空调水循环系统简介

随着我国国民经济的快速增长，空调被广泛使用，尤其是城市的宾馆、饭店、大型商场、娱乐场所、大型写字楼、办公楼、现代化生产车间都相继安装了空调设备，它不仅给人们带来舒适的环境，同时也被用来调节工业生产所需环境的温度和湿度。空调循环水系统包括冷却水系统、冷冻水系统和采暖水系统。冷却水系统是由热交换器、冷却水泵、管道、冷却塔、贮水池组成。冷却水在冷冻机里冷却受热受压的制冷剂，温度上升至37℃ 左右，经水泵送至冷却塔，冷却后返回至冷冻机中循环使用。冷冻水系统是由热交换器、冷冻水泵、管道、风机盘管、膨胀水箱组成。冷冻水在冷冻机中被制冷剂冷却至7℃左右后送往风机盘管，与空气进行热交换升温至12℃左右后，再返回到冷冻机中被冷却。热媒水在热水锅炉中被加热至60℃左右后送往风机盘管，与空气进行热交换降至55℃左右后，再返回到锅炉中加热。热水和冷冻水共用一套管道系统。　　1．空调系统特点
　　空调一般承担着夏季供冷、冬季供热的任务，春季和秋季停机检修或保养，即使在正常运行期间也根据气温的变化和工作环境的需要停机。大多数企事业单位由于编制上的限制不设专门水处理技术管理人员，实行粗放式管理，因此，水处理技术和方案对这一情况应有较强的适应性，既要有良好的处理效果，又要管理简单方便，水处理成本低廉。

2．冷冻水系统特点
　　冷冻水系统是以水做冷媒介质和空气进行能量交换的密闭式体系，虽然与外界接触较少，但在整个体系的高处设有膨胀水箱，这样冷冻水介质还是和空气有所接触，使溶解氧和一些营养物进入冷冻水系统，导致粘泥沉积，不仅影响传热，还可能形成氧浓差引起设备的腐蚀，经常出现黄褐色水质或黑灰色水质。因此，对于冷冻水系统水处理是控制设备的腐蚀及粘泥的产生。
3．冷却水系统特点
　　冷却水在循环使用过程中不断蒸发浓缩，含盐量不断上升，为了不使含盐量无限制的升高，必须排放掉一部分冷却水，同时补入新鲜水，前者称之为排污，后者称之为补水。含盐量上升后极易在热交换器的水侧形成水垢，垢的形成不仅使传热效率下降、制冷负荷增大，还会形成垢下腐蚀，造成水电浪费和缩短机组使用寿命。冷却水系统的另一特点是保有水量小，极易浓缩，如掌握不好排污量和补水量，浓缩倍数波动较大，难以保证水处理效果。因此，对于冷却水系统水处理是控制结垢兼顾缓蚀。

空调系统为什么会有上面所讲的问题呢，主要是由于其媒介——水所造成的。

自然界中的水是怎样的？

水在自然界中大量的存在，比较容易取得，价格便宜。水的物理化学性质稳定，水的潜热大，这是水成为工业作为冷却介质或热载体的重要原因。但自然界中的水并非纯净的物质，因为水是很好的溶剂，当它流过岩石、矿床和土壤时，就会有很多的盐类溶入其中。空气中带入尘埃、有机物及其它们的分解产物，水中生长的物质，都将成为各种各样的杂质，溶入水中。那么，溶入水中的盐类和杂质以离子形态存在的有阳离子：Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、H⁺、NH⁴⁺等；以阴离子形态存在的有：CO₃^2-、HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、HSiO₃^-、F^-、H₂PO₄^-、OH^-、H₂BO₃^-、HPO₄^2-、HCO₃^-、NO₂^-、HS^-等；以气态存在于水中的有：CO₂、O₂、N₂、HN₃、SO₂、H₂S、CH₄、H₂等；以悬浮物形式存在于水中的有粘土、无机的土壤污物、有机污物、有机废水、各种微生物；还有以胶体形式存在于水中的SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO₂、植物色素、生长在水中的各种细菌和藻类。
　　人类可利用的淡水资源主要来自地表水（江河水、湖水）和地下水（井水），不同水源、不同地区、周围的不同环境和不同季节，自然界水中的各类杂质的品种和量有很大的差别。

