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摘 要：介绍西安地铁中央空调冷却水水质标准，分析地铁空调冷却水可能存在的问题及原因，比较几种冷却水水处理技术的优缺点及应用范围。
关键词：冷却水系统；水质硬度；
中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-02
目前西安地铁1、2号线车站所采用的是以水冷式冷水机组为核心的中央空调制冷系统。其中的冷却水系统为开式循环系统，水与大气不断的接触，进行着热量和物质的传递。在此过程中，水中的二氧化碳散失，溶解氧增高，CaCO3结晶析出形成沉淀，溶解固体浓缩并可使某些类型的水质形成腐蚀性，微生物滋生繁衍，大气中尘埃不断混入水中形成泥垢等现象，从而直接影响制冷机的稳定、高效运行，严重时会损坏冷却设备和管道附件。据了解，由于冷却水水质不合格而造成制冷系统性能下降甚至停机、毁机鲜有出现，并且相关研究及工程实例早已发现，中央空调冷却水中可能产生大量的军团病菌，且容易以水雾、水珠的方式通过空气传播。地铁沿线处于密集人群位置，危害不可忽视。故对冷却水系统的处理技术在此进行比较与探讨。
一、冷却水水质标准
中央空调系统的冷却水系统由冷凝器、管路、冷却塔、填料、冷却泵、及过滤器等组成。由于开式冷却水系统的水质标准应根据冷却塔的结构形式、材质、工况、污垢热阻值、腐蚀率及所采用的水处理配方等因素综合确定。为改善冷却水水质，必须在管路上设置有效的水质控制和处理装置。开式冷却水处理水质必须符合《工业循环冷却水处理设计规范》及有关规范对水质的要求。
由于开式冷却水系统会发生一定量的蒸发和飘逸损失，所以定期或自动补水（补水量一般为2%～3%）。冷却水补水的水质要求，一般要比冷却水水质的要求还高（见表1）。
从表一可以看到，冷却水水质的一项指标比补水标准还要高，而补给水的水质标准甚至达到了Ⅰ类标准，说明冷却水质要求是比较高的。如果直接用补给水作为冷却水并不做处理，冷却水的高硬度将使冷凝器的污垢系数增大，在冷却量不变的情况下，冷却塔处理的水量反而会增大。
二、冷却水系统存在的问题
（一）结垢
西安地铁2号线空调冷却水补水采用市政自来水，所以水的硬度约为450mg/L。冷却水系统产生结垢的另外一个原因是水温是动态变化的，特别是在负荷波动比较大的情况下水温的变化会加速水垢的形成。硬度较高的冷却水运行一段时间后，会在冷凝器换热铜管中或水管中产生大量水垢，这主要是水中的重碳酸钙发生如下反应所致。
Ca（HCO3）2→CaCO3+CO2+H2O
为了防止冷却水系统结垢，目前采用电子处理方法（包括静电处理、电磁极化、高频电场磁化等）。但是，如果对磁水器的安装数量及安装位置设计的不合理，会对水系统产生严重腐蚀，这种负面作用远远大于正面作用，对空调设备及水系统造成严重的危害。如了解的某工程案例中，设计部门在水系统中设计并安装了约10多台电磁水处理器，运行中没有再采取其他水处理方法。设备仅运行了一年半就产生了严重腐蚀。经化验水样，水中Fe2+高达200mg/L，Cu2+离子浓度高达50mg/L。
（二）腐蚀
冷却水系统发生的腐蚀多属于电化学腐蚀，影响冷凝器或管道内壁腐蚀的因素有水的溶解氧、pH值、各离子含量等。
阳极：Fe→Fe2++2e，
阴极：1/2O2+H2O+2e→2OH-
阴阳两极反应生成铁锈Fe（OH）3而一般肉眼看见的的铁锈是Fe2O3·nH2O即含水氧化铁。如果冷却水系统中的冷凝器是铜管并有铜质管件（如铜质球阀、闸阀），当水中存在有Cu2+时，即使其在水中的浓度很低，但它是阴极反应的催化剂，因而对腐蚀有明显的促进作用。
阳极：Fe→Fe2++2e
阴极：Cu2++2e→Cu
随着Cu2+浓度的增加，腐蚀反应加剧，最终使铁件镀铜而铜管腐蚀穿孔。一般情况下，如果加入缓蚀剂（钝化剂），或通过电磁处理，是可以解决腐蚀的问题的，即腐蚀的问题不是很严重。
（三）污泥和藻类
