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什么是冷却塔免费冷系统

冷却塔免费供冷就是在常规水冷空调系统中通过增加旁通管路、板式换热器等设备，在室外湿球温度低于某个值以下时，关闭制冷主机，利用流经冷却塔的冷却水直接或通过板式换热器间接向空调末端供冷，承担建筑所需的冷负荷。

冷却塔免费供冷能够利用自然冷源，满足冬季某些建筑的供冷需求，减少冷水机组运行时间，从而达到的节能、节费的运行效果。但是冬季空调供冷应优先采用室外新风消除室内余热，这是利用自然冷源的最直接的方式。

由于天然冷源需要另外设置，会略微增加投资，因此需进行经济技术比较分析后再决定是否采用免费冷。

过渡季节室外干湿球温度低于室内空调设计温度，一般商业项目或大型公共建筑会在过渡季直接利用新风承担建筑内区的部分冷负荷，剩余冷负荷考虑利用冷却塔免费供冷（此时冷水机组不工作，利用冷却塔的冷却水提供冷源的供冷方式）。

冷却塔免费供冷系统适用于冬季或者过渡季需要制冷的场所，一般为商业综合体、大型展览馆、博物馆等公共建筑的内区或常年有冷负荷需求的区域。

需要说明的是，一个项目是否需要设置冷却塔免费供冷系统，需根据该项目具体情况分析后确定。当商业综合体或者其它公共建筑内区冬季及过渡季冷负荷较小，或内区全部采用全空气系统时，可以在过渡季全新风运行，承担全部室内冷负荷。此时则完全没有必要再设置一套冬季冷却塔免费冷系统的，盲目设置免费冷系统会造成投资增加和新的能源浪费。

冷却塔免费供冷系统也适用于某些使用冷水式恒温恒湿机组的数据中心、采用定新风比净化空调系统的医疗场所、采用四管制的高档酒店空调系统、工业厂房工艺需要冬季或过渡季提供冷水的场合。

冷却塔免费供冷系统工作原理

冷却塔的工作原理主要是利用水与空气流动接触后进行冷热交换，产生水蒸汽，水蒸汽蒸发吸热，从而达到降低水温的目的。

从冷却塔工作原理可以看出，冷却塔能将水温降低的原因在于水在蒸发过程中需要吸收热量从而使没有蒸发的水温度降低，水温降低的程度取决于蒸发水量，蒸发水量取决于空气的相对湿度。

冷却水在冷却塔内与空气接触进行热湿交换，只要湿球温度低于冷却水温度就能起冷却作用。随着过渡季及冬季的到来，室外气温逐渐下降，相对湿度降低，室外湿球温度也下降，冷却塔出水温度也随之降低。

应当注意的是对于冷却塔免费供冷系统来说，室外湿球温度并非越低越好。冷却塔的使用温度范围通常为5℃至50℃之间。在这个温度范围内，冷却塔可以正常运行，具有良好的散热效果。当室外湿球温度低于5℃时，冷却塔可能会因结冰而影响工作，此时需要对冷却塔进行再加热或采取其它防冻措施。

第一种：开式冷却塔直供冷水

冬季或过渡季，当室外环境湿球温度低至设计值时，从冷却塔来的冷却水直接进入冷水系统进行循环，包括进入空调系统的末端(如风机盘管、空调机组等)。从节能的角度看，这样的系统效果最好。

开式直接供冷系统需要将冷却水系统与冷水系统相连通，这样空气中被冷却塔冲洗下来的粉尘、污垢，与水混合成泥浆后进入冷水循环管路及空调末端盘管，会在空调末端换热器内表面附着一层污泥，使其换热效率大幅下降，甚至使管道阀门堵塞，尤其在北方浮尘天气较多的地区，这种情况更为严重。

一般通过采取对冷水加强过滤的措施(如增设微泡排气除污装置)，来改善循环冷水的污染状况，但是效果有限。因此，这种方式在空气雾霾浮尘严重的地区不宜采用。

这种供冷方式要求冷却塔的安装高度高于冷水循环系统的最高点。

第二种：闭式冷却塔直接供冷

采用闭式冷却塔的闭式系统与开式直接供冷系统的相似之处在于它也是用从冷却塔供给的冷却水直接进行供冷。

不同的是它的冷却水系统是封闭的，冷却水未暴露在大气或灰尘中，这样就解决了堵塞污染问题。由于在闭式冷却塔内进行了空气-水换热，因此换热效率低，冷却塔的出水温度较高，同时由于闭式冷却塔造价较高，而且冷却塔的盘管还需要另外的防冻保护。

