中央空調水循環系統簡介

隨著我國國民經濟的快速增長，中央空調被廣泛使用，尤其是城市的賓館、飯店、大型商場、娛樂場所、大型寫字樓、辦公樓、現代化生產車間都相繼安裝了中央空調設備，它不僅給人們帶來舒適的環境，同時也被用來調節工業生產所需環境的溫度和濕度。中央空調循環水系統包括冷卻水系統、冷凍水系統和采暖水系統。冷卻水系統是由熱交換器、冷卻水泵、管道、冷卻塔、貯水池組成。冷卻水在冷凍機里冷卻受熱受壓的制冷劑，溫度上升至37℃ 左右，經水泵送至冷卻塔，冷卻后返回至冷凍機中循環使用。冷凍水系統是由熱交換器、冷凍水泵、管道、風機盤管、膨脹水箱組成。冷凍水在冷凍機中被制冷劑冷卻至7℃左右后送往風機盤管，與空氣進行熱交換升溫至12℃左右后，再返回到冷凍機中被冷卻。熱媒水在熱水鍋爐中被加熱至60℃左右后送往風機盤管，與空氣進行熱交換降至55℃左右后，再返回到鍋爐中加熱。熱水和冷凍水共用一套管道系統。

1．中央空調系統特點
中央空調一般承擔著夏季供冷、冬季供熱的任務，春季和秋季停機檢修或保養，即使在正常運行期間也根據氣溫的變化和工作環境的需要停機。大多數企事業單位由于編制上的限制不設專門水處理技術管理人員，實行粗放式管理，因此，水處理技術和方案對這一情況應有較強的適應性，既要有良好的處理效果，又要管理簡單方便，水處理成本低廉。
2．冷凍水系統特點
冷凍水系統是以水做冷媒介質和空氣進行能量交換的密閉式體系，雖然與外界接觸較少，但在整個體系的最高處設有膨脹水箱，這樣冷凍水介質還是和空氣有所接觸，使溶解氧和一些營養物進入冷凍水系統，導致粘泥沉積，不僅影響傳熱，還可能形成氧濃差引起設備的腐蝕，經常出現黃褐色水質或黑灰色水質。因此，對于冷凍水系統水處理的重點是控制設備的腐蝕及粘泥的產生。
3．冷卻水系統特點
冷卻水在循環使用過程中不斷蒸發濃縮，含鹽量不斷上升，為了不使含鹽量無限制的升高，必須排放掉一部分冷卻水，同時補入新鮮水，前者稱之為排污，后者稱之為補水。含鹽量上升后極易在熱交換器的水側形成水垢，垢的形成不僅使傳熱效率下降、制冷負荷增大，還會形成垢下腐蝕，造成水電浪費和縮短機組使用壽命。冷卻水系統的另一特點是保有水量小，極易濃縮，如掌握不好排污量和補水量，濃縮倍數波動較大，難以保證水處理效果。因此，對于冷卻水系統水處理的重點是控制結垢兼顧緩蝕。
中央空調系統為什么會有上面所講的問題呢，主要是由于其媒介——水所造成的。

自然界中的水是怎樣的？
水在自然界中大量的存在，比較容易取得，價格便宜。水的物理化學性質穩定，水的潛熱大，這是水成為工業首選作為冷卻介質或熱載體的重要原因。但自然界中的水并非純凈的物質，因為水是很好的溶劑，當它流過巖石、礦床和土壤時，就會有很多的鹽類溶入其中?？諝庵袔雺m埃、有機物及其它們的分解產物，水中生長的物質，都將成為各種各樣的雜質，溶入水中。那么，溶入水中的鹽類和雜質以離子形態存在的有陽離子：Ca2+、Mg2+、Na+、Fe2+、Zn2+、Cu2+、Mn2+、H+、NH4+等；以陰離子形態存在的有：CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-、HSiO3-、F-、H2PO4-、OH-、H2BO3-、HPO42-、HCO3-、NO2-、HS-等；以氣態存在于水中的有：CO2、O2、N2、HN3、SO2、H2S、CH4、H2等；以懸浮物形式存在于水中的有粘土、無機的土壤污物、有機污物、有機廢水、各種微生物；還有以膠體形式存在于水中的SiO2、Fe2O3、Al2O3、MnO2、植物色素、生長在水中的各種細菌和藻類。
人類可利用的淡水資源主要來自地表水（江河水、湖水）和地下水（井水），不同水源、不同地區、周圍的不同環境和不同季節，自然界水中的各類雜質的品種和量有很大的差別。

