摘要：中央空调制冷系统优劣程度决定了其能源消耗和经济运行水平，在众多影响因素中除了运行方式和自身结构外最重要的就是循环水系统的运行状态。本文研究对象为天津中医药大学第一附属医院北院区两台已经运行18年的溴化锂机组，通过对其循环水水质进行改善，逐步降低中央空调能源消耗水平，最终实现经济运行。
关键词：中央空调；循环水水质；能源；经济运行
1中央空调循环水系统
1.1运行分析
中央空调的水系统分为冷却水和冷冻水系统，由于其中存在着生物黏泥、氧化皮、结垢和腐蚀等，数据显示0.6毫米的水垢就可使传热系数降低17.9%，同时系统中存在的油垢、藻垢和粘泥的传热系数仅是碳钢的0.23%。
因此循环水系统水质下降极易造成制冷机组交换器、管路及盘管的堵塞，是整套机组制冷量下降，影响重要那个空调经济运行，更有严重者导致事故发生，致使整套机组陷于瘫痪，无法正常运行。根据相关数据统计，经常进行水处理维护和保养的空调设备的使用寿命可延长一倍【1】 因此在保证整套机组机械部分无故障的情况下机组水循环系统的清洗与水处理是中央空调正常经济运行的保障。
1.2冷冻水
中央空调冷冻水系统是全密闭的，循环水量基本保持不变，水中钙、镁离子含量不因循环而增加，因此结垢趋势不严重，但是溶解氧会随着补充水进入系统，因此只需考虑腐蚀趋势【2】。密闭的冷冻水系统中最常发生的腐蚀是溶解氧与水和铁结合发生腐蚀，主要化学反应为
①：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
②：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
由于铁被腐蚀先生成氢氧化亚铁，进一步与氧结合生成氢氧化铁，最终导致冷冻水出现杂质呈现氢氧化铁的红棕色。
1.3冷却水
天津中医药大学第一附属医院溴化锂机组冷却水系统位于楼顶，属于开放式循环系统，水经冷却塔循环后再进行冷却，冷却水在循环过程中难免会与空气发生接触。由于天气温度升高，冷却水系统耗水量岁温度升高而增加，水的浓缩倍数加大，系统极易发生结垢，且细菌藻类滋生繁殖速度加快，冷却水系统内产生粘泥数量加大。由于水中不断进入灰尘杂物，在阳光的作用下水中逐渐产生沉积物，进而造成设备腐蚀、滋生微生物等问题。
冷却水系统中发生的腐蚀主要受水中溶解氧影响，当系统管路结垢后金属表面的氧浓度与水中溶解氧浓度存在差值，导致形成化学电池，加速腐蚀金属管路。由于水质较差，系统管路会产生沉淀物质，这也是导致金属管路发生锈蚀的原因。随着系统内部腐蚀面积增大，维修次数不断增加，设备生命周期随之不断缩短。
2、水质处理过程
2.1加药除垢、除粘泥
在冷冻水系统中加入专用预膜剂，预膜剂的作用是分隔水中的溶解氧、氯离子、次氯酸根、硫酸根等腐蚀性物质，减少甚至杜绝设备锈蚀。预膜剂具备良好的热稳定性（180℃以下不水解），特别是对点腐蚀、垢下腐蚀、晶间腐蚀有显著抑制作用。按照系统容水量计算每吨加入300-400克。
由于夏季气温升高，冷却水系统中细菌、藻类繁殖增多，首先要确保定期排污。在此基础上控制适当的浓缩倍率和冲击性加入不同性质的杀菌剂，有效防止系统结垢，消除藻类菌类和粘泥的产生，确保机组正常运行。
2.2外加循环泵、投药箱
将计量的缓蚀剂投入溶药箱，搅拌均匀后开启循环泵，循环均匀后依次加入表面活性剂、粘泥剥离剂、空调清洗剂，每小时化验一次清洗液浓度情况。为加快碳酸钙硬垢的溶解，提高清洗效果，在条件允许的情况下将清洗液升温至30-45℃，保持清洗液浓度3-5%，当两至三次清洗液化验值差小于0.2时即说明污垢已经溶解完毕。
2.3物理清洗
物理清洗主要是通过一些电子设备对水质处理的方法，可采用的方法有磁力法、电解法、超声波法等，操作简单、除垢效果明显又不污染环境【3】。我们采用的是高压水枪冲洗法，先用大量高压水冲洗置换冷凝器内部沉淀杂质至出清水位置。清洗完毕后打开冷凝器端盖，用高压水枪对冷凝器每根铜管进行疏通及物理清洗以保证铜管的过水流量，避免分解后的水垢附着在铜管璧上。根据清洗质量控制标准：《HG/T2387－2007工业设备化学清洗质量标准》除垢率90%以上，腐蚀率：碳钢≤6g/m2.h，铜及合金≤2g/m2.h【4】。
3、效果改善与数据分析
3.1制冷效果调查
从临床实际使用效果看，2018年使用情况满足了门诊和住院病人的制冷需求，同2017年相比，2018年的高温天气集中阶段未出现设备超负荷运转等异常情况。从燃气用量初步比对发现2018年夏季总体消耗低于2017年夏季同期。
3.2水质改善分析
从供冷期开始后，每月对循环水的水样进行检测，根据检测结果（各种成分含量情况）调整加药的种类和频率，最终实现对循环水质进行改善。
