论中央空调水冷凝器胶球自动在线清洗系统——浅谈小球在线清洗

论中央空调水冷凝器胶球自动在线清洗系统——浅谈小球在线清洗
一、冷凝器胶球自动在线清洗概述：
      中央空调系统作为建筑内的耗电大户，对于大型用电用户来说，中央空调的用电占有很大的比重，每年的电费中空调耗电占30%-60%左右。提高中央空调运行效率，降低用电量，将大大减轻整栋楼宇的用电压力。中央空调冷凝器，是中央空调关键的换热设备，它的性能、指标直接影响到中央空调的制冷及节能效果。下图是中央空调系统及建筑物内各子系统正常情况下耗电图，由此可见主机耗电占有相当大的比例。
（中央空调系统及建筑物内各子系统正常情况下耗电图）
      根据中央空调系统的运行原理，主机运行一段时间后，即在冷凝器换热管内表面结下一层污垢，影响机组正常换热。从而降低机组能效比，增加中央空调主机的耗电量，此时主机的耗电率将提高，同时也减少设备的使用寿命。
二、中央空调水冷凝器胶球自动在线清洗系统影响能耗因素：
      中央空调冷却水系统是一个开式冷却循环系统，在冷却塔处大多是与大气连通的，空气中的灰尘、细菌及其他污杂物的不断进入冷却塔，冷却塔运行换热时还有冷却水飘移、蒸发损失水量，需要及时的补充水，这些补充水也有机会带进泥污、细菌和钙、镁离子及氧化物。自来水作为补充水未经过各种处理，在输送过程和末端蓄水池也会有二次污染。这些物质随时污染并附着在冷凝器管内壁，水中的钙、镁离子或氧化物遇到水中的二氧化碳，在高温时易生成碳酸钙、碳酸镁，这种不溶的盐附着在冷凝器铜管内壁，叫水垢，与泥污、菌藻粘合，不断加大了铜管内壁的热阻，降低冷凝器的换热效率。在同等冷负荷下，中央空调压缩机必须增加工作负荷，以产生同等制冷量，系统能耗因此上升。
      根据业人士的深入调查，由于水质原因，当中央空调冷凝管内水垢厚度一般在0.9㎜左右，比正常能耗多出15%-30%，以一台450冷吨的中央空调来说，每天运转12小时，每年运转时间8个月，就多耗电量约16万度，而且还不计不断增厚的水垢的增值能耗。水垢和污泥阻碍了换热铜管的热交换，降低了热交换效率，提高冷凝温度，使整套制冷系统的效率因为冷凝温度的提高而降低。即在产生相同的冷量的情况下，大大增加了电量的消耗。参照美国PhilipKotz机构的研究数据如下：
当水垢厚度达到热交换将损失耗电将增加
0.3mm21%10%
0.6mm34%20%
0.9mm44%31%
      由上表可以看出污垢厚度的减少与热损失的大小成正比关系，所以及时清除换热管内壁的污垢，可以有效地减小热交换损失，减小耗电量。
三、药物清洗：
      传统化学清洗：目前拥有使用中央空调的单位，基本上是在冷却水中不断加入化学药剂除垢或是在使用结束后开启冷凝器端盖人工进行清洗的清洗方式，进行一次集中性的除垢操作，简称通炮。拆开端盖，加入克垢药水，利用水泵进行循环清洗，一般运行10-48小时。再辅助进行人工清洗，可将冷凝器水垢清除完毕。
      缺点：排放出的化学污水，直接排放至地下和土壤，对环境有一定污染。
四、中央空调水冷凝器胶球自动在线清洗系统-小球在线清洗：
（一）、概况
目前国内外生产的冷凝器胶球自动在线清洗系统品牌较多，根据送回球动力源分类大至有三种：
      1、压缩空气送回球，需配空压机、蓄气罐等；（见图一）
      2、冷却水管上下段自身压差送回球，收球时要向系统外排水形成压差进行回球。（见图二）
      3、水泵加压送回球，另配DN40小功率水泵、电动阀等。(见图三)
实际运行中三种类型的设备和系统，仍存在各自的缺陷，现列举分析如下：
（二）、压缩空气为动力源的冷凝器胶球自动在线清洗系统
(图一)
      1.空气压缩机有较大的机械磨损及震动噪音，磨损寿命短；
      2.空气进入冷却水系统有气蚀气堵；
      3.回球有排气排水，有水耗。（见图一）
（三）、冷却水管上下段压差送回球
（图二）
      1.出回球1次要排1次水，约100～150L，系统水耗大；
      2.球水分离器分离段未加大管径，内部隔栅和弯头等因减小过水截面积而增加了水阻，约10KPa～30KPa，即增加了冷却水泵额外功耗；
      3.分离网无法单独拆除更换或维修，需冷却水系统停止运行并放水，整个分离器拆除才能拆换滤网；
