[摘要] 分析了仅夏季用的空调冷却水系统不设循环水箱(水池)时冷却塔集水槽所需的容积及系统运行的可靠性，给出了冷却水系统的合理补水量，讨论了冷却水系统应采用的合理水处理方式。
[关键词]冷却水系统 冷却塔 水处理 补水量
1 冷却塔集水槽所需的容积
工程上一种普通的情况为：冷却塔设在建筑物的屋顶上，空凋冷冻站设在建筑物的底层(或地下室)，水从冷却塔的集水槽出来后，直接进冷水机组而不设循环水箱(水池)，如图1所示。
图l 冷却水系统原理图
1—冷却塔；2—循环水处理器；3—循环水泵；
4—冷水机组；5—水过滤器；6—逆止阀
当空调冷却水系统仅在夏季使用时，该系统是合理的，它运行管理方便，可以减少循环水泵的扬程、节省运行费用。这种情况下，冷却塔集水槽同时起集水和贮水的作用。贮水的目的是：冷却水系统开始运行时，水首先使冷却塔的填料表面润湿并流经填料，然后才能流到集水槽，开始启动水泵时，水还未到达集水槽的短时间内，为保证循环水泵入口不缺水、不发生气蚀现象，能稳定地工作，则需要集水槽有一定的贮水量。那么，集水槽的贮水量(容积)多大合适?传统的要求[1]是贮存l～l.5分钟的循环水量，即所需贮水量约为小时循环水量的1.6%-2.5%；资料[2]介绍，逆流塔由干燥到正常运转所需附着水量约为标称小时循环水量的1.2%，即所选冷却塔为100t/h，则集水槽的贮水量应大于等于1.2t(容枳≥l.2m3)。 对实际工程多次观测发现：循环水泵开始启动后，水从冷却塔布水器流到集水槽约需10秒钟左右，不同的塔型、型号有差别、考虑安全因素，按20秒计，则贮水量仅为小时循环水量的0.56%取0.6%，也仅为资料[2]介绍的数据的一半，在实际运行中发现：对普通的逆流式和横流式玻璃钢冷却塔，如果把溢流管的水溢流口设得稍低些，则集水槽的贮水能力没有充分利用，但开始启动时循环；水泵仍能稳定地运行。因为一般情况下，冷却塔集水槽的贮水量已大于标称小时循环水量的0.6%，不需要特殊加大集水槽已能满足要求。
但为了使系统安全可靠的运行，实际设计时应注意几点：
(1)必须保证可靠的自动补水、冷却塔上的自动补水管应稍大点，即补水能力应大于2倍的正常补水量，使冷却塔内的水位在开始启动时能较快地从最低水位恢复到正常水位。
(2)冷却水系统应有合理的系统充水点，如果应用冷却塔上的(自带)，快速充水管充水，则系统内的空气难以排出，不能保证系统内都充满水，尤其是集水槽水位以上的接到冷却塔布水管的那段水管，肯定不会充满水，应在冷却水循环水泵的入口段设大流量补水管，这样做的好处是：缩短系统充水时间，并保证系统内的空气顺利排出，使系统内所有管路及设备都充满水，这样开始运行启动水泵时，才能稳定可靠，冷却塔的出水管必须保证水能靠自重流回水泵，不能向上拐弯。
(3)循环水泵的旁通逆止阀仍需设，以减少停泵时从冷却塔内溢水，并喊轻系统的水击。
(4)对几台并联工作的冷却塔，水量分配会不平衡，极易造成有的塔需补水而有的塔溢流。设计时要重视各冷却塔之间管道阻力平衡，特别是塔至水泵的吸入管段部分。同时在冷却塔的集水池之间最好用与进水干管相同管径的均压管(平衡管)联接，此外，为使冷却塔中水位一致。出水干管应采用比进水干管大两号的集合管[7]。
2 冷却水系统的补水量
现有的资料给出的冷却水系统的补水量数据差别较大，文献[2]为：采用低噪声的逆流式冷却塔，电动制冷时补水量为循水量的1.53％，溴化锂吸收式制冷时补水量为循环水量的2.08%，如果粗略估算取为2%-3%；文献[3]为；冷却水系统的补水量为循环水量的1％-1.5％：文献[4]介绍空调冷却水系统的补水量为循环水量的1％-3％，工程设计中到底取多大合适?如果冷却水系统的补水为软化水，这要涉及到确定水处理器的处理水量，应该更明确地确定补水量。下面进行分析：
(1)蒸发损失m1
在冷却塔内，空气与水之间的热量交换方式有两种：第一种为水以导热的方式把热量传给空气；第二种方式为水蒸发吸收水的热量，然后带给空气。其中第二种方式是主要的热量交换方式，它与室外气温、相对湿度、冷却塔的进出口水温有关。把水蒸发带走的热量与总热量的比称为蒸发带走的热量系数，用K表示，按下式计算[5]；
式中 t2——冷却塔的出水温度，℃；
r——水的汽化潜能，KJ/kg。
水的汽化潜热r应取冷却塔中平均水温的汽化潜热．一般冷却条件下,r值变化不大，可取为冷却塔出水温度(32℃)时的汽化潜热，即r≈2420kJ/kg[6]。则当t=32℃时，K=0.94。
根据冷却塔内的热平衡，冷却塔内水放出的热量应等于水蒸发吸收的热量与水以导热方式传给空气的热量之和，则得蒸发损失的水量与冷却水系统循环水量的比为：
式中 △t——冷却塔的进出水温差，℃；
C——水的比热，C=4.19KJ/kg.k。