空调系统中的垢是怎样产生的？

自然水（地表水）经城市自来水厂处理后，绝大部分的悬浮物、胶体性杂质基本被清出水体，而溶于水中的阳离子和气体，仍存在于水中。这样的水作为补充水加入空调外循环冷却水系统中，经热交换器进行热交换后，水温提高，经凉水塔曝气纯水被蒸发出去循环水逐渐被浓缩，水中二氧化碳的含量与碳酸盐硬度之间的平衡关系被破坏：
Ca²⁺＋2HCO₃^- =CaCO₃ ＋CO₂ 十H₂O
Mg²⁺＋2HCO₃^- =Mg（OH）₂ ＋2CO₂ 
而碳酸盐在水中的溶解度随着水温的升高而降低，当水中碳酸盐由水中析出沉积在换热器水侧表面时，这就形成了垢。垢的生成将影响热交换的正常进行，造成空调制冷能力下降，电耗量增加。

水垢的危害---降低制冷效果、增加电能消耗，严重时造成主机高压事故停机

由于水中溶有大量碱土金属离子和碳酸氢根等，这些离子遇热后结合将生成不溶解的盐类，我们称之为水垢。水垢的导热系数小于0.8，而冷凝器和蒸发器的紫铜管的导热系数为320，两者相差悬殊。水垢将影响热传递，这会带来两个方面的问题，首先降低制冷效果，1毫米水垢将使制冷量降低20-40%；其次将使冷凝器压力升高，增大压缩机正背面压力差，导致电机负荷增加，多消耗电能。1毫米水垢将多消耗电20-30%，水垢严重时将造成空调主机高压事故停机。

空调系统中设备腐蚀的原因？

前面在介绍自然界中的水中含有的阴离子属于腐蚀性介质。另外，水中的溶解氧的存在，它在水侧金属表面形成氧的浓差，产生电化学腐蚀。如果水中还含有其它阴离子如氯离子、硫酸根离子都会造成金属的腐蚀，如果水系统中有不锈钢材料，水中存有高浓度的氯离子时将造成了不锈钢的局部腐蚀，严重的点蚀可造成设备穿孔。腐蚀过程可表示为：
　　　　　　　　　Fe= Fe ²⁺+2e 
　　　　　　　　　1/2O₂ +H₂O+2e =2OH^-
　　　　　　　　　Fe²⁺ +2OH^- =Fe（OH）₂
氢氧化亚铁极易氧化成红棕色的铁锈，这就是冷冻水出现红水的主要原因。
　　在循环水系统中，菌藻的滋生和死亡，与水中机械杂质混合成为粘泥如附着在管道和换热器表面将同垢一样影响热传导，同时给厌氧菌造成了生存的空间，将以铁为营养源加速设备的腐蚀进程。反应如下：
　　　　　　　　　SO4^2- + 8H⁺ + 8e =S^2- + 4H2O + 能量（供细菌生存用）
　　　　　　　　　Fe^2- + S^2- =FeS 黑色带臭味的腐蚀产物
　　　　　　　　　Fe^2- +细菌→ Fe³⁺ +能量（供细菌生存用）
在空调的冷冻水系统，人们为了防止垢的产生，多采用软化水，但软化水中仍含有溶解氧，而且系统中还会不断溶解入空气这是造成冷冻水系统遭到腐蚀的原因。

