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摘要：近年来，随着社会经济的快速发展以及人民生活水平的提高，越来越多的居民住户及办公场所都装备了空调，人们对于空调的需求仍然在增加，空调行业也随之得到了快速的发展。然而，过去多年的实践结果显示，为了保证空调主机和水管道系统能够拥有更长的使用寿命，需要对空调系统进行大量有效的水质处理工作。本文主要论述了空调系统中使用水处理设备进行必要的水处理工作的重要性，并简要介绍了多种常用的水处理设备及其工作注意事项和工艺流程，提出进行水处理过程中需要关注的主要问题。
关键词：空调系统；水处理；重要性；注意事项；工艺流程
1、前言
当前，空调系统中普遍使用敞开式的冷却水系统作为主要的冷却水系统。冷却水需要先经过冷凝器进行热交换，使得冷却水的温度得到一定程度的提高，接着再使用多种类型的冷却塔使空气直接接触到加热过的冷却水，依靠空气接触时的水蒸发，使水温重新下降，从而实现水的循环利用。这一系统能够产生较好的效果，且制造成本比较低，但水质比较容易变化。
导致水质变化的原因有几点点，（1）因为冷却水在经过冷却塔时大面积接触空气，水中蕴含的二氧化碳大量流失，由此生成的碳酸钙增加了水的结垢；（2）因为当冷却水与空气接触时，水中的氧含量增加，因此加剧了腐蚀效果。除此之外，（3）空调系统的周围空气中蕴含了大量的杂质，这些灰尘等杂质混入冷却水里，使冷却水中的泥灰增加，且大气中的有害气体如二氧化硫等也容易在此过程中溶入冷却水中，因此冷却水在降温过程中水质持续改变，导致了结垢现象和腐蚀现象，重新补充进去的冷却水无法对其起到任何改善作用，最终导致空调系统中的管道受到腐蚀和污染，从而使得设备出现故障，工作的效率也会相应的降低。据此而言，对于冷却水进行有效的水处理工作是十分重要且必要的。
2、空调系统两种常用的水处理设备
2.1化学法水处理设备
化学法水处理设备是指以投加化学药剂为主的水处理加药设备。用于空调水处理的化学药剂主要包括三种，即除垢剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂。在实际使用化学法水处理设备的过程中，主要有以下几个特点：
（1）使用化学水处理设备能够在线监测水质，根据当时的水质情况实时分析投加药剂情况，从而稳定了整个水系统运行水质（2）化学水处理方法通过投加化学药剂控制水质，有效稳定。制冷季节能明显降低冷凝器温差。（3）投加杀菌剂是最根本的杀菌处理方法。（4）现在的化学水处理设备可以带检测仪表，通过编程的PLC控制系统自动投加药剂量，做到不浪费药剂量，也不会少加药剂影响水处理效果。减少人工投加不准确性。目前大型空调水处理都采用化学水处理设备进行水处理。
2.2物理法水处理设备
物理法水处理设备主要包括内磁水处理装置、高压静电水处理装置、低压静电水处理装置和电子水处理装置这四类。物理法水处理设备有以下特点，：（1）物理水处理设备一次性投资，每年不需要投加药剂。（2）安装比较简便（3）物理法水处理设备的运行对能源的消耗较小，（4）运行成本低，且其性能通常比较稳定。（5）使用周期长，维护费用低，对于多种水质都能够适应[2]。通常适用小型空调水系统。
3、空调系统水处理的方法
3.1化学处理法
3.1.1加入缓蚀剂、阻垢剂及杀菌灭藻剂
化学处理法通常是加入缓蚀剂、阻垢剂及杀菌灭藻剂这三种水处理化学药剂。缓蚀剂的作用是形成一层保护膜以阻止腐蚀的发生；阻垢剂的作用在于使形成垢的结晶体扭曲、变形，以此来阻止垢的增加和衍生；杀菌灭藻剂能够抑制藻菌的生长和繁殖。
3.1.2加入新型药剂
以往大多使用将聚磷酸盐作为主要成分的缓蚀剂，但是由于在水高浓缩倍数的条件下磷酸盐容易附着在金属的表面之上，如果使用这样的缓蚀剂的同时运行冷却水系统，反而会加剧结垢带来的危害。现在较常用的是由磷酸盐阻垢剂和聚合物类阻垢剂复合形成的新型药剂，这类药剂即使处于水高度浓缩状态仍然能够起到较好的缓蚀和阻垢作用[3]。
3.1.3加强监控追踪
