[实用新型]冷却塔和冷水机组联合供冷系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑物中央空调系统的供冷系统，具体地说，涉及一种通过冷却塔和冷水机组联合供冷的方式达到节能降耗的供冷系统。

背景技术

冷却塔供冷系统(又称免费供冷，free cooling)是一种用于建筑物中央空调系统制冷站节能降耗的系统形式，适用于建筑物空调系统在过渡季节和冬季仍有供冷需求，又无法或不适宜采用新风冷源的场合。

比如，对于采用风机盘管加新风系统的现代化办公楼，建筑物的内区往往要求空调系统全年供冷，而在过渡季节或冬季，当室外空气焓值低于室内空气设计焓值时又无法利用加大新风量来进行免费供冷。

又比如，对于全年室内冷负荷占主导的恒温恒湿型工业建筑物(如卷烟厂)，由于正常生产时工艺设备产热量较大，冬季和过渡季节生产车间仍可能存在供冷需求，采用加大新风量的冷却方式，可能导致空气加湿量的增加，并对车间内相对湿度控制精度产生不利影响。

对此，采用冷却塔供冷技术，通过水系统来利用室外自然冷源，取代制冷站冷水机组运行的人工冷源，可起到很好的节能效果。

根据冷却塔的工作原理，冷却塔能将水温降低的原因在于：当塔内的水与空气接触时，一方面产生空气与水之间的直接传热(显热交换)，另一方面由于水表面和空气之间存在水分子压力差，使水表面的水分子向空气流动，产生蒸发现象，带走蒸发潜热(潜热交换)。

当冷却塔出水温度与空气湿球温度接近，即冷幅很小时，水在冷却塔内的冷却降温主要靠水蒸发时的潜热交换，而水和空气的显热交换量可忽略不计。

冷却塔通常按照夏季水温和气温条件进行设计选型，设计工况下，冷却塔的温降为Δt＝5℃，流量不变时，冬季随着水和空气温度的降低，水分子的运动动能减少，分子扩散能力降低，水蒸发量减少，带走的热量将有所减少，不能获得与夏季相同的冷却量。

冷却塔供冷通常按冷却水是否直接进入空调末端系统分成两大类：冷却塔直接供冷系统和冷却塔间接供冷系统。图1为典型的冷却塔直接供冷系统流程图，图2为典型的冷却塔间接供冷系统流程图。

冷却塔直接供冷系统的主要特点是：系统形式较简单，没有中间换热过程，因此在相同室外气象条件下可利用的冷水温度较冷却塔间接供冷系统低；但由于冷却塔开式系统的冷却水易受大气污染，在进入冷水系统后会造成系统内腐蚀或结垢，从而缩短系统使用寿命，影响系统运行的稳定性，因此系统需要采用专门的水处理设备；此外，冷却塔直接供冷系统运行时，整个空调水系统的阻力、流量发生较大变化，因此，可能存在水泵性能与管路阻力、冷却塔循环水量不匹配的现象。

冷却塔间接供冷系统的主要特点是：冷却水环路与冷冻水环路通过换热交换器彼此相互独立，保证了冷冻水管路的卫生条件；因为存在一个换热过程，与冷却塔直接供冷系统相比，若达到同样的供冷效果，要求冷却水温度更低一些，一般相差1～2℃；增加了换热设备和较多管道，系统形式相对复杂。目前常规的空调工程中，为保障制冷系统运行的可靠性，多选择冷却塔间接供冷系统。

冷却塔(直接或间接)供冷系统的节能技术和设计方案已在国内外众多的文献资料中叙述，其节能效果已在国内外众多的工程实践中得到验证。

但是，综观这些文献和工程应用，冷却塔(直接或间接)供冷运行模式和常规冷水机组供冷运行模式均被作为彼此独立的两种运行模式各自使用。实际运行时，两种运行模式根据室外气象条件的变化和空调末端系统的冷负荷需求变化，按季节进行切换运行。

比如，对于某一特定的建筑物中央空调系统，当室外空气湿球温度低于某个值，冷却塔(或换热器二次侧)出水温度低于空调末端系统的冷冻供水温度需求，此时系统切换到冷却塔供冷运行模式，反之，切换到常规冷水机组供冷运行模式。

此外，目前冷却塔供冷系统在设计和实际工程运行时，常常忽略了冷却塔的散热负荷对出水温度的影响，尤其在多台冷水机组、水泵和冷却塔组成的制冷站系统中，设计者或运营商有时为了片面追求降低水泵和冷却塔风扇运行能耗的目标，冷却塔供冷运行模式往往采取较少台数的冷却塔和冷却水泵投入运行，结果冷却塔常常在高散热负荷工况下运行。

根据本发明人对冷却塔在供冷运行模式下的热工性能研究，发现：冷却塔运行时散热负荷越低，在相同的空气湿球温度条件下，其出水温度越低，冷却塔在全年可以供冷的时间也就越长，节能效果也就越好。