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1、冷却塔详细参数：民用建筑冷却塔基础知识

冷却塔中的散热关系：

在湿式冷却塔中，热水的温度高，流过水表面的空气的温度低，水将热量传给空气，由空气带走，散到大气中去，水向空气散热有三种形式：①接触散热、②蒸发散热、③辐射散热。冷却塔主要靠前两种散热，辐射散热量很小，可勿略不计。

蒸发散热原理：

蒸发散热通过物质交换，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。水分子有着不同的能量，平均能量有水温决定，在水表面附近一部分动能大的水分子克服邻近水分子的吸引力逃出水面而成为水蒸气，由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小，因此，水温降低，这就是蒸发散热，一般认为蒸发的水分子首先在水表面形成一层薄的饱和空气层，其温度和水面温度相同，然后水蒸气从饱和层向大气中扩散的快慢取决于饱和层的水蒸气压力和大气的水蒸气压力差，即道尔顿（Dolton）定律，可用图1表示此过程。

冷却水塔的工作原理：

实际上冷却水塔工作原理就是上述水蒸发热质交换的运用，即将热水喷洒在散热材表面与通过之移动空气相接触，此际热水与冷空气之间产生湿热之热交换作用，同时部分的热水被蒸发，也即蒸发水汽中其蒸发潜热被排放至空气中，最后经冷却后的水落入水槽内，然后再回到所需设备利用、循环，具体见图2。

根据热力学定律，热水经过冷却塔时，放出之热量相等空气由入口至出口时所吸收之热量。

L×（t2-t1）=G×（h2－h1）

L/G=（h2－h1）/（t2-t1）=e/R

其质量之传递可以下列公式表示：

G×eg=ka（EI—eg）dv -（1）

eg：空气总质量热焓；

k：冷却塔单位面积之热惯流率系数

a：常数

EI：在一定水温时饱和空气热焓，cal/kg（BTU/Ib）

冷却塔有效容积（m3、ft3）：

图3为冷却塔冷却过程曲线图，上端之曲线为水的运转线，起始热水温度A点至冷水温度B点为止；下端以斜线C-D为空气运转线，C点位置在相当于入风口湿球温度之热焓处，水与空气比（L/G）等于空气运转线C-D之斜率，D点表示出风口空气温度，斜率C-D之投影长度为冷却温度差，F点表示出风口空气之湿球温度。

积分值

为冷却过程中产生之热传递单位数，其值等于图3中之ABCD四点构成面积，此值等于冷却塔之特性值，其值随水与空气之比率而变化。

kaV/L=（L/G）n×C

kaV/L：冷却塔特性质；L/G：水/空气比；C：试验常数；N：试验常数；Ka：填料容积；散质系数；V：填料体积；

冷却塔性能参数：

1.冷却效能：

部分人有一个错误的概念，就是以冷幅作为冷却水塔效能的标准，并以着来选择合适的散热量，其实冷幅是冷却水塔运作的反映与效能是没有直接之关系。

热量是循环系统内所产生的负荷，它的单位为千卡/小时（Kcal/HR）计算公式如下：热量=循环水流量×冷幅×比热系数

热量负荷和冷却水塔的效能是没有直接关系，所以无论冷却水塔的体积大小，当热量负荷和循环水流量不变而运作下，在理论上冷幅都是固定的。

若一座冷却水塔能适合以下之条件而运作：

i）出水温度为32℃及37℃

ii）循环水流量为 200L/S

iii）环境湿球温度为 27℃

iv）逼近=32-27=5℃

v）冷幅=37-32=5℃

计算其热量应为3600000Kcal/HR

此冷却水塔也能适合以下之条件有效地运作：

i）出水温度为33℃及43℃

ii）循环水流量为 200L/S

iii）环境湿球温度为 23℃

iv）逼近=33-23=10℃

v）冷幅=43-33=10℃

计算其热量应为7200000Kcal/HR

从上述举例可显示出相同冷却水塔可在不同热量下运作，而热量的差别示极大，所以不能单靠冷幅来衡量冷却水塔的效能。

前文提及冷却水塔的散热量直接受环境湿球温度影响，而以上两列因环境湿球温度有差别，导致逼近不同，所以同一冷却水塔能在以上两条件下运作如常，证明冷却水塔的效能是直接与逼近有密切关系而不能单以冷幅计算。