过去运用化学处理法通常需要专业人员才能使用，且使用成本较高，容易造成一定的环境污染。随着科学技术的进步，现在开发研制的新型化学水处理智能型加药设备能够在线监测水质，例如监测水的PH值，电导率，浊度等数据，通过PLC控制加药泵启停给系统投加合适的药剂。就能够比较彻底地达到缓蚀、阻垢、杀菌的目标，因而总的来说是运用最广泛的一种水处理方法。也更加适用于大型中央空调水系统。目前笔者所在公司每年约有几千个在运行的大型中央空调水系统采用这种方法。
3.2静电处理法
静电处理装置通常由高压发生器和电极构成，其作用原理是利用静电的作用使冷却水中生成一些可以自由移动的电子，使其附于管道内壁之上，防止管壁金属氧化；还能够溶解一部分氧于水中产生过氧化氢等物质，从而能够起到一定的缓蚀和灭菌作用，但不能完全防止污垢的生成[4]。
3.3磁化处理法
磁化处理装置使用内磁结构，以永磁材料打造而成。冷却水受到磁化作用后，水垢质地就会变得疏松脆弱，便不会像未被磁化时一样产生强大的附着力，易被去除，进而起到一定的防垢作用；同时，在强磁场的作用下，藻菌等微生物会失去活性，从而能够抑制其生长繁殖，起到杀菌灭藻的效果。但由于磁场强度会随时间的增长而减弱，因此磁化处理法的效果往往也会不断减弱。
3.4高频电子法
高频电子法是指使用集成电路生成高频率的电子信号，使水在经过高频电子处理装置时改变其原有的物理结构，使大分子破裂成为单个的小分子，水中原有的正、负离子会被单个的小分子所包围；同时，这种方法也能够使得原本附着在管壁上的水垢自然脱落，从而能够起到除垢作用。高频电子法能够将溶于水中的氧处理成为惰性氧，从而防止管道上的金属被腐蚀生锈，起到缓蚀和杀菌的作用[5]。
4、几种不同物理法空调系统水处理设备的比较分析
物理法水处理设备具有多重优势，其广泛运用为空调系统的运转和施工提供了便利。但这几种设备的工作原理存在诸多不同之处，因此必须选择合适的设计方案和安装方法，才能使其处理效果得到最大的发挥。
4.1空调水处理系统内部结构
4.1.1静电处理器
静电处理器的外形是圆柱型的，装置中心配有一个金属棒作为阳极，芯棒外裹有高分子材料的绝缘层，处理器的无缝钢管外壳为阴极。在装置的阴、阳两极上接通直流电，待处理的冷却水从静电场流过。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在选用处理器时，要注意阴阳两极之间静电场的强度能够达到除垢标准，并保证该静电场的强度不会随时间推移而有所减弱；除此之外，静电处理器中心芯棒外的绝缘层与阴极要保证良好的接地，防止发生触电漏电等安全事故[6]。
4.1.2电子水处理器
电子水处理器的中心装有金属网状发射极，该网状发射极之上涂有金属保护膜，保护膜通常由一些高分子材料、玻璃或陶瓷等材料组成，接收极为一镀锌无缝钢管。电子水处理器从本质上说是一个电容器，其有自身所固定的阻抗值，该等效抗阻值是不能够随意更改的。在选用处理器时应重点关注发生器的功率，保证高频发生器的工作功率与水处理器的功率相吻合和匹配，否则将会抑制处理器的功能，无法达到最佳的处理效果[7]。
4.1.3内磁水处理器
内磁水处理器是采用优化组合形成的永磁材料，处理器的内部形成强力的垂直中心磁场，水流经过处理器时，垂直的切割磁力与水平的水流方向会产生一定的电动势，使得附着在管壁上的污垢被剥离脱落，从而起到除垢的效果。因此使用内磁水处理器时需要对水的流速进行规定，通常水在经过处理器时其流速应保持在1.5m/ s以上，且流速越快，除垢效果越好。这也就是说，当选择内磁水处理器时，不要选择规格过大的处理器，要在设备的流量范围内进行选择[8]。
4.2空调水处理系统安装原则
（1）前端原则：处理设备应被安装在空调系统的前端，这样才能保证使处理过的水流流入空调系统，将未经处理的水流排除出去，从而对空调系统起到保护作用。
（2）接近原则：处理设备应尽量接近空调系统，防止能量的耗散，否则保护效果将会大幅下降。
（3）分置原则：每个设备、每条管道、每个供水系统都是互相独立的，应分别装备水处理设备，而不能统一使用同一个水处理设备进行保护，否则可能会存在局部未能得到有效处理的现象，这会使得水处理设备的整体保护效果受到削弱[9]。