      4.没有外加流体动力送回球，仅靠水管上下段压差送回球，因上下段水压差实际不大，所以送回球慢，容易卡球，造成回球不全。
（四）、水泵作为动力源的冷凝器胶球自动在线清洗系统
（图三）
冷凝器胶球自动在线清洗装置工作原理
      冷凝器胶球自动在线清洗装置采用纯物理方法，利用系统自带水泵加压，将清洗胶球从注球器发送到冷凝器中，依靠水流产生的冲刷力和胶球与换热管内壁产生的摩擦力擦洗掉换热管内壁的水垢、污垢以及微生物膜。在冷却水出口端通过回球器利用水流力学原理将球回收至注球器，从而完成一次清洗循环。
冷凝器胶球自动在线清洗装置系统构成
      主要部件：注球器、回球器、球体分离器、PES智能可编程控制器等组合而成的成套设备系统。
      1.注球器：利用系统自带水流力学原理，将小球从注球器注入冷却水管，注球器带可视窗口，可观察球体状态。
      2.回球器：利用水流力学原理，将小球收回到球体分离器。
      3.球体分离器：利用水流力学原理，使小球返回到注球器。
      4.PES智能可编程控制柜：该系统利用程序控制整个清洗过程，可实现手自动。
冷凝器胶球自动在线清洗装置系统优点与特点
      1.采用物理方式无需停机，在线自动清洗；
      2.系统安装方便，无需改变现有的管道设计；
      3.可实现PES系统自动运行；
      4.与化学清洗方法相比，无化学污染；
      5.球水分离器仍有回球死角，使回球慢，回球不完全现象；
      6.胶球磨损快，每年需更换1-2次，维护费用高。
冷凝器胶球自动在线清洗装置现状描述：
      PES中央空调智能清洗系统，从2012年5月开始运行至今，在2013年夏季运行期间，同期相比能耗无显著变化（室外温度、负荷不同），且出现几次回球不完全情况发生。
      空调主机或冷却水泵正常运行以后，启动PES在线清洗系统，运行时工程值班人员需观察4-5个运行周期，以下为控制柜运行指示显示：
至下为：电源——运行——注球——回球。先保证空调冷却水为稳定的流动状态。
系统启动时：
      （1）注球灯点亮——开始注球——同时开始循环（时间为35秒左右）——小球到达球体分离器——两个循环同时停止（两个循环为注球时水流循环与小球循环）；间隔25秒左右；
      （2）回球时水流循环与小球循环同时开始——循环时间为35秒左右——小球到达注球器后——两个循环停止——整个小球循环结束。
      经观察，以上两个步骤完成整个循环周期，一个周期大概2分钟。
以下为主要冷凝器胶球自动在线清洗装置设备安装现场：
五、其他情况造成卡球和丢失球原因：
      1、冷凝器铜管有异物形成半堵塞，水过得了，球过不了。所以安装前得严格通炮，每条铜管完全畅通，不可敷衍取代。
      2、前面介绍的二型产品，当冷却水停止，而自动清洗系统未停，小球会通过反方向进入电磁阀和水泵卡死或打碎，须有相应的电控及机械阻逆措施。
      3、三型产品球水分离器数百个焊点的隔栅条容易脱焊，小球穿过大于球外径的缝隙去了冷却塔，也较常见。隔栅工艺应改进。
      4、当送球过程未结束，冷却水停止循环流动，部分小球还在冷凝器入水端或铜管中，下次再开冷却水时，小球此时是从0速度的静态开始运动，小球运行要克服它与铜管间的静摩擦力（比动摩擦力大很多），同时它是从0速度开始运动，小球自身没有动量，仅靠流动的水压静力推动，比在运动中的小球向前动能要小一个1/2mv^2此时小球稍有过盈，就容易卡死在进水铜管口和铜管中。
六、防止和减少海绵球丢失的几个措施：
      1、安装冷凝器胶球自动在线清洗装置系统前，需严格通炮，必须拆开冷凝器两头的端盖，逐条通刷铜管，刷去铜管内的堵塞物，并严格处理进水端铜管口的毛刺、不圆堵塞物，直至光洁圆滑为止。测量铜管内径，以便选择适当外径的海绵球，保证海绵球进出流畅。
      2、自动清洗系统送球进水管口加冲孔滤芯，使水可进，球不可入。送回球控制系统动作与空调主机开停连锁，主机开停清洗系统也开停；主机停止，清洗系统应转换到回球并完成回球过程停止。
      3、隔栅式分离网有数百个焊点，建议改为冲孔不锈钢板网，δ=1.5，整个分离滤芯只有1～2条焊缝而不是点焊，减少焊点脱焊、漏球的可能。
