中央空调冷却水系统故障诊断与排除

金洪文，郭改英，高 杲

（1.长春工程学院能源动力工程学院；2.吉林省建筑能源供应及室内环境控制工程研究中心，长春130012）

中央空调水冷机组是给建筑物提供冷量的设备，主要由冷冻水系统、冷却水系统组成，冷冻水是转移冷量的载体，通过水将室内热量去除降温。水冷机组在运行过程中，制冷剂在冷凝器中释放的冷凝热，仍然需要水作为载体将这部分热量转移出去，通过室外的冷却塔将这部分热量冷却降温，这个循环过程就是冷却水系统。冷却水系统连接在冷机和冷却塔之间，和大气直接接触，属于开式系统，看似非常简单的系统，却在设计、运行中屡屡出现问题［1］，因此，冷却水系统从设计到运行都需要严格遵守规范要求，才能保障水冷机组正常运行。

1 案例

长春某汽车配件厂，新上2台水冷机组（特灵水冷机组3 2 7RT，冷却水量233m3／h，冷冻水量为198m3／h），配置的冷却塔为组合式的，由3台组合到一体的方式，属于方形横置式，处理冷却水560m3／h，冷却塔对应进水和出水管径为：进水6根DN125，总进水管为DN300，出水管为3根DN150，总出水管也为DN300，冷却塔牌子为海冷牌。冷却水泵3台，2用1备，型号为265m3／h，N＝30kW，H＝22mH2O，原理图如图1。在原理图中增加电动阀门的目的是系统刚启动时，冷却水不用经过冷却塔直接进入短循环，防止冷却水的温度过低引起机器过冷保护，造成频繁启机，止回阀门是和电动阀门配合工作的，过滤器是处理开式系统中的杂质的。这样配置的现象是：无论开几台冷却水泵，冷却塔的水都外溢，不能正常循环，冷水机组也就无法正常运转。

图1 中央空调冷却水系统改造前原理

从原理图和现场情况看，冷却水泵将水推入冷却塔中，而回水是靠重力自流回到水箱中的，如果中间没有水箱设置，回水有水泵吸程的作用，水流动能快些。如果想让系统正常工作，现有的3根DN150的回水管内流速应是2.5m／s，主管到DN300的流速应是1.9m／s。然而在现场启动1台水泵工作时将冷却塔水盘充满水后停泵，记录泵工作时间是30min，实际通过的水量是133.5m3／h，观察和计算水靠重力自流时间，能计算出实际3根DN150管内流速是0.7m／s，与要求的2.5m／s流速相差甚远。

如果想达到重力自流且水盘不溢水，有2个方法：一是加大管径，减小管道阻力；另一个是增加进出水口的落差，为水流动提高位置水头［2］。

从流速角度分析，如果想让2台水泵正常工作，水盘不溢流，从冷却塔出口所连接的管道DN150在管径不改变的情况下，需要增加管道数量，即增大管道断面积。单根DN150管道在流速为0.7m／s的情况下，流过的流量为44.5m3／h，2台泵并联运行流量最大值为477m3／h，这样需要10.7根DN150管道才能满足水盘不溢水。故此解决管道截面问题的办法是：管径不变，增加管道根数8根；或者管径和管道数量都变化为6根DN200管道。从实际情况看，3台并联的冷却塔出口无法接11根DN150的管道，只能采取变化管径DN200的管道6根的办法，这样在冷却塔出口重新开孔。回水总管DN300的管道在单根支管通过流量为44.5m3／h时流速为0.52m／s，2台泵启动后这样的流速流过477m3／h流量需要管径为DN600，因此将冷却塔回水总管调整为DN600。

从增加进出口水点位置水头方面来分析，需要建立进水口和出水口2个界面1－1和2－2的能量方程，利用流体力学伯努利方程［3］有：

式中：z1、z2为过流断面1－1、2－2上单位重量液体位置水头为过流断面1－1、2－2上单位重量液体压强水头为过流断面1－1、2－2上单位重量液体流速水头；hω1－2为单位重量液体通过流段1－2的平均水头损失。

以2－2界面为基准，则1－1界面的z1是个界面都与大气相通，因此二者的压强水头相等。入口1－1界面速度υ1为0，出口2－2界面υ2为0.7m／s，则求出两个界面之间的水头损失。这两个界面的水头损失主要是两部分组成［4－5］：一部分是局部阻力损失，另一部分是沿程损失。因为从冷却塔到水箱总长度不足15m，为此，阻力主要来自局部损失的DN300止回阀和DN300过滤器以及冷却塔出口的DN150的蝶阀阻力。根据已知条件，可以计算出工作状态下该段水头损失。因为冷却水泵直接在水箱中抽水，因此，冷却塔的水到水箱之间处于重力自流状态。根据已知条件有：

整理得：hω1－2＝0.473m。

然而止回阀和过滤器的局部阻力损失几乎和水头损失相等，为此也就能说明水流速度非常低的原因。在原有管径不变的条件下，如果想提高流速，只能增大进出口落差，通过伯努利方程可以计算，如果2台水泵工作最大流量为477m3／h时，通过3根DN150管道水流速度应为2.5m／s，才能保证水盘不溢水，在此条件下落差至少应为：

在实际处理过程中，人为将进出口落差增加到1.3m，同时将管径也进行调整，还有管路中的一些构件也进行重新调整布置，具体如图2所示。经过改造，一次试车成功。

图2 中央空调冷却水系统改造后原理图

2 结论

通过冷却水系统运行出现故障，判断分析管道阻力偏大，位置水头偏小，经过调整冷却水进出水点落差，改变冷却水回水管径，改变水流动工况。达到冷却水在2台泵开启水不外溢，系统正常运行。为此，我们应该在设计、安装时注意，冷却水系统中间设置水箱后，冷却塔回水是靠重力回水，而供水是靠泵的压力，因此除管径配比有严格要求外，重力回水位置水头也相当重要。在冷却水系统中有水箱和无水箱时应区别对待，冷却塔管径的配备是按无中间水箱配备的，当使用条件改变时，冷却水系统也应相应做出调整。

［1］沈健.空调制冷循环冷却水系统设计中的几个问题［J］.洁净与空调技术，2003（1）：56－59.

［2］张吉光，楚广明.空调冷却水系统设计中几个问题的分析［J］.建筑热能通风空调，1999（2）：47－49.

［3］彭洲.空调冷却水系统的设计与运行［J］.中国给水排水，1998（2）：51－52.

［4］张泉.空调冷却水系统设计问题的探讨［J］.黑龙江科技信息，2007（10）：10.

［5］薛贵钰.空调冷却水系统设计问题的探讨［J］.科技创业家，2012（23）：263.