因此，除非夏季工况时制冷工艺上对闭式冷却塔有特殊要求，一般不会采用。

第三种：开式冷却塔加板式热交换器间接供冷

冷却水作为一次水，通过板式换热器对空调冷水系统进行间接降温。工程设计中可以将板式换热器当做“冷机”与冷水机组并联。由于冷却水系统和冷水系统是物理隔离的，从而避免了冷水系统被污染、腐蚀和堵塞问题。

开式冷却塔加板式热交换器免费供冷系统方安全可靠，是目前被采用最为广泛的方式。

开式冷却塔加板式热交换器间接供冷的循环泵设置有两种方式:当水泵与冷水机组一对一的连接方式时，供冷板式换热器建议单独配冷却水泵和冷水泵，这样在机房设计时管路系统清晰，水泵的大小可以独立选型,不受约束，运行管理方便；

当水泵与冷水机组是共用集管的连接方式时，供冷板式换热器的冷却水泵和冷水泵可与冷水机组的共用，这样可以节省水泵的投资。

冷却塔免费供冷系统设计要点

以下以最常用的第三种冷却塔免费冷系统为例：

空调免费冷系统中，末端风机盘管或空调机组及冷却塔一般是按照夏季供冷工况设计。因此，在冬季供冷时，就存在匹配的问题，在设计时需计算板换、冷水泵、冷却水泵、冷却塔开启的台数。

1、冷却水温差由室外湿球温度、冷却水量决定，水量越小温差越大。

冬季供冷房间的冷负荷一般会略小于夏季设计工况，采用同一个空调末端设备时，冷水温度可比夏季设计工况高1~2℃，在考虑换热器换热温差后，冷却塔供冷的设计冷水温度，可基本等同于夏季的空调冷水设计温度。为了防止运行过程中出现结冻情况，应采取措施，控制最低供水温度。

冷却塔供冷的供水温度尽量接近夏季供冷的温度，一般取6~7℃，供回水温差宜小于或等于4℃，供水温度的最低值宜控制在3℃以上。

板换温差取1~2℃，温差不能取得太小，避免板换面积过大；温差过大则免费冷供冷时间太短，自然冷源利用得不充分，建议取1.5℃。

因此供冷区域一般可供8℃回水13℃。

2、冷却塔供冷的冷水泵与用户侧空调冷水泵的参数，应根据供冷负荷的需求来确定;当参数合适时，可采用夏季冷却水泵和空调冷水泵; 如果冬季需要的冷水流量与冷却水泵或夏季空调冷水泵的参数差距较大，需另行设置冷却塔冬季冷水泵和空调水泵。    

3、冷却水管应保温

冬季低于0℃时，为防止塔内水结冰，冷却塔应设置防冻措施。当室外温度低于0℃的连续时间超过2h，以及室内空调负荷较小而冷却塔供冷能力较大、排热量不足以使水温在运行过程中实时保持0℃以上时，也可能导致室外管道的结冰。

防冻措施一般可采用电热方式:冷却塔底盘内应设电加热管并与水位连锁，室外管道采用伴热电缆。

4、冷却塔免费供冷工况时流经冷却塔的流量不应大于冷却塔额定流量;为了防止气温过低时冷却塔冻结，不应小于冷却塔额定流量的50%。

5、冬季不使用的冷却塔和室外管道应泄空防冻。冷却水室内管线需保温，防止冬季供冷时结露。

6、供冷板式换热器选型时，应让其阻力接近冷水机组冷凝器的阻力，避免因冷却水管路阻力太小，冷却泵过载启动困难。

板式换热器体积小，换热能力强，能够最小限度地减小换热温差，板式换热器一般设置两台，每台均能分担65%~70%的冷负荷。

7、加强冷却水系统的除污过滤，如设置加药装置、设置旁滤装置或微泡排气除污装置，减轻冷却水对板式换热器性能的影响。

8、冷却塔的结冰特性

1）冷却塔一般在温度最低的进风口处和填料处最易发生冻结，对于不同类型的冷却塔，容易结冰的程度不同。

2）横流塔大面积填料暴露在进风处，且处于半干半湿状态相对易结冰。

3）轴流风机设在上部的引风式逆流塔:除小面积进风口处外，填料基本处于有一定流速的水流包围中，相对横流塔不易结冰。

4）离心风机设在下部的半封闭式鼓风式逆流塔:进风腔无水不会结冰;填料也基本处于有一定流速的水流包围中，也不易结冰。