特別報導
第17期 2013年 第4季
中央冷水系統解決方案
何為中央冷水系統？
中央冷水系統，顧名思義，就是對某個特定區域的相應設備集中供應冷水的處理系統。根據實際需求冷水的溫度，壓力，流量及工廠佈局等資訊，通過合理的計算，得出近似參數，從而選擇合適的製冷設備並規劃整體佈局，最終組建合理的中央冷水系統。
主要特點
•可以根據需要，達到對冷水溫度的精確控制，適應不同工況。
•相比於多台單機式冷水機，中央冷水系統可以節約成本。
•一般中央冷水系統的主機放置於廠房外部，從而可以保證廠房內部較低的噪音水準，保證良好的工作環境。
•節約廠房內部空間。大多數的工廠的占地面積很珍貴，大量單機式冷水機放置於廠房內，佔用了大量的空間，而中央式的機器一般放置於專用區域內，所有管路放置於廠房上部或埋放於地溝中，在廠房少數的管路可見，保證廠房內部整潔有序。
•水泵故障時，可保證生產連續性。一般中央冷水系統的都配備有多泵供水系統，即便其中一台水泵故障時，備用水泵可以馬上投入到生產中，不影響生產的連續性。
系統構成
冷水主機的選用
冷水主機的選用需要綜合考量系統的整體配備，總的製冷要求，用戶端的環境與地理條件，前期設備成本及噪音等因素。
一般來講，水冷式中央冷水機組適用於水資源比較豐富且環境溫度適中的地區，水冷式冷水機組需要一台冷卻水塔與其配合使用，以便於對冷水機組進行冷卻，且有良好的冷卻效果，但是如果環境溫度過低易結冰的時候不適用。風冷式中央冷水機組無需冷卻水塔，它依靠外界的空氣對高溫冷媒進行冷卻，減少了冷卻水塔部分的設備成本，當環境溫度過低的時候還可以通過控制冷卻風量來達到控制冷卻量的效果。但是風冷式中央冷水機組的噪音相較於前者較大，且不適用於環境溫度較高的場所。
負荷計算
負荷計算為中央冷水系統的重點，所有參數的計算，結構的設計及設備的選用，均由此開始。對於塑膠成型工廠來講，一般負荷計算共分為二大部分：
模具的快速冷卻
•成型機液壓系統的油冷卻
•模具快速冷卻
在成型過程中，大部分時間是用來對成型產品進行冷卻的，且一般模具的冷卻水道的設計都比較接近於成型產品的模腔，以達到對產品的高效冷卻，故對於模具來講，其本身就是一個換熱器，用來在高溫成型產品與冷水之間進行溫度傳遞，利用冷水將成品的熱量帶走，以提高成型速度。若模具沒有配備熱流道，可以按如下公式進行熱量計算：
Q1=M × S × T × δ
其中：Q1=製冷量(kcal/h)
M=塑膠用量(kg/h)
S=塑膠比熱(kcal/kg℃)
T=融膠溫度與產品脫模溫度的差值(℃)，一般为200℃
δ=安全係數
δ為安全係數，一般可在2.0~3.0之間選取，如選擇風冷式冷水機時，S也應適當選很大一點，如為吹瓶機，S可取4.0。
若模具配備了熱流道，則所需的製冷功率需要做相應的增加，一般增加量為熱流量功率的0.6~0.8倍。
成型機的冷卻
成型機的冷卻量與液壓成型機的電機功率、成型週期有關，可參考下面公式計算：
Q2=P ×δ
其中：Q2=製冷量(kcal/h)
P=電動機功率(kW)
δ=係數
係數δ一般取0.35-0.5，當普通成型週期(一般成型週期大於10秒)時δ取0.35，當採用快速成型週期(一般成型週期3~10秒)時δ取0.5或更大些。
循環水量
