幾種不同類型的空調冷凝器自動清洗系統存在的缺陷 及改進的探討《三》
本文對比了現在市場上流行的幾種空調冷凝器自動清洗系統的優劣，并結合一種工藝技術，分析了其存在的水阻、功耗和清洗球損耗，指出了其存在的不足；提出了一種新型實用的物理水處理方式。
深圳市新怡空調設備有限公司 羅碧玉
Shenzhen xinyi air－condition equipment co.ltd Luo Bi yu
深圳市職業技術學院 程瑞端 秋石
Shenzhen professional technics college Doctor Cheng Rui duan Qiu shi
摘要：本文對比了現在市場上流行的幾種空調冷凝器自動清洗系統的優劣，并結合一種工藝技術，分析了其存在的水阻、功耗和清洗球損耗，指出了其存在的不足；提出了一種新型實用的物理水處理方式。
Abstract: this article compare several kinds of automatic clean system of air-condition condenser. Combining a kind of technics, we analyse resistance, power consume and the ball consume. point out disadvantage and index a kind of new practical way to physical disposal of water.
關鍵詞：冷凝器 水阻 自動清洗 節能減排 物理水處理
Key words: Condenser water resistance automatic clean energy-saving and reduce emission physical disposal of water.
空調冷凝器自動清洗系統的誕生和應用，對于水冷卻中央空調主機的節能運行，減少污染和化學排放起到了以往傳統工藝無可取代的作用。而以往的討論只局限在它為什么能省電？省多少電？卡球有哪些因素？排氣排水的負面影響？而球水分離器的不合理設計所增加的水阻和電耗，送回球泵及系統因設計不合理而造成的額外耗電和球損等卻被忽略了。我們欣喜地知道深圳市節能行業將要制定《冷凝器在線自動清洗系統行業標準》，這說明深圳市的節能減排主管部門、同行業企業和學術界對該《行業標準》的科學性，成熟性及實用性承擔更大的責任和使命。我們有一種高興之余的沉重！這是迫使我們進行探討《三》的原因：
目前國內市場仍是老技術居多，而有些產品仍存在較嚴重的缺陷，是不適宜作為《行業標準》來推介的。有一種起步早的國產技術，其基本技術延用了熱電廠的冷凝器球清洗技術，不在我們以前分析的三種送回球方式之列。為了方便分析，我們暫稱為“四”型。該產品宣稱的“優點”是設備少，管路簡單，控制簡單；主要設備是1臺多級泵，1個球水分離器；送回球共1個回路，較二型產品少了一個回路；控制簡單，只是控制1臺多級泵的定時開停。而達到送回球的目的。但這類早期產品的工藝在流體力學、熱力學、傳熱學和機械設計工藝存在原則缺陷。（見圖1）
現以四型產品的原理和主要部件與國內外先進技術做對照分析，不難看出四型產品的差距，供同行專家參考和探討。
1. 送回球回路對送回球泵功率的影響。
送回球合用同一回路與送回球分別用兩個不同的回路，對送回球泵的影響。
目前國內外先進技術送回球都分別用兩個不同回路，（見圖3）四型產品用同一個回路兼作送回球。（見圖1）
從圖1的回路和各點壓力數據來看，四型系統送回球途經是從冷凝器出水管P2點吸入通過多級泵送到冷凝器進水管P1點，而冷凝器進出水管間通常有約0.1MPa壓降，且進水管為高壓頭，出水管為低壓頭。也就是說該系統是從低壓端吸入到高壓端送出，給送回球泵增加了0.1MPa阻力，加上四型分離器約有30KPa的水阻，兩項合計增加了送回球泵的水阻約0.13MPa，這就是該系統必須用3KW～5.5KW的泵才能完成送回球，合理系統的泵功率0.75KW就能完成送回球，所以四型泵的功耗、磨損也是4～7倍。
2. 分離器構造對冷卻泵耗能的影響。
同心不變徑分離器與變徑偏心（Y型、T型）分離器對冷卻泵耗能的影響分析如下。
四型分離器與以前《探討》的三型類似，是在較短的距離不變徑的直管內進行球水分離。這種分離器的分離網過水面積小于主管截面的40%，因流速加大造成較大的局部水阻，無污堵時≥13 KPa ，有污堵時可達33 KPa（在項目中實測分離器兩端壓差）。設空調冷卻泵的工作揚程為H=20m，這種不變徑分離器的水阻，平均值為20 KPa，將會損耗冷卻泵功耗的約10%！當局部水阻為33KPa時，冷卻泵的額外功耗達16.5%?。ㄒ妶D2）
