1、 毕业设计文献综述 建筑环境与设备工程 水冷式中央空调的水处理方法分析 摘 要 : 本文现针对现在中央空调水系统处理存在的问题，及中央空调系统水系统的特点及其水质的特点进行简单的分析比较几种冷却水水处理技术的优缺点，并对几种水处理方法进行简单的介绍和解释，使人意识到水质对人们生活和生产的影响。 Abstract： In this paper, the central air conditioning system is now dealing with some problems, on the central air conditioning system water system char
2、acteristics and the characteristics of simple water quality analysis and compares the merits, several water treatment methods and a brief introduction and analysis, make people aware of water quality on all life and production. 关键词 : 中央空调；冷却水；冷冻水；冷凝水；水质；水处理技术；结垢、腐蚀。 Keywords： Central air conditionin
3、g; cooling water; chilled water; condensation water; water quality; water treatment technologies; scaling, corrosion. 随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量要求也越来越高，目前大部分的宾馆、酒店、饭店、行政大楼及大型商场均使 用中央空调。水冷式中央空调系统在我国空调的发展过程中起了举足轻重的作用，空调水系统的循环水处理一直是人们争议和讨论的问题。水作为传热的媒介，出于经济投入的考虑，人们往往忽略了水质处理的重要性，中央空调冷却水系统对设备的使用寿命有一定的影响，严重的甚至影
4、响设备的安全运行；还有如果水质不好，在换热器传热导管表面容易形成水垢、粘泥，增大传热热阻，使传热系数急剧下降，影响空调的制冷、制热效果，增加整个系统的能耗。因此在暖通空调系统设计、施工、运行和维护过程中，应该对水系统的水处理和水质的运行管理引起足够重视。总之， 水处理的方式和等级需对水系统的形成、设备所用的材料、水温和水的成分作出评价来确定。 水处理的基本要求： 如果不进行水处理，一般在自来水的情况下，中央空调各部件的腐蚀率为： 1）金属腐蚀率：碳钢为 0.216mm/a，铜为 0.009mm/a。污垢的热阻系数 K 为3.410 4 m2 hr0C /kcal 根据中华人民共和国设计标准 G
5、BJ50050-1995 的规定金属 的腐蚀率指标应达到：碳钢 0.022mm/a，铜和铜的合金 0.005 mm/a，不锈钢 0.005 mm/a，污垢的热阻系数 K 2.010 4 m2 hr0C /kcal的要求，才能保证设别的使用寿命达到设计要求。 中央空调水系统的分类及特点 中央空调的水系统分为三部分：冷冻水系统冷却水系统及冷凝水系统。三个系统法各有不同的特点，因而各自的水处理过程也不完全 相同，选择相应的方法可以达到延长设备寿命，节水节能的效果。 冷冻水系统：中央空调的冷冻水系统一般为封闭式系统，冷冻水的温度较低，不予空气接触，没有蒸发，水量基本不变。因而冷冻水系统主要结垢和腐蚀的