由于冷却水温度约在32℃～37℃，容易滋生大量的细菌、微生物及藻类。目前，很多冷水机组所安装的除污器都是Y型过滤器，装在冷却塔及水泵入口前的立管上。这种Y型过滤器，只能捕捉设备运行初期的建筑垃圾，防止这些垃圾进入冷凝器，不能在日常运行中捕捉细小水垢、锈垢以及地铁沿线大气中不断混入的尘埃，尤其在北方的沙尘天，因此会引起冷凝器积垢、积泥和其他杂质。凡采用电磁水处理的冷却水系统，都要安装排污管道，进行连续排污，排污量可控制在循环水量的0.5%～1.0%左右。开式循环冷却水系统，须要设置过滤器，过滤器的过滤能力，根据当地大气的含尘量等情况，可考虑按循环水量的1%～5%或结合实际情况来选择，以获得较好的处理效果。对其他新安装的冷却水系统或已完全除垢的冷却水系统，也可以每1～2周排污一次。
三、冷却水水质常用处理技术
为使制冷机组正常高效运行以及消除冷却塔内细菌滋生的问题，必须对冷却水系统和水质进行严格的控制和管理。目前，对冷却水系统，除了少量不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀外（不投药运行方式，从表面上看，短时间没有什么严重的问题。但，2～3年后，造成的后果会明显的暴露并带来不可挽回的严重事故。如单采取排污，则必须频繁进行，严重浪费水资源），绝大部分工程对水质的处理技术可以分为两大类：一种是药物处理 +过滤 +定期排污方式，另外一种方式是电磁（包括静电、电子）处理+过滤方式。其中后者主要包括电磁水处理器、静电水处理器、电子水处理器和高频电子水处理器等几类（有时也统称为电子水处理器）。药物处理方式属于成熟的水处理方式，在冷却水水质处理中比较多见，能杀菌、缓蚀、延缓结垢、剥离粘泥但也存在运行费用高、需要根据水质动态调整加药量控制操作麻烦等缺点。电子水处理方式是一种新兴的水处理方式，运行费用少，操作简单方便，但也存在初投资高、技术不成熟等问题。
四、结束语
冷却水系统是地铁环控系统的重要组成部分。保持合格的循环冷却水水质非常重要。传统的药物处理方式技术复杂且加药量控制有一定难度，但处理效果显著。电子水处理方式是新兴的水处理方式，技术也在不断的进步，但电子处理冷却水也会带来一些负面影响及不足。至于药物处理方式加电子处理方式是否更有利，由于每个机组处理的水量不同，初投资和运行费用也会不同，必须经过实际运行技术经济分析后才能确定。
参考文献：
[1]《空气调节设计手册》第二版 中国建筑工业出版社
[2]《工业循环冷却水处理设计规范》
关键词：冷却水系统；水质硬度；
中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-02
目前西安地铁1、2号线车站所采用的是以水冷式冷水机组为核心的中央空调制冷系统。其中的冷却水系统为开式循环系统，水与大气不断的接触，进行着热量和物质的传递。在此过程中，水中的二氧化碳散失，溶解氧增高，CaCO3结晶析出形成沉淀，溶解固体浓缩并可使某些类型的水质形成腐蚀性，微生物滋生繁衍，大气中尘埃不断混入水中形成泥垢等现象，从而直接影响制冷机的稳定、高效运行，严重时会损坏冷却设备和管道附件。据了解，由于冷却水水质不合格而造成制冷系统性能下降甚至停机、毁机鲜有出现，并且相关研究及工程实例早已发现，中央空调冷却水中可能产生大量的军团病菌，且容易以水雾、水珠的方式通过空气传播。地铁沿线处于密集人群位置，危害不可忽视。故对冷却水系统的处理技术在此进行比较与探讨。
一、冷却水水质标准
中央空调系统的冷却水系统由冷凝器、管路、冷却塔、填料、冷却泵、及过滤器等组成。由于开式冷却水系统的水质标准应根据冷却塔的结构形式、材质、工况、污垢热阻值、腐蚀率及所采用的水处理配方等因素综合确定。为改善冷却水水质，必须在管路上设置有效的水质控制和处理装置。开式冷却水处理水质必须符合《工业循环冷却水处理设计规范》及有关规范对水质的要求。
由于开式冷却水系统会发生一定量的蒸发和飘逸损失，所以定期或自动补水（补水量一般为2%～3%）。冷却水补水的水质要求，一般要比冷却水水质的要求还高（见表1）。
从表一可以看到，冷却水水质的一项指标比补水标准还要高，而补给水的水质标准甚至达到了Ⅰ类标准，说明冷却水质要求是比较高的。如果直接用补给水作为冷却水并不做处理，冷却水的高硬度将使冷凝器的污垢系数增大，在冷却量不变的情况下，冷却塔处理的水量反而会增大。
二、冷却水系统存在的问题
（一）结垢
