全年供冷制冷系统的设计选用

全年供冷制冷系统的设计选用
摘要：本文通过两个实例简单说明了全年供冷系统设计选用时，应根据项目所在区域的气象条件及系统用冷量的大小选用合理的
制冷系统。

工程实践效果表明，所选用的制冷系统均能较好的满足工艺设备全年用冷量的要求。

关键词：风冷冷水机组水冷冷水机组全年供冷自然冷却
工业厂房设计中经常会遇到工艺设备需常年供冷的情况，笔者根据两个不同项目所在区域的气象条件及系统用冷量的大小，分别选用了具有“自然冷却”功能的风冷涡旋式冷水机组和水冷冷水机组与冷却塔季节交换供冷两种方式。

自然冷却的应用，显著的降低风冷冷水机组运行能耗。

冷却塔供冷（又称免费供冷）是空调制冷系统节能降耗的一种形式。

1 具有“自然冷却”功能的风冷涡旋式冷水机组常年供冷
某新建项目涂装车间阴极电泳设备需7~12℃冷冻水，工艺设备最大需冷量为290kw，设备用冷量随生产规模的变化而不同，设备全年供冷。

项目位于重庆地区，重庆地区的室外设计参数见下表表1。

因设备用冷量较小，建筑设计中未预留制冷机房位置，结合重庆地区的气象条件及本项目的实际情况，并与业主充分交换意见后确定采用风冷涡旋式冷水机组。

本工程全年制冷量290kw，考虑到重庆地区极端最高温度平均值是39.1℃，选用冷水机组的制冷量进行温度修正后在39.1℃应大于290kw，因设备用冷量随生产规模变化，设计选用两台风冷涡旋式冷水机组，机组在冷凝空气温度为40℃时
制冷量为154kw，机组名义制冷量为：162kw，内置水力模块，风冷涡旋式冷水机组容量控制达3级。

重庆地区冬季极端最低温度达-1.8℃，阴极电泳设备不工作时须提供约15%的制冷量（43.5kw），风冷涡旋式冷水机组制冷运行环境温度0℃~45℃，因此必须采取措施保证冬季时机组能够正常运行。

目前国内常用的解决方法主要有以下几种：
①拆除机组内的保护器，此方法主要应用风冷模块式冷水机组。

②每台机组上加装一个温度开关，温度开关与室外冷凝风机电机连锁。

此温度开关需要放置在冷凝盘管上，感受制冷时冷凝盘管的温度，以此温度来判断是否将室外风机断电。

一般来说可在低于－17℃室外环境的情况下制冷，温度开关一般为进口。

③在控制系统加变频器，防止冬季温度过低，可低频启动，此方法主要适用于风冷模块式和螺杆式冷水机组。

④风冷冷水机组配备“自然冷却”功能，采用能耗消耗更少的“自然冷却方法来直接利用室外的低温空气来进行冷却。

对于以上四种方式，结合本项目的具体问题，本项目选用具有“自然冷却”功能的风冷涡旋式冷水机组。

自然冷却风冷冷水机组充分利用外界自然环境的冷却能力。

采用压缩机制冷和室外空气自然冷却复合式制冷模式，并优先充分利用空气自然冷却运营策略。

具有“自然冷却”功能的风冷涡旋式冷水机组的全年运行情况如下：
①夏季时自然冷却风冷冷水机组与普通冷水机组一样进行常规
制冷。

②春秋过渡季节时，当环境温度到达比冷冻水回水温度低两度或以上时，开启自然冷却预冷冷冻水，此部分为自然制冷，无压缩机功耗，自然冷却不够的部分，再由压缩制冷接力达到需求冷量。

随着室外环境温度降低，自然冷却部分占得比例越来越大，直至达到100%，完全自然冷却制冷，无压缩机功耗。

③冬季时，当环境温度达到比冷冻水低10度或10以上时，自然冷却达到100%。

完全自然冷却制冷，压缩机制冷系统关闭，机组无压缩机功耗，仅有很少量的风扇运转功率。

根据本项目的具体情况，采用自然冷却式风冷冷水机组，夏季可通过压缩式制冷系统的能量调节来满足低制冷量的要求；过渡季和冬季可通过压缩式制冷系统根据需要启动的方式来满足低制冷量
的要求。

