谢雪雪
广东省建筑设计研究院有限公司 广东广州 510010
在水资源日益短缺，环保意识不断增强的背景下，建筑节水越来越被重视。冷却塔补水作为建筑总用水量的大户，占建筑总用水量的30%以上，对节水方案的制定影响很大。冷却塔补水量由飘逸损失、蒸发损失、排污损失及泄露损失四部分组成，本次仅从泄露损失部分着手分析。根据本项目的工程实际情况，对冷却水系统管路进行分析优化，制定冷却水系统的节水措施。
1 工程概况
本项目位于深圳市南山区留仙洞总部基地与西丽大学城创新区之间，为一类高层公共建筑，由一栋超高层产业研发用房、裙房产业配套用房、公交站、110kV变电站组成的综合性建筑，项目绿建星级为深标银级。总建筑面积197372平米，地下三层，地上1栋56层塔楼，建筑高度247.4米。项目冷源采用冰蓄冷，包括3台双工况水冷离心冷水机组、2台基载水冷螺杆冷水机组，冷却塔与主机对应组合设置，共设置有6台冷却水量为400m3/h+2台冷却水量为350m3/h的横流式不锈钢塔，冷源系统如下图：
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图1中央系统原理图
2 问题分析
根据空调设计日100%负荷的分配策略，从夜里23:00到次日早上6:00，为系统的蓄冰时间，此时双工况主机全部开启满负荷运行，对应6台400m3/h水量的冷却塔满荷载运行；白天从早上7:00~22:00，大厦冷源由基载主机、双工况主机及系统融冰结合提供，即非蓄冰时段系统的设备都是在部分负荷运行，整个系统会根据自控系统的检测与计算进行停开机。
在部分负荷时，冷却塔会出现部分溢水，部分补水的现象，本文先从末端两台塔并联的情况开始分析，从而推断出整个系统多台塔并联会出现的问题。
2.1单塔运行时的溢水、补水现象
如图2中所示，H0为水盘设计水位高度，H0为设计水位到溢流孔的高度。当系统正常运行时或者停机时，由于平衡管的作用，两台冷却塔集水盘的水位高度H0是一样的。假定部分负荷时，T-01塔及对应主机保持开启，T-02塔与之对应的制冷主机停机，冷却塔进水管上电动阀关闭，这时候可能会出现T-01塔水盘水位超过设计水位到出现溢流排水，而T-02塔却开启自动补水，其补水量等于排水量。
（1）此时T-01塔的进水量大于设计水量，返回制冷主机的冷却水会通过两条路径返回，路径一是从T-01塔水盘T-01塔出水管冷却水回水主管，路径二是从T-01塔水盘T-01塔平衡管支管外平衡管T-02塔平衡管支管T-02塔出水管冷却水回水主管，发生路径二的原因是T-02塔集水盘里部分水被主机抽回去，水位降低，这时候会因为两台塔水盘间的水位高差H提供动力，而使平衡管里水体流动。这个过程中，T-02塔浮球阀检测到水位低于设计水位，就会开启自动补水；
（2）同时，T-01塔多出来的水量会使集水盘水位上升到超过警水线，从而开始溢水，直到两个水盘的水位线回到设计水位H0，系统趋于平衡。发生这“一溢一补”现象的关键点在于水盘间的水位高差H，如果H＞H0，假设这时候T-02塔是从设计水位低水位H0开始补水，那最多也只能到补到H0时开始溢流，没法再增高水位，而相应的T-01水盘那边的水会假设升高H，超过H0，这时候就会出现溢流；反之如果H＜H0，按照以上假设，T-02塔补水到设计水位，T-01塔也不会发生溢流。
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图2末端两台塔并联接管示意图
2.2开机时出现抽空，停机时溢水现象
系统开机顺序是主机一台一台开启，对应水泵也是。开机前，从进水管电动阀到集水盘设计水位H0之间的填料层、水盘都是空的，开机运行时，水盘里的水通过水泵经主机开始循环，进水管电动阀打开开始对填料进行充水，这个过程中水盘因为水位降低开始启动补水，等填料中的水回流到水盘中达到设计高度后停止补水，这个过程中容易发生补水不及，空气被吸入系统的危险；而停机时，进水管上电动阀关闭，填料里的水自由落到水盘中，这部分的水量等于开机时的补水量，如果水盘储水容积不足，也会通过溢流口排走一部位。此现象也是要求要增加H0高度，加大集水盘有效容积。
2.3节水措施
经过以上对两台并联塔的分析，从而可以推导出多台塔并联的情况下，整个冷却水系统的平衡性更是复杂多变，可通过适当增加H0，加高集水盘挡板高度，即设计水位到溢流孔的高度，增加集水盘的有效容积，并且加大单塔平衡管管径，抵消掉水盘平衡管间的压力损失，可以解决“一溢一补”的问题；另外，在冷却塔出水管上设置与进水管联动的电动阀，并与对应冷却水泵联锁启停，可以避免停机时水盘水位降低而持续性补水。
2.4重力补水
根据《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调·动力》，冷却水补水量按系统冷却水量的1%~2%计算，系统峰值时总冷水水量Q0为1191×3+362×2=2273m3/h，补水量按中间值取值1.5%，则系统峰值的补水量Q=2273×1.5%=34m3/h。如果专门对其设置补水泵补水，补水泵会因较频繁启停而容易发生故障。本项目按照保证2h补水量设置专门的补水箱，有效容积70m3，补水箱设置在裙楼屋顶高位，利用重力作用对冷却塔进行补水。利用高位水箱重力补水有以下三个优点：
（1）可以避免频繁启动补水泵。补水泵设置在地下室水泵房，水箱设置检测设施，当水位低于警戒线时，再启动对水箱进行补水；
（2）防止补水泵出现故障，无法及时自动补水；
（3）由于市政或者大厦维修停水时，可以提供峰值2小时的补水量，保证系统稳定运行。
3 结论
3.1冷却塔作为公共建筑最广泛使用的水循环换热冷却设备，是一个重要的耗水点，其节水措施具有重要的意义。在设计冷却水系统时，可以利用三种方式来优化整个系统泄露损失部分的耗水。
（1）加高集水盘挡板高度，增加集水盘的有效容积；（2）加大平衡管干管管径，或者加大平衡支管管径，以抵消水盘水位高差带来的水路流动；（3）冷却塔出水管上设置与进水管对应的电动阀，并且与水泵联锁启停。
3.2利用高位重力水箱进行冷却补水，可以避免因补水泵频繁启动的耗能与耗材问题，同时能保证事故时空调冷源系统的稳定运行。
参考文献
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