腐蚀的危害---腐蚀设备和管道，严重时造成穿孔泄漏等重大停机事故。

空调系统的冷却，冷冻水未经处理有极强的腐蚀性，如将普通钢片或铁钉放入水中，几天后就会出现铁锈，放置时间越长则锈蚀越严重。系统管道及设备内壁常因腐蚀造成锈渣脱落，甚至穿孔，脱落的锈渣会堵塞盘管，使空调效果下降；同时腐蚀的存在使设备的使用寿命大为缩短。一旦腐蚀穿孔，水将进入氟利昂（使用氟利昂作为制冷剂的机组）时间长将生成盐酸和氢氟酸，造成严重的设备损害事故。溴化锂机组由于是真空设备，并且溴化锂有强腐蚀性，因而更不允许泄漏。据统计，未做水处理的系统，设备使用寿命缩短30-50%。

微生物藻类的危害---堵塞管道、阻碍水流动、降低热交换效率。

冷却塔的水温在32-37℃之间，比较适合微生物繁殖。藻类、细菌和真菌快速繁殖，这些微生物分泌出大量粘液，将水中不溶性杂质粘结一起，附着于设备和管道的内表面，阻碍水的流动和热交换，多耗电能，造成高压运行

为了解决空调系统诸多的问题，近几年来，在空调水系统包括外循环冷却水、冷冻水、采暖水推广应用物理法水处理技术已取得了很好的进展，空调机组、管线的结垢、腐蚀得到了很好的控制，对于确保空调使用寿命、降低能耗和长周期稳定运行发挥了很好的作用。

空调常用术语、计算公式及单位换算

冷、热负荷：为了维持房间温度恒定，单位时间内需要供给房间的冷热量，夏季为冷负荷，冬季为热负荷，常用单位W或KW；

制冷量：空调器进行制冷运行时，单位时间内，低压侧制冷剂在蒸发器中吸收的热量。常用单位为W或KW；设备制冷量应大于设计负荷。

公称压力（PN）：是在某温度下能长期稳定工作的耐压强度，bar

试验压力（Ps）：对制品进行强度试验的压力，指管道试压时的压力,一般为公称压力的1.5倍

公称直径（DN）：这是缘自金属管的管璧很薄，管外径与管内径相差无几，所以取管的外径与管的内径之平均值当作管径称呼。

无缝钢管：Φ45x2.5, Φ76x3.5, Φ89x3.5, Φ108x4, Φ133x4, Φ159x4.5，外径x壁厚 

风冷：与冷凝器换热的介质为空气，用风冷代替水冷的冷却水，无冷却水系统。

水冷：与冷凝器换热的介质为水（冷却水系统）

VRV：全称为Variable Refrigerant Volume系统,即制冷剂流量可变系统，它是在分体式空调机的基础上发展起来的。冷媒与空气直接换热，没有冷却水系统。

扬程：单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程，近似为泵出口和入口压力差 

比热：不同物质升高同样温度时，其需的热量是不一样的，单位质量物体温度升高一度，所需要的热量。水的热量为4.19kJ/ l kg . ℃ ，空气比热0.24kcal/ l kg . ℃ 。

性能系数：制冷（热）循环中产生的制冷（热）量与制冷（热）所耗功率之比为性能系数，制冷时称为能效比，用EER表示；制热时称为性能系数，用COP表示；

冷却塔：借助空气使水得到冷却的专用设备，一般安装在楼房的顶部，在制冷、电力、化工等许多行业中，从冷凝器等设备中排出的冷却水，都是经过冷却塔冷却后循环使用的。

制冷剂：制冷剂即制冷工质，是制冷系统中完成制冷循环的工作介质，制冷剂在蒸发器内吸取被冷却的对象的热量而蒸发，在冷凝器内将热量传递给周围空气或水而被冷凝成液体。制冷机借助制冷剂的状态变化，达到制冷的目的。

载冷剂：载冷剂是指在间接制冷系统中用以传送冷量的中间介质。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却后，送到冷却设备冷却，吸收被冷却物体或环境的热量，再返回蒸发器被制冷剂重新冷却，如此不断循环，以达到连续制冷的目的。