具有“自然冷却”功能的风冷涡旋式冷水机组制冷系统流程如图1：
2 水冷冷水机组与冷却塔季节交换全年供冷
某新建项目厂区装配及热处理工艺设备用冷却水需7~12℃冷冻水，工艺设备总需冷量为2733kw，设备全年供冷。

项目位于沈阳地区，沈阳地区的室外设计参数见下表表2。

因本项目设备用冷量较大，结合沈阳地区的气象条件及本项目的实际情况，确定采用水冷螺杆式冷水机组，机组布置于制冷站内。

本项目设计选用两台单台制冷量为1376kw的水冷螺杆式冷水机组，冷冻水泵两用一备，冷冻水系统采用变频补水定压装置补水定压。

冷却水系统选用两台冷却塔，冷却水泵两用一备，冬季时采用冷却
塔供冷，当冷却水回水温度低于某值时，关闭冷水机组以冷却塔的循环冷却水直接或间接的向用冷设备供冷，可以减少高能耗的冷水机组运行时间，节能效果显著。

同时冷却水系统设冷却水箱，当室外温度极低时，冷却水只通过冷却水箱冷却，从而达到更有效的节能。

设计采用的制冷系统流程如图2：
图2流程图中f5~f9、f12~f17为为电动蝶阀，f10、f11为电动调节阀，f18~f19为蝶阀，t-5~t-8为温度传感器。

温度传感器t-8显示冷却水回水温度，制冷系统的全年运行操作如下：
①当冷却水回水温度≥25℃(可调)时，冷却塔风机处于运行状态，当冷却塔回水温度降至20℃(可调)时，冷却塔风机关闭。

②当冷却水回水温度<25℃(可调)时，冷却塔风机处于关闭状态，当冷却塔回水温度升至25℃(可调)时，冷却塔风机开启。

③当冷却水回水温度18℃≤t<25℃(可调)时，冷水机组处于运行状态，当冷却塔回水温度降至15℃(可调)时，冷水机组、冷却水泵及其阀门、f6、f12~f15手动或自动关闭;电动蝶阀f5、f7~f9打开，制冷系统进入冬季运行状态。

同时，补水定压系统及其配套阀门关闭。

④当冷却水回水温度t<18℃(可调)时，制冷系统处于冬季运行状态，当冷却塔回水温度升至18℃(可调)时，冷水机组、冷却水泵及其阀门、f6、f12~f15手动或自动开启。

电动蝶阀f5、f7~f9关闭。

同时，补水定压系统及其配套阀门开启。

⑤当冷却水回水温度12℃≤t<18℃(可调)时，冷却塔风机、冷水
机组、冷却水泵处于关闭状态，冷却塔回水温度降至12℃(可调)时，电动调节阀f10开启，通过调节进入冷却塔的流量控制冷却塔回水温度不低于12℃；当冷却塔回水温度降至7℃(可调)，防冻热交换器的阀门手动开启，调节电动调节阀f11开度控制进入热交换器的流量使冷却塔回水温度不低于7℃。

⑥当冷却水回水温度7℃≤t<12℃(可调)时，防冻热交换器处于运行状态，通过调节电动调节阀f11的开度控制进入热交换器的流量控制回水温度不低于7℃，当冷却塔回水温度升至12℃时，电动调节阀全开，热交换器阀门关闭，通过调节电动调节阀f10开度控制回水温度在12℃。

⑦当冬季工艺不用冷时，一台冷冻水泵开启，f5、f7~f11开启，冷水系统循环以防冻，当冷却塔回水温度降至7℃(可调)，防冻热交换器的阀门手动开启，调节电动调节阀f11开度控制进入热交换器的流量使冷却塔回水温度不低于7℃。

3 结论
以上两个项目运行实施后，均较好的满足了工艺设备全年用冷的要求，为以后设计全年用制冷系统提供了参考。

随着机械行业的进一步发展，全年用制冷系统的设计将会越来越多，如何使系统设计更为合理，系统运行后更有效的节能是我们进一步研究和探讨的重点。

由于本人的水平有限，本文中的一些不当之处，敬请指证。

参考文献：
[1]马最良，孙宇辉.冷却塔供冷技术在我国应用的模拟与预测分
析[j].暖通空调，2000，30（2）：5-8.
[2]陈华平，邵征宇.卷烟厂生产车间冷却塔冬季供冷节能技术研究[j].烟草科技，2010（2）：11-14.。