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水冷式中央空调系统中,冷水机组从冷凝器向外部排热,排出的冷凝热由冷却水携带至冷却塔,经冷却塔散热后,水温由37℃降为32℃,再返回冷水机组的冷凝器,如此往复,由冷却水系统循环排热。
在我国,一般按冷却塔的标准工况设定冷却水温度,冷水机组出水温度37℃进入冷却塔,经冷却塔散热降温为32℃,再返回为冷水机组的进水温度。
这样设定的原因,是基于冷却水在冷水机组冷凝器和冷却塔两端的换热需求,同时兼顾冷水机组的运行效率和冷却塔的有效散热。
1、冷凝器侧换热
在冷水机组的冷凝器内,高温高压的制冷剂蒸汽冷凝为液态,放出的冷凝热经换热管交换给冷却水。
为了确保冷凝器中的冷凝热能够顺利传递给冷却水,冷凝器内制冷剂的冷凝温度必须高于冷却水温度。
通常冷水机组正常运行时,冷凝温度约为40℃,此时冷却水进水32℃,换热后37℃出水,可以确保冷凝排热过程的顺利进行。
2、冷却塔侧换热
冷却水在冷却塔中的冷却散热,分为接触散热和蒸发散热两部分。
接触散热依据冷却水温与室外气温(干球温度)之间的温差,向环境空气传递显热。
蒸发散热依据冷却水温与室外空气湿球温度之间的温差,向环境空气传递潜热。
依据我国的夏季空调室外设计参数,室外空气的干球温度最高约35℃,湿球温度最高约28℃。
因此,将冷却塔的进水温度设定为37℃,可以确保在大多数情况下,冷却塔的进水温度高于室外空气的干球温度,此时既有接触散热又有蒸发散热,使冷却塔得以高效散热。
冷却塔出水温度32℃的设定,一方面是冷水机组对于冷却水按温差5℃确保冷却水流量的需求,另一方面也高于室外空气的湿球温度,能够通过蒸发散热而得以保证。
3、冷却水温度过高
冷却水温度过高时,对冷却塔散热有利,但对冷水机组的运行和换热效率不利。
冷却水温度过高时,冷水机组的冷凝温度和压力都升高,压缩比变大,使压缩机的负担加大、功耗增加,从而降低冷水机组的制冷效率,严重时会导致高压保护而停机。
对于离心式冷水机组,属于速度型压缩,当冷凝压力升高而压比增大时,有可能触发喘振保护机制。
冷却水温度过高时,高温工作环境加速设备和管道的结垢现象。对于铜管材质的换热器,结垢会阻碍其有效换热,进一步降低系统的制冷效率。
4、冷却水温度过低
冷却水温度降低时,冷凝温度和压力随之降低,通常冷水机组的制冷效率得以提高。但冷却水温度过低时,会影响到机组的安全稳定运行。
冷却水温度过低时,冷凝压力下降,与蒸发器之间的压差减小,可能引发制冷剂流量不足,从而触发机组的低压保护,影响系统的正常运行。
对于采用制冷剂冷却电机的机组,冷凝器和蒸发器之间的压差减小,也会降低冷却效果,增加电机的过热风险,从而导致电机保护机制启动。
对于压缩机的润滑油系统,冷凝压力降低使油压差也减小,会阻碍润滑油的有效循环和分布,可能触发机组的缺油报警,影响系统的正常运行。
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