論中央空調(diào)水冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)——淺談小球在線清洗
論中央空調(diào)水冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)——淺談小球在線清洗
一、冷凝器膠球自動在線清洗概述：
中央空調(diào)系統(tǒng)作為建筑內(nèi)的耗電大戶，對于大型用電用戶來說，中央空調(diào)的用電占有很大的比重，每年的電費中空調(diào)耗電占30%-60%左右。提高中央空調(diào)運行效率，降低用電量，將大大減輕整棟樓宇的用電壓力。中央空調(diào)冷凝器，是中央空調(diào)關(guān)鍵的換熱設(shè)備，它的性能、指標(biāo)直接影響到中央空調(diào)的制冷及節(jié)能效果。下圖是中央空調(diào)系統(tǒng)及建筑物內(nèi)各子系統(tǒng)正常情況下耗電圖，由此可見主機耗電占有相當(dāng)大的比例。
（中央空調(diào)系統(tǒng)及建筑物內(nèi)各子系統(tǒng)正常情況下耗電圖）
根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的運行原理，主機運行一段時間后，即在冷凝器換熱管內(nèi)表面結(jié)下一層污垢，影響機組正常換熱。從而降低機組能效比，增加中央空調(diào)主機的耗電量，此時主機的耗電率將提高，同時也減少設(shè)備的使用壽命。
二、中央空調(diào)水冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)影響能耗因素：
中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)是一個開式冷卻循環(huán)系統(tǒng)，在冷卻塔處大多是與大氣連通的，空氣中的灰塵、細(xì)菌及其他污雜物的不斷進(jìn)入冷卻塔，冷卻塔運行換熱時還有冷卻水飄移、蒸發(fā)損失水量，需要及時的補充水，這些補充水也有機會帶進(jìn)泥污、細(xì)菌和鈣、鎂離子及氧化物。自來水作為補充水未經(jīng)過各種處理，在輸送過程和末端蓄水池也會有二次污染。這些物質(zhì)隨時污染并附著在冷凝器管內(nèi)壁，水中的鈣、鎂離子或氧化物遇到水中的二氧化碳，在高溫時易生成碳酸鈣、碳酸鎂，這種不溶的鹽附著在冷凝器銅管內(nèi)壁，叫水垢，與泥污、菌藻粘合，不斷加大了銅管內(nèi)壁的熱阻，降低冷凝器的換熱效率。在同等冷負(fù)荷下，中央空調(diào)壓縮機必須增加工作負(fù)荷，以產(chǎn)生同等制冷量，系統(tǒng)能耗因此上升。
根據(jù)業(yè)人士的深入調(diào)查，由于水質(zhì)原因，當(dāng)中央空調(diào)冷凝管內(nèi)水垢厚度一般在0.9㎜左右，比正常能耗多出15%-30%，以一臺450冷噸的中央空調(diào)來說，每天運轉(zhuǎn)12小時，每年運轉(zhuǎn)時間8個月，就多耗電量約16萬度，而且還不計不斷增厚的水垢的增值能耗。水垢和污泥阻礙了換熱銅管的熱交換，降低了熱交換效率，提高冷凝溫度，使整套制冷系統(tǒng)的效率因為冷凝溫度的提高而降低。即在產(chǎn)生相同的冷量的情況下，大大增加了電量的消耗。參照美國PhilipKotz機構(gòu)的研究數(shù)據(jù)如下：
當(dāng)水垢厚度達(dá)到熱交換將損失耗電將增加
0.3mm21%10%
0.6mm34%20%
0.9mm44%31%
由上表可以
看出污垢厚度的減少與熱損失的大小成正比關(guān)系，所以及時清除換熱管內(nèi)壁的污垢，可以有效地減小熱交換損失，減小耗電量。
三、藥物清洗：
傳統(tǒng)化學(xué)清洗：目前擁有使用中央空調(diào)的單位，基本上是在冷卻水中不斷加入化學(xué)藥劑除垢或是在使用結(jié)束后開啟冷凝器端蓋人工進(jìn)行清洗的清洗方式，進(jìn)行一次集中性的除垢操作，簡稱通炮。拆開端蓋，加入克垢藥水，利用水泵進(jìn)行循環(huán)清洗，一般運行10-48小時。再輔助進(jìn)行人工清洗，可將冷凝器水垢清除完畢。
缺點：排放出的化學(xué)污水，直接排放至地下和土壤，對環(huán)境有一定污染。
四、中央空調(diào)水冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)-小球在線清洗：
（一）、概況
