烏魯木齊某辦公樓蒸發冷卻空調水系統形式設計及水流量調試

屈悅瀅 黃 翔 嚴錦程

烏魯木齊某辦公樓蒸發冷卻空調水系統形式設計及水流量調試

屈悅瀅1黃 翔1嚴錦程2

（1.西安工程大學 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冷卻空調水系統形式的設計方案，描述蒸發冷卻空調水系統的特殊性，該辦公樓蒸發冷卻空調系統包括全空氣蒸發冷卻通風空調系統和空氣-水蒸發冷卻空調系統，通過介紹蒸發冷卻空調水系統的不同形式，及本工程水系統形式的設計依據及方案，為設計人員提供設計思路，針對安裝完成后的空調系統水流量小及其他相關問題，對系統進行調試，對調試過程進行介紹，并對未來相關工程的蒸發冷卻空調水系統的設計、安裝、調試提供合理優化建議。

蒸發冷卻空調；水系統形式；設計；水流量；調試

0 工程概況

該辦公樓位于烏魯木齊開發區，共十一層，地上十層，地下一層，總建筑面積15529.21m2，其中建筑物總空調面積：10955.92m2。經計算，顯熱冷負荷為830307W，單位面積冷負荷指標76W/m2，濕負荷為125.602kg/h。該辦公樓建筑內部空間功能各樣，設有各類辦公室、會議室、培訓室、閱讀室、員工休息區、客房、餐廳等。1、10層為大廳，2～9層為辦公室、客房和培訓室。本文重點介紹本辦公樓的蒸發冷卻空調水系統形式設計及水系統流量調試。

1 蒸發冷卻空調系統方案的確定

烏魯木齊夏季空氣調節室外平均濕球溫度較低，干濕球溫差較大，室外含濕量遠低于室內含濕量，據此特殊的氣候條件，并參考當地相關應用蒸發冷卻空調的實際工程，本工程空調系統采用蒸發冷卻空調系統[1]。

全空氣蒸發冷卻通風空調系統是指用蒸發冷卻空調機組處理后的空氣承擔對應空調區全部顯熱負荷和散濕量的空調系統。空氣-水蒸發冷卻空調系統是指用蒸發冷卻空調機組處理后的空氣與蒸發冷卻冷水機組提供的冷水，通過空調區末端裝置共同承擔對應空調區全部顯熱負荷和散濕量的空調系統[2]。

結合本辦公樓建筑功能及應用特點，1層及10層空間較大，人員密度大，需要集中進行溫濕度控制，欲選取全空氣蒸發冷卻通風空調系統；2～9層房間功能多樣，需要獨立控制達到節能目的，欲選取空氣-水蒸發冷卻空調系統。兩種系統夏季冷源均采用兩級間接加直接蒸發冷卻冷水機組。

經前期計算，烏魯木齊地區空氣經過蒸發冷卻器（包括直接蒸發冷卻器和間接蒸發冷卻器）處理之后能夠滿足室內通風空調的使用要求，其次，針對該工程1層及10層，設計完成后，校核室內空氣狀態參數與室內空氣狀態設計參數存在的偏差，未超出室內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冷卻通風空調系統。

經計算，烏魯木齊地區蒸發冷卻冷水機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-水蒸發冷卻空調系統進行溫濕度獨立控制。

2 蒸發冷卻空調系統水系統形式的確定

2.1 蒸發冷卻空調水系統的特殊性

常規空調水系統設計包括冷凍水系統和冷卻水系統。冷凍水系統是把冷熱源的冷、熱量通過管網輸送到空調用戶的系統，冷卻水系統是把制冷機組中冷凝器產生的冷、熱量通過管網輸送到冷卻塔等冷卻設備的系統。而在蒸發冷卻空調系統中，無需冷卻塔，故沒有冷卻水系統，只有冷水系統[4]。

蒸發冷卻空調水系統具有開式特性，在冷水循環利用時，由于懸浮物、溶解鹽類的濃縮等原因，易發生腐蝕、結垢、微生物粘泥等水質問題，造成循環水水質惡化，導致設備換熱效率下降，縮短設備的使用壽命，造成能源浪費，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，必須采取水質處理措施，對蒸發冷卻空調循環冷水進行水質處理，處理后的循環水進行循環，才能保證蒸發冷卻空調系統的正常運行[5]。

2.2 蒸發冷卻空調水系統水質處理

國內外對于蒸發冷卻空調系統水質的處理方法基本集中在物理處理方法。參照西安工程大學宣靜雯對蒸發冷卻空調系統水質的研究，本工程水系統水質處理采用了全自動刷式過濾器及化學加藥法。全自動刷式過濾器是一種利用濾網直接攔截水中的雜質，去除水體懸浮物、顆粒物，降低濁度，凈化水質，減少系統污垢、菌藻、銹蝕等產生，以凈化水質及保護系統其他設備正常工作的精密設備，水由進水口進入全自動過濾器機體，當水流經過過濾器時，水中的機械雜質被過濾網攔截，當濾網表面積聚的雜質增加而使壓差達到設定壓差時，壓差開關即發出信號，同時控制箱即發出指令，傳動電機啟動，排污閥打開，沉積在濾網中的雜質被轉動的刷子刷下，從排污口排出。化學加藥法采用定量泵對其循環冷卻水系統進行連續加藥過程，向循環冷水系統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組循環冷卻水中的細菌和藻類的繁殖情況以及由此產生的腐蝕現象，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為本工程水系統采用的全自動刷式過濾器。