一副模具所需的冷水流量與模具要帶走的熱量和冷水進出模具的溫差有關。可根據如下公式計算：
冷卻水流量(冷卻水是指外界需要提供給冷水機的常溫循環水)：
L=(Q+P)÷(C×△t×D)÷1000
其中： L=流量 (m3/h)
Q=製冷量(kcal/hr)
P=壓縮機功率(kW)
C=水比熱1(kcal/kg•℃)
△t=進出口溫差5℃
D=水的比重kg/L
冷水流量(冷水是指冷水機提供給現場所使用的低溫循環水)：
L=Q÷(C×△t×D)÷1000
其中： L=流量 (m3/h)
Q=製冷量(kcal/hr)
C=水比熱1(kcal/kg•℃)
△t=進出口溫差5℃
D=水的比重kg/L
保溫水箱
在冷水系統中，保溫水箱的功能是蓄水，保證系統運行有足夠的水量；保溫水箱的另一功能是蓄能。水箱越大，蓄能越多，冷水機不用頻繁啟動，節能省電。
保溫水箱不承受外在壓力，僅承受一定的箱內冷水自身重量及標準大氣壓力。保溫是利用一定介質(如聚胺脂發泡)使水箱與外界隔離，使水溫在一定環境溫度條件下，下降較小。
保溫水箱結構一般包括水箱內膽、保溫層、外殼三個部分。內膽材料包括不銹鋼304、搪瓷內膽、搪塑粉內膽(水晶內膽)。水箱使用壽命關鍵在於原材料選擇，及水箱製作工藝技術要求及技術成熟程度。一般來說，不銹鋼製作工藝較為簡單，主要解決焊接工藝。
一般冷水系統中所使用保溫水箱的容積不低於水泵額定流量的3倍，見如下經驗公式:
水箱容量Q(L)≥泵浦额定流量(L/min)×3
冷卻水塔
冷卻塔的名義流量應滿足冷水機組要求的冷卻水量，同時冷卻塔的進水和出水溫度應分別與冷水機組冷凝器的出水和進水溫度相一致。再根據室外空氣的濕球溫度，查產品樣本給出的冷卻塔熱工性能曲線或說明，校核塔的實際流量是否滿足冷水機要求的冷卻水量。一般冷卻水塔的選用主要由冷卻水量決定，見如下經驗公式：
冷卻塔水流量(m3/h)=設備總冷量(kW)×860(kca/h)÷3000× 1.2
泵浦
一般中央冷水系統均為多泵供水系統，以便於某台水泵出現問題的時候，可以及時恢復供水，保證最小的故障恢復週期，確保生產的連續性。
泵浦的選用需要根據生產現場的管路佈局，管路的損耗，現場各種設備所需要的壓力及流量參數，綜合考量之後，選擇合適的泵浦。
配管方式
1.單冷水循環系統
冷水管路上的水泵從水箱(水池)直接泵水至成形機模具，經成型機模具後的冷水回流至冷水機組，經過製冷後存放在水箱內。水箱、水泵、模具和冷水機組成一個迴路，冷水就在此迴路中循環製冷。這種循環迴路一般適用於機台數量少，系統需求流量不大(小於冷水機額定流量1.5倍)的情況。
2.雙冷水循環系統
當遇到系統需求流量較大(大於冷水機額定流量1.5倍)的情況或根據實際的需要，可採用雙冷水循環迴路系統。雙冷水循環迴路由冷水內循環迴路和冷水外循環迴路組成。冷水內循環迴路由水箱、泵浦和冷水機組成一個迴路，冷水機就給水箱裏的水作循環製冷。水箱、泵浦及現場設備組成一個外循環迴路，泵浦直接從水箱內泵水至各現場設備，帶走它們的熱量後回流到水箱，再次跟冷水機出來的冷水在水箱內混合。內、外冷水循環迴路之間獨立工作，互不影響。
A.兩支管配管
當冷水流量需求較小或成型機台數量較少時，可採用兩支冷水主管，兩支主管管徑要求冷水機出水管越來越小，且各機台進出口安裝壓力調節閥，使每台機台的冷水流量與壓力基本一致。