热泵：用人工的方法将低温区的热量移送到高温区，若转移热量是为了获得低于环境的温度需要，此种方法称为“制冷”；若为将低温区无用的热量移送到高温区成为用用的或用途更大的热量，此种方法称为“热泵”。制冷和热泵原理是相同的，机械设备也基本相同，但由于使用目的不一样，热力参数、结构强度要求不同。

水环热泵：由分散布置的水源热泵机组、水环路系统、散热装置、辅助热源和控制 系统组成的冷暖两用空调系统。水环热泵系统具有调节控制灵，同时供冷供热，运行节能，施工简便等特点。没有冷冻水系统，没有集分水器，没有机房。

水源热泵：水源热泵是一种利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流和湖泊），或者是人工再生水源（工业废水、地热尾水等）的既可供热又可制冷的节能空调系统。

地源/水源/水环热泵空调都是是利用地球表面或浅层水源作为冷热源，将低品位热能转化为用于供热的高品位热能以及用作制冷时的冷却水的空调系统。地源热泵系统以土壤作为低温热源，水源热泵系统利用湖水、河水、地下水、矿井水这样的自然水源作为冷热源，水环热泵是用一个循环水环路作为冷热源，当环路水温超过一定温度时，冷却系统启动，当水温低于一定温度时辅助加热系统启动。

常用单位换算：

1Mpa=1×10⁶Pa≈10公斤力

1m³/h≈1t/h≈16.667升/分钟≈0.278升/秒≈4.4加仑/分钟

1英寸≈25.4mm（例：8寸的管径≈DN200）    1加仑水≈3.785公斤水（美制）

物理法水处理技术的几种方式及机理

现在市场上物理法的水处理设备名称繁多，花样不断，令人眼花缭乱，但从根本的原理上来说的话，无非分以下几种方式：臭氧法、超声法、高压静电法、高频磁场法、微电解法、磁化法。

臭氧法的作用机理是：臭氧只对污垢有作用。循环冷却水系统中的水垢是污垢和水垢的结合体，污垢是由藻类微生物残骸及腐植物组成。臭氧是一种强氧化剂，它具有强杀生作有，用它可以有效地控制微生物的生长，减轻生物污垢而引起的垢下腐蚀，氧化垢层基质中的有机物成分，使垢层变松，脱落，从而达到阻垢的目的。

超声法的作用机理是：根据晶体生长动力学理论，诱导期是结垢过程诱发和起始阶段。分三步（1）已饱和溶液似稳态晶坯的产生，（2）壁面上稳定晶核的形成，（3）晶核的生长。诱导期无限制的延长，垢就难以形成。根据超声空化理论，超声技术实际上是利用超声空化效应，使CaCO₃晶体析出诱导期延长来达到阻垢的目的。

高压静法的作用机理是：高压静电发生器通过阴阳两电极，在水中形成高压静电场，受高压静电场的作用，水分子的偶极矩增大，盐类的正负离子被水偶极子包围，不能自由运动，碰撞结合成大分子沉淀，从而阻止了垢分子的形成。

高频法的作用机理是：高频电信号在水中形成高频电磁场，它使结合状的大分子断裂成单个小分子，使静电引力下降，有效磁撞减少，抑制钙镁等盐垢的折出。从而达到阻垢的目的。

微电解法的作用机理是：低压电子场作用于水中，水分子被激励，水分子的聚合度降低，它破坏了方解石（我们俗称的硬垢分子的结合力，盐类离子Ca²⁺,Mg²⁺等受到电场引力的作用。改变了垢分子的晶体结构，促使方文石松散的软垢）的产生，因为电场力为产生方文石结晶提供了特定的能量。

磁化法的作用机理是：被超强磁场磁化的磁化水较原水的表面张力，密度，溶解度等均增大了，同时超强磁场还能够使垢晶的晶格细化，这表明磁化阻垢技术实际上从水和垢体本身两个方面，防止CaCO₃的结晶析出来进行阻垢的。