一般情况下，电动制冷，△t=5℃，m1=0.81％；溴化锂吸收式制冷，△t=6℃,m1=0.97％。
(2)漂水损失m2
漂水损失是指系统中的水以雾或水滴的形式被风吹出塔外，飘散于大气中而损失的水量。它与冷却塔的结构、当地的室外风速有关，并且与塔内空气流速成2.5次方比。对常用的逆流式冷却塔和横流式冷却塔，漂水损失[6]为循环水量的0.1％-0.3％，漂水损失的水与系统中的水所含溶解固体的总量是相同的，所以实际上是排污的一部分。
(3)排污损失m3
由于冷却塔内的水分蒸发，留在水中的可溶盐、杂质等的浓度将不断增加，使循环水中含盐浓度高于补充水的含盐浓度，这两种浓度之比称浓缩倍数，为减少或防止冷却水对换热设备的腐蚀和结垢，应控制系统内浓缩倍数≤3～4，同时还要考虑补充水的水质情况，以确定合适的排污量。通常排污损失为循环水量的0.3％-0.5％，它与水处理后的水质情况、补充水的水质情况及浓缩倍数有关。
(4)泄漏损失m4
泄漏损失是指正常情况下循环水泵的轴封漏水、个别阀门处的漏水，通常这部分很小,忽略不计。
综上所述，当选用逆流式冷却塔或横流式冷却塔时，空调冷却水系统的补水量应为m1+m2+m3,即电动制冷为1.2％-1.6％;溴化锂吸收式制冷：1.4％-l.8％。
还应综合考虑各种因素的影响,因蒸发损失是按最大冷负荷(设计冷负荷)计算的。实际上出现最大冷负荷的时间是很短的，空调系统绝大多数时间是在部分负荷下运行的，如果把上述补水量适当减少一点，绝大部分时间都能在控制的浓缩倍数下运行，很短时间内水质超出要求的范围，不会对系统产生危害。笔者认为，文献[3]给出的冷却水系统的补水量是合理的。
综上所述，建议冷却水系统的补水量取为循环水量(设计水量)的1％-1.6％。电动制冷，水质好时取小值；溴化锂吸收式制冷，水质差时取大值。
3 冷却水处理方式的选择
空凋冷却水系统一般为开式循环系统(如逆流式和横流式冷却塔)，冷却塔内空气与水进行充分的接触，水中的含氧量基本达到饱和，循环水蒸发损失后，水中含盐浓度增加，致使某些系统结垢严重，或某些类型的水质形成腐蚀性使系统发生严重腐蚀，另外，阳光、水温等合适条件给微生物提供了良好的生存、繁殖环境，再加上大气中尘埃不断混入水中，会有藻类、粘泥产生，从而影响冷水机组的正常运行，损坏制冷设备和管道附件，缩短系统使用寿命，因此冷却水的处理至关重要。
由于各地水质不同．在工程设计中应对循环冷却水的补充水进行水质分析．根据补充水的水质和浓缩倍数计算出循环冷却水中各种成份的浓度，再根据换热设备的材质对冷却水水质的要求，确定合理的水处理方式。水质的分析方法见文献[2]、[6]。
现在工程上常用的水处理方式有；软化水法、电子水处理法、加药法。应根据具体情况选用。
(1)软化水法：该种水处理方式在补充水硬度较高的情况下采用，即补水经过软化(离子交换)后，除去水中的Ca2+、mg2+，在一定的浓缩倍数下控制重碳酸盐的浓度，以防止结垢，因空调冷却水系统补充水量较大，该法成本较高，且该法无防腐蚀的作用，只能应用于水质无腐蚀性的场合，建议尽量少用。
(2)电子水处理方法：近年来，电子水处理器在工程上应用的较多，其原理是利用电场的作用，使水分子的物理结构发生变化，水分子与接触界面的电位差减少，水中溶解盐类的离子及带电粒子间的静电力减弱，不能相互集聚，达到防止结垢的目的，该法防垢除垢效果好，管理方便，运行费用低，能够杀菌灭藻，但无防腐蚀作用，适合于水质总硬度不大于600mg/L(以CaCO3计)且缓蚀不是主要矛盾的场合、建议推广应用。
(3)加药法：加药法是指向冷却水系统中投加缓蚀剂和阻垢剂，这是目前工程上应用较广的方法，常用的缓蚀剂和阻垢剂有：六偏磷酸纳、硫酸锌、钼酸纳、HEDP、EDTMP，聚丙烯酸等。应根据水质分析和计算的结果，分析以阻垢为主还是以缓蚀为主，再根据每种药剂的使用条件和作用决定投加何种药剂或几种组合应用，亦可选用复合配方的药剂如含磷复方硅酸盐，应注意药剂间的合理匹配，避免不同药剂作用效果的相互抵消，详见文献[6]。投药法防垢缓蚀的效果好，可同时投加杀菌灭藻的药剂，对却水系统来说，是一种理想的水处理方式，但运行成本较高。
参考文献
1 于晓明等,溴化锂直燃机机房水系统设计探讨，暖通空调、1996；26(6)
2 电子工业部第十设计研究院，空气调节设计手册(第二版),中国建筑工业出版社，1995
3 顾兴蓥，民用建筑暖通空调设计技术措施(第二版)，中国建筑工业出版社，1996
4 钱以明，高层建筑空调与节能，同济大学出版社，1990
5 陈耀宗等，建筑给水排水设计手册，中国建筑工业出版社，1992
6 李文融，循环冷却水处理手册，天津科学出版社，1991
7 车娥飞．暖通空调设计通病分析手册，中国建筑工业出版社，1991
通风设备网
http://www.tfsb.net