B.三支管配管
當冷水流量需求較大或成型機台數量較多時，可採用逆迴水管路(即三支管)，但在配置管路時需注意，冷水機出水主管越來越細，以保證每台機台的冷水流量與壓力基本一致。
C.防鎖死配管
當整個中央式冷水系統中的設備全開時，管道中所流過的冷水流量及管道中的水壓均為正常值，但是當系統中有一部分的機器開啟而其他機器處於停機狀態時，會形成系統主管水壓的增高，不利於系統安全，此時可以採用防鎖死配管，在冷水主機進出口安裝類似溢流閥的裝置，當壓力升高至其設定值時，自動打開閥門，使主管的壓力不至於過高。
注意事項
一般冷卻塔的水面須保證位於整個系統的最高點，以保證整個系統的管路時刻都有循環水存在，避免氣體進入管路而發生的生銹，壓力波動的問題。另外，此種佈局也可以使所選用的冷卻循環泵浦的功率儘量小，其揚程只需克服管道的阻力及冷卻塔水面至噴淋頭之間的高度即可。
對於冷水機組至現場設備的管路，應保證水箱的水面是整個系統的最高點，以保證整個管路被水充滿。
若系統為封閉系統，則考慮到冷水熱脹冷縮的特性，需要配備膨脹水箱。膨脹水箱須放置於整個系統的最高點，且其對於系統的補水口需位於泵浦的吸入端。
注意事項
一般冷卻塔的水面須保證位於整個系統的最高點，以保證整個系統的管路時刻都有循環水存在，避免氣體進入管路而發生的生銹，壓力波動的問題。另外，此種佈局也可以使所選用的冷卻循環泵浦的功率儘量小，其揚程只需克服管道的阻力及冷卻塔水面至噴淋頭之間的高度即可。
對於冷水機組至現場設備的管路，應保證水箱的水面是整個系統的最高點，以保證整個管路被水充滿。
若系統為封閉系統，則考慮到冷水熱脹冷縮的特性，需要配備膨脹水箱。膨脹水箱須放置於整個系統的最高點，且其對於系統的補水口需位於泵浦的吸入端。
其他建議配件
電子水處理儀
在以水為介質的給排水系統中，結垢、腐蝕和微生物繁殖，一直是危害系統的三大主要因素。水垢的產生會使設備的換熱效率下降，能源消耗增大，氧化和腐蝕會嚴重影響管道和設備的使用壽命，並產生黃鏽水，微生物的生產同樣會在管內形成沉積，從而降低水的流通截面積，增大水流阻力，降低換熱效率。
電子水處理儀，又名電子除垢防垢儀。該設備不需要添加任何化學藥物，安裝使用非常簡單，可廣泛用於鍋爐、中央空調、換熱設備、循環水系統、工業通用水處理設備等，對物理性、生物性、化學性的垢類均有明顯的預防和清除效果。
流量控制閥
流量控制閥，是一種採用高精度先導方式控制流量的多功能閥門，它可以保持預定流量不變，適用於配水管需控制流量和壓力的管路中，將過大流量限制在一個預定值，並將上游高壓適當減低，即使主閥上游的壓力發生變化，也不會影響主閥下游的流量。
流量控制閥是在一定壓力差下，依靠改變節流口液阻的大小來控制節流口的流量，從而調節執行元件(液壓缸或液壓馬達)運動速度的閥類。主要包括節流閥、調速閥、溢流節流閥和分流集流閥等。安裝形式為水平安裝。
流量計
流量計用於實時檢測系統的流量是否正常，可以及時提示系統的維護人員整個水循環管種中循環水的流動是否正常，用於對蒸發器，現場設備等進行無水運行保護，避免因其處於無水工況下導致零件損壞。
壓力傳感器
壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種感測器，其安裝於系統中水泵的出水端，可以正確及時的檢測系統壓力是否正常，確保系統的安全運行。
