某酒店冷卻塔供冷系統的應用

【摘要】介紹了冷卻塔供冷系統在綿陽喜來登酒店項目中的應用，對冷卻塔供冷系統的設計方法進行了總結，闡述了系統設計中冷凍水、冷卻水供回水溫度的確定、水泵匹配、冷卻塔配置、系統節能效益。

【關鍵詞】冷卻塔供冷;水泵匹配;冷卻塔配置供回水溫度的確定;節能效益計算

冷卻塔供冷系統目前已經是很成熟的一種節能措施，在許多實際工程項目中都已得到運用，并取得了可觀的節能效果，本文僅就某酒店中所運用的冷卻塔供冷系統做出簡明闡述，對于冷卻塔供冷系統在實際工程設計中所遇到的一些問題進行一些初步探討。

1、冷卻塔供冷原理

圖1是一個采用電動壓縮式冷水機組的空調水系統，如果建筑（如大型電子計算機房，電子廠房，有大面積內區的商業、辦公、酒店等）在冬季均有穩定的內部發熱量，需要供冷，這時只要室外氣溫足夠低（室外空氣濕球溫度也較低），系統配置的冷卻塔便可以提供溫度足夠低的冷水，直接作為冷源來消除余熱量，圖1所示系統通過關閉制冷機，切換至板式換熱器的方法，可以實現冷卻塔供冷，由于冷水機組的耗電量在空調系統中占有極高的比例，利用冷卻塔供冷節省了大量的電費，所以常常被稱為“免費供冷”（" free cooling"）。

2、工程概況

2.1建筑概況

本項目為高層建筑，地下二層，地上八層（局部七層）。地下室部分為停車庫，設備用房，酒店及物業后勤用房，游泳池，全日餐廳，會議中心等，裙房中的主要業態為中餐廳，宴會廳，大堂，大堂吧，一層局部為客房，二層及以上層為客房層，二層局部區域為酒店辦公。酒店效果圖如下：

2.2空調系統概況

本項目采用一套冷、熱源系統?？照{冷源采用水冷離心式電制冷機（一臺變頻），水冷螺桿式電制冷機以及冷卻塔免費供冷系統的組合，空調及生活熱水熱源采用燃氣（油）熱水鍋爐。設置2臺水冷離心式電制冷機和1臺水冷螺桿式電制冷機作為空調系統冷源。單臺離心式制冷機的制冷量為2461kW，單臺螺桿式制冷機的制冷量為988 kW。設置兩臺600M3/H，一臺250M3/H冷卻塔。水泵均采用變頻調節，并與冷機一一對應。制冷機制備的空調冷水供回水溫度為7/12℃，離心式制冷機采用熱回收機型，用于地下一層水泵房生活熱水預熱。設置兩臺1.5噸蒸汽鍋爐（一用一備），供洗衣機房蒸汽用量。應酒店管理公司的要求，根據他們的運營經驗，設置了988kW的冷卻塔免費供冷系統。當室外氣象條件合適時，可利用冷卻水經板式換熱器換熱后制備空調冷水供空調末端使用。

3、冷卻塔供冷系統設計

3.1冷卻塔供冷供、回水溫度的確定

本項目餐廳，宴會廳，大堂吧等大空間區域采用全空氣空調系統，過渡季及冬季需要制冷時優先考慮采用室外空氣免費制冷，所以免費制冷在內區辦公，餐飲包間;客房區域，表1是根據文獻[1]（室內外溫差10℃）結合本項目設計參數對辦公室、會議室、餐飲小包間等功能內區及客房所產生的冷負荷、要求的新風量、新風供冷能力進行計算的結果。

表格中增加客房的計算結果，主要考慮本項目為玻璃幕墻，在過渡季及冬季仍有部分客房需要制冷，且本項目設計為四管制，可以實現根據客房客人不同需求的供冷供熱需求，所以客房的冬季的負荷也應在考慮范圍內。

由表1可見，本項目考慮新風的供冷能力后，內區冷卻盤管供冷量只需為其夏季工況的68%左右就可滿足要求。另外，冬季內區冷負荷以顯熱負荷為主，式（1）為夏季表冷器的干球溫度效率公式。

式中△t為處理空氣的初終狀態溫差，t1為空氣的初始狀態溫度（當新風獨立處理送風時，即室內設計溫度），tw1為表冷器供水溫度。根據公式（1）及文獻[1]的分析結果，本項目在風機盤管選用時都考慮了富裕量，提供10℃空調冷水是基本可以滿足內區空調要求的，故冷卻塔制冷的冷凍水側計算供水溫度取值按10 ℃，回水溫度取值按15℃。

