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在一个封闭的冷却系统中，同样的水连续不断的在压缩机和一些外部换热器之间循环。这样，换热器可以通过外部的水循环或者通过周围的空气来进行冷却。

当水被另一个冷却水回路冷却时，则使用平面板式换热器。当水被周围的空气冷却时，则使用含有管道与散热片的冷却矩阵。一个或多个风扇会强制周围的空气通过管道和散热片。

如果冷却水有限，这种方法是合适的。开放式或封闭式循环的冷却能力大约是相同的，即压缩机冷却水要比冷却液温度高5℃。

如果冷却水是由周围的空气冷却，则需要添加防冻剂(如乙二醇)。封闭冷却水系统里是纯净的软化水。添加乙二醇时，压缩机系统的水流量必须重新计算，因为乙二醇的类型和浓度会影响水的比热和粘度。同样重要的是，在第一次填充该系统时，必须彻底清洗整个系统。

正确实施的封闭水系统只需要很少的监督，维护费用也很低。对于安装存在潜在腐蚀性的现有冷却水，需要在冷却器中设计有防腐蚀材料，如耐热铬镍铁合金。空压机是工厂生产或户外施工的动力源，它罢工了，什么活都干不了，所以平时空压机的保养和维修需要特别注意。

压缩空气在空压机内部的中间冷却器与后冷却器中冷却的越多，空压机就越节能，水蒸气就会冷凝得越多。水冷式空气压缩机的安装对压缩机室内的通风系统要求不高，因为冷却水中包含的热大约占电动机能量的90%。

压缩机水冷却系统，可以基于三个主要原则之一：无循环水的开放系统(连接到外部的水供应)、带循环水的开放系统(冷却塔)和带循环水的封闭系统(包括外部换热器系统/散热器)。

空气压缩机在带循环水的开放系统中，来自压缩机的冷却水在开放的冷却塔中被再次冷却，但水会逐渐被周围空气污染。可溶性盐类沉积在热的金属表面，降低冷却塔的热传递能力。水必须定期利用化学品避免藻类的生长。冬季当压缩机不工作时，冷却塔必须要排水或者水必须被加热以防止冻结。