湿球温度在空调冷却水系统中的应用分析

空调冷却水系统一般采用开式冷却塔，而开式冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去制冷空调中产生的热量的一种设备。进入冷却塔内的冷却水与被吸入塔内的干燥、低湿度室外空气之间存在着水分子的浓度差和动能压力差，在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸汽分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。可以看出，冷却水降温除与空气的干球温度有关，还与空气的湿球温度有关。只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低，这也就是潜热交换。但是，水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。当与水接触的空气不饱和时，水分子不断地向空气中蒸发，但当水气接触面上的空气达到饱和时，水分子就蒸发不出去，而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量，水温保持不变。所以理想化的冷却塔出水温度最低等于室外空气的湿球温度。由此可以看出，与水接触的空气越干燥(湿球温度越低)，蒸发就越容易进行，水温就容易降低。可见室外空气的湿球温度也是制约一台冷却塔散热能力的因素之一。

在很多工程案例中，开式冷却塔的风机启停或转速控制通常是把出水温度与出水温度设定值进行比较，以决定风机的启停或转速。对于压缩式制冷机，进入机组的冷却水水温越低，机组的制冷量也有所提高。

       图1　冷却水温与制冷量的关系

图1是某品牌压缩式制冷机冷却水温与制冷量的曲线图，其额定工况在冷却水29.4℃时制冷量为1934kW，随着冷却水温的降低，机组的制冷量可提升到2261kW。所以通常希望冷却塔的出水温度较低，因此会把出水温度设定值设得较低，如21℃。这样就会产生这样的一个问题：在夏季，冷却塔的出水温度往往远高于21℃，所以根据上述的控制逻辑冷却塔风机会全开或满转速。冷却塔风机没有任何的节能可能。

现用室外湿球温度+冷幅作为冷却塔出水温度设定值，冷却塔出水温度与该设定值进行比较来控制冷却塔风机的启停或转速调节。冷幅是指出水温度与湿球温度的差值。冷幅虽然与冷却塔性能、室外干球温度有关,但在夏季可以近似认为该值不变。

以上这种控制冷却塔风机的最大好处是：当出水温度接近于室外湿球温度+冷幅时，说明在该室外空气条件下冷却塔已达到了最大的散热性能，再多开冷却塔风机也不能或降不了多少出水温度。这种情况下就有可能因少开风机而节能。

冬季利用冷却塔来免费制冷也需确切地知道室外空气湿球温度。如需要7℃的冷水，板式换热器换热温差是2℃，冷却塔的冷幅是4℃，可知此时的室外湿球温度必须≤1℃才能制取7℃冷水，从而具备免费供冷能力。这样，室外湿球温度就成了判断是否使用冷却塔免费取冷的依据。

在很多离心式冷水机组的选型样本中标明：表中的制冷量依据下述条件而定：冷水进水温度12℃，冷水出水温度7℃；冷却水进水温度32℃，冷却水出水温度37℃。而螺杆式冷水机组选型样本中标明：表中的制冷量依据下述条件而定：冷水进水温度12℃，冷水出水温度7℃；冷却水进水温度30℃，冷却水出水温度35℃。

在中南部地区，湿球温度一般在27~29℃之间，所以很多设计院在选冷却塔时，冷却水的供回水温度设计为：32/37℃，湿球温度：28℃，然后根据项目所在地的湿球温度进行冷却塔水流量的修正。实践证明：冷却塔选取的流量适当加大10~20%，对冷水机组的制冷效果有显著的提高。