2.蒸发耗损量

当冷却回水和空气接触而产生作用，把其水温降时，部分水蒸发会引起冷却回水之损耗，而其损耗量和入塔空气的湿球温度及流量有关，以数学表达式作如下说明：

令：进水温度为 T1℃，出水温度为T2℃，湿球温度为Tw，则

*：R=T1-T2 （℃）--（1）

式中：R：冷却水的温度差，对单位水量即是冷却的热负荷或制冷量Kcal/h

对式（1）可推论出水蒸发量的估算公式

*：E=（R/600）×100% --（2）

式中：E--当温度下降R℃时的蒸发量，以总循环水量的百分比表示%，600--考虑了各种散热因素之后确定之常数。

如：R=37-32=5℃

则E=｛（5×100）/600｝=0.83%总水量

或e=0.167%/1℃，即温差为1℃时的水蒸发量

*：A=T2-T1 ℃ --（3）

式中：A--逼近度，即出水温度（T2）逼近湿球温度的程度℃，按热交换器设计时冷端温度差取值的惯例，宜取A≥3℃（CTI推进A≥5 oF即2.78℃）A<不是做不到，而是不合理和不经济。

3.漂水耗损量

漂水耗损量的大小是和冷却水塔（是否取用隔水设施），风扇性能（包括风量、风机及风扇叶角度的调整以及它们之间的配合等），水泵的匹配以及水塔的安装质量等因素有关，通常它的耗损量是很少的，大约在冷却器水总流量的0.2%以下。

4.放空耗损量

由于冷却回水不断的蒸发而令其变化（使水质凝结）这凝结了的冷却回水能使整个循环系统内产生腐蚀作用及导致藻类生长，所以部分的冷却回水要定期排出，以便补充更新，而这排出的冷却回水量，就称为〖放空量〗。

通常此放空量控制在冷却回水总量的0.3%或由其所需要水质的优劣而定。

放空量B=E/（N-1）-C

B --放空量（%，L/min）

E --蒸发量（%，L/min）

N --凝结量

C --漂水量（%，L/min）

5.补充量

上述提及的冷却塔回水耗损量要不断补充，而补充量的计算如下：

M=E+C+B

M --补充量

E --蒸发耗损量

C --漂水耗损量

B --放空量

假设：蒸发耗损量=0.83%

漂水耗损量=0.1%

放空耗损量=0.25%

补充量=0.83+0.1+0.25=1.18%

来源：互联网。

2、冷却塔详细参数，冷却塔的选型及应用

冷却塔性能不足，对空调系统的影响：

以1000RT水冷机组为例，冷却水流量200L/s，湿球温度28℃，冷却塔参数：

冷却水进水温度对机组能效比的影响：

系统所节省的费用：

以电价1元/KW/H计算，每天运行16小时；每月30天；每年供冷时间5个月；平均使用系数0.7：

水冷冷却塔原理：

温差=进水温度-出水温度

5℃=37℃-32℃，6℃ =38℃-32℃。

逼近度=出水温度–湿球温度

4℃=32℃-28℃，3℃=32℃-29℃。

冷却塔散热量KWh=C×M×△T（C=4180J/kg·℃）

冷却塔标准冷吨定义：3GPM水在湿球温度为78℉时，从95℉冷却到85℉。

1 标准冷吨= 4.395KW

蒸发速度=温差×0.001×100%，例：Range= 9℉，Evaporation Rate=0.9%。

排污率：排污率= 蒸发率/(COC-1)

