3.11 循环冷却水及冷却塔

3.11.1 本条是对循环冷却水系统的设计规定。
    1 循环冷却水系统通常以循环水是否与空气直接接触而分为密闭式和敞开式系统,民用建筑空气调节系统一般可采用敞开式循环冷却水系统。当暖通专业采用内循环方式供冷(内部)供热(外部及新风)时(水环热泵),以及高档办公楼出租时需提供用于客户计算机房等常年供冷区域的各局部空调共用的冷却水系统(租户冷却水)等情况时,采用间接换热方式的冷却水系统,此时的冷却水系统通常采用密闭式。
    5 随着我国对节能节水的日益重视,冷水机组的冷凝废热应通过冷却水尽可能加以利用,如夏季作为生活热水的预热热源。

3.11.2 民用建筑空调系统的冷却塔设计计算时所选用的空气干球温度和湿球温度,应与所服务的空调等系统的设计空气干球温度和湿球温度相吻合。本条规定依据:现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012第4.1.6条规定,“夏季空调室外计算干球温度,应采用历年平均不保证50h的干球温度”,第4.1.7条规定,“夏季空调室外计算湿球温度,应采用历年平均不保证50h的湿球温度”。室外空气计算参数可参见现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012中的附录A。

3.11.4 当冷却塔的布置不能满足本标准第3.11.3条的规定时,应采取相应的技术措施,并对塔的热力性能进行校核。
    在实际工程设计中,由于受建筑物的约束,冷却塔的布置很可能不能满足本标准第3.11.3条文的规定。当采用多台塔双排布置时,不仅需考虑湿热空气回流对冷效的影响,还应考虑多台塔及塔排之间的干扰影响(回流是指机械通风冷却塔运行时,从冷却塔排出的湿热空气,一部分又回到进风口,重新进入塔内;干扰是指进塔空气中掺入了一部分从其他冷却塔排出的湿热空气)。必须对选用的成品冷却器的热力性能进行校核,并采取相应的技术措施,如提高气水比等。

3.11.5 供暖室外计算温度在0℃以下的地区,冬季运行的冷却塔应采取防冻措施。

3.11.9 设计中,通常采用冷却塔、循环水泵的台数与冷冻机组数量相匹配。
    循环水泵的流量应按冷却水循环水量确定,水泵的扬程应根据冷冻机组和循环管网的水压损失、冷却塔进水的水压要求、冷却水提升净高度之和确定。
    当建筑物高度较高,且冷却塔设置在建筑物的屋顶上,循环水泵设置在地下室内,这时水泵所承受的静水压强远大于所选用的循环水泵的扬程。由于水泵泵壳的耐压能力是根据水泵的扬程作为参数设计的,因此遇到上述情况时,必须复核水泵泵壳的承压能力,同时应提醒暖通专业复核冷冻机组的承压能力。

3.11.10 当循环水泵并联台数大于3台时,可采取流量均衡技术措施:在每台冷冻机组冷却水进水管上设置流量平衡阀;冷却水泵与冷冻机组一一对应,每台冷却水泵的出水管单独与每台冷冻机组冷却水进水管相连接。

3.11.13 不设集水池的多台冷却塔并联使用时,各塔的集水盘之间设置连通管是为了各集水盘中的水位保持基本一致,防止空气进入循环水系统。在一些工程项目中由于受客观条件的限制,而无法设置连通管时,应放大回水横干管的管径。