6、危害： 1）水源一般是自来水，没有经过软化处理，水中的钙、镁离子会在换热器盘管和管道内壁结成水垢。 2）冷冻水循环系统的最高处设有膨胀水箱和补水系统，补充的水量虽然较少，但是水源是自来水，肯能还有一些营养物通过补水进入到整个冷冻水系统，加之溶解氧和其他的一些离子，不可避免的回存在腐蚀，滋生藻类和细菌。 冷却水系统：冷却 水系统一般为开式系统，在运行中由于与大气接触，空气中的杂质、细菌、尘埃、氧气、二氧化硫氮氧化合物、酸雨等很容易进入循环水中，而冷却水的温度在 30-37度之间，很适合各种细菌和藻类的生长繁殖。同时冷却水系统由于水量蒸发及飞溅损失，水量减少的过程中冷却水的水质硬度增加，换热器内管
7、和冷却塔会出现严重的结垢现象。就目前国内现状而言对冷却水的处理方式有：（ 1） 冷却水系统增设静电水处理器来防垢、除垢、杀菌和灭藻。（ 2）不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀。（ 3）在冷却水系统中投加药剂 (阻垢、缓蚀、杀菌、灭藻 ) 来 控制结垢、腐蚀和微生物的繁殖。（ 4）对补充的水进行软化来控制冷却水水质。 冷凝水系统：冷凝水系统通常隐藏在天花吊顶内，夏天空气潮湿，很容易生成细菌和藻类，发出一些异味，随着随风机盘管系统进入室内，造成污染。 中央空调水处理的方法及分析 水处理方法要根据水质的条件、设备要求的差异而有所不同，总体来讲主要分为物理和化学处理两大方法。 1.静电水处理技
8、术 目前很多的空调水系统主要是采用静电水处理技术进行防垢、除垢，静电水处理设备主要分两类：一类是静电除垢仪，利用高压静电场进行水处理；另一类是电子水处理仪，水流经低 压电场，与电极接触，水中大量电子被激励，达到处理的目的。静电水处理属于物理方法，与化学药剂不同，基本上不是靠改变水中离子的成分达到水处理目的的，而是通过高压或是低压静电场的作用，改变水分子结构或改变水中的电子结构，致使水中所含阳离子不至趋向器壁，更不至在器壁上聚集，从而达到防垢、去垢的目的。对于器壁上已有的老垢，静电除尘器可释放少量氧，破坏垢分子之间的电子结合力，改变其晶体结构，使坚硬垢变为输软垢，同时增大了水分子的偶极矩，使它与
9、盐的正负离子的水合能力增大，提高水垢的溶解速率。这样老垢逐渐剥蚀，乃至成碎屑、 碎片脱落，达到除垢目的。电子水处理去垢的机理是被处理水的分子中含有大量被激励的电子，它们对垢分子有破坏作用，使器壁积垢逐渐剥蚀、溶解，直至清除。静电水处理技术对防垢、除垢具有一定的作用。但静电场只能在一定的距离内有效，超过有效距离，电场力就会减弱，失去阻垢作用。 采用静电水处理技术应注意保护静电场不受干扰。为了保证静电场不受其他电器的影响，高频发生器的安装位置应与大于 20kW 的电气设备距离 5m以上。如因场地限制，不能保证有足够的距离，应设置屏蔽罩和良好的接地装置。 2.磁化处理，利用法拉第电磁感应理论，对水
10、进行处理，方法为冷却水通过永久性磁铁的磁场，切割磁感线后成为“磁化水”。水经过磁化处理后部分物理性质发生了暂时性变化，主要是引起了水结构的改变。一般认为此话处理会破坏水原来的结构，使交大的缔合水分子集团变成较小的缔合水分子集团，甚至是单个的水分子。因为氢键是一种分子间的力，不想化学键那样牢固。在液态水中，它处于一种不停地断开、结合的动态平衡中。其次水分子是极性的分子，在洛伦兹力的影响下趋于定向排列，水合离子作螺旋式的圆周运动，最终改变水的物化性质。 在“磁化水”中产生晶体不形成水垢，而是无定形粉状，不会粘附 在管壁或物理接触表面，而通过定期排污去处理。水经磁化后，水分子在磁场的作用下，产生扭曲
11、、变形、反转、震动，使分子运动加强，从而使原水中缔合形成的各种链状、团状的大分子解离成单个水分子，单个水分子的数量增多，使水分子的活动更自由，使水的溶解度提高、黏滞力降低、渗透性增强，促使水容易渗透到块垢的微细间隙中。另外，磁化水和溶液器壁上的水垢接触时，会引起水垢结构中的联结水（晶体水）的数量发生变化，使硬水中的硬盐晶格结构改变和破坏，导致老垢和器壁的结合部位被浸透、破裂、剥离、脱落。再次磁化处理改变了沉淀化合物的存在形 式，而且这种来自磁场对结晶过程的影响能够改变晶体的结构和生长速度。 3.软化水处理 硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子
