冬季冷卻水塔自然降溫在華北地區6℃水制冷系統中的改進應用

焦海燕

（中國樂凱集團有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

能源與人類的文明和社會的發展緊密相連，是社會發展的物質基礎，節能早已被我們國家確定為一項長期戰略方針[1]。而制冷空調在工程中實現節能的原則是在滿足使用要求的前提下，設計最小的制冷和空調負荷，確定合適的工程規模，降低建設投資。從運行期間考慮，就是保證投入運行設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境冷量資源，降低6 ℃水系統運行中的電耗，根據華北地區氣候變化的統計數據（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，根據天氣的實際情況將6 ℃水系統切換為冷卻水塔直接降溫，即由冷卻水塔將換熱后循環回來的6 ℃水回水（溫度12 ℃）直接降溫后供出。

表1 華北地區氣候狀況統計Table 1 Statistics of Climate Status in North China

由于相關生產規程要求的6 ℃水控制指標為5～8 ℃，所以在切換這兩種制備6 ℃水的工藝時一直存在較大問題。因為，在11月中旬由制冷機降溫切換為冷卻水塔降溫直接供冷時，由于制冷機組運行時要求的冷卻水塔降溫后的冷卻水溫度必須在16 ℃以上，而切換時直接供出冷卻水塔降溫后的冷卻水水溫達不到工藝指標和用戶要求，所以進行切換前，必須提前通知用冷車間，關閉制冷機，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，因此降溫時間即切換時間約為6～8 h。3月中旬的切換亦是如此。

為了解決每次切換時6 ℃水溫度的波動和對用冷單位的影響，計劃對6 ℃水和冷卻水供水系統進行改造，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，實現冷卻水塔由16 ℃降溫至8 ℃的過程中，制冷機組不停車、持續供出合格的6 ℃水，保持用冷車間的正常穩定生產，當冷卻水水溫降至8 ℃以下再關停制冷機，由冷卻水塔直接降溫供出合格的6 ℃水。并且，當這兩個季節氣候變化幅度較大，環境溫度無法保證冷卻水塔降溫效果時，可隨時切換為制冷機降溫制備供應合格的6 ℃水，比如，可以在白天環境溫度較高時開啟制冷機組，晚上環境溫度較低時關停制冷機、由冷卻水塔自然降溫，提高兩個季節冷卻水塔降溫的使用率，合理降低6 ℃水生產能耗[3]。

2 具體實施內容

首先，切換制冷機蒸發器的6 ℃水為冷卻水，并且為了保證外供6 ℃水的壓力穩定，在冬季外送管閥門前加裝一增壓泵，流量1 000 t/h，揚程10 m，可以抵消制冷機組開車時的阻力損失。

其次，為了保證離心制冷機的穩定運轉，在制冷機的冷凝器循環水進出口管道之間加裝450 t/h，揚程10 m的循環泵，可以控制調節冷卻水的進口溫度，滿足制冷機隨時開停的需求。

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

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 冬季由制冷機運行降溫切換到冷卻水塔自然降溫狀態操作

（1）冷卻水塔降溫，當溫度降到16 ℃左右時，開啟冷凍泵房新裝增壓泵，然后關閉原有冷凍水泵及閥門，使通過制冷機蒸發器的6 ℃回水變為冷卻水塔冷卻水，冷卻水塔持續降溫。

（2）開啟制冷機新裝冷卻水循環泵，調節冷卻水補水閥門和回水閥門，保證冷卻水流量，并確保冷卻水進口溫度不低于16 ℃，監控制冷機組運行。

（3）冷卻水塔水溫降至8 ℃以下時，關停制冷機并關閉制冷機冷卻水泵及閥門。

（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，關閉泵前閥門，完成系統切換。

3.2 冷卻水塔自然降溫不能保證送出6 ℃水溫時，由冷卻水塔自然降溫切換到制冷機運行降溫狀態操作

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

（2）調節制冷機冷卻水閥門并開啟新裝冷卻水泵，開啟制冷機。

（3）根據制冷機負荷情況，調節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）當冷卻水塔自然降溫能夠保持在8 ℃以下時，關停制冷機并關閉制冷機冷卻水泵及閥門，然后打開外供6 ℃水總出口DN500閥門，關閉冷凍泵房新裝增壓泵及閥門。

4 實際運行效果及能耗數據

采用制冷機組降溫制備供應6 ℃水時，需要運行的設備有制冷機、6 ℃冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻水塔軸流風機，當切換為冷卻水塔自然降溫運行狀態后，制冷機停止運轉，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行熱交換制備供給6 ℃水，理論上講，只有環境濕球溫度低于6 ℃時才能保證外供冷凍水溫度在8 ℃以下，且穩定合格供給。在實際運行中，考慮到3月、11月兩個過渡季節氣溫的波動性，必須當室外環境濕球溫度全天降低到3 ℃以下時，才將制冷系統切換到冷卻水塔自然降溫狀態。

經過對6 ℃水和冷卻水供水系統的改造，實現了每年3月和11月隨時對6 ℃水系統在制冷機降溫和冷卻水塔自然降溫狀態之間的無擾動切換。也就是在氣溫波動頻繁的這兩個月內，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 ℃水溫度時切換為制冷機運行降溫，晚上氣溫降低后再切換為冷卻水塔自然降溫，根據環境溫度的變化更換6 ℃水制冷降溫模式，延長低能高效的經濟運行時間。

經過對比統計，此種操作模式每年運行約20 d，平均每天節約耗電9 600 kWh左右，年降低運行費用約17萬元。

5 結語

集中供應空調6 ℃水系統采用冷卻水塔自然降溫運行模式可以大大降低系統的耗電量，節約運行費用，提高制冷能效比。如果充分考慮冷凍水和冷卻水系統在切換過程中制冷機的運轉問題和水溫波動對用戶造成的影響，并進行適當改造，相信冷卻水塔自然降溫系統將成為今后空調制冷節能降耗的主要措施之一。尤其在我國華北或東北等很多冬季氣候寒冷地區，具有運行自然降溫冷卻系統的條件，建議廣大制冷空調設計人員在具體工作中可充分利用這一有利的氣候資源，進行專業研究和設計運用，這對企業降低產品成本具有非常重要的意義。