.png)
通过连续三个月的水质化验可知，在加入除垢剂和除藻剂以及排污后，各项数据好转，浊度降低，游离铁离子浓度降低，水质得到了逐步改善。
3.3能耗节约分析
由于气温的不同，2017年和2018年制冷机组开启时间以及运行情况有所不同，现将两个年度夏季溴化锂制冷机组具体开机时间和运行情况统计如下。
.png)
溴化锂机组消耗能源主要为天然气。因没有单独燃气计量表，故采用差值法计算计算溴化锂机组设备燃气消耗量。由于医院全年运行平稳，除溴化锂机组外其他用气设备燃气消耗量浮动基本不大。相同时间内，截取溴化锂机组停机和24小时制冷两种不同状态下全院燃气消耗量做差值，得出该年度溴化锂机组24小时开机情况下制冷所用的燃气消耗量。根据2017年和2018年度运行情况，本文在进行燃气消耗量比对时截取的溴化锂机组24小时运行时段为2017年7月17日至8月7日及2018年7月17日至8月7日，截取溴化锂机组停机运行时段为2017年4月17日至5月8日和2018年4月17日至5月8日。
.png)
截取日期内，溴化锂机组为24小时运行制冷，2017年溴化锂机组用气量为28738m3，2018年溴化锂机组用气量为26883m3，节约1855m3，同比下降6.45%。
通过对燃气消耗量进行分析，中央空调24小时制冷运行状态下，2018年相比2017年为节能状态，同比节约6.45%。但是这还不足以证明水质改善与溴化锂机组节能运行呈现强相关性，我们还需对干扰因素进行排除，本文主要分析人员变动消耗和气温高低变化两个主要影响因素。
首先是人员使用情况，本院办公人数相对固定，故在此不做讨论，主要考虑门诊量与住院量的变化情况。具体见下表。
.png)
统计时间段内2018年门诊量同比上升1.161%，住院量同比下降4.07%，两项相抵2018年来院患者同比增加0.601%。因来院就诊人数变动产生的能源消耗影响对本文论点起正向支撑。
其次是气温高低变化。如天气气温过高则需要提升制冷机组运行强度，能源消耗必然加剧。下表为2017年7月17日至8月7日及2018年7月17日至8月7日平均气温统计情况。
.png)
数据分析可得，2017年7月17日至8月7日期间22天的平均气温为27.9773℃，而2018年7月17日至8月7日30.318℃。由于相同月份内2018年度气温高于2017年的同期气温，同比上升8.366%。因气温变化产生的能源消耗变动对本文论点起正向支撑。
循环水水质情况是受多方面的因素影响，是一个动态变化的过程，通过查找文献，水质对中央空调的节能影响情况，绝大多数都是一个理论指导值。本项目利用现有的成熟的水质处理药剂来改善水质情况，通过一个供冷周期水质和能源消耗数据的采集、分析得出：对于已经使用18年的设备，通过改善循环水水质实现了空调节能降耗的目的。
4、小结
本文针对中央空调循环水水质改善对能源消耗可能产生的影响进行了理论阐述和数据分析。通过每月对循环水水质情况的检测，针对性的加入药剂，调节和改善相应的指标数值，同时每小时记录一次空调主机运行的参数，后期将对这些数据进行分析，将水质情况对中央空调能源消耗的影响进行量化，从而达到了节能和精细化管理的目的。
但是影响溴化锂机组中央空调能源消耗的因素多种多样，除了本文中排除气温影响、门诊量住院量的变化影响之外还有很多。比如除了燃气能耗外还包括到溴化锂机组自身运行时消耗的电能，这与机组运行方式和控制相关。而溴化锂机组的运行负荷由值班人员根据气温变化主观调控，不同操作人员、不同年份之间相同气温下可能运行负荷设定不同，也会对数据分析造成影响。更细化来讲，甚至住院病人家属陪护人数的不同也会导致临床对空调制冷能力需求的变动。此外还包括一系列客观因素比如燃气表、电能表等没有实现精确的分级计量，机组的用气量是根据不同时间段用气设备的量差来计算，这也是影响最终数据分析的因素。今后将继续加强中央空调运行管理的各项分析，争取将所有影响能源消耗的因素全部分析到位病实现可控管理，最终实现持之以恒的经济运行。
参考文献
【1】李德英.空调系统分区和分区界限影响因素分析[A].北京市土木建筑学会论文集[C]，2006:66~70
【2】李曼.地铁中央空调水处理技术的实际现场应用.《化工管理》2017.8:213
【3】赵辛，孙晶.中央空调的水处理方法[J]黑龙江科技信息，2013（4）：276
【4】《HG/T2387－2007工业设备化学清洗质量标准》
课题名称：循环水水质对中央空调能源消耗影响的研究
课题类型：2018年天津中医药大学第一附属医院创优工程
课题编号：201915