（3）根據(jù)制冷機(jī)負(fù)荷情況，調(diào)節(jié)冷凝器冷卻水溫度保持在16 ℃以上，保證外供6 ℃水溫度合格。

（4）當(dāng)冷卻水塔自然降溫能夠保持在8 ℃以下時(shí)，關(guān)停制冷機(jī)并關(guān)閉制冷機(jī)冷卻水泵及閥門，然后打開外供6 ℃水總出口DN500閥門，關(guān)閉冷凍泵房新裝增壓泵及閥門。

4 實(shí)際運(yùn)行效果及能耗數(shù)據(jù)

采用制冷機(jī)組降溫制備供應(yīng)6 ℃水時(shí)，需要運(yùn)行的設(shè)備有制冷機(jī)、6 ℃冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻水塔軸流風(fēng)機(jī)，當(dāng)切換為冷卻水塔自然降溫運(yùn)行狀態(tài)后，制冷機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可減少電耗70%左右。

不過，在冬季通過冷卻水塔將6 ℃回水與冷空氣直接進(jìn)行熱交換制備供給6 ℃水，理論上講，只有環(huán)境濕球溫度低于6 ℃時(shí)才能保證外供冷凍水溫度在8 ℃以下，且穩(wěn)定合格供給。在實(shí)際運(yùn)行中，考慮到3月、11月兩個(gè)過渡季節(jié)氣溫的波動(dòng)性，必須當(dāng)室外環(huán)境濕球溫度全天降低到3 ℃以下時(shí)，才將制冷系統(tǒng)切換到冷卻水塔自然降溫狀態(tài)。

經(jīng)過對(duì)6 ℃水和冷卻水供水系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了每年3月和11月隨時(shí)對(duì)6 ℃水系統(tǒng)在制冷機(jī)降溫和冷卻水塔自然降溫狀態(tài)之間的無擾動(dòng)切換。也就是在氣溫波動(dòng)頻繁的這兩個(gè)月內(nèi)，可以在白天濕球溫度較高冷卻水塔自然降溫不能保證外供6 ℃水溫度時(shí)切換為制冷機(jī)運(yùn)行降溫，晚上氣溫降低后再切換為冷卻水塔自然降溫，根據(jù)環(huán)境溫度的變化更換6 ℃水制冷降溫模式，延長(zhǎng)低能高效的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間。

經(jīng)過對(duì)比統(tǒng)計(jì)，此種操作模式每年運(yùn)行約20 d，平均每天節(jié)約耗電9 600 kWh左右，年降低運(yùn)行費(fèi)用約17萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

集中供應(yīng)空調(diào)6 ℃水系統(tǒng)采用冷卻水塔自然降溫運(yùn)行模式可以大大降低系統(tǒng)的耗電量，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，提高制冷能效比。如果充分考慮冷凍水和冷卻水系統(tǒng)在切換過程中制冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)問題和水溫波動(dòng)對(duì)用戶造成的影響，并進(jìn)行適當(dāng)改造，相信冷卻水塔自然降溫系統(tǒng)將成為今后空調(diào)制冷節(jié)能降耗的主要措施之一。尤其在我國(guó)華北或東北等很多冬季氣候寒冷地區(qū)，具有運(yùn)行自然降溫冷卻系統(tǒng)的條件，建議廣大制冷空調(diào)設(shè)計(jì)人員在具體工作中可充分利用這一有利的氣候資源，進(jìn)行專業(yè)研究和設(shè)計(jì)運(yùn)用，這對(duì)企業(yè)降低產(chǎn)品成本具有非常重要的意義。