圖1 本工程水系統采用的全自動刷式過濾器

2.3 蒸發冷卻空調水系統形式的設計

經計算，本工程設計冷水流量為160m3/h，故采用4臺水流量為40m3/h的蒸發冷卻冷水機組，冷水機組產生的高溫冷水分別通入全空氣通風空調系統的蒸發冷卻空調機組的高溫表冷器和空氣水-系統的室內末端及新風機組高溫表冷器。全空氣通風空調系統中，空調機組采用了高溫表冷-管式間接-直接蒸發冷卻空調機組。空氣-水空調系統主要由蒸發冷卻冷水機組、高溫表冷-直接蒸發冷卻新風機組和室內末端組成。

對于空氣-水空調系統，蒸發冷卻新風機組有各種不同的形式，為了利用系統末端回水或冷水機組的出水對新風進行預冷，蒸發冷卻新風機組第一級功能段設置為高溫冷卻段或管式間接蒸發冷卻段，根據室內末端設備和新風機組與冷源的不同的連接方式，對應的水系統流程通常有3種方式，可分為三種，如圖2，分別為獨立式、串聯式和并聯式[2]。

圖2 空氣-水蒸發冷卻空調系統的三種連接形式

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

其中，串聯式的冷水流程對空調系統末端裝置的供回水溫差控制在5℃以內，然后再對新風預冷，使得冷水得到近10℃的溫降，從而使冷水機組更多的利干空氣的能量。該水系統形式更好地利用干燥空氣可再生能源來進行“自然冷卻”，從而減少顯熱末端需處理的顯熱負荷，相比獨立式、并聯式系統，其供回水溫差大，能進一步降低冷水機組的裝機容量，減小管道輸送系統及末端設備。考慮烏魯木齊地區擁有豐富的干燥空氣可再生能源，故該工程中，空氣-水空調系統的水系統連接方式采用串聯式。

即本工程空氣-水蒸發冷卻空調水系統形式為冷水機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過新風機組表冷式間接蒸發冷卻段進一步溫升，形成串聯式（大溫差）冷水系統。系統形式如圖3所示。

圖3 空氣-水蒸發冷卻空調系統大溫差（串聯式）冷水系統原理圖

由于同程式系統中每環路路程一致，系統易平衡，因此本空調系統水系統水平管及立管均采用同程式系統。如圖4為辦公樓蒸發冷卻空調水系統形式示意圖，圖5為7層空調水平面圖。

1—蒸發冷卻冷水機組；2—回水管；3—蒸發冷卻新風機組；4—蒸發冷卻空調機組；5—室內末端（干式風機盤管）；6—供水管

圖5 7層空調水平面圖

空調系統中的冷水是負責傳輸制冷機產生的冷量，其水流量也要隨空調系統的負荷變化而變化。此時就需要對整個冷水系統進行調節，來改變管路中的冷水流量，以滿足系統要求[6]。因此本工程采用變頻變流量水泵。經計算，選用2臺（1用1備）流量為205m3/h，揚程為27m的變頻水泵，如圖6所示。

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

圖6 本空調系統選用的2臺變頻水泵

3 蒸發冷卻空調水系統流量調試

在空調水系統安裝完成后，2018年8月24日，用手持式超聲波流量計測得空調系統水流量僅為36.94m3/h。經分析判斷，水系統流量小可能由以下幾方面原因造成：一是，干式風機盤管安裝后，部分閥門未全開，及管網中存在部分閥門未全開；二是，管網系統中存在不凝性氣體；三是，水力計算不合理，水泵選型偏小；四是，施工不規范，接口攻絲或殘渣堵塞管道；五是，實際施工與設計圖不完全一樣，管道改變導致阻力增大，使設計選型水泵偏小。

針對以上分析，8月17日完全開啟八九層閥門，測得空調系統水流量為44.28m3/h，8月23日完全開啟八九、二三層閥門，測得空調系統水流量為46.4m3/h，8月27日對頂層空調機組及部分新風機組的表冷器手動排氣，測得空調系統水流量為81.71m3/h。通過以上調試結果分析可知，管網系統中確實存在部分閥門未全開且存在不凝性氣體。