COC：浓缩倍率（通常取浓缩倍率为4）

横流塔漂水率＜0.001%，逆流塔＜0.001%，补水率=蒸发率 排污率 漂水率。

每台塔都有对应的最低水量和最高水量要求；冷却塔应针对不同流量，应由不同口径大；冷却泵如变频，请务必考虑冷却塔最低水量。

冷却塔结冰常识：

冷却塔结冰，与采用冷却塔种类无关。

冷却塔结冰主要与冷却水温和环境温度有关系；当冷却水温出水温度小于9℃时，已经存在结冰倾向。避免冷却塔结冰更重要来源于冷却水系统。

冷却塔结冰与冷却塔形式无关！

逆流塔结冰位置：

冷却塔结冰主要原因分析：

冷水机组制冷量：850RT，温差：5.3℃，冷冻水流量：518m3/h。

避免结冰主要措施：

尽量保持原有设计水量，冬天不减水量运行；湿球温度偏离设计值时，优先降载风扇转速；建筑热负荷变低时，优先降载风扇转速；建议冬天运行冷却塔采用变频控制为宜。

横流塔放置结冰措施：

冷却水系统设计先决条件：

A.冷却水出水温度≥9℃；

B.散热变小时，应优先降低风扇的转速；

冷却塔改善措施：

A.选择兼顾冬天极端天气和正常天气的合理喷嘴大小；

B.底部水盘增加电加热器和控制器；

C.在进风百叶处可添加电棒热带。

冷却塔选型：

1）冷却水进出口温度；

2）湿球温度；

3）冷却水流量或散热量。

冷却塔要求的水量可按以下公式计算：

qm,w=0.86QC/Δt=0.86kQe/Δt

qm,w：冷却塔水量（t/h）；

Qc：冷凝器负荷（KW）；

Qe：蒸发器负荷（KW）；

Δt：冷却水进出口温差（℃），压缩式制冷机Δt=5℃，吸收式制冷机Δt=6℃；

K：考虑制冷机功耗的热量系数，对压缩式制冷机，K=1.25~1.3。

冷却塔容量变化不同湿球温度下：

冷却塔布置：

基本原则：

尽量将冷却塔布置于开阔区域，避免把冷却塔放置在建筑物的新风口或是人群密集处。

避免把冷却塔放置在白雾会造成不良后果的地方，如有大面积玻璃的场所，高速公路等。

避免热风回流，冷却塔出口要等于或高于临近建筑物，墙壁等，布置方向上应考虑季风影响。

确保冷却塔进风口有足够的新风，保证冷却塔性能。

确保冷却塔周围有足够的布管和检修空间。

对于室内安装，应用使用离心式风扇的产品。

针对不同的工地情况，冷却塔该怎么布置？

1.冷却塔单面靠墙

要求：

出风口完全开放，比周边墙高或与墙等高；

如果冷却塔单面进风则应将进风面面对开放区域；

如果进风口面对墙壁，则与墙壁的间距应该满足。

单面靠墙，进风面与墙的距离d的要求：

2.井式安装

要求：

水塔的出口完全开放,并应高于或等高于相邻的墙；

水塔应该安装在空地中央；

保证进风面与墙之间留有足够的距离，下降风速应该小于2m/s。

3.冷却塔周围有百叶墙

要求：

百叶墙必须有50%以上的通风面积，通过百叶墙的风速应该小于3m/s；

水塔应该安装在空地中央；

水塔进风口和百叶墙之间的距离至少为1m。

布置二：仅限于单台或两联台的应用，百叶有效面积从进风口向外开始算起。

4.冷却塔室内安装

布置要求：

如果设备会摆放在室内或地下室，应该选择离心风扇鼓风式冷却塔。

进风-四周的墙壁应该为百叶或开孔墙壁，或使用风管把室外的新鲜空气引入到冷却塔进风口。

排风–可外接风管，选型时要考虑ESP。

风管及风速的要求：

进风风管内的风速不应大于4m/s的速度，排风风管内的风速不应大于5m/s。过大的风速会增加外部静压损失。

单台设备应该作为一个独立的系统来接进风和排风风管，所有风管应该保持相同尺寸来保证每台风扇所需克服的外部静压相同。

进风和排风风管都需要配有检修门。

应尽量避免在进风和排风口使用弯头。如果必须要使用弯头，请参考以上图片，弯头的高度应该遵循2/3原则。

5.多台安装

要求：

连接布置的冷却塔数不超过4台；

并排的多塔连接之间距离需要保持一个水塔的长度L；

进风面相对，其间距M的最小值应满足算式：M=2d 连台台数×0.3m。

错误：进风面离实体墙距离太近。

建议：增加进风面离墙距离，实体墙改为百叶墙。

冷却塔噪音控制：

噪音敏感区域：酒店/裙楼屋顶/学校/图书馆/居民区。