中央冷水系統，顧名思義，就是對某個特定區域的相應設備集中供應冷水的處理系統。根據實際需求冷水的溫度，壓力，流量及工廠佈局等資訊，通過合理的計算，得出近似參數，從而選擇合適的製冷設備並規劃整體佈局，最終組建合理的中央冷水系統。
主要特點
•可以根據需要，達到對冷水溫度的精確控制，適應不同工況。
•相比於多台單機式冷水機，中央冷水系統可以節約成本。
•一般中央冷水系統的主機放置於廠房外部，從而可以保證廠房內部較低的噪音水準，保證良好的工作環境。
•節約廠房內部空間。大多數的工廠的占地面積很珍貴，大量單機式冷水機放置於廠房內，佔用了大量的空間，而中央式的機器一般放置於專用區域內，所有管路放置於廠房上部或埋放於地溝中，在廠房少數的管路可見，保證廠房內部整潔有序。
•水泵故障時，可保證生產連續性。一般中央冷水系統的都配備有多泵供水系統，即便其中一台水泵故障時，備用水泵可以馬上投入到生產中，不影響生產的連續性。
系統構成
冷水主機的選用
冷水主機的選用需要綜合考量系統的整體配備，總的製冷要求，用戶端的環境與地理條件，前期設備成本及噪音等因素。
一般來講，水冷式中央冷水機組適用於水資源比較豐富且環境溫度適中的地區，水冷式冷水機組需要一台冷卻水塔與其配合使用，以便於對冷水機組進行冷卻，且有良好的冷卻效果，但是如果環境溫度過低易結冰的時候不適用。風冷式中央冷水機組無需冷卻水塔，它依靠外界的空氣對高溫冷媒進行冷卻，減少了冷卻水塔部分的設備成本，當環境溫度過低的時候還可以通過控制冷卻風量來達到控制冷卻量的效果。但是風冷式中央冷水機組的噪音相較於前者較大，且不適用於環境溫度較高的場所。
負荷計算
負荷計算為中央冷水系統的重點，所有參數的計算，結構的設計及設備的選用，均由此開始。對於塑膠成型工廠來講，一般負荷計算共分為二大部分：
模具的快速冷卻
•成型機液壓系統的油冷卻
•模具快速冷卻
在成型過程中，大部分時間是用來對成型產品進行冷卻的，且一般模具的冷卻水道的設計都比較接近於成型產品的模腔，以達到對產品的高效冷卻，故對於模具來講，其本身就是一個換熱器，用來在高溫成型產品與冷水之間進行溫度傳遞，利用冷水將成品的熱量帶走，以提高成型速度。若模具沒有配備熱流道，可以按如下公式進行熱量計算：
Q1=M × S × T × δ
其中：Q1=製冷量(kcal/h)
M=塑膠用量(kg/h)
S=塑膠比熱(kcal/kg℃)
T=融膠溫度與產品脫模溫度的差值(℃)，一般为200℃
δ=安全係數
δ為安全係數，一般可在2.0~3.0之間選取，如選擇風冷式冷水機時，S也應適當選很大一點，如為吹瓶機，S可取4.0。
若模具配備了熱流道，則所需的製冷功率需要做相應的增加，一般增加量為熱流量功率的0.6~0.8倍。
成型機的冷卻
成型機的冷卻量與液壓成型機的電機功率、成型週期有關，可參考下面公式計算：
Q2=P ×δ
其中：Q2=製冷量(kcal/h)
P=電動機功率(kW)
δ=係數
係數δ一般取0.35-0.5，當普通成型週期(一般成型週期大於10秒)時δ取0.35，當採用快速成型週期(一般成型週期3~10秒)時δ取0.5或更大些。
循環水量
一副模具所需的冷水流量與模具要帶走的熱量和冷水進出模具的溫差有關。可根據如下公式計算：