中央空調系統中的垢是怎樣產生的？
自然水（地表水）經城市自來水廠處理后，絕大部分的懸浮物、膠體性雜質基本被清出水體，而溶于水中的陽離子和氣體，仍存在于水中。這樣的水作為補充水加入中央空調外循環冷卻水系統中，經熱交換器進行熱交換后，水溫提高，經涼水塔曝氣純水被蒸發出去循環水逐漸被濃縮，水中二氧化碳的含量與碳酸鹽硬度之間的平衡關系被破壞：
Ca2+＋2HCO3- =CaCO3 ＋CO2 十H2O
Mg2+＋2HCO3- =Mg（OH）2 ＋2CO2 
而碳酸鹽在水中的溶解度隨著水溫的升高而降低，當水中碳酸鹽由水中析出沉積在換熱器水側表面時，這就形成了垢。垢的生成將影響熱交換的正常進行，造成中央空調制冷能力下降，電耗量增加。
水垢的危害---降低制冷效果、增加電能消耗，嚴重時造成主機高壓事故停機
由于水中溶有大量堿土金屬離子和碳酸氫根等，這些離子遇熱后結合將生成不溶解的鹽類，我們稱之為水垢。水垢的導熱系數小于0.8，而冷凝器和蒸發器的紫銅管的導熱系數為320，兩者相差懸殊。水垢將影響熱傳遞，這會帶來兩個方面的問題，首先降低制冷效果，1毫米水垢將使制冷量降低20-40%；其次將使冷凝器壓力升高，增大壓縮機正背面壓力差，導致電機負荷增加，多消耗電能。1毫米水垢將多消耗電20-30%，水垢嚴重時將造成中央空調主機高壓事故停機。
中央空調系統中設備腐蝕的原因？
前面在介紹自然界中的水中含有的陰離子屬于腐蝕性介質。另外，水中的溶解氧的存在，它在水側金屬表面形成氧的濃差，產生電化學腐蝕。如果水中還含有其它陰離子如氯離子、硫酸根離子都會造成金屬的腐蝕，如果水系統中有不銹鋼材料，水中存有高濃度的氯離子時將造成了不銹鋼的局部腐蝕，嚴重的點蝕可造成設備穿孔。腐蝕過程可表示為：
Fe= Fe 2++2e 
1/2O2 +H2O+2e =2OH-
Fe2+ +2OH- =Fe（OH）2
氫氧化亞鐵極易氧化成紅棕色的鐵銹，這就是冷凍水出現紅水的主要原因。
在循環水系統中，菌藻的滋生和死亡，與水中機械雜質混合成為粘泥如附著在管道和換熱器表面將同垢一樣影響熱傳導，同時給厭氧菌造成了生存的空間，將以鐵為營養源加速設備的腐蝕進程。反應如下：
SO42- + 8H+ + 8e =S2- + 4H2O + 能量（供細菌生存用）
Fe2- + S2- =FeS 黑色帶臭味的腐蝕產物
Fe2- +細菌→ Fe3+ +能量（供細菌生存用）
在中央空調的冷凍水系統，人們為了防止垢的產生，多采用軟化水，但軟化水中仍含有溶解氧，而且系統中還會不斷溶解入空氣這是造成冷凍水系統遭到腐蝕的原因。
腐蝕的危害---腐蝕設備和管道，嚴重時造成穿孔泄漏等重大停機事故。
空調系統的冷卻，冷凍水未經處理有極強的腐蝕性，如將普通鋼片或鐵釘放入水中，幾天后就會出現鐵銹，放置時間越長則銹蝕越嚴重。系統管道及設備內壁常因腐蝕造成銹渣脫落，甚至穿孔，脫落的銹渣會堵塞盤管，使空調效果下降；同時腐蝕的存在使設備的使用壽命大為縮短。一旦腐蝕穿孔，水將進入氟利昂（使用氟利昂作為制冷劑的機組）時間長將生成鹽酸和氫氟酸，造成嚴重的設備損害事故。溴化鋰機組由于是真空設備，并且溴化鋰有強腐蝕性，因而更不允許泄漏。據統計，未做水處理的系統，設備使用壽命縮短30-50%。
微生物藻類的危害---堵塞管道、阻礙水流動、降低熱交換效率。
冷卻塔的水溫在32-37℃之間，比較適合微生物繁殖。藻類、細菌和真菌快速繁殖，這些微生物分泌出大量粘液，將水中不溶性雜質粘結一起，附著于設備和管道的內表面，阻礙水的流動和熱交換，多耗電能，造成高壓運行