5、水处理效果的监测
5.1挂片法
金属挂片法可用于检查水处理所达成的防止腐蚀的效果。将金属挂片经过一定的处理过后，放入空调系统之中。放在系统中的挂片经过一定时间的试验后方可取下，然后仔细观察挂片受腐蚀的情况和结垢的数量，并认真记录下相关的数据信息。试验结束后要认真清洗挂片，同时对清洗后的挂片进行称量，根据挂片损失的重量、挂片的大小及实验时间来计算腐蚀速率和结垢速率。
5.2分析法
通过对水采样进行化学分析，可以判断结垢的状态和腐蚀的情况。若管道没有受到腐蚀，循环水中铁的总量会因为沉积而小于或等于补充水中铁的总量与浓缩倍数的乘积。而如果循环水中铁的含量高于乘积的数值，说明管道内发生了腐蚀现象。循环水中铁的含量越大，所造成的的腐蚀情况就会越严重。而没有产生污垢时，循环水中钙离子的浓度应与补充水中钙离子浓度与浓缩倍数的乘积相等。如果循环水中钙离子的浓度小于乘积数值，说明发生了结垢现象，且二者之差越大，结垢现象就越严重[10]。
6、空调系统水处理的重要性案例分析
6.1项目建设阶段
在项目建设阶段，要帮助客户为空调水系统和锅炉水系统选择合的水处理设备。设备的选择涉及到很多问题，客户最关心的就是成本，是否满足系统运行要求，占地空间和使用过程中操作是否方便，维护费用高低。石家庄开元环球金融中心是河北省最高的楼宇。项目设计了大型中央空调，有四台2668kW的制冷机组和3台2748kW的制冷机组，裙房三层屋顶设置了7套冷却塔，冷却水循环量为4992立方米/h。项目设计之初，设计院为空调冷却水系统和冷冻水系统只简单设置了全程多相过滤器。过滤器可以过滤水中的杂质，确保水泵不被堵塞。可是这么大的循环水量，运行中水中溶解物会腐蚀金属管道，水中的钙镁离子会结晶形成水垢，水垢附着在管道内壁，时间长了会影响运行效率。这个可以从冷水机组的冷凝温差表现出来。石家庄开元环球金融中心项目由石家庄开元房地产公司投资建设，打算建成后28-51层作为希尔顿酒店。因此在项目初期希尔顿管理公司提出了很多前瞻性的建议。笔者所在公司作为希尔顿集团的合格供应商，会同有关人员参与了空调水处理改进方案的工作。在冷却水系统中，设置了全程水处理器和加药设备组合方式。冷冻水系统也是全程综合水处理器和加药设备组合。全程综合水处理器主要是过滤水中杂质，加药设备采用智能型在线监测加药装置，通过实时水质分析，投加化学药剂防治空调水腐蚀结垢和杀灭藻类等微生物。
6.2项目完工以后实施效果
项目建成之后，石家庄开元大厦分两个大业态运行，一层到27层为办公楼，空调系统开启时间为早八点到下午六点。30-51层为希尔顿酒店，空调开启时间为全天候开启。本项目中，笔者建议业主采用了智能型自动加药设备，加药设备收集系统水，通过在线水质监测得出系统水质实时情况，通过编程的PLC控制系统，自动调整药剂投加。现在系统投入运行七年了，每年为客户提供定期的运行维护保养工作，公司与客户保持了良好的合作伙伴关系。每年累计为用户节约用电15万kW，节约电费10万元，水费5万元左右。
7、结论与建议
水处理无论从技术层面还是从经济层面来看都是一项必要的工作，其不仅能够对空调系统内部的装置和设备起到保护作用，还能够提升企业的经济效益。相关的调查结果显示，未进行水处理或水处理效果不佳的空调系统，其运行所耗的能源和燃料将会比经过水处理的空调系统增加少许。如若长期不进行有效的水处理，则会导致主机的腐蚀，而主机的维修工作需要较大的花费，也会对主机的使用寿命和工作效率造成不利影响，该损失是难以估量的。为了使空调系统始终保持在最优运行状态，兼具节能、环保、高效、高质等优势，延长系统运行的寿命，空调系统水处理是必不可少的。
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论文作者:王丽娜
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第25期
论文发表时间:2019/8/2
标签：水处理论文; 空调系统论文; 冷却水论文; 水处理设备论文; 药剂论文; 水中论文; 系统论文; 《建筑模拟》2019年第25期论文;