冷卻水流量(冷卻水是指外界需要提供給冷水機的常溫循環水)：
L=(Q+P)÷(C×△t×D)÷1000
其中： L=流量 (m3/h)
Q=製冷量(kcal/hr)
P=壓縮機功率(kW)
C=水比熱1(kcal/kg•℃)
△t=進出口溫差5℃
D=水的比重kg/L
冷水流量(冷水是指冷水機提供給現場所使用的低溫循環水)：
L=Q÷(C×△t×D)÷1000
其中： L=流量 (m3/h)
Q=製冷量(kcal/hr)
C=水比熱1(kcal/kg•℃)
△t=進出口溫差5℃
D=水的比重kg/L
保溫水箱
在冷水系統中，保溫水箱的功能是蓄水，保證系統運行有足夠的水量；保溫水箱的另一功能是蓄能。水箱越大，蓄能越多，冷水機不用頻繁啟動，節能省電。
保溫水箱不承受外在壓力，僅承受一定的箱內冷水自身重量及標準大氣壓力。保溫是利用一定介質(如聚胺脂發泡)使水箱與外界隔離，使水溫在一定環境溫度條件下，下降較小。
保溫水箱結構一般包括水箱內膽、保溫層、外殼三個部分。內膽材料包括不銹鋼304、搪瓷內膽、搪塑粉內膽(水晶內膽)。水箱使用壽命關鍵在於原材料選擇，及水箱製作工藝技術要求及技術成熟程度。一般來說，不銹鋼製作工藝較為簡單，主要解決焊接工藝。
一般冷水系統中所使用保溫水箱的容積不低於水泵額定流量的3倍，見如下經驗公式:
水箱容量Q(L)≥泵浦额定流量(L/min)×3
冷卻水塔
冷卻塔的名義流量應滿足冷水機組要求的冷卻水量，同時冷卻塔的進水和出水溫度應分別與冷水機組冷凝器的出水和進水溫度相一致。再根據室外空氣的濕球溫度，查產品樣本給出的冷卻塔熱工性能曲線或說明，校核塔的實際流量是否滿足冷水機要求的冷卻水量。一般冷卻水塔的選用主要由冷卻水量決定，見如下經驗公式：
冷卻塔水流量(m3/h)=設備總冷量(kW)×860(kca/h)÷3000× 1.2
泵浦
一般中央冷水系統均為多泵供水系統，以便於某台水泵出現問題的時候，可以及時恢復供水，保證最小的故障恢復週期，確保生產的連續性。
泵浦的選用需要根據生產現場的管路佈局，管路的損耗，現場各種設備所需要的壓力及流量參數，綜合考量之後，選擇合適的泵浦。
配管方式
1.單冷水循環系統
冷水管路上的水泵從水箱(水池)直接泵水至成形機模具，經成型機模具後的冷水回流至冷水機組，經過製冷後存放在水箱內。水箱、水泵、模具和冷水機組成一個迴路，冷水就在此迴路中循環製冷。這種循環迴路一般適用於機台數量少，系統需求流量不大(小於冷水機額定流量1.5倍)的情況。
2.雙冷水循環系統
當遇到系統需求流量較大(大於冷水機額定流量1.5倍)的情況或根據實際的需要，可採用雙冷水循環迴路系統。雙冷水循環迴路由冷水內循環迴路和冷水外循環迴路組成。冷水內循環迴路由水箱、泵浦和冷水機組成一個迴路，冷水機就給水箱裏的水作循環製冷。水箱、泵浦及現場設備組成一個外循環迴路，泵浦直接從水箱內泵水至各現場設備，帶走它們的熱量後回流到水箱，再次跟冷水機出來的冷水在水箱內混合。內、外冷水循環迴路之間獨立工作，互不影響。
當冷水流量需求較小或成型機台數量較少時，可採用兩支冷水主管，兩支主管管徑要求冷水機出水管越來越小，且各機台進出口安裝壓力調節閥，使每台機台的冷水流量與壓力基本一致。
B.三支管配管
