摘要 冷季需供冷的空调和工艺冷却系统，利用冷却塔代替制冷机供冷是利用可再生能源以降低人工能源损耗的好办法，具有明显的节能效果。本文对这项技术的运用作了全面分析阐述，并结合工程实例概略说明其节能效果。

关键词 冷季 冷却塔 供冷

1 我国能源消耗巨大，能源需求已成为我国经济持续快速协调健康发展的严重制约因素。当前社会普遍存在的能源粗放型利用和能源利用率偏低已是不争的事实。由于我国是能源和资源相对短缺的发展中大国，能源问题不仅是经济和社会发展的重要问题，而且已对国家安全产生了极为不利的影响。抓紧解决我国能源问题已经是国家和社会迫不及待的要求。

解决能源问题一*开源，二*节流，需要国家战略、国家计划和国家调控的有利支撑。党和政府已经开始并将继续采取许多重大措施，其中有大量技术开发、技术创新、技术评估和技术推广工作需加紧进行。

冷季利用冷却塔冷却水作冷源代替制冷机制冷的节能技术(以下简称为“冷却塔供冷技术)在工程实践中是一项可行的节能技术，应该研究推广。

这里讲的冷季主要是指冬季，同时也包括秋末、冬初一段时日，就是说冷季应该比冬季的时段更长一些。

这项技术是在一定室外气象条件下，利用室外大气做冷源，因此应该属于可再生能源利用范畴，所以亦可称为利用可再生能源的节能技术。其可行性分析简述如下：

（1）工程上应用的水冷冷水机组供冷的空调系统，其冷冻水温度通常为7～12℃，许多空调厂房内的工艺冷却系统冷却水温度，除极个别情况也按此温度设定，例如许多电子行业就是如此。从理论上讲，在一定的室外气象条件下，来自冷却塔的水温在接近或低于7℃的条件下，利用冷却塔的冷却水代替制冷机作为冷源应该是可能的；

（2）水冷冷水机组构成的完善的冷冻水系统中，冷却塔提供的冷却散热量通常应大于空调和工艺冷却的冷负荷，所以冷季在适宜的室外气象条件下，由冷却塔冷却水供冷在量上应该能够满足补偿冷负荷要求；

（3）冷却塔提供的冷却散热量包括冷却水与空气换热的冷却显热量，也包括冷却水蒸发带走的潜热散热量，在炎热夏季温度和相对湿度比较高的条件下，冷却塔的冷却量能够满足水冷冷水机组生产一定冷量的要求，那么在冷季室外气温和相对湿度都比较低的条件下，由冷却塔冷却水作冷源应该是可*的；

（4）对于均由水冷冷水机组作统一冷源的空调和工艺冷却系统，其{zd0}冷负荷发生在炎热的夏季，这个季节空气温度和相对湿度都较高，到了冷季，其冷负荷会明显低于其{zd0}冷负荷，这样的条件下还存在适当提高冷冻水供水温度的可能性，一方面供冷量可以小一些，另一方面冷冻水供水温度可以适当高一些，这均为冷季利用冷却塔冷却水作冷源，代替冷冻机制冷提供了更为有利的条件；

（5）在我国按地区气候条件划分的建筑热工设计分区有五个，即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和地区和夏热冬暖地区，各区域的气候条件均不相同。本文阐述的这项技术是以处于寒冷地区的天津地区的气象条件为基础进行分析评价的。如果将其推广到其它设计分区的不同地域，应重新分析评价；

（6）寒冷季节，随着室外温度降低，室外大气提供的冷量会大大超过设计的冷负荷值，为保证系统正常运行，必须考虑到防冻问题，因此，可*的监测自控技术和可*的防冻技术措施是非常重要的。