目前國內(nèi)外生產(chǎn)的冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)品牌較多，根據(jù)送回球動力源分類大至有三種：
1、壓縮空氣送回球，需配空壓機、蓄氣罐等；（見圖一）
2、冷卻水管上下段自身壓差送回球，收球時要向系統(tǒng)外排水形成壓差進(jìn)行回球。（見圖二）
3、水泵加壓送回球，另配DN40小功率水泵、電動閥等。(見圖三)
實際運行中三種類型的設(shè)備和系統(tǒng)，仍存在各自的缺陷，現(xiàn)列舉分析如下：
（二）、壓縮空氣為動力源的冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)
(圖一)
1.空氣壓縮機有較大的機械磨損及震動噪音，磨損壽命短；
2.空氣進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)有氣蝕氣堵；
3.回球有排氣排水，有水耗。（見圖一）
（三）、冷卻水管上下段壓差送回球
（圖二）
1.出回球1次要排1次水，約100～150L，系統(tǒng)水耗大；
2.球水分離器分離段未加大管徑，內(nèi)部隔柵和彎頭等因減小過水截面積而增加了水阻，約10KPa～30KPa，即增加了冷卻水泵額外功耗；
3.分離網(wǎng)無法單獨拆除更換或維修，需冷卻水系統(tǒng)停止運行并放水，整個分離器拆除才能拆換濾網(wǎng)；
4.沒有外加流體動力送回球，僅靠水管上下段壓差送回球，因上下段水壓差實際不大，所以送回球慢，容易卡球，造成回球不全。
（四）、水泵作為動力源的冷凝器膠球自動在線清洗系統(tǒng)
（圖三）
冷凝器膠球自動在線清洗裝置工作原理
冷凝器膠球自動在線清洗裝置采用純物理方法，利用系統(tǒng)自帶水泵加壓，將清洗膠球從注球器發(fā)送到冷凝器中，依靠水流產(chǎn)生的沖刷力和膠球與換熱管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力擦洗掉換熱管內(nèi)壁的水垢、污垢以及微生物膜。在冷卻水出口端通過回球器利用水流力學(xué)原理將球回收至注球器，從而完成一次清洗循環(huán)。
冷凝器膠球自動在線清洗裝置系統(tǒng)構(gòu)成
主要部件：注球器、回球器、球體分離器、PES智能可編程控制器等組合而成的成套設(shè)備系統(tǒng)。
1.注球器：利用系統(tǒng)自帶水流力學(xué)原理，將小球從注球器注入冷卻水管，注球器帶可視窗口，可觀察球體狀態(tài)。
2.回球器：利用水流力學(xué)原理，將小球收回到球體分離器。
3.球體分離器：利用水流力學(xué)原理，使小球返回到注球器。
4.PES智能可編程控制柜：該系統(tǒng)利用程序控制整個清洗過程，可實現(xiàn)手自動。
冷凝器膠球自動在線清洗裝置系統(tǒng)優(yōu)點與特點
1.采用物理方式無需停機，在線自動清洗；
2.系統(tǒng)安裝方便，無需改變現(xiàn)有的管道設(shè)計；
3.可實現(xiàn)PES系統(tǒng)自動運行；
4.與化學(xué)清洗方法相比，無化學(xué)污染；
5.球水分離器仍有回球死角，使回球慢，回球不完全現(xiàn)象；
6.膠球磨損快，每年需更換1-2次，維護(hù)費用高。
冷凝器膠球自動在線清洗裝置現(xiàn)狀描述：
PES中央空調(diào)智能清洗系統(tǒng)，從2012年5月開始運行至今，在2013年夏季運行期間，同期相比能耗無顯著變化（室外溫度、負(fù)荷不同），且出現(xiàn)幾次回球不完全情況發(fā)生。
空調(diào)主機或冷卻水泵正常運行以后，啟動PES在線清洗系統(tǒng)，運行時工程值班人員需觀察4-5個運行周期，以下為控制柜運行指示顯示：
至下為：電源——運行——注球——回球。先保證空調(diào)冷卻水為穩(wěn)定的流動狀態(tài)。
系統(tǒng)啟動時：
（1）注球燈點亮——開始注球——同時開始循環(huán)（時間為35秒左右）——小球到達(dá)球體分離器——兩個循環(huán)同時停止（兩個循環(huán)為注球時水流循環(huán)與小球循環(huán)）；間隔25秒左右；
（2）回球時水流循環(huán)與小球循環(huán)同時開始——循環(huán)時間為35秒左右——小球到達(dá)注球器后——兩個循環(huán)停止——整個小球循環(huán)結(jié)束。
經(jīng)觀察，以上兩個步驟完成整個循環(huán)周期，一個周期大概2分鐘。
以下為主要冷凝器膠球自動在線清洗裝置設(shè)備安裝現(xiàn)場：
