水冷式中央空調系統中,冷水機組從冷凝器向外部排熱,排出的冷凝熱由冷卻水攜帶至冷卻塔,經冷卻塔散熱后,水溫由37℃降為32℃,再返回冷水機組的冷凝器,如此往復,由冷卻水系統循環排熱。
在我國,一般按冷卻塔的標準工況設定冷卻水溫度,冷水機組出水溫度37℃進入冷卻塔,經冷卻塔散熱降溫為32℃,再返回為冷水機組的進水溫度。
這樣設定的原因,是基于冷卻水在冷水機組冷凝器和冷卻塔兩端的換熱需求,同時兼顧冷水機組的運行效率和冷卻塔的有效散熱。
1、冷凝器側換熱
在冷水機組的冷凝器內,高溫高壓的制冷劑蒸汽冷凝為液態,放出的冷凝熱經換熱管交換給冷卻水。
為了確保冷凝器中的冷凝熱能夠順利傳遞給冷卻水,冷凝器內制冷劑的冷凝溫度必須高于冷卻水溫度。
通常冷水機組正常運行時,冷凝溫度約為40℃,此時冷卻水進水32℃,換熱后37℃出水,可以確保冷凝排熱過程的順利進行。
2、冷卻塔側換熱
冷卻水在冷卻塔中的冷卻散熱,分為接觸散熱和蒸發散熱兩部分。
接觸散熱依據冷卻水溫與室外氣溫(干球溫度)之間的溫差,向環境空氣傳遞顯熱。
蒸發散熱依據冷卻水溫與室外空氣濕球溫度之間的溫差,向環境空氣傳遞潛熱。
依據我國的夏季空調室外設計參數,室外空氣的干球溫度最高約35℃,濕球溫度最高約28℃。
因此,將冷卻塔的進水溫度設定為37℃,可以確保在大多數情況下,冷卻塔的進水溫度高于室外空氣的干球溫度,此時既有接觸散熱又有蒸發散熱,使冷卻塔得以高效散熱。
冷卻塔出水溫度32℃的設定,一方面是冷水機組對于冷卻水按溫差5℃確保冷卻水流量的需求,另一方面也高于室外空氣的濕球溫度,能夠通過蒸發散熱而得以保證。
3、冷卻水溫度過高
冷卻水溫度過高時,對冷卻塔散熱有利,但對冷水機組的運行和換熱效率不利。
冷卻水溫度過高時,冷水機組的冷凝溫度和壓力都升高,壓縮比變大,使壓縮機的負擔加大、功耗增加,從而降低冷水機組的制冷效率,嚴重時會導致高壓保護而停機。
對于離心式冷水機組,屬于速度型壓縮,當冷凝壓力升高而壓比增大時,有可能觸發喘振保護機制。
冷卻水溫度過高時,高溫工作環境加速設備和管道的結垢現象。對于銅管材質的換熱器,結垢會阻礙其有效換熱,進一步降低系統的制冷效率。
4、冷卻水溫度過低
冷卻水溫度降低時,冷凝溫度和壓力隨之降低,通常冷水機組的制冷效率得以提高。但冷卻水溫度過低時,會影響到機組的安全穩定運行。
冷卻水溫度過低時,冷凝壓力下降,與蒸發器之間的壓差減小,可能引發制冷劑流量不足,從而觸發機組的低壓保護,影響系統的正常運行。
對于采用制冷劑冷卻電機的機組,冷凝器和蒸發器之間的壓差減小,也會降低冷卻效果,增加電機的過熱風險,從而導致電機保護機制啟動。
對于壓縮機的潤滑油系統,冷凝壓力降低使油壓差也減小,會阻礙潤滑油的有效循環和分布,可能觸發機組的缺油報警,影響系統的正常運行。
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