２　冷却塔供冷的系统模式有两种：直接供冷式和间接供冷式系统

２.1　直接供冷式系统

图1冷却塔直接式供冷系统

1.冷却塔；2.冷凝器；3.蒸发器；4.冷冻水泵；5.冷却水泵；

6.电动三通阀；7.空调或工艺冷却盘管；8.膨胀水箱

图1为冷季可以用冷却塔冷却水直接供冷的图示。当冷季利用冷却塔供冷时，冷冻水泵停止工作，三个电动三通阀换向，直通部分关闭，冷却水绕过冷凝器，经冷却水泵直接送到冷冻水系统，图中箭头指示了冷却水流动方向。这种系统主要特点是：

（1）系统相对比较简单。若原有系统没有考虑冷季利用冷却塔供冷，现在欲改造成为冷却塔供冷方式，相对投资可能省一些。

（2）直接供冷系统是将冷却塔冷却水直接引入冷冻水系统，没有中间换热过程，因此在相同室外气象条件下可利用的水温低于间接式系统。

（3）直接供冷是开式系统，冷却水受大气污染，这样的水进入冷冻水系统会造成系统内腐蚀或结垢，不但会缩短系统使用寿命，也会影响系统运行的稳定性。

（4）若原设冷却塔位置低于冷冻水系统高度，利用原有冷却水泵在冷季供冷，由于扬程不够则无法实现，势必需再配水泵；同时还存在当停泵时会出现系统倒空和冷却塔溢水问题，为此需设防止系统倒空的自动阀门。冷却塔高于冷冻水系统时亦需校核水泵性能是否匹配。

（5）原冷冻水系统膨胀水箱必须隔开。

2.2 间接式供冷系统

图2冷却塔间接供冷式系统

1.冷却塔；2.冷水机组；3.换热机组；4. 空调或工艺冷却盘管；

5.膨胀水箱；6.冷却水泵；7.冷冻水泵；V1～V8.阀门

图2为冷季可以用冷却塔冷却水间接供冷的图示。当冷季利用冷却塔供冷时，阀V1～V4关闭，阀V5～V8开启，冷却塔冷却水由冷却水泵6输往换热器3的一次侧，冷冻水经冷冻水泵7输往换热器3的二次侧，经换热器3换热后使冷冻水系统获得必要的冷量。这种系统的主要特点是：

（1）由于是间接式系统，冷却塔经大气污染的冷却水不会污染冷冻水系统。

（2）增加了换热设备和较多管道，相对投资比较高。

（3）由于冷凝器与换热器一次侧，蒸发器与换热器二次侧的阻力可能不同，对此需复核，以确定冷却水泵和冷冻水泵性能是否需要调整。

（4）与直接式供冷系统相比因为存在有一个换热过程，达到同样效果要求冷却水温度应该低一些，一般情况下差1～2℃，亦即该系统冷季可利用时间比直接式供冷系统可能稍短些。

目前一些正规的空调和工艺冷却系统欲采用冷却塔供冷技术，为保障系统运行的可*性，多选择间接式供冷系统。

3 冷却塔供冷系统的设计计算

3.1 冷却塔的冷却能力

通常使用比较广泛的逆流冷却塔的冷却能力可以近似用下式计算

（kJ/h） （1）

式中：Q_c—冷却塔冷却能力，（kJ/h）；

　　　Ｋ—冷却塔填料部分总焓移动系数；

Ａ—冷却塔断面积，（m^２）；

Ｈ—填料层高度，（m）；

MED—对数平均比焓差，（kJ/kg）；

其中：t_w1、t_w2—冷却塔冷却水进出口水温，（℃）；

t_s1、t_s2—冷却塔室外空气进出口的湿球温度，（℃）；

i_w1、i_w2—对应于t_w1、t_w2饱和空气比焓，（kJ/kg）；

i_s1、i_s2—对应于t_s1、t_s2饱和空气比焓，（kJ/kg）。

K值的计算，可用下式

（2）

式中：G—冷却塔水量，kg/h；

L—冷却塔风量，kg/h；

α、β—系数，分别为0.45和0.60；

C—冷却塔性能系数，与塔的构造和填料有关，C值是通过试验决定的，可参考下表

表1