為了解決中央空調系統諸多的問題，近幾年來，在中央空調水系統包括外循環冷卻水、冷凍水、采暖水推廣應用物理法水處理技術已取得了很好的進展，中央空調機組、管線的結垢、腐蝕得到了很好的控制，對于確保中央空調使用壽命、降低能耗和長周期穩定運行發揮了很好的作用。

中央空調常用術語、計算公式及單位換算

冷、熱負荷：為了維持房間溫度恒定，單位時間內需要供給房間的冷熱量，夏季為冷負荷，冬季為熱負荷，常用單位W或KW；
制冷量：空調器進行制冷運行時，單位時間內，低壓側制冷劑在蒸發器中吸收的熱量。常用單位為W或KW；設備制冷量應大于設計負荷。
公稱壓力（PN）：是在某溫度下能長期穩定工作的耐壓強度，bar
試驗壓力（Ps）：對制品進行強度試驗的壓力，指管道試壓時的壓力,一般為公稱壓力的1.5倍
公稱直徑（DN）：這是緣自金屬管的管璧很薄，管外徑與管內徑相差無幾，所以取管的外徑與管的內徑之平均值當作管徑稱呼。
無縫鋼管：Φ45x2.5, Φ76x3.5, Φ89x3.5, Φ108x4, Φ133x4, Φ159x4.5，外徑x壁厚  
風冷：與冷凝器換熱的介質為空氣，用風冷代替水冷的冷卻水，無冷卻水系統。
水冷：與冷凝器換熱的介質為水（冷卻水系統）
VRV：全稱為Variable Refrigerant Volume系統,即制冷劑流量可變系統 ，它是在分體式空調機的基礎上發展起來的。冷媒與空氣直接換熱，沒有冷卻水系統。
揚程：單位重量液體通過泵所獲得的能量叫揚程，近似為泵出口和入口壓力差  
比熱：不同物質升高同樣溫度時，其需的熱量是不一樣的，單位質量物體溫度升高一度，所需要的熱量。水的熱量為4.19kJ/ l kg . ℃ ，空氣比熱0.24kcal/ l kg . ℃ 。
性能系數：制冷（熱）循環中產生的制冷（熱）量與制冷（熱）所耗功率之比為性能系數，制冷時稱為能效比，用EER表示；制熱時稱為性能系數，用COP表示；
冷卻塔：借助空氣使水得到冷卻的專用設備，一般安裝在樓房的頂部，在制冷、電力、化工等許多行業中，從冷凝器等設備中排出的冷卻水，都是經過冷卻塔冷卻后循環使用的。
制冷劑：制冷劑即制冷工質，是制冷系統中完成制冷循環的工作介質，制冷劑在蒸發器內吸取被冷卻的對象的熱量而蒸發，在冷凝器內將熱量傳遞給周圍空氣或水而被冷凝成液體。制冷機借助制冷劑的狀態變化，達到制冷的目的。
載冷劑：載冷劑是指在間接制冷系統中用以傳送冷量的中間介質。載冷劑在蒸發器中被制冷劑冷卻后，送到冷卻設備冷卻，吸收被冷卻物體或環境的熱量，再返回蒸發器被制冷劑重新冷卻，如此不斷循環，以達到連續制冷的目的。
熱泵：用人工的方法將低溫區的熱量移送到高溫區，若轉移熱量是為了獲得低于環境的溫度需要，此種方法稱為“制冷”；若為將低溫區無用的熱量移送到高溫區成為用用的或用途更大的熱量，此種方法稱為“熱泵”。制冷和熱泵原理是相同的，機械設備也基本相同，但由于使用目的不一樣，熱力參數、結構強度要求不同。
水環熱泵：由分散布置的水源熱泵機組、水環路系統、散熱裝置、輔助熱源和控制 系統組成的冷暖兩用空調系統。水環熱泵系統具有調節控制靈，同時供冷供熱，運行節能， 施工簡便等特點。沒有冷凍水系統，沒有集分水器，沒有機房。 
水源熱泵：水源熱泵是一種利用地球表面或淺層水源（如地下水、河流和湖泊），或者是人工再生水源（工業廢水、地熱尾水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。 
地源/水源/水環熱泵空調都是是利用地球表面或淺層水源作為冷熱源，將低品位熱能轉化為用于供熱的高品位熱能以及用作制冷時的冷卻水的空調系統。地源熱泵系統以土壤作為低溫熱源，水源熱泵系統利用湖水、河水、地下水、礦井水這樣的自然水源作為冷熱源，水環熱泵是用一個循環水環路作為冷熱源，當環路水溫超過一定溫度時，冷卻系統啟動，當水溫低于一定溫度時輔助加熱系統啟動。

