本文发表在《全球能源互联网》2021年第2期“城市能源系统智慧低碳转型的驱动机制及关键技术”专题上，欢迎点击品读。

我国中央空调系统总能耗在大型公共建筑能耗所占的比例为40%~50%，有些夏季炎热地区甚至达到70%以上。因此，减少冷水机组的能耗是实现城市能源低碳转型的重要方式之一。目前在运的冷水机组由于冷凝器结垢普遍存在能源浪费的情况，为此本文提出了一种特殊的在线水处理技术（special online water treatment technology，SOWTT），并以厦门市为例，通过建模分析以及SOWTT在楼宇中的实际运行数据，定量研究SOWTT对于提升城市能源系统效率的作用。

（1）根据冷水机组冷凝器的污垢形成过程，提出了SOWTT，能够有效防止污垢生成确保冷水机组高效运行；

（2）建立了污垢影响冷水机组制冷系数的数学模型，结合冷水机组的实际运行数据，评价SOWTT的节能减排效果；

（3）比较SOWTT与机械法除垢的优劣，表明SOWTT有利于提高城市能源系统效率。

为了减小污垢对中央空调冷水机组效率的影响，提高城市能源系统效率，提出了一种特殊的在线水处理技术（ special online water treatment technology，SOWTT）。通过追踪和计算厦门数台冷水机组的趋近温度、运行效率、年耗电量和二氧化碳减排量来评估SOWTT的效果。结果表明采用SOWTT的冷水机组的趋近温度基本与新机组趋近温度数值相当，能够有效防止污垢生成。另外SOWTT能使冷水机组制冷系数（ coefficient of performance，COP） 值基本保持在新机COP的90%以上。如果将中国所有冷水机组都采用SOWTT，相比于每半年一次的机械式清理，能够节约50.07%的电能，经济效益显著，同时可减排大量二氧化碳，实现节能减排的目标。因此SOWTT综合效益显著，其广泛使用将会大幅提升城市能源系统效率。

CaCO₃等晶体的结垢主要经过4个步骤： a）蒸发和过饱和，冷却水在冷却塔中蒸发，新水的补充使冷却水中Ca²⁺等的浓度增加；b）达到饱和条件时，Ca²⁺与CO₃^2-碰撞成核的速度大于溶解的速度；c）晶体开始沿着某一方向生长；d）大的晶体间积聚成垢。为了阻断这四个过程，提出了SOWTT，有效防止污垢生成。

⬆ 图1 碳酸钙污垢的形成

污垢的大小很难直接测量，可由趋近温度近似。采用SOWTT后，趋近温度保持在1.08 ℃ 左右，基本与新机组的趋近温度水平相当，处于正常范围内。但是如果未对冷水机组除垢，趋近温度在20天内增长了19.96%，同等情况下功耗将大幅增加。

⬆ 图2 采用SOWTT对趋近温度的影响

探究了厦门市采用SOWTT的机组在100 d内的运行状况。可以发现，采用SOWTT能够使冷水机组保持高效运行。以（a）号机组为例，在无污垢时，制冷系数为6.1，采用SOWTT防垢能够使机组平均制冷系数保持在6.011附近，几乎达到无污垢运行状态。(b)、(c)、(d)新机组的制冷系数分别是6.1、5.5、5.5。

⬆ 图3 采用SOWTT后制冷机组的制冷系数

若机组的制冷量为2285 kW，稳定运行6个月，则采用SOWTT比清理周期为每月、 每季度、 每半年的机械法少消耗电量分别为978 704 kWh、 1 344 371 kWh和1 647 060 kWh，多减排的二氧化碳分别为976 t、 1340 t和1642 t，可见SOWTT的节能减排效果显著。

⬆ 图4 制冷机采用SOWTT和机械式清理法在节能减排上的比较

研究团队