五、其他情況造成卡球和丟失球原因：
1、冷凝器銅管有異物形成半堵塞，水過得了，球過不了。所以安裝前得嚴(yán)格通炮，每條銅管完全暢通，不可敷衍取代。
2、前面介紹的二型產(chǎn)品，當(dāng)冷卻水停止，而自動清洗系統(tǒng)未停，小球會通過反方向進(jìn)入電磁閥和水泵卡死或打碎，須有相應(yīng)的電控及機械阻逆措施。
3、三型產(chǎn)品球水分離器數(shù)百個焊點的隔柵條容易脫焊，小球穿過大于球外徑的縫隙去了冷卻塔，也較常見。隔柵工藝應(yīng)改進(jìn)。
4、當(dāng)送球過程未結(jié)束，冷卻水停止循環(huán)流動，部分小球還在冷凝器入水端或銅管中，下次再開冷卻水時，小球此時是從0速度的靜態(tài)開始運動，小球運行要克服它與銅管間的靜摩擦力（比動摩擦力大很多），同時它是從0速度開始運動，小球自身沒有動量，僅靠流動的水壓靜力推動，比在運動中的小球向前動能要小一個1/2mv^2此時小球稍有過盈，就容易卡死在進(jìn)水銅管口和銅管中。
六、防止和減少海綿球丟失的幾個措施：
1、安裝冷凝器膠球自動在線清洗裝置系統(tǒng)前，需嚴(yán)格通炮，必須拆開冷凝器兩頭的端蓋，逐條通刷銅管，刷去銅管內(nèi)的堵塞物，并嚴(yán)格處理進(jìn)水端銅管口的毛刺、不圓堵塞物，直至光潔圓滑為止。測量銅管內(nèi)徑，以便選擇適當(dāng)外徑的海綿球，保證海綿球進(jìn)出流暢。
2、自動清洗系統(tǒng)送球進(jìn)水管口加沖孔濾芯，使水可進(jìn)，球不可入。送回球控制系統(tǒng)動作與空調(diào)主機開停連鎖，主機開停清洗系統(tǒng)也開停；主機停止，清洗系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)換到回球并完成回球過程停止。
3、隔柵式分離網(wǎng)有數(shù)百個焊點，建議改為沖孔不銹鋼板網(wǎng)，δ=1.5，整個分離濾芯只有1～2條焊縫而不是點焊，減少焊點脫焊、漏球的可能。
4、減小和消除回球死角，減少海綿球在分離器內(nèi)的滯留。如無法減小回球死角，則要延長停主機后冷卻泵的停機時間，使系統(tǒng)有充分時間收回海綿球。
七、結(jié)論：
以上無能那種形式的在線自動清洗系統(tǒng)，都會發(fā)生回球不全，且小球磨損后的更換成本增加，即清洗用的膠球5-8元/個，總數(shù)為冷凝器管束的三分之一。一年更換2-4次，那么較大的機型主機，一年更換膠球的費用在幾百至一千多元。
一般新機組的趨近溫度為1.2-1.5℃（工質(zhì)冷凝溫度-冷卻水出水溫度），接管驗收時對水系統(tǒng)進(jìn)行全面的清洗、預(yù)膜后的水系統(tǒng)，后期嚴(yán)格按照保養(yǎng)、管理流程操作，在3-5年內(nèi)都不需要進(jìn)行開蓋“通炮”清洗，而大部分寫字樓宇每日開機時間在10小時左右，冬季停機檢修時間段，有大量的空閑時間，通過人工清洗的方式清洗冷卻水系統(tǒng)，且中央空調(diào)設(shè)計的水系統(tǒng)中都配置軟水裝置，人工成本低，只要每年停機保養(yǎng)工作做得完善，保障機組冷凝趨近值1.2-2.0℃之間，機組的能耗不會有較大增加。
但處于熱帶、亞熱帶氣候地區(qū)的工廠、機場等，需要24小時空調(diào)運行的冷水機組冷凝器，采用小球在線清洗系統(tǒng)是合適的。
目前一臺要10幾萬元，國產(chǎn)設(shè)備4-8萬元一臺。需要重視的是，有些國產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)，以次充好，或邊賣產(chǎn)品邊改進(jìn)，目前該產(chǎn)品的國產(chǎn)品牌原本就不多，經(jīng)過長期運行考驗的暫時沒有。所以，相對于人工清洗冷凝器，我國的一般民用建筑采用冷凝器膠球自動在線清洗裝置在經(jīng)濟(jì)上是不劃算的。
如要真正實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，還得從以下幾方面考慮：