當冷水流量需求較大或成型機台數量較多時，可採用逆迴水管路(即三支管)，但在配置管路時需注意，冷水機出水主管越來越細，以保證每台機台的冷水流量與壓力基本一致。
C.防鎖死配管
當整個中央式冷水系統中的設備全開時，管道中所流過的冷水流量及管道中的水壓均為正常值，但是當系統中有一部分的機器開啟而其他機器處於停機狀態時，會形成系統主管水壓的增高，不利於系統安全，此時可以採用防鎖死配管，在冷水主機進出口安裝類似溢流閥的裝置，當壓力升高至其設定值時，自動打開閥門，使主管的壓力不至於過高。
注意事項
一般冷卻塔的水面須保證位於整個系統的最高點，以保證整個系統的管路時刻都有循環水存在，避免氣體進入管路而發生的生銹，壓力波動的問題。另外，此種佈局也可以使所選用的冷卻循環泵浦的功率儘量小，其揚程只需克服管道的阻力及冷卻塔水面至噴淋頭之間的高度即可。
對於冷水機組至現場設備的管路，應保證水箱的水面是整個系統的最高點，以保證整個管路被水充滿。
若系統為封閉系統，則考慮到冷水熱脹冷縮的特性，需要配備膨脹水箱。膨脹水箱須放置於整個系統的最高點，且其對於系統的補水口需位於泵浦的吸入端。
一般冷卻塔的水面須保證位於整個系統的最高點，以保證整個系統的管路時刻都有循環水存在，避免氣體進入管路而發生的生銹，壓力波動的問題。另外，此種佈局也可以使所選用的冷卻循環泵浦的功率儘量小，其揚程只需克服管道的阻力及冷卻塔水面至噴淋頭之間的高度即可。
對於冷水機組至現場設備的管路，應保證水箱的水面是整個系統的最高點，以保證整個管路被水充滿。
若系統為封閉系統，則考慮到冷水熱脹冷縮的特性，需要配備膨脹水箱。膨脹水箱須放置於整個系統的最高點，且其對於系統的補水口需位於泵浦的吸入端。
電子水處理儀
在以水為介質的給排水系統中，結垢、腐蝕和微生物繁殖，一直是危害系統的三大主要因素。水垢的產生會使設備的換熱效率下降，能源消耗增大，氧化和腐蝕會嚴重影響管道和設備的使用壽命，並產生黃鏽水，微生物的生產同樣會在管內形成沉積，從而降低水的流通截面積，增大水流阻力，降低換熱效率。
電子水處理儀，又名電子除垢防垢儀。該設備不需要添加任何化學藥物，安裝使用非常簡單，可廣泛用於鍋爐、中央空調、換熱設備、循環水系統、工業通用水處理設備等，對物理性、生物性、化學性的垢類均有明顯的預防和清除效果。
流量控制閥
流量控制閥，是一種採用高精度先導方式控制流量的多功能閥門，它可以保持預定流量不變，適用於配水管需控制流量和壓力的管路中，將過大流量限制在一個預定值，並將上游高壓適當減低，即使主閥上游的壓力發生變化，也不會影響主閥下游的流量。
流量控制閥是在一定壓力差下，依靠改變節流口液阻的大小來控制節流口的流量，從而調節執行元件(液壓缸或液壓馬達)運動速度的閥類。主要包括節流閥、調速閥、溢流節流閥和分流集流閥等。安裝形式為水平安裝。
流量計
流量計用於實時檢測系統的流量是否正常，可以及時提示系統的維護人員整個水循環管種中循環水的流動是否正常，用於對蒸發器，現場設備等進行無水運行保護，避免因其處於無水工況下導致零件損壞。
壓力傳感器
壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種感測器，其安裝於系統中水泵的出水端，可以正確及時的檢測系統壓力是否正常，確保系統的安全運行。