2021年空调冷却水水质标准DB31

欧阳光明（2021.03.07）空调冷却水水质标准DB31/T143-94

工业冷却水水质规范GB50050-2007

中央空调冷却水处理

中央空调系统通过冷冻水循环、制冷剂循环和冷却水循环。冷却水多为开放式系统，冷冻水与采暖水为封闭式。目前，高层建筑或封闭式厂房的冷冻水与采暖水多为同一系统，在夏季走冷冻水，在冬季走采暖水。

图表 1循环水流程图

中央空调水系统的用水通常分为两类，即未经过任何处理的自来水和软化水。水中对设备主要产生影响的因素分别为硬度、碱度、微生物、pH值、Cl-、氧含量等。自来水因地区不同而水质变化较大，在水的循环过程中，硬度和碱度是造成结垢的主要因素，而Cl-、低pH、溶解氧、生物粘泥是造成腐蚀的罪魁祸首。

冷却塔管理

开放式冷却塔从空气吸入灰尘、泥土、烟灰、有机物碎片和其它各种各样的物质。进入冷却塔中的空气中的颗粒物会被冷却水洗涤下来，进入循环水中，并逐渐浓缩。冷却塔周围的空气环境严重影响冷却水的质量，比如土建、风向、空气污染程度等，因此,做好冷却塔的管理非常重要,做好定期的清扫工作。如果灰尘比较大，就需要循环水的旁滤处理，进行水质净化。

小资料：每立方厘米中含有100,000个以上的颗粒物，在大城市附近是很正常的。Clive Broadbent在1992年ASHRAE（美国取暖、制冷和空调工程师协会）年会上报道，“一座200冷吨的冷却塔在一个季节，从空气和补加水中吸收的颗粒物在600磅以上”（ASHRAE手册，1996）。

结垢控制---中央空调主机（蒸发器、冷凝器管理）管理

由于冷却塔水的蒸发，水不断浓缩，水质矿物质含量逐渐增多，结垢倾向加大，可能会造成空调主机热交换效率下降，日常表现为：主机开机后，在短时间内温度不能降低到适宜温度；主机的工作时间延长，开机台数增多；主机报警等故障。因此，需要对主机定期的清洗。

另外一个重要问题，就是换热器泄露，造成主机严重故障。如果主机换热器表面结垢，这就为水中微生物的附着创造了条件，一些厌氧菌会产生硫酸或盐酸，在氯离子Cl-的作用下，在换热器的表面部位，由慢慢地腐

蚀逐渐变为加速腐蚀，造成设备泄露，换热器报废。水中细菌、微生物含量以及水的浊度，是控制腐蚀的两项重要指标。

降低结垢风险的方法：1、水质软化：补软水，循环水除垢软化 2、加阻垢剂、分散剂等 3、定期排污，控制浓缩倍数

电化学技术就是采取循环水除垢的方法，进行水质软化，降低水中钙离子的含量，使得系统水质不结垢。换热器表面干净、清洁，没有垢层附着。

药剂对结垢控制的局限性：

1、加的阻垢剂有时效性，时间长容易失效

2、药剂可能增加新垢

3、高温时药剂分解

4、药剂使得碳酸钙的溶解度增大，但阻垢能力有限，浓缩倍数高于3倍结垢风险大大提高

5、药剂使得水质环境复杂，难以管理

能耗管理---硬垢降低了热交换效率

悬浮物和生物膜及水垢混合在一起，在热交换器列管表面形成沉积物，从而降低了冷凝器的热交换效率。研究表面，1mm水垢就能造成空调机组效率下降45%。

热交换器上0.25mm厚的污垢或者结垢层，将降低热交换效率，增加能耗10%。下式可以用来计算一个冷却循环水系统一年的能耗成本：

冷却系统吨位×吨水电耗×负载系数×每年工作时间×每度电成本=每年能耗成本

例如，400冷吨×0.65kw/冷吨×0.7负载系数×2500小时/年×0.6元/kwh=27.3万元/年

如果热交换器上的污垢厚度为0.25mm，运行一年的电费将增加2.73万元。

垢厚度（mm）

传热效率

（BTE/ft/°K）

传热损

失

制冷能力下

降至

增加电能

消耗

0 92.77 0 - 0

0.3 73.68 21% 92% 11%

0.6 61.12 34% 76% 23%

0.9 52.20 44% 72% 32%

1.2 45.60 56% - 41%

1.6 39.52 57% - 52%

资料来源：Philip Kotz咨询公司、美国标准局、美国伊利诺伊州立大学、中国技术服务社能源中心等。而且，冷却系统本身产生颗粒物，例如腐蚀产物、无机物沉淀（铁的氧化物、硬度盐类等等）、微生物宿主、有机化合物的聚集体和其它的物质，会加速腐蚀和腐蚀物的形成。

图表 2药剂处理不佳的换热器

生物粘泥导致的热交换损失是碳酸钙垢的5倍

循环水的环境是细菌、微生物适宜的生存环境，造成生物黏泥。冷却塔和空气不断交换，空气的营养物和细菌微生物进入系统，水温也是细菌容易繁殖的适宜温度，水中含有细菌繁殖所需要的营养物，比如P、N、S 等，这样细菌、微生物在系统中就会不断生长，故需要对细菌、微生物进行杀灭。

《水处理规范》中强调，控制和防治生物粘泥的关键，是控制水质细菌含量，最简单的成功方法是保持系统清洁。

生物粘泥导致的热交换损失甚至大于无机水垢造成的热交换损失。美国CTI（冷却塔技术研究所）的报告显示，生物膜（粘泥）的热传导率只有碳酸钙垢的1/5。

沉积物类型传热效率

（w/m/°K）

碳酸钙 2.93

生物膜（粘泥）0.63

硫化钙 2.31

磷酸钙 2.60

磷酸镁 2.16

磁性氧化铁 2.88

资料来源： N. Zelvar, W.G. Characklis和F.L. Roe, CTI Paper No. TP239A

腐蚀问题

腐蚀有全面腐蚀、局部腐蚀两种。局部腐蚀和微生物控制密切相关。全面腐蚀采用镀膜，对换热设备和管道进行保护，危害最严重的是局部腐蚀。局部的腐蚀，通常发生在储罐和输水系统中，有高活性的局部阳极电位引起的。腐蚀是离子浓度不对等或者氧浓度差异所致。经常发现在高温区（热水的出水端）、晶格缺陷处、切削部位、表面划痕或裂纹处。点蚀是金属损坏的最常见因素。一个穿孔能够毁掉一台关键的热交换器，从而能够导致整个工厂停产。

厌氧菌会在生物膜深处氧稀缺的地方繁殖。一些细菌能够够代谢不锈钢中的碳、一些细菌能够生成硝酸、硫酸或者有机酸，从而加速腐蚀。细菌菌群下面潮湿的表面氧的消耗，会导致形成“微分通风电池”，从而引起电