噪音不敏感区域的应用：机场、工厂、高楼屋顶。

关于声音：

声音的感知：

2倍的分贝值≠2倍的声音大小；

每10分贝的差值相当于声音增强1倍 或减小1半。

GB22337-2008《社会生活环境噪声排放标准》：

降低噪音的几种方法：

（一）改变冷却塔的放置位置和方向

利用建筑物或其他遮挡物，可降低10到15dB(A)；

中间有建筑物/树林挡住，冷却塔安装在室内，消声墙/百叶/格栅；

将冷却塔的背面（非进风面）面向噪音敏感区域，可最多降低10 dB(A)。

（二）选择较大的冷却塔

选择偏大的冷却塔并减少风机转速-可减少大约2~3dBA。

（三）双速马达，双马达及变频马达驱动

特别适合于不同负荷的调节，如夜间时，负荷减少，同时对噪音的要求更高。

（四）加装消音器

（五）低噪音风扇

可降低噪音 4~10dB，热力性能损失：-3%。

（六）超低噪音风扇

可降低噪音9~22dBA，热力性能损失：3%~5%。

（七）选用离心风扇V系列逆流塔

轴流风机和离心风机冷却塔：相同冷量下，离心风机冷却塔的噪音小于轴流风机冷却塔。

附：声音的叠加

冷却塔白雾：

白雾是怎样形成的？

冷却塔排出的湿热空气在和大气混合的过程中，被冷却至露点温度以下，空气所含的水蒸气冷凝形成成白雾。

为什么需要防白雾？

1、安全：白雾影响可见度，特别是在对可见度敏感的地方，如机场、公路。

2、美观/对邻近建筑或居民的影响：虽然白雾本质是水蒸气冷凝而成，但容易被公众误解为着火烟雾。

影响周围居民或酒店入住者的生活。

影响邻近土地的使用，对不动产价值产生负面影响。

白雾形成的理论分析：

防白雾的方法：

方法1：加热出口空气

理论：

将出风口空气状态从B点加热 到B’点，使混合线落在非饱和区。

热源：冷却塔本身热水；外部热源，如热水热气。

优点：防白雾效果比较明显。

缺点：初投资高；需要提供外部热源，消耗能源；出风口背压增大，并不对所有塔形适用，要逐一案例做分析设计；加热翅片管结垢难于清洗，影响换热效率和冷却塔性能。

可以减少白雾，节约用水；

闭式塔，与开式塔相比，可以保证水质干净；初投资高。

方法2：干湿填料结合

防白雾运行时，间隔挡住部分填料，形成干式填料。

通过干湿填料的空气混合后排出塔外。

点1：大气状态点；

线1-2：穿越湿式填料空气状态；

线1-3：穿越干式填料空气状态；

线2-3：穿越干、湿填料的空气混合线；

点(4)：干湿空气混合后的状态点；

线 4-1：排气与大气的混合线。

优点：

无需外部热源缺点：

1、增加初投资；

2、干湿空气不能充分混合，除白雾效率低；

3、冷却塔体积增大；

4、增加维护工作，防白雾运行时要人工去遮挡干式填料和堵喷嘴。

5、冷却水易飞溅至干式填料，冬季运行容易造成结冰。

方法3：增大冷却塔

理论：放大冷却塔，增加冷却塔进气量。

使出风口空气状态从B点变为B’点，从而使混合线落在非饱和区。

应用：放大冷却塔，使用变频调节空气流量，以适用于不同的热负荷。

优点：

安装运行维护简便；不需要额外热源，不需要增加额外维护；在不需防白雾的时候，可以降低冷却塔噪音。

缺点：增加初投资；冷却塔体积变大。

防白雾分析及白雾曲线：

关注点：

1、白雾的产生与大气状态有关，大气温度越低，湿度越大，越容易产生白雾。

2、找出一年中最容易产生白雾的环境空气状态。

3、找出出现这种天气的几率（天数）。

4、可以被接受的标准。

白雾曲线：产生白雾的临界空气状态点的集合；

当环境状态落在饱和曲线和白雾曲线之间，则会产生白雾；

当环境状态落在白雾曲线下方，则可防止白雾的产生。环境状态点白雾曲线越远，则越能有效的防止白雾的产生。

防止白雾的产生，没有完美的方法，所有的防白雾方法都会增加初投资，有些方法还会影响冷却塔热力性能。

但在某些对白雾敏感的场所，采取适当的防白雾措施是必要的。需要因地制宜，根据不同的应用选取适当的方法。

综合比较上述三种防白雾措施，放大塔型是最经济有效的，也是最推荐的方法。

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