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空调冷却塔三种运行方式的经济对比
引言
目前，许多大中型央空调系统都采用水冷方式，因此中央空调冷却塔采用怎样的方式运行才是比较经济、节能，这是个值得探讨的问题。
空调冷却塔的三种运行方式
本文讨论在制冷系统中有2台以上的冷水机组，2台以上的冷却塔，而且各台冷却塔并联运行的情况:
方案一:各台冷却塔的运行与冷水机组的运行一一对应，在每台冷却塔的出水口设置电动蝶阀，并与冷水机组连锁。
方案二:冷却塔的运行台数由控制电路根据冷却塔的出水温度来进行逻辑控制，逻辑控制电路通常采用可编程控制器(PLC)来实现，在每台冷却塔的出水口均不设置电动蝶阀。例如在广东出水温度范围通常设定在31～32℃，即出水温度低于31℃时由控制电路减少冷却塔风机的运行台数，出水温度高于32℃时由控制电路增加冷却塔风机的运行台数。
方案三:不论由多少台冷水机组运行，所有冷却塔均运行，冷却塔风机的转速由变频调速控制器根据冷却塔的出水温度控制，在每台冷却塔的出水口均不设置电动蝶阀。
空调冷却塔的经济运行分析
方案一是一种比较传统的控制方式，优点是控制简单明确，控制电路部分造价较低；缺点是必须采用价格较高的电动蝶阀，而且电动蝶阀安装在室外，运行条件较差，需要经常维护检修。方案二也是一种常用的控制方式，优点是采用可编程控制器(PLC)，可靠性非常高，所有逻辑控制均通过App编程来实现，控制简单，可通过App编程使各冷却塔风机的运行时间基本相同，不必采用价格较高的电动蝶阀；缺点是可编程控制器(PLC)相对价格较高，属于双位开关量控制，控制精度较低(通常为±015℃）。由于每台冷却塔的出水口均不设置电动蝶阀，流经没有运行的冷却塔的进水没有经过冷却就直接流入冷却塔出水口，导致冷却塔的出水温度波动较大，冷却塔风机启动频繁。
方案三是一种比较新颖的控制方式，优点比较突出，主要表现在以下几个方面：
◆大幅降低噪声和飘水
根据统计表明，民用建筑的舒适性空调的冷负荷达到最大值的时间全年不超过10天，空调系统绝大部分时间是在部分负荷下运行的。
冷却塔的运行噪声主要由水声和通风机的噪声两部分组成，通风机的噪声以空气动力噪声为主，当叶轮圆周速度越大，空气动力噪声所占的比例也越大。在部分负荷时，由变频器降低冷却塔风机的工作频率，也就是降低其转速，因此能大幅降低冷却塔的运行噪声。这个特点对于冷却塔安装在离住宅比较近，而晚上又需要运行的建筑如餐厅、歌舞厅、宾馆等尤其适用，在晚上冷负荷比较低，通过变频调速能大幅降低冷却塔的噪声，给邻近的住宅创造安静的睡眠环境。
冷却塔的飘水主要是由收水器的收水效率决定的，而收水器的收水效率主要是由通过其断面的风速决定的，风速越低，，也就是说运行频率越低，收税率越高。在部分负荷时，由变频器降低冷却塔风机转速，因此能大幅降低冷却塔的漂水量。表一是某牌子CEF系列冷却塔的运行特性
◆延长风机和电动机轴承的寿命
在部分负荷时，由变频器降低冷却塔风机的转速，因此能降低冷却塔通风机和电动机的轴承温升，使得运行条件大为改善，延长其寿命。
◆换热更充分
由于受到生产成本、占地面积、体积等因素的限制，每台冷却塔填料的换热面积受到一定的限制，只能选用经济的换热面积。本方案的所有冷却塔均并联运行，在部分负荷时相当于增大了换热面积，使热交换稳定充分。例如有3台冷水机组的制冷系统，当仅运行1台机组时，冷却水量仅为满负荷时的1/3，由于冷却水流经所有的冷却塔，所以换热面积比仅运行1台冷却塔大3倍。
◆不必设置电动蝶阀
由于不论有几台冷水机组运行，所有冷却塔均运行，由变频器自动调节其转速，因此不必设置价格比较高的电动蝶阀。
◆控制精度高
变频器采用模拟量连续控制，控制精度较高(通常为±)。011℃
◆逻辑控制简单
逻辑关系为任意1台冷却水泵运行，变频器就运行，所有冷却水泵停泵时，变频器停机，逻辑关系简单，在电路中用每台冷却水泵的交流接触器的常开辅助触点并联即可实现，而变频器只要正常运行，就能根据温度传感器所测定的冷却塔出水温度自动控制冷却塔风机的转速。
◆节省冷却塔电动机的用电量
L=Q/（h2-h1）式中：L=冷却风量（kg/h）；
Q=冷却热量（kj）；
h2-h1=对应于进出冷却塔的空气焓值（kj/kg）
假定进出冷却塔空气焓值差h2-h1不变，则冷却风量L与冷却热量Q成正比，假定共有相同的冷却塔m台，每台额定风量为Q0，额定转速为N0，则总额定功率Nz0=m×N0。采用变频调速控制后，每台冷却塔的实际风量为Q1，电动机实际运行功率为N1，实际转速为N1，则实际总功率为Nz1=m×N1。
∵Q1/Q0=n1/n0 N1/N0=(n1/n0)3
∴N1=(Q1/Q0)3×N0
∴Nz1=m×N1=m×(Q1/Q0)3×N0。
下面以冷却塔数量m=3为例，对定额控制（方案一）和变频控制（方案三）的电动机总功率进行比较（见表2）
从表2的比较可以看出，采用变频控制的冷却塔电动机在部分负荷时节能效果明显，不过冷却塔的耗电量在整个制冷系统中占的比例较小，所以对于整个制冷系统来说节能的意义不大。方案二的耗电量介于方案一和方案三之间，而且电动机启动较为频繁。
方案三的缺点主要是变频器的价格较高，不过随着变频器价格的不断下降，其价格已经下降到可以接受的水平。
以下以控制3台300m3/h的冷却塔为例，分别比较各种方案所用的主要设备及总价(见表3)，相同的设备和材料省略
从表3可以看出，方案二总价最低，但控制精度不高，风机频繁启动；方案一的总价较高，但性能价格并不高；方案三的总价最高，但与方案一相差不大，优点比较突出，性能价格比很高。
结论
从以上的分析可以得出以下结论:采用不论由多少台冷水机组运行，所有冷却塔均运行，冷却塔风机的转速由变频调速控制器根据冷却塔的出水温度控制这种冷却塔的运行方式有很多突出的优点，具有很高的性能价格比，是一种值得推荐的运行方式。采用变频调速控制器的目的并不在于节能，而在于省去了价格较高的电动蝶阀，在于降低噪声和飘水，延长风机和电动机轴承的寿命。
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