12、， *此来降低水源内之钙镁离子的浓度 。 现在市面上出售的离子交换树脂为球状的合成有机物高分子电解质。树脂基质(resin matrix)内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原 (regeneration)的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是 10%。相对腐蚀而言，增 加了钠离子和氯离子等，从而加重了设备的腐蚀，这也是值得重视的一个问题。 硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。另一个值得注意问题的是高血钠症，因为透析用水的软化与再还原过程是计时
13、器来控制，正常情况还原作用大多发生在半夜，这是 *阀门在控制，如果发生故障，大量盐水就会涌进水源，进而造成病人的高血钠症。 4.电容吸附去离子水处理方法 电容吸附材料是一种导电体，通过施加外加电流，使其带有正电或带有负电来吸负离子或正离子，并通过短路使电场消失或充以反 电流，使原吸附的离子脱离电极的双电层从而使吸附材料再生，所以与离子交换法不同，过程不消耗酸、碱、盐等化学药品 5.传统的化学加药水处理 对于管道布置比较复杂的水系统，阻垢、防锈、防藻类及粘泥是很重要的，应该采用投加化学药剂的方法进行水处理，通过投加各种水质稳定剂，如缓蚀阻垢剂、表面活性剂等，使垢性离子稳定在水中以达到防垢的目的。
14、其原理是通过螯合、络合和吸附分散作用，是阳离子稳定地通过螯合物络合与水中，并对水中氧化铁、二氧化硅等胶体有良好的分散作用。由于缓蚀剂在金属表面形成不溶于水或难溶于水的保护膜，阻碍金属 离子的水合反应或溶解氧反应，从而抑制腐蚀反应。此水系统通过投放有机磷酸盐、聚丙烯酸钠、聚磷酸盐等防腐蚀，防止细菌和水藻的方法是投放杀生剂、纯化剂。 采用投加化学药剂方法进行水处理，应先收集水系统的水质资料，如硬度、pH 值、溶解氧、氯离子浓度、溶解固形物（或含盐量）、悬浮物等，了解系统中设备与材料的材质。根据实际情况，选择合适的缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂和分散剂，正确匹配成合理的能发挥“协同效应”、“稳定效应”的水处
15、理配方，确定工艺控制条件和加药方案。具体的工艺过程： 1）杀菌剥离，主要作用是杀死细菌藻类，疏散生 物粘泥； 2）化学清洗，通过化学置换反应使垢、锈与化学药剂进行化学反应，生成易溶于水的物质，有利于排出； 3）预膜，进一步清洗管道内壁，保持金属管壁清洁度。各种药剂在溶于水的状态下，紧密依附在金属壁上，形成致密的高分子药膜，从而阻止金属管壁的氧化和水中钙、镁离子形成垢； 4）稳定水质，根据补水水质、排污量和补水量控制系统的浓缩倍数，定期进行水质分析监测，针对天气、环境、温度的变化，采用自动加药装置和人工加药的方法相结合，保持药剂浓度，保证水质稳定。 从可持续发展战略出发，绿色化无疑是 21 世纪
16、水处理剂发展的中心 战略。绿色化学就是用化学的技术和方法，从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原 料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用，因此传统的化学制剂有待进一步的研究。 6.臭氧处理 臭氧水处理法是一种环保、安全、高效的水处理方法。臭氧在处理循环冷却水时能起到杀菌、缓蚀、阻垢及脱垢的作用，并且效果比较好。 1）阻垢机制：臭氧具有强氧化性 ,从而可以有效地杀灭冷却水系统中的微生物 ,阻止生物垢的生成。臭氧能够与钙离子发生络合作用的物质产生氧化还原反应 ,使得醛基和羟基的总数增加 ,从而使得冷却水中的钙离子浓度增加 ,减缓 水垢的生成。 2）脱垢机制：臭氧具有较强氧化性 ,利用臭