基于前期調試情況，繼續對底層空調機組及剩余新風機組表冷器進行手動排氣，測得空調系統水流量為99.93m3/h。

8月29日對空調機組表冷器、新風機組表冷器、主立管進行持續放氣，空調系統開啟后，每小時對系統水流量進行測試，測試結果如表1所示。

表1 空調系統開啟后每小時水流量測試情況

通過8月29日測試，可以看出，隨著空調系統運行時間的增加，水系統流量逐步減小，因此，可以分析，因為本蒸發冷卻空冷水系統為開式系統，水系統循環過程中，有空氣進入管網系統，導致系統水流量減小。具體可能有以下原因，一是，蒸發冷卻冷水機組的淋水使水箱濺起水花，空氣進入水中；二是，水系統運行過程中，因汽化作用，產生氣體；三是，蒸發冷卻冷水機組連接出水管的水槽較淺，出水口形成渦流，卷吸進空氣。

同時，有部分工程人員認為蒸發冷卻冷水機組有大量噴嘴，噴嘴在噴水的同時，具有放氣作用，但經過實際測試發現，噴嘴的放氣能力有限，不足以完成整個空調水系統的排氣任務，因此，在蒸發冷卻空調水系統中，合理安裝排氣閥仍然十分重要。

4 蒸發冷卻空調水系統存在的相關問題

在系統安裝完成后，水流量調試期間，發現本工程應用的蒸發冷卻冷水機組飄水嚴重，通過觀察分析發現，該蒸發冷卻冷水機組擋水板采用直接蒸發冷卻濕膜，擋水效果不理想，其次，使用噴嘴不合適，導致噴淋水霧化嚴重，水滴易飄出。同時，蒸發冷卻冷水機組水箱存在漏水情況，這就要求蒸發冷卻空調設備生產廠家必須積極改進生產工藝，提高產品質量。

5 總結

（1）蒸發冷卻空調水系統調試的合格標準

蒸發空調水系統調試的合格標準與常規空調水系統要求一致。水流量應與設計流量接近，所有空調機組水流量與設計流量的偏差不大于20%，冷熱水及冷卻水系統總流量與設計值的偏差不大于10%，通過各設備的水流量應該滿足設備額定水流量的要求[7]。

（2）系統水流量不足問題分析及處理

在進行本工程水系統調試過程中，發現系統水流量達不到設計要求，有下面幾種原因：

管網系統中，較多閥門處于半開啟狀態，此時，應及時調節閥門，使其處于全開狀態；管道內存在氣堵現象，而水管道上又無有效的排氣裝置，嚴重影響系統的水流量，此時，在每個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行排氣。由于測試時間因素，水流量調至110m3/h后，沒有繼續進行測試，若自動排氣閥安裝完成后，系統水流量仍然不能達到設計要求時，則水泵流量及揚程可能不足，此時應對整個水系統重新進行阻力計算，校核水泵設計參數，更換符合要求的水泵。

（3）蒸發冷卻空調水系統水質處理的必要性

蒸發冷卻空調水系統一般為開式系統，且在冷水循環利用時，由于漂浮物、溶解鹽類的濃縮等原因，易發生腐蝕、結垢、微生物粘泥等水質問題，造成循環水水質惡化，導致設備換熱效率下降，并且增加管道阻力，使管道輸送能力下降，同時，滋生微生物，形成污垢粘泥并可能影響人類健康。因此，必須采取水質處理措施，對蒸發冷卻空調循環冷水進行水質處理，處理后的冷水進行循環，才能保證蒸發冷卻空調系統的正常運行。

（4）蒸發冷卻空調水系統形式選擇

蒸發冷卻空調水系統形式的設計選擇，要充分考慮到建筑物的負荷情況、使用功能以及當地的氣候條件，盡可能的充分利用干空氣可再生能源進行“自然冷卻”。蒸發冷卻空調設備完全用水做制冷劑，這就要求，蒸發冷卻空調設備一定要做好水箱設計并且要采取先進的生產工藝，避免空調設備出現漏水現象，同時蒸發冷卻空調設備連接出水管的水槽應足夠深，避免出水口形成渦流，卷吸進空氣。

[1] 李依軒,黃翔,王興興,等.烏魯木齊某大廈蒸發冷卻通風空調設計[J].制冷與空調,2017,31(1):47-52.

[2] 黃翔.蒸發冷卻通風空調系統設計指南[M].北京:中國建筑工業出版社,2016.

[3] 黃翔,白延斌,郝航.蒸發冷卻冷水機組出水溫度探討[J].流體機械,2012,40(9):83-86.

[4] 張丹.蒸發冷卻空調系統設計方法研究——簡化熱工計算的步驟與內容分析[C].第十二屆全國冷（熱）水機組與熱泵技術研討會論文集,2005:5.

[5] 宣靜雯.西北地區蒸發冷卻空調系統水質問題的研究[D].西安:西安工程大學,2016.

[6] 江億.管網可調性和穩定性的定量分析[J].暖通空調,1997,(3):3-9.

[7] 劉俊濤.淺談中央空調水系統調試[J].建設科技,2016, (10):62-63,65.

[8] 郭志成,黃翔,嚴錦程.間接—直接蒸發冷卻復合冷水機組的理論分析與應用研究[J].制冷與空調,2018,32(4): 359-364,379.

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”國家重點研發計劃項目課題（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