空調冷卻塔三種運行方式的經濟對比

引言

目前，許多大中型央空調系統都采用水冷方式，因此中央空調冷卻塔采用怎樣的方式運行才是比較經濟、節能，這是個值得探討的問題。

空調冷卻塔的三種運行方式

本文討論在制冷系統中有2臺以上的冷水機組，2臺以上的冷卻塔，而且各臺冷卻塔并聯運行的情況:

方案一:各臺冷卻塔的運行與冷水機組的運行一一對應，在每臺冷卻塔的出水口設置電動蝶閥，并與冷水機組連鎖。

方案二:冷卻塔的運行臺數由控制電路根據冷卻塔的出水溫度來進行邏輯控制，邏輯控制電路通常采用可編程控制器(PLC)來實現，在每臺冷卻塔的出水口均不設置電動蝶閥。例如在廣東出水溫度范圍通常設定在31～32℃，即出水溫度低于31℃時由控制電路減少冷卻塔風機的運行臺數，出水溫度高于32℃時由控制電路增加冷卻塔風機的運行臺數。

方案三:不論由多少臺冷水機組運行，所有冷卻塔均運行，冷卻塔風機的轉速由變頻調速控制器根據冷卻塔的出水溫度控制，在每臺冷卻塔的出水口均不設置電動蝶閥。

空調冷卻塔的經濟運行分析

方案一是一種比較傳統的控制方式，優點是控制簡單明確，控制電路部分造價較低；缺點是必須采用價格較高的電動蝶閥，而且電動蝶閥安裝在室外，運行條件較差，需要經常維護檢修。

方案二也是一種常用的控制方式，優點是采用可編程控制器(PLC)，可靠性非常高，所有邏輯控制均通過軟件編程來實現，控制簡單，可通過軟件編程使各冷卻塔風機的運行時間基本相同，不必采用價格較高的電動蝶閥；缺點是可編程控制器(PLC)相對價格較高，屬于雙位開關量控制，控制精度較低(通常為±015℃）。由于每臺冷卻塔的出水口均不設置電動蝶閥，流經沒有運行的冷卻塔的進水沒有經過冷卻就直接流入冷卻塔出水口，導致冷卻塔的出水溫度波動較大，冷卻塔風機啟動頻繁。

方案三是一種比較新穎的控制方式，優點比較突出，主要表現在以下幾個方面：

◆大幅降低噪聲和飄水

根據統計表明，民用建筑的舒適性空調的冷負荷達到最大值的時間全年不超過10天，空調系統絕大部分時間是在部分負荷下運行的。

冷卻塔的運行噪聲主要由水聲和通風機的噪聲兩部分組成，通風機的噪聲以空氣動力噪聲為主，當葉輪圓周速度越大，空氣動力噪聲所占的比例也越大。在部分負荷時，由變頻器降低冷卻塔風機的工作頻率，也就是降低其轉速，因此能大幅降低冷卻塔的運行噪聲。這個特點對于冷卻塔安裝在離住宅比較近，而晚上又需要運行的建筑如餐廳、歌舞廳、賓館等尤其適用，在晚上冷負荷比較低，通過變頻調速能大幅降低冷卻塔的噪聲，給鄰近的住宅創造安靜的睡眠環境。

冷卻塔的飄水主要是由收水器的收水效率決定的，而收水器的收水效率主要是由通過其斷面的風速決定的，風速越低，，也就是說運行頻率越低，收稅率越高。在部分負荷時，由變頻器降低冷卻塔風機轉速，因此能大幅降低冷卻塔的漂水量。表一是某牌子CEF系列冷卻塔的運行特性

◆延長風機和電動機軸承的壽命
在部分負荷時，由變頻器降低冷卻塔風機的轉速，因此能降低冷卻塔通風機和電動機的軸承溫升，使得運行條件大為改善，延長其壽命。

◆換熱更充分
由于受到生產成本、占地面積、體積等因素的限制，每臺冷卻塔填料的換熱面積受到一定的限制，只能選用經濟的換熱面積。本方案的所有冷卻塔均并聯運行，在部分負荷時相當于增大了換熱面積，使熱交換穩定充分。例如有3臺冷水機組的制冷系統，當僅運行1臺機組時，冷卻水量僅為滿負荷時的1/3，由于冷卻水流經所有的冷卻塔，所以換熱面積比僅運行1臺冷卻塔大3倍。

◆不必設置電動蝶閥
由于不論有幾臺冷水機組運行，所有冷卻塔均運行，由變頻器自動調節其轉速，因此不必設置價格比較高的電動蝶閥。

◆控制精度高
變頻器采用模擬量連續控制，控制精度較高(通常為±)。011℃

◆邏輯控制簡單
邏輯關系為任意1臺冷卻水泵運行，變頻器就運行，所有冷卻水泵停泵時，變頻器停機，邏輯關系簡單，在電路中用每臺冷卻水泵的交流接觸器的常開輔助觸點并聯即可實現，而變頻器只要正常運行，就能根據溫度傳感器所測定的冷卻塔出水溫度自動控制冷卻塔風機的轉速。

◆節省冷卻塔電動機的用電量

L=Q/（h2-h1）
式中：L=冷卻風量（kg/h）；
         Q=冷卻熱量（kj）；
         h2-h1=對應于進出冷卻塔的空氣焓值（kj/kg）
假定進出冷卻塔空氣焓值差h2-h1不變，則冷卻風量L與冷卻熱量Q成正比，假定共有相同的冷卻塔m臺，每臺額定風量為Q0，額定轉速為N0，則總額定功率Nz0=m×N0。采用變頻調速控制后，每臺冷卻塔的實際風量為Q1，電動機實際運行功率為N1，實際轉速為N1，則實際總功率為Nz1=m×N1。
∵Q1/Q0=n1/n0　N1/N0=(n1/n0)3
∴N1=(Q1/Q0)3×N0
∴Nz1=m×N1=m×(Q1/Q0)3×N0。

下面以冷卻塔數量m=3為例，對定額控制（方案一）和變頻控制（方案三）的電動機總功率進行比較（見表2）

從表2的比較可以看出，采用變頻控制的冷卻塔電動機在部分負荷時節能效果明顯，不過冷卻塔的耗電量在整個制冷系統中占的比例較小，所以對于整個制冷系統來說節能的意義不大。方案二的耗電量介于方案一和方案三之間，而且電動機啟動較為頻繁。

方案三的缺點主要是變頻器的價格較高，不過隨著變頻器價格的不斷下降，其價格已經下降到可以接受的水平。

以下以控制3臺300m3/h的冷卻塔為例，分別比較各種方案所用的主要設備及總價(見表3)，相同的設備和材料省略

從表3可以看出，方案二總價最低，但控制精度不高，風機頻繁啟動；方案一的總價較高，但性能價格并不高；方案三的總價最高，但與方案一相差不大，優點比較突出，性能價格比很高。

結論

從以上的分析可以得出以下結論:采用不論由多少臺冷水機組運行，所有冷卻塔均運行，冷卻塔風機的轉速由變頻調速控制器根據冷卻塔的出水溫度控制這種冷卻塔的運行方式有很多突出的優點，具有很高的性能價格比，是一種值得推薦的運行方式。采用變頻調速控制器的目的并不在于節能，而在于省去了價格較高的電動蝶閥，在于降低噪聲和飄水，延長風機和電動機軸承的壽命。

本文由菱電冷卻設備廠家生產的冷卻塔官網整理