冷卻塔免費制冷板換溫差取1℃，冷卻塔供水溫度設計值為9℃。參照《ASHRAE Handbook》給出典型橫流塔特工曲線（圖3～4）來確定冷卻塔免費供冷回水溫度。

看圖3和圖4的情況比較。需要9℃的冷卻水，供回水溫差為2℃，從圖3可查出，在濕球溫度4℃才可以實現，而從圖4可查出，在濕球溫度7℃就可以實現。同樣從圖3圖4也可查出，9℃的冷卻水，供回水溫差為3℃時需要空氣的濕球溫度分別為2℃和5℃。按綿陽地區的室外空氣濕球溫度年頻率統計表[2]，空氣濕球溫度小于等于5 ℃的時間為1223 h[2]，空氣濕球溫度小于等于7 ℃的時間為2174h[2]。為了延長免費供冷時間，選擇冷卻水溫差2℃，這樣，按綿陽地區的室外參數，免費供冷時間就多了951 h。

3.2冷卻塔及冷卻水泵的配置

冷水側采用與夏季空調季節同樣的供回水溫差，故采用原變頻水泵，可以根據末端負荷實現變流量運行。

為了在初投資盡量小的情況下實現免費供冷的應用，只增設免費制冷板換，冷卻水泵均采用原有的變頻水泵，原有變頻水泵對應分別為兩臺600M3/H，一臺250M3/H冷卻塔，夏季冷卻水供回水溫差為5℃，免費供冷供回水溫度按前文選取為2℃，兩者溫差的比值為2.5，免費供冷負荷為988KW，與螺桿機的冷量相同，根據公式（2）冷量相同，流量與溫差成反比，

式中△t為供回水溫差，Q為水流量，水泵采用原600M3/H冷卻塔對應的冷卻水泵即可，考慮到隨著室外溫度降低冷卻塔免費制冷量的需求的減少，出于節能考慮，將系統中最小的一臺冷卻水泵和兩臺大的冷卻水泵眾的一臺均接入免費供冷系統，在系統需求大時開啟大時開大流量水泵，在系統需求量很小時，變頻調節無法滿足系統最小流量要求時，關閉大流量水泵，開啟小流量水泵，以達到節能運行的目的。

冷卻塔臺數的選擇，依據前面冷卻塔溫差選取的原則，保證單臺冷卻塔流量在小于等于67%，現免費供冷最大需求總流量和原冷卻塔流量見表2

根據表2，選擇一臺250M3/H冷卻塔和一臺600M3/H提供免費供冷。為避免供水溫度過低的可能，供水溫度低至5℃時冷卻塔風機停止運行，升高至9℃時恢復運行。在低溫冷卻水供、回水管之間設置旁通管，并在旁通水路上分別設置電動閥，旁通電動閥冬季為開關控制，冷卻塔管路電動閥與旁通電動閥連鎖動作。當冷卻塔風機停止運行后出水溫度仍然過低（低于5℃）時打開旁通閥、關閉冷卻塔通路閥，升高至9℃時閥門相反動作，使水溫維持在允許范圍內。

3.3 冷卻塔免費供冷經濟效益簡述

免費供冷空調側溫差不變，所以空調冷水的流量不變，僅需計算冷源側兩種工況的能耗。

經計算，全年節能量為139657kW·h，枯水期平均電費按1元/ kW·h，每年總計可節省運行費用約為13.9萬元。

結語：

本文筆者僅就所參與的實際項目結合參考文獻進行設計項目的總結，冷卻塔供冷應用越來越多，系統設計應根據實際項目情況及所在地的氣候情況綜合考慮。最高室外濕球溫度的確定根據室外氣象參數，溫差大于等于2℃，盡量延長免費供冷時間的原則選取。

參考文獻：

[1]王翔.冷卻塔供冷系統設計方法[J].暖通空調，2009，39（7）：99-104.

[2]中國建筑熱環境分析專用氣象數據集[M].中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學建筑技術科學系.北京：中國建筑工業出版社，2005.

[3]北京地區冷卻塔供冷系統設計指南[M].北京：中國計劃出版社，2011.

[4]某商場冷卻塔供冷系統設計[J].建筑熱能通風空調，2017.101-104.

作者簡介：

張守峰，元石機電設計（上海）有限公司，上海。