17、氧对循环冷却水进行处理可以有效杀灭水中的微生物 , 降低有机物的含量 ,从而阻止新的污垢生成 , 同时可以有效去除已经存在的生物污垢。臭氧还可以氧化污垢中的有机物成分 ,破坏污垢的结构 ,使垢层变得松软 ,流体的流动会对变得松软的垢层产生冲击 , 使其脱离换热器表面。 7.紫外线水处理技术 紫外线杀菌主要是利用 254 纳米波长的紫外线光。此波长的紫外线光，即使是在微量的紫外线投射剂量下，也可以破坏一个细胞的生命核心 DNA，因此阻止细胞再生 ,丧失再生能力使细菌变得无 害，从而达到灭菌的效果。象所有其它紫外线应用技术一样，这种系统的规模取决于紫外线的强度（照射器的强度和功率）和接触时间（水、
18、液体、或空气暴露在紫外线下的时间长短）。 紫外线消毒法安全，经济，对菌种的选择性少，水质也不会改变，所以近年已广泛使用这种方法， 因此也应该可以应用于空调水系统。 紫外线杀菌主要是利用 254 纳米波长的紫外线光。此波长的紫外线光，即使是在微量的紫外线投射剂量下，也可以破坏一个细胞的生命核心 DNA，因此阻止细胞再生，丧失再生能力使细菌变得无害，从而达到灭菌的效果。紫外线水处理技术降低总有 机碳量 ： 波长较短的紫外线具有更多的能量，因此能够分解有机物。紫外线氧化有机的反应过程虽然非常复杂，紫外线水处理技术其主要原理是通过产生氧化能力很强的自由氢氧，将有机物氧化成水和二氧化碳。紫外线水处理技术
19、降解余氯 ： 185 纳米和 254 纳米波长的紫外线都被证实可以有效地破坏余氯和氯氨的化学键 ，减轻对设备的腐蚀。 8.复合水处理技术 1 铬系水处理药剂配方：铬酸盐 +Zn2+膦酸盐复合水处理剂可以提高水中锌的稳定性，可使 PH 值范围扩展到 9.0，可以减轻微生物引起的腐蚀和粘泥。 2 此配方是目前我国应用最广泛、技术最 成熟、药源也丰富的配方。有六偏磷酸钠 +HEDP+ Zn2+ ；有六偏磷酸钠 +HEDP+PAA+ Zn2+ ；有三聚磷酸钠+HEDP+HPMA+ Zn2+等。磷系列要特别注意对微生物的控制。 3 磷系水处理药剂配方：有机膦系配方，在中央空调循环水化学处理中，效果很显著
20、。国内药源丰富，药剂性能稳定。具有缓蚀剂阻垢剂双重功效。国内药源丰富，药剂性能稳定。具有缓蚀剂和阻垢剂双重功效，又具有较高的温度、抗氧化性好，不易水解等性能，使用也方便，可用于碱性水处理。配方有：HEDP+ATMP+Zn2+； HEMA+HEDP+ Zn2+； HEDP+PAA+ Zn2+等。 总结 综上所述，不同水系统由于各自不同的特点，对于不同的空调水系统运用不同的水处理方法，冷冻水系统由于水温比较低，因此腐蚀速度比较慢，只需要投放腐蚀抑制剂就可以，而在系统暂停时，注意充满水。冷却水系统系统大都与大气接触，同时要解决结垢、腐蚀和藻类细菌滋生等问题，因此要运用多种方法加以解决。对冷凝水系统而
21、言要有足够的坡度来防止积水，同时放置防霉片等。我们在选择水处理方法时，要从经济和效果上确定，已到达既定的要求。生各种各样的水处理方法都各有优点同时也有局。目前，市场 上已经有许多水处理公司，对于用户来说，选择有专业资质的水处理公司来指导制定经济实用的水处理方案，比盲目使用各种水处理方法更能够事半功倍。 参考文献 1 黄中耀 . 影响空调系统节能效率的水处理方法分析 J . 2009 年 09 期 2 储召华 ， 汤国勇 ， 郝桂霞 . 磁化水中 Fe-(2+)对抑垢影响规律的探索 J . 牡丹江师范学院学报 (自然科学版 ),1998 年 02 期 3 王香爱 . 我国阻垢剂的研究进展 J .
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