3.11.14 冷却水在循环过程中,共有三部分水量损失,即蒸发损失水量、排污损失水量、风吹损失水量,在敞开式循环冷却水系统中,为维持系统的水量平衡,补充水量应等于上述三部分损失水量之和。
    循环冷却水通过冷却塔时水分不断蒸发,因为蒸发掉的水中不含盐分,所以随着蒸发过程的进行,循环水中的溶解盐类不断被浓缩,含盐量不断增加。为了将循环水中含盐量维持在某一个浓度,必须排掉一部分冷却水,同时,为维持循环过程中的水量平衡,需不断地向系统内补充新鲜水。补充的新鲜水的含盐量和经过浓缩过程的循环水的含盐量是不相同的,后者与前者的比值称为浓缩倍数Nn。由于蒸发损失水量不等于零,则Nn值永远大于1,即循环水的含盐量总大于补充新鲜水的含盐量。浓缩倍数Nn越大,在蒸发损失水量、风吹损失水量、排污损失水量越小的条件下,补充水量就越小。由此看来,提高浓缩倍数,可节约补充水量和减少排污水量;同时,也减少了随排污水量而流失的系统中的水质稳定药剂量。但是浓缩倍数也不能提得过高,如果采用过高的浓缩倍数,不仅水中有害离子氯根或垢离子钙、镁等将出现腐蚀或结垢倾向,而且浓缩倍数高了,增加了水在系统中的停留时间,不利于微生物的控制。因此,考虑节水、加药量等多种因素,浓缩倍数必须控制在一个适当的范围内。一般建筑用冷却塔循环冷却水系统的设计浓缩倍数控制在3.0以上比较经济合理。

3.11.15 本条是贯彻执行现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189、《民用建筑节水设计标准》GB 50555的有关要求而规定。

3.11.16 民用建筑空调的敞开式循环冷却水系统中,影响循环水水质稳定的因素有:
    (1)在循环过程中,水在冷却塔内和空气充分接触,使水中的溶解氧得到补充,达到饱和;水中的溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要因素;
    (2)水在冷却塔内蒸发,使循环水中含盐量逐渐增加,加上水中二氧化碳在塔中解析逸散,使水中碳酸钙在传热面上结垢析出的倾向增加;
    (3)冷却水和空气接触,吸收了空气中大量的灰尘、泥砂、微生物及其孢子,使系统的污泥增加。冷却塔内的光照、适宜的温度、充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长,从而使系统粘泥增加,在换热器内沉积下来,形成了粘泥的危害。
    在敞开式循环冷却水系统中,冷却水吸收热量后,经冷却塔与大气直接接触,二氧化碳逸散,溶解氧和浊度增加,水中溶解盐类浓度增加以及工艺介质的泄漏等,使循环冷却水质恶化,给系统带来结垢腐蚀、污泥和菌藻等问题。冷却水的循环对换热器带来的腐蚀、结垢和粘泥影响比采用直流系统严重得多。如果不加以处理,将发生换热设备的水流阻力加大,水泵的电耗增加,传热效率降低,造成换热器腐蚀并泄露等问题。因此,民用建筑空调系统的循环冷却水应该进行水质稳定处理,主要任务是去除悬浮物、控制泥垢及结垢、控制腐蚀及微生物三个方面。当循环冷却水系统达到一定规模时,除了必须配置的冷却塔、循环水泵、管网、放空装置、补水装置、温度计等外,还应配置水质稳定处理和杀菌灭藻、旁滤器等装置,以保证系统能够有效和经济地运行。
    在密闭式循环冷却水系统中,水在系统中不与空气接触,不受阳光照射,结垢与微生物控制不是主要问题,但腐蚀问题仍然存在。可能产生的泄漏、补充水带入的氧气、各种不同金属材料引起的电偶腐蚀,以及各种微生物(特别是在厌氧区微生物)的生长都将引起腐蚀。

3.11.17 旁流处理的目的是保持循环水水质,使循环冷却水系统在满足浓缩倍数条件下有效和经济地运行。旁流水就是取部分循环水量按要求进行处理后,仍返回系统。旁流处理方法可分为去除悬浮固体和溶解固体两类,但在民用建筑空调系统中通常是去除循环水中的悬浮固体。因为从空气中带进系统的悬浮杂质以及微生物繁殖所产生的黏泥,补充水中的泥沙、黏土、难溶盐类,循环水中的腐蚀产物、菌藻、冷冻介质的渗漏等因素使循环水的浊度增加,仅依靠加大排污量是不能彻底解决的,也是不经济的。旁滤处理的方法同一般给水处理的有关方法,旁滤水量需根据去除悬浮物或溶解固体的对象而分别计算确定。当采用过滤处理去除悬浮物时,过滤水量宜为冷却水循环水量的1%~5%。

3.11.18 循环冷却水系统排水包括:系统放空水、排污水、排泥、清洗排水、预膜排水、旁流水处理及补充水处理过程中的排水等。循环冷却水系统排水不应排入市政雨水管道。