變徑偏心分離器的分離網過水面積是直管同心式的4-5倍，跟據雷諾實驗定律，局部水阻是四型分離器的1/16-1/25，對冷卻泵的額外增加能耗也是四型分離器的1/16～1/25。（見后面分析）
3. 送回球的事故磨損和自然磨損。
送回球經過水泵和不經過水泵對球耗球損的影響是不同的。
送回球經過水泵或電磁閥，是本行業的大忌！從以色列技術CQM，深圳市基正TBCS產品和深圳市新怡xy-abcs最新技術都有一個共同點，就是海綿球始終不經過水泵和電磁閥！送回球分別經過兩個不同回路，通過合理的控制，就是為了解決海綿球流經水泵或電磁閥這個“芯頭之患”！當海綿球流經水泵葉輪的吸入甩出時，極易被撕破、磨損、卡住，造成大量的球破壞、磨損和卡球。所以四型系統看起來是“省”了2條小水管、“省”了兩個電動三通閥、“省”了一個回收觀察器、“省”了兩個止回閥、“省”了嚴謹的送回球程序和時間控制，代價是大量的海綿球磨損、撕破、卡球。所以這類工藝只能承諾的回球率為24h≥96%，按照這樣一個等比數列的關系，初始加100個球，58天后系統內僅剩5個球。這類系統的換球加球周期小于60天，海綿球的損耗是典型的事故磨損。國內外先進技術回球率均為100%，換球加球周期大于兩年，這樣的海綿球損耗是自然磨損。海綿球自然磨損壽命是事故磨損壽命的12倍。
海綿球丟失的另一個原因：四型產品在某工地出現了加到1＃主機清洗用的海綿球意外的跑到2#主機里去了，分析圖1系統，當1#主機停機，冷凝器出水管電動閥關閉，送回球多級泵未停，在1#主機供水支管與供水干管交匯點，因送回球泵是高壓泵，在主支管交匯點支管壓力P2≥P1主管壓力，海綿球就會從1#主機進水支管進入主管，再由干管進入2#主機的支管而進入2#主機，這就是海綿球“神奇”地從1#主機跑到2#主機的必然原因。
4. 分離器的分離網及裝拆方式對保養維修的影響。
分離器的分離網及裝拆方式對保養維修的影響很大，因為四型分離網的拆裝更換非常困難，而分離網檢查、沖洗、維修更換是經常性的保養工作。四型分離器從側面兩個小檢修口根本無法完整取出分離網，只能分成多個小塊取出。這些小塊取出后，檢修沖洗完裝入又拼成整個分離網，要保證其密閉性、過水均勻、水阻小、整體強度有太多難度。結果不是水阻過大就是漏球。（見圖1-2）我們還看到有些這類分離器兩個檢修口也“省”了,就一個橄欖外形，如要沖洗保養檢修分離網，不知從何下手？（見圖1-2、圖2）
5. 不良熱短路對主機效率的影響
從圖1可見，該系統在送回球清洗的過程中，將經過加熱的冷凝熱水經送回球泵送到經過冷卻的冷卻水中，混合加入冷凝器，形成小回路的不良熱反饋。根據熱交換中的熱平衡方程，設空調主機為4OORT，冷卻水流量300M3/H，冷卻水出水35℃，進入30℃。送回球泵流量7L/S
V1T1+V2T2=V3T3(忽略損失)，熱交換前后熱容量不變
℃
可見一次不良熱循環可導致冷凝器進水溫度上升0.387℃，而且這是一種連續的短路加熱循環。按照冷凝溫度每升高1℃,主機約多損耗電3%的規律。冷卻水溫增加0.387℃，主機多耗電0.387x3%=1.16%，這種不良短路熱循環還將導致冷卻水溫的連續上升！主機因此實際多耗電>1.16%。這種水溫的上升，能耗增加的變化，在該系統送回球時間段是很容易直接測出的。
這是在熱傳遞中容易忽略，十分重要的熱短路現象！
6. Y型T型分離器
國內外先進技術為什么都用Y型T型分離器？而不用同心不變徑短管短網分離器？
為了減小局部水阻，為了沖洗保養裝拆方便，國內外先進技術都采用了Y型T型分離器，且分離段管徑加大了2號，分離段分離網的長度是四型分離器分離網長度的3倍，這樣的Y型T型分離器在分離段的管截面是四型分離器的1.3倍，分離網展開過水面積是四型分離網的2.5～4倍，加上四型分離器內回球管的變徑頭、彎頭及回球直管的阻水面積，因此Y型T型分離器內的水流速度實際是四型分離器的1/4～1/5,根據雷諾實驗，流體的局部水阻或的計算公式,局部水阻與水流速度的平方成正比，則四型分離器的局部水阻是國內外先進技術所采用的Y型T型分離器的16～25倍。這對于大流量高揚程的冷卻泵的省電是很有意義的。（見圖4）