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，商用建筑賓館、飯店、大中型商場的大量興建，但由于片面追求建筑物外形的獨特而忽視了節(jié)能。目前在國內(nèi)興建的采用中央空調(diào)的場所普遍存在著高能耗問題。一般來說，空調(diào)能耗占到建筑能耗的50-60%，由于空調(diào)設(shè)計時其負(fù)荷均按高環(huán)境溫度設(shè)計，而高環(huán)境溫度對一個城市來說也只是一個月，所以絕大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)（主機、冷凍水泵風(fēng)機等）大部分時間處于“大馬拉小車”的運行狀態(tài)，這就造成了資源的很大浪費。根據(jù)這樣的情況,若使用先進(jìn)的智能變頻技術(shù)，即根據(jù)系統(tǒng)的變化而自動調(diào)整檢測空調(diào)主機和水泵風(fēng)機的負(fù)荷參數(shù)。達(dá)到負(fù)荷的供需平衡后，空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)能20%以上。
中央空調(diào)要想達(dá)到良好的節(jié)能效果，還得從以下幾方面考慮：
減少循環(huán)水泵電機的能耗；中央空調(diào)系統(tǒng)中的循環(huán)水泵耗電量非常大，其水泵的耗電量占整個空調(diào)系統(tǒng)耗電量的15-30%，所以水泵節(jié)能非常重要，其節(jié)能潛力也很大。
減少風(fēng)機電耗；中央空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機包括空調(diào)風(fēng)機、排風(fēng)機。這些設(shè)備的電耗占空調(diào)系統(tǒng)耗電量的75%，所以其節(jié)能的潛力也就是大的。使用智能變頻風(fēng)機將定風(fēng)量控制改為變風(fēng)量控制，降低送風(fēng)的風(fēng)速，減少噪音，末端風(fēng)機改為變風(fēng)量控制系統(tǒng)，可根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化及室內(nèi)要求參數(shù)的改變自動調(diào)節(jié)空調(diào)送風(fēng)量，達(dá)到小送風(fēng)量時調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，大限度的減少風(fēng)機動力以節(jié)約能源。室內(nèi)無過冷或過熱的現(xiàn)象，由此可減少空調(diào)負(fù)荷約5-30%。
水系統(tǒng)采用變流量模糊控制變頻節(jié)能技術(shù)；在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷卻水泵，冷凍水泵和冷卻塔風(fēng)機的容量是按照建筑物大設(shè)計熱負(fù)荷選定的，且留有10-15%的余量。在一年四季中，系統(tǒng)長期在固定的大水流量下工作，由于季節(jié)、晝夜采用負(fù)荷的不斷變化，空調(diào)實際的熱負(fù)荷絕大多數(shù)時間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計負(fù)荷低。與決定水泵流量壓力的大設(shè)計負(fù)荷（負(fù)荷率為100%）相比，一年中負(fù)荷率小于50%的運行小時數(shù)約占全部運行時間的50%以上。當(dāng)空調(diào)冷負(fù)荷發(fā)生變化時，所需空調(diào)冷卻循環(huán)水量也隨負(fù)荷相應(yīng)變化，空調(diào)水供回水溫差越大,空調(diào)水流量越小,水泵的耗電量就越小,所以采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，就可以連續(xù)地改變水泵的揚程，大幅度降低水系統(tǒng)的能耗。
使用智能控制系統(tǒng)；目前的中央空調(diào)大多數(shù)未設(shè)空調(diào)自控，其設(shè)備投入運行均由人工完成。這使得空調(diào)系統(tǒng)的運行管理極為不便，能耗大大增加。若加裝空調(diào)智能的自控系統(tǒng)，即使是簡單的啟�？刂疲部纱蟠蠊�(jié)省空調(diào)能耗，另外也容易實現(xiàn)空調(diào)末端溫度的靈活設(shè)置。
總之，要想使中央空調(diào)系統(tǒng)徹底改變能耗的問題，目前好的辦法是利用中央空調(diào)的節(jié)能器，使系統(tǒng)運行在經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下，節(jié)電率可達(dá)20%以上，而且保護(hù)功能全面，并且具有投資回收期短，效率高的特點。