西安地铁2号线空调冷却水补水采用市政自来水，所以水的硬度约为450mg/L。冷却水系统产生结垢的另外一个原因是水温是动态变化的，特别是在负荷波动比较大的情况下水温的变化会加速水垢的形成。硬度较高的冷却水运行一段时间后，会在冷凝器换热铜管中或水管中产生大量水垢，这主要是水中的重碳酸钙发生如下反应所致。
Ca（HCO3）2→CaCO3+CO2+H2O
为了防止冷却水系统结垢，目前采用电子处理方法（包括静电处理、电磁极化、高频电场磁化等）。但是，如果对磁水器的安装数量及安装位置设计的不合理，会对水系统产生严重腐蚀，这种负面作用远远大于正面作用，对空调设备及水系统造成严重的危害。如了解的某工程案例中，设计部门在水系统中设计并安装了约10多台电磁水处理器，运行中没有再采取其他水处理方法。设备仅运行了一年半就产生了严重腐蚀。经化验水样，水中Fe2+高达200mg/L，Cu2+离子浓度高达50mg/L。
（二）腐蚀
冷却水系统发生的腐蚀多属于电化学腐蚀，影响冷凝器或管道内壁腐蚀的因素有水的溶解氧、pH值、各离子含量等。
阳极：Fe→Fe2++2e，
阴极：1/2O2+H2O+2e→2OH-
阴阳两极反应生成铁锈Fe（OH）3而一般肉眼看见的的铁锈是Fe2O3·nH2O即含水氧化铁。如果冷却水系统中的冷凝器是铜管并有铜质管件（如铜质球阀、闸阀），当水中存在有Cu2+时，即使其在水中的浓度很低，但它是阴极反应的催化剂，因而对腐蚀有明显的促进作用。
阳极：Fe→Fe2++2e
阴极：Cu2++2e→Cu
随着Cu2+浓度的增加，腐蚀反应加剧，最终使铁件镀铜而铜管腐蚀穿孔。一般情况下，如果加入缓蚀剂（钝化剂），或通过电磁处理，是可以解决腐蚀的问题的，即腐蚀的问题不是很严重。
（三）污泥和藻类
由于冷却水温度约在32℃～37℃，容易滋生大量的细菌、微生物及藻类。目前，很多冷水机组所安装的除污器都是Y型过滤器，装在冷却塔及水泵入口前的立管上。这种Y型过滤器，只能捕捉设备运行初期的建筑垃圾，防止这些垃圾进入冷凝器，不能在日常运行中捕捉细小水垢、锈垢以及地铁沿线大气中不断混入的尘埃，尤其在北方的沙尘天，因此会引起冷凝器积垢、积泥和其他杂质。凡采用电磁水处理的冷却水系统，都要安装排污管道，进行连续排污，排污量可控制在循环水量的0.5%～1.0%左右。开式循环冷却水系统，须要设置过滤器，过滤器的过滤能力，根据当地大气的含尘量等情况，可考虑按循环水量的1%～5%或结合实际情况来选择，以获得较好的处理效果。对其他新安装的冷却水系统或已完全除垢的冷却水系统，也可以每1～2周排污一次。
三、冷却水水质常用处理技术
为使制冷机组正常高效运行以及消除冷却塔内细菌滋生的问题，必须对冷却水系统和水质进行严格的控制和管理。目前，对冷却水系统，除了少量不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀外（不投药运行方式，从表面上看，短时间没有什么严重的问题。但，2～3年后，造成的后果会明显的暴露并带来不可挽回的严重事故。如单采取排污，则必须频繁进行，严重浪费水资源），绝大部分工程对水质的处理技术可以分为两大类：一种是药物处理 +过滤 +定期排污方式，另外一种方式是电磁（包括静电、电子）处理+过滤方式。其中后者主要包括电磁水处理器、静电水处理器、电子水处理器和高频电子水处理器等几类（有时也统称为电子水处理器）。药物处理方式属于成熟的水处理方式，在冷却水水质处理中比较多见，能杀菌、缓蚀、延缓结垢、剥离粘泥但也存在运行费用高、需要根据水质动态调整加药量控制操作麻烦等缺点。电子水处理方式是一种新兴的水处理方式，运行费用少，操作简单方便，但也存在初投资高、技术不成熟等问题。
四、结束语
冷却水系统是地铁环控系统的重要组成部分。保持合格的循环冷却水水质非常重要。传统的药物处理方式技术复杂且加药量控制有一定难度，但处理效果显著。电子水处理方式是新兴的水处理方式，技术也在不断的进步，但电子处理冷却水也会带来一些负面影响及不足。至于药物处理方式加电子处理方式是否更有利，由于每个机组处理的水量不同，初投资和运行费用也会不同，必须经过实际运行技术经济分析后才能确定。
参考文献：
[1]《空气调节设计手册》第二版 中国建筑工业出版社
[2]《工业循环冷却水处理设计规范》