常用單位換算：
1Mpa=1×106Pa≈10公斤力
1m3/h≈1t/h≈16.667升/分鐘≈0.278升/秒≈4.4加侖/分鐘
1英寸≈25.4mm（例：8寸的管徑≈DN200）    1加侖水≈3.785公斤水（美制） 
物理法水處理技術的幾種方式及機理

現在市場上物理法的水處理設備名稱繁多，花樣不斷，令人眼花繚亂，但從根本的原理上來說的話，無非分以下幾種方式：臭氧法、超聲法、高壓靜電法、高頻磁場法、微電解法、磁化法。
臭氧法的作用機理是：臭氧只對污垢有作用。循環冷卻水系統中的水垢是污垢和水垢的結合體，污垢是由藻類微生物殘骸及腐植物組成。臭氧是一種強氧化劑，它具有強殺生作有，用它可以有效地控制微生物的生長，減輕生物污垢而引起的垢下腐蝕，氧化垢層基質中的有機物成分，使垢層變松，脫落，從而達到阻垢的目的。
超聲法的作用機理是：根據晶體生長動力學理論，誘導期是結垢過程誘發和起始階段。分三步（1）已飽和溶液似穩態晶坯的產生，（2）壁面上穩定晶核的形成，（3）晶核的生長。誘導期無限制的延長，垢就難以形成。根據超聲空化理論，超聲技術實際上是利用超聲空化效應，使CaCO3晶體析出誘導期延長來達到阻垢的目的。
高壓靜法的作用機理是：高壓靜電發生器通過陰陽兩電極，在水中形成高壓靜電場，受高壓靜電場的作用，水分子的偶極矩增大，鹽類的正負離子被水偶極子包圍，不能自由運動，碰撞結合成大分子沉淀，從而阻止了垢分子的形成。
高頻法的作用機理是：高頻電信號在水中形成高頻電磁場，它使結合狀的大分子斷裂成單個小分子，使靜電引力下降，有效磁撞減少，抑制鈣鎂等鹽垢的折出。從而達到阻垢的目的。
微電解法的作用機理是：低壓電子場作用于水中，水分子被激勵，水分子的聚合度降低，它破壞了方解石（我們俗稱的硬垢分子的結合力，鹽類離子Ca2+,Mg2+等受到電場引力的作用。改變了垢分子的晶體結構，促使方文石松散的軟垢）的產生，因為電場力為產生方文石結晶提供了特定的能量。
磁化法的作用機理是：被超強磁場磁化的磁化水較原水的表面張力，密度，溶解度等均增大了，同時超強磁場還能夠使垢晶的晶格細化，這表明磁化阻垢技術實際上從水和垢體本身兩個方面，防止CaCO3的結晶析出來進行阻垢的。