      4、减小和消除回球死角，减少海绵球在分离器内的滞留。如无法减小回球死角，则要延长停主机后冷却泵的停机时间，使系统有充分时间收回海绵球。
七、结论：
      以上无能那种形式的在线自动清洗系统，都会发生回球不全，且小球磨损后的更换成本增加，即清洗用的胶球5-8元/个，总数为冷凝器管束的三分之一。一年更换2-4次，那么较大的机型主机，一年更换胶球的费用在几百至一千多元。
      一般新机组的趋近温度为1.2-1.5℃（工质冷凝温度-冷却水出水温度），接管验收时对水系统进行全面的清洗、预膜后的水系统，后期严格按照保养、管理流程操作，在3-5年内都不需要进行开盖“通炮”清洗，而大部分写字楼宇每日开机时间在10小时左右，冬季停机检修时间段，有大量的空闲时间，通过人工清洗的方式清洗冷却水系统，且中央空调设计的水系统中都配置软水装置，人工成本低，只要每年停机保养工作做得完善，保障机组冷凝趋近值1.2-2.0℃之间，机组的能耗不会有较大增加。
      但处于热带、亚热带气候地区的工厂、机场等，需要24小时空调运行的冷水机组冷凝器，采用小球在线清洗系统是合适的。
      目前一台要10几万元，国产设备4-8万元一台。需要重视的是，有些国产设备质量不过关，以次充好，或边卖产品边改进，目前该产品的国产品牌原本就不多，经过长期运行考验的暂时没有。所以，相对于人工清洗冷凝器，我国的一般民用建筑采用冷凝器胶球自动在线清洗装置在经济上是不划算的。
如要真正实现节能降耗的目的，还得从以下几方面考虑：
      随着我国经济建设的快速发展，商用建筑宾馆、饭店、大中型商场的大量兴建，但由于片面追求建筑物外形的独特而忽视了节能。目前在国内兴建的采用中央空调的场所普遍存在着高能耗问题。一般来说，空调能耗占到建筑能耗的50-60%，由于空调设计时其负荷均按高环境温度设计，而高环境温度对一个城市来说也只是一个月，所以绝大多数空调系统（主机、冷冻水泵风机等）大部分时间处于“大马拉小车”的运行状态，这就造成了资源的很大浪费。根据这样的情况,若使用先进的智能变频技术，即根据系统的变化而自动调整检测空调主机和水泵风机的负荷参数。达到负荷的供需平衡后，空调系统可节能20%以上。
中央空调要想达到良好的节能效果，还得从以下几方面考虑：
      减少循环水泵电机的能耗；中央空调系统中的循环水泵耗电量非常大，其水泵的耗电量占整个空调系统耗电量的15-30%，所以水泵节能非常重要，其节能潜力也很大。
      减少风机电耗；中央空调系统中风机包括空调风机、排风机。这些设备的电耗占空调系统耗电量的75%，所以其节能的潜力也就是大的。使用智能变频风机将定风量控制改为变风量控制，降低送风的风速，减少噪音，末端风机改为变风量控制系统，可根据空调负荷的变化及室内要求参数的改变自动调节空调送风量，达到小送风量时调节送风温度，大限度的减少风机动力以节约能源。室内无过冷或过热的现象，由此可减少空调负荷约5-30%。
      水系统采用变流量模糊控制变频节能技术；在中央空调系统中，冷却水泵，冷冻水泵和冷却塔风机的容量是按照建筑物大设计热负荷选定的，且留有10-15%的余量。在一年四季中，系统长期在固定的大水流量下工作，由于季节、昼夜采用负荷的不断变化，空调实际的热负荷绝大多数时间内远比设计负荷低。与决定水泵流量压力的大设计负荷（负荷率为100%）相比，一年中负荷率小于50%的运行小时数约占全部运行时间的50%以上。当空调冷负荷发生变化时，所需空调冷却循环水量也随负荷相应变化，空调水供回水温差越大,空调水流量越小,水泵的耗电量就越小,所以采用变频调速技术调节水泵电机的转速，就可以连续地改变水泵的扬程，大幅度降低水系统的能耗。
      使用智能控制系统；目前的中央空调大多数未设空调自控，其设备投入运行均由人工完成。这使得空调系统的运行管理极为不便，能耗大大增加。若加装空调智能的自控系统，即使是简单的启停控制，也可大大节省空调能耗，另外也容易实现空调末端温度的灵活设置。
      总之，要想使中央空调系统彻底改变能耗的问题，目前好的办法是利用中央空调的节能器，使系统运行在经济的状态下，节电率可达20%以上，而且保护功能全面，并且具有投资回收期短，效率高的特点。