制冷站冷却塔节能控制策略优化探讨

邵文帅

摘要：在大型交通枢纽中，制冷空调系统的电能消耗约占总能耗的40%，冷却水温度是影响制冷机组效率的关键因素，因此，如何在付出较少代价的前提下进一步降低冷却水温度成为提高制冷机组效率、实现整个制冷系统节能降耗的关键。

关键词：制冷站；冷却塔；节能控制；策略

1冷却塔风机优化节能控制系统原理

经过实践冷却塔风机的工作能力与外界的气候变化有着很大的关系，具体体现在：一是为了调整出水温度，采取人工调整风机作业以及调整风机角度问题，这样会增加人工劳动量，而且还存在安全隐患；二是频繁的启动冷却塔风机会增加设备故障发生率，尤其是瞬间风机启动会造成电流冲击，造成电能浪费。基于该问题，需要设计节能控制系统。冷却塔风机闭环节能控制系统原理：冷却塔出水温度主要是通过风机的风量控制的，而风量大小则是通过转速实现的，因此通过在出水管上安装带有温度传感器的控制设备，实现对水温的自动控制以此实现节能优化控制，比如当出水管的温度高于设定值后，PLC控制变频就会增加风机的转速以此降温，当出水温度低于设定值时，控制器同样就会降低风机的转速以此将出水温度控制在一定的范围内。

2制冷站冷却塔节能控制策略

2.1采用模拟手段改善冷却塔流场

冷却塔内空气流动时经过的通道十分复杂，如气流经过入口转弯、淋水填料入口与出口的突然收缩和扩大、收水器中气流转折及气液分离、风筒入口和出口的转弯变化等过程.气流的急剧变化使得流动的阻力加大，冷却塔风机静压增大，还有流速的骤变更易引起气流分离等问题.这种现象使得冷却塔耗能增加，塔内风速分布不均匀.比如，模拟研究发现，一定条件下气流在冷却塔流场中的压力比在5～8时，就要设计导流檐，否则入口气流的涡流，有时会造成通过塔壁周围填料的风速仅为整个冷却塔填料平均风速的20%，而这部分填料面积约占整个填料面积的10%～20%.于是这些填料难以充分发挥散热作用，热力性能就达不到设计要求.流场模拟时可以通过模拟流体的流动、换热等物理现象，在较短的时间内预测冷却塔内的流场，为实验提供指导，并为设计提供参考.模拟后通过较少的实验验证，即可获得更为准确的设计依据，使得空气流在冷却塔内的流道合理紧凑，零部件的阻力进一步减小，使冷却塔节能技术的发展更迅速.为了使冷却塔的节能技术得到健康有序地发展，相关机构拟定了节能冷却塔的标准，如CQC3136—2012，使冷却塔节能的量化指标有了评价与遵循的依据.

2.2冷却塔风机优化控制系统的实际应用

为切实提高冷却塔风机的运行效果，经过论证该系统在企业生产中投入使用，经过安装于调试，该系统可以准确的反映风机的运行状态，具有很好的实际应用效果：一是降低了企业的费用支出，通过应用该控制系统，降低了企业的电费支出，从而提高了企业的经济效益；二是大大提高了风机的运行安全，并且延长了使用寿命，避免了因为传统风机运行簸动较大，而存在的安全隐患，降低了安全事故的发生；三是降低了冷却塔风机的故障发生率，通过应用变频技术可以对风机的运行情况进行及时的了解，从而实现了能源节能化生产，因此具有很好的推广价值。

2.3风机的控制

利用温度调节器控制风机的开停。当室外空气温度逐步下降时，冷却塔的冷却能力则逐步增强，此时可以根据需要停止风机的运行，以达到节能的效果。通过智能控制改变风机电机的频率，最终改变风机的转速。冷却塔的智能装置会根据具体情况来调整风机的转速，可以达到节能的效果和延长设备的使用周期。控制风机运行台数。空调系统冷却的热负荷改变和室外气温的变化都会影响冷却塔的运行工况，冷却塔的智能装置会根据具体情况来调整风机运行的的台数，从而降低冷却塔的能耗。

2.4循环冷却水系统的水质管理

在讨论冷却塔运行节能时，循环冷却水的水质处理是常常被忽略的一个问题.但是循环水处理对冷却塔节能同样重要.要使冷却塔长期稳定高效运行，必须对循环水水质加以控制.因为冷却塔主要是靠蒸发传质进行热量的传递.随着循环水中水分子的蒸发，其钙镁离子浓度不断加大，于是结垢问题变得突出.污垢往往存在于冷却塔构件上，影响冷却塔通风，造成通风阻力增加，风机耗功增加.结垢严重时也同样影响布水，水流经填料的通道变小，循环水难以通过，甚至会造成填料的坍塌.目前市场上采用物理、化学等多种方法改善循环水水质，使得循环水少结垢或延缓结垢，以确保冷却塔长期处于良好的运行状态，大大延长其性能衰减的时间.常见的化学处理方法是在循环水中加入阻垢剂和杀菌灭藻剂等减缓循环管路、换热器壁面及冷却塔内污垢的生成；也有在循环水中加入臭氧作为杀菌剂破坏微生物的生存环境，使污垢难以附着在循环系统的构件上，从而提高冷却塔换热效率，使冷却塔节能效果在长期运行中得以积累.

2.5冷却塔风机变频调速控制要点

（1）由于冷却塔风机传动部分的转动惯量一般较大，给定的加减速时间较长，如30-50s。（2）在实际运行中，由于外界风的影响，冷却风机经常发生旋转。此时，如果变频器启动，电机将进入再生状态并导致故障跳闸。变频器的启动方式应设定为转速跟踪重启，这样在变频器启动前通过检测电机的转速和方向，就可以实现旋转电机的平稳无冲击启动。（3）由于是普通电机，应设定最小工作频率，以保持电机适当的温升，频率下限通常为20Hz。（4）为了防止冷却风机在较宽的工作频率范围（一般为20-50Hz）内以某一特定转速发生机械共振，在试运行时应对此情况进行分析，并采用修改参数的方法，将系统的固有频率列为跳变频率。（5）风机在闭环控制下的工作主要是随水温的变化而变化，但由于水温变化的波动性和随机性，会导致风机转速的振动变化，而变频器的变化主要是由内部元件的充放电来完成的，因此从某种意义上讲，它对冷却塔风机的部件影响很大，所以采用了变频信号离散化处理：转速的离散步进控制方法，即根据每一转速下的风量和风压，测量风机在每一转速下的效率，找到高效转速点，将高效转速点设定为离散步进式控制点，使风机的工作频率尽可能接近最佳工作点，实现最大限度的节能。

结论

从分析冷却塔的特点和影响冷却塔冷却能力的因素可以知道，冷却塔的节能有多条途径，而且随着社会的发展和研究工作的不断深入，还会有更多更好的方法出现。在以上分析的各种方法中，每种方法都有自己的优点和缺点，我们应该充分认识这些优点和缺点，发现它们之间的相同点和不同点，尽可能的克服它们的缺点或改进它们的缺点，也尽可能的发挥它们的优势。对于每一个项目，我们应该从多方面考虑，结合具体问题进行具体分析，找出最适合工程项目的方法，符合国家有关节能的要求，最终达到令人满意的节能效果。

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