摘要：近年来，我国“双碳”工作实现了良好开局，发展方式向绿色转型迈出了坚实步伐。在供热及制冷领域，节能降耗是实现“双碳”目标的重要途径。本文以天津某高校冷却水系统的改造为例，通过分析造成制冷能耗过高可能的影响因素，逐一排查，确定了冷却塔换热效率低、制冷机运行工况差、冷却水系统循环阻力大等3个主要因素，提出了更换冷却塔，调整原有冷却水系统管径等措施，有效解决了该高校制冷机组夏季冷却水温度过高停机、能耗过高的问题，保障了制冷机组稳定运行，降低了各项能耗，实现了降低碳排放的目标。

关键词：“双碳” 制冷系统 冷却水系统 节能降耗

1研究背景及理论意义

人民日报出版社《双碳目标与绿色低碳发展十四讲》中指出：“2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标（简称“双碳”目标），不仅是应对全球气候变化、履行国际义务的要求，更是自身可持续发展的内在需求，与高质量发展和美丽中国建设目标高度一致”。因此为实现“双碳”目标，需对能耗较高的设备和系统进行优化升级，实现企业节能降碳、绿色发展。

冷却水系统是制冷系统重要的换热系统，主要由冷却塔及冷却水泵组成，冷却水泵主要作用为输送冷却介质，降低冷机的冷凝器温度。冷却塔为冷源设备，工作原理是将冷机运行产出的高温冷却水雾化，小液滴在填料表面形成水膜，水膜与空气充分接触，通过对流的显热传递和蒸发的潜热传递将热量散出; 通过集水盘将低温冷却水收集后再次输送回机组。传热介质为水，整个换热过程中用水量、耗电量巨大，为实现节能降碳，避免能源浪费，保障冷却塔正常运行和提高冷却塔的运行效率至关重要。[1]

2概况

该天津高校制冷机组总制冷负荷约1100kW，制冷机房设置在地上一层，采用1台制冷功率1070kW的螺杆式冷水机组，COP为5.0，冷冻水设计供回温度7℃/12℃，选用2台逆流式开式圆形玻璃钢冷却塔，单台循环水量为125t/h，电机功率4kW，冷却塔的设计进回水温度35/30℃。冷却水循环泵及冷冻水循环泵均为一用一备。

集中制冷运行时间为每年6月至9月约96天，每日运行14h，设计由制冷机的3台压缩机对输出功率12%～100%无极调节，出水温度在9℃左右，但在负荷较大时启动3台压缩机频繁出现冷却水温过高停机的故障，需手动对冷却水箱补充自来水降温。故系统在夏季运行期间最高制冷功率在50%～70%左右，制冷效率较低，无法有效承担起末端全部负荷。

3 制冷系统分析及解决方案

3.1 系统分析

原有制冷系统机房内水冷机组及冷却水箱等设备占地空间大，管道布置的空间较小，原管道为便于施工，弯头较多，管径选型偏小，冷却水总管径与进3台压缩机的支路管径相同均为DN125（冷却水流量120t/h时，比摩阻约为873Pa/m），管道沿程及局部阻力较大。

经核算，冷却水系统最大运行流量不满足两台冷却塔共计250t/h的额定流量，冷却水经布水器喷淋后，水滴在填料表面无法有效形成水膜，在填料表面停留时间变短，与空气的换热效果变差。也不满足制冷机冷却水230t/h的最小额定流量，冷凝器无法有效向外输送热量，为制冷机频繁停机的主要原因。

3.2 设备分析

原冷却塔为两台单台额定流量125t/h圆形逆流式玻璃钢冷却塔，已运行5年以上，内部检查后发现填料结垢老化情况较为严重，已在填料表面形成生物质膜传热效率降低[2]，且已出现填料粉碎现象。对塔体外观检查发现龙骨已出现断裂，运行中填料粘水后重量增大，在风机气流与填料形成的共振下，存在冷却塔倾斜、坍塌的风险，有极大的安全隐患，需进行更换。[3]

3.3 改造实施

3.3.1 冷却塔优化选型

根据设备运行要求，重新选型1台开式方形横流式冷却塔，设计循环流量280m³/h，湿球温度27℃下，进出水温度35℃/30℃，两台轴流风机可进行变频调速。相比原有逆流式冷却塔，新选型的横流式冷却塔以下优点：

循环水量大，填料换热面积更大，水膜更持久，散热效果好。

进风口面积更大，风道阻力更小，降低了风道及水流冲击的噪声。

集水盘更大，替代冷却水箱，节约了制冷机房空间。

塔内空间较大，便于日常维护，延长了使用寿命。

3.3.2 冷却水管道优化布局

根据分析结果，针对管道设计不合理的问题，经过水力计算后，进行了调整和优化，增大了冷却水总管径，并利用开过墙孔的方式，减少了冷却水管道弯头，优化了管道布局，减少了系统阻力，提高了运行流量，降低了冷却水系统的输送能耗。

4设备运行分析

更换为横流式冷却塔后，冷却塔噪声由56db降低至50db，制冷机功率在70%以下时，一台冷却塔风机即可满足冷却水系统运行需求，制冷机功率在100%时，两台冷却塔风机同时运行，未发生停机现象，制冷机输出冷冻水温度可达到7～9℃，平均下降了2～3℃，提升制冷机组的制冷效率。管道重新设计后，循环泵可进行变频运行，降低了运行电耗。

5 结语

以“双碳”为目标，推进绿色发展，制冷机组冷却水系统改造和分析具有切实可行的意义，结合某高校制冷机组能耗过高的问题，提出了更换冷却塔及调整并优化冷却水循环系统的思路，有效解决了该高校制冷机组夏季冷却水温度过高停机、制冷机组能耗过高的问题，保障了制冷机组夏季稳定运行，实现了降低了电耗6.95万度、减少低碳排放39.63t CO2的成果。

该项目在实践中具有指导性，针对此类问题，需要在运行期间，加强对运行能耗的控制和分析，确定影响能耗的各类因素，及时采取具有可行性的方案进行改造和治理，通过对现有系统和设备的不利环节进行优化和更新改造，挖掘企业节能潜力，实现“双碳”目标。

参考文献

[1] 黄凯良，郝禹翔，冯国会，王贵强，李旭林.基于工程实测的开式冷却塔改造优化分析[J]沈阳建筑大学学报（自然科学版），2023（1）：155-161.

[2] 刘福康.循环水冷却塔填料污堵原因分析及处理[J]科技与创新，2023（16）：113-115.

[3] 廖世伟.闭式水系统夏季水温高分析与综合整治[J]设备管理与维修，2022（10）：71-74.