例：某冷卻泵75KW,H=20m，所用四型DN300分離器現場顯示兩端壓差ΔP=33KPa，即3.3m,設系統每年運行6000h，這種分離器水阻造成冷卻泵的額外耗電為75KW×3.3/20×6000h=74250KWh?？梢姺蛛x器水阻不容忽視！
7.有待改進的幾個方面
四型在線清洗系統有待改進的幾個方面；
7.1 分離器水阻造成冷卻泵的額外增加功耗非常大，是合理工藝功耗的16～25倍。
7.2 送發球泵功率大，是合理送回球泵功率0.75KW的4~7倍。
7.3 海綿球路經水泵造成球損、球耗大。兩年中加球換球量是國內外先進技術的12倍。
7.4 維修保養拆裝分離網不快捷，清洗排污不方便，成為新的漏球點和水阻加大的死點。
7.5 存在不良熱短路，在送回球時間段空調主機能效下降。
四型產品和技術，與國內外先進技術對照，存在以上五項嚴重問題。綜上分析，四型產品的所謂簡單，是殘缺的“簡單”。
8. 在線清洗系統新技術簡介
空調冷凝器在線清洗可以完善、改進的空間還很大，人們對冷凝器在線清洗系統技術的探索和追求遠遠沒有停止。
8.1 深圳市某某公司在幾年前已總結了進口CQM設備的優缺點，吸收了分離器水阻小，系統送回球可靠的優點，克服了送回球排氣、排水的缺點，推出了有自主知識產權的國產技術TBCS，即前面討論的二型產品，已領先于國內其他類型老產品技術。是對深圳中央空調節能事業的重要貢獻。由于分離器分離段加大2號管徑，得到更小的水阻，采用了Y型分離網可拆卸的分離器，分離網的拆洗更換特別方便，出回球的合理途徑，也使出回球快捷，阻力小。其綜合性能明顯優于國產老技術。但分離器仍有回球死角，有待改進。（見圖3、圖4）
8.2 XY-ABCS產品是在進口工藝和國產二型產品的基礎上又一次重大改進，保留二型產品的全部優點,其重點改進是消除了球水分離器的回球死角，回球更順暢快捷，同時體積小、重量輕、安裝更簡易。（見圖5）
8.3 XY-ABCS產品的另一項國家專利是消除了回球死角的T型球水分離器，解決了安裝空間距離狹小，Y型球水分離器無法安裝的特殊條件，也能滿足安裝要求。使該類型設備不受機房管路和空間狹小的局限。（見圖6） XY-ABCS產品獲得四項國家專利。
8.4 X Y-ABCS產品的專利研發團隊，多年來多次參與安裝調試了進口球清洗系統CQM、國產二型系統TBCS，也參與過國產其他類型設備的整改和研究，其產品專利技術上有重大改進，并編寫出詳盡的安裝調試工藝。安裝過程及工藝上的很多細節，只要稍有疏忽，都會導致整個項目的前功盡棄。這也是一些老的國產品牌宣稱已安裝了多套的樣板業績，卻從未公布現在仍在節能運行的還有幾套？
XY-ABCS型系列專利技術，成功解決了國內外同行仍未解決的幾個重要問題。
9.冷凝器在線清洗系統的未來和展望；
目前見到的冷凝器自動清洗系統其功能僅限對冷凝器銅管內壁進行擦洗，而水中的污雜物并未排到冷卻水系統外。目前的冷凝器自動清洗系統還不能用物理方法代替和解決化學水處理的全部功能，該技術的完善和升級還有很大的空間和潛力。XY-SL型無能耗物理水處理系統，領先進入了這個新的領域。XY-SL物理水處理系統主要有三方面功能;
9.1 沙缸過濾自動排污。（見圖7）
9.2 動態紫外殺菌。
9.3 長波電磁除垢。（見圖8）
XY-SL物理水處理系統采用了多項國內外先進技術，完成了空調冷卻水過濾、殺菌和防垢的主要功能。
XY-SL物理水處理系統也可用于人工游泳池循環水、景觀噴泉循環水、桑拿洗浴水、洗車水的物理水處理，達到減少化學污染排放和節約用水雙重目的。
人類對自然的認識和改造是無止境的，冷凝器自動清洗系統節能改造也還有很大的技術空間及市場潛力，我們真誠的邀請我們的同行，共同探索和完善節能減排這個陽光的事業。
本文經深圳市怡島環境空調工程有限公司鄒道忠高級工程師審閱，提出了有益的建議。在此表示感謝。
參考文獻
1.《流體力學泵與風機》許玉望主編 中國建筑工業出版社
2.《工程熱力學》A.M李特文著 高等教育出版社
3.《實用供熱空調設計手冊》（第二版）陸耀慶北京：中國建筑工業出版社 2008年
4.《采暖通風與空調調節設計規范》GB50019-2003 中國人民共和國建設部主編北京：中國計劃出版社2003
5.《深圳市暖通空調制冷學術會論文集》2010年12月 深圳市制冷學會 深圳市土建筑學會暖通空調委員會
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2022-10-31
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