冷卻塔的原理與基本結(jié)構(gòu)

冷卻塔的基本原理

冷卻塔是利用空氣同水的接觸（直接或間接）來(lái)冷卻水的設(shè)備。是以水為循環(huán)冷卻劑，從一個(gè)系統(tǒng)中吸收熱量并排放至大氣中，從而降低塔內(nèi)溫度，制造冷卻水可循環(huán)使用的設(shè)備。

冷卻塔中的散熱關(guān)系：

在濕式冷卻塔中，熱水的溫度高，流過(guò)水表面的空氣的溫度低，水將熱量傳給空氣，由空氣帶走，散到大氣中去，水向空氣散熱有三種形式：

① 觸散熱；

② 蒸發(fā)散熱；

③ 輻射散熱。

冷卻塔主要靠前兩種散熱，輻射散熱量很小，可勿略不計(jì)。

蒸發(fā)散熱原理：

蒸發(fā)散熱通過(guò)物質(zhì)交換，即通過(guò)水分子不斷擴(kuò)散到空氣中來(lái)完成。水分子有著不同的能量，平均能量有水溫決定，在水表面附近一部分 動(dòng)能大的水分子克服鄰近水分子的吸引力逃出水面而成為水蒸氣，由于能量大的水分子逃離，水面附近的水體能量變小。

因此，水溫降低，這就是蒸發(fā)散熱，一般認(rèn)為蒸發(fā)的水分子首先在水表面形成一層薄的飽和空氣層，其溫度和水面溫度相同，然后水蒸氣從飽和層向大氣中擴(kuò)散的快慢取決于飽和層的水蒸氣壓力和大氣的水蒸氣壓力差，即道爾頓（Dolton）定律，可用下圖表示此過(guò)程。

冷卻塔的基本結(jié)構(gòu)

支架和塔體：外部支撐

填料：為水和空氣提供盡可能大的換熱面積

冷卻水槽：位于冷卻塔底部，接收冷卻水

收水器：回收空氣流帶走的水滴

進(jìn)風(fēng)口：冷卻塔空氣入口

淋水裝置：將冷卻水噴出

風(fēng)機(jī)：向冷卻塔內(nèi)送風(fēng)

軸流風(fēng)扇用于誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔。

軸流/離心風(fēng)扇用于強(qiáng)制通風(fēng)冷卻塔。

冷卻塔百葉窗：平均進(jìn)氣氣流；保留塔內(nèi)水分。

冷卻塔的種類及其優(yōu)缺點(diǎn)

自然通風(fēng)冷卻塔

密度較小的熱空氣自冷卻塔頂部流出；

密度較大的冷空氣自塔底部進(jìn)入冷卻塔填補(bǔ)；

不需風(fēng)機(jī)；

混凝土塔<200 m；

用于大熱量的冷卻。

大功率風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣與循環(huán)水的換熱；

填料表面的水膜可以限度地與空氣進(jìn)行換熱；

冷卻效率的決定因素有很多；

多種冷卻能力備選；

可以多冷卻塔同時(shí)工作，例如8塔聯(lián)控。

空氣由離心風(fēng)扇吹入通風(fēng)口；優(yōu)勢(shì)：適用于氣流阻力較大的塔體；離心風(fēng)扇噪聲相對(duì)較小。

逆流冷卻塔：

冷卻水被噴淋在填料上，向下流入冷卻水槽。

空氣從底部強(qiáng)制吹入，在填料內(nèi)與水接觸蒸發(fā)部分冷卻水，從而降低水溫。

誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔

橫流式誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔

逆流式誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔

優(yōu)勢(shì)：回流程度低于強(qiáng)制通風(fēng)冷卻塔；風(fēng)機(jī)運(yùn)行費(fèi)用小于強(qiáng)制通風(fēng)冷卻塔。

劣勢(shì)：風(fēng)扇與電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)需要防水設(shè)計(jì)。

1）熱水從頂部進(jìn)入冷卻塔

2）空氣通過(guò)風(fēng)扇強(qiáng)制誘導(dǎo)，從底部進(jìn)入冷卻塔；使用強(qiáng)制誘導(dǎo)風(fēng)扇。

冷卻水從頂部進(jìn)入，流經(jīng)填料層；空氣從一側(cè)或兩側(cè)進(jìn)入，誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)使空氣橫向流過(guò)填料層。

由于此類冷卻塔的熱水自然流配水系統(tǒng)：

優(yōu)勢(shì)：

低水泵壓頭

較低的水泵初投資

較低的年運(yùn)行能耗和費(fèi)用

流量變化較大時(shí)不會(huì)對(duì)配水系統(tǒng)造成不利的影響。

劣勢(shì)：

低壓頭會(huì)導(dǎo)致噴頭易于堵塞以及冷卻水噴出時(shí)不能很好的分散成細(xì)密水霧

熱水水槽直接暴露于空氣中會(huì)導(dǎo)致藻類的滋生

占地面積較大。

因?yàn)榇祟惱鋮s塔內(nèi)的加壓配水噴淋裝置：

優(yōu)勢(shì)：

通過(guò)增加塔的高度來(lái)獲得更長(zhǎng)的換熱流程與更小的冷幅

由于加壓噴淋裝置可以噴出更小的水滴，因此換熱效率較高。

劣勢(shì)：

系統(tǒng)水泵壓頭增加

能量需求增大，運(yùn)行費(fèi)用增加

冷卻水噴頭不易維護(hù)和清潔

需要配水系統(tǒng)以及相關(guān)管路，因此初投資增加.

冷卻塔的運(yùn)行參數(shù)與選型設(shè)計(jì)

1.冷卻水溫差：入口溫度—出口溫度

大溫差 = 高性能

2.冷幅：冷卻塔出水溫度與入口空氣濕球溫度的差值：

小冷幅 = 高性能

4. 冷卻塔容量

冷卻塔容量單位為“千卡每小時(shí)”或者“冷噸”；

冷卻塔容量=冷卻水質(zhì)量流量×水的比熱容×溫差；

大容量=高性能

5.補(bǔ)給水量計(jì)算

蒸發(fā)損失水量（E）

E = Q/600 = （T1-T2）*L /600

E 代表蒸發(fā)水量 (kg/h) ；

Q代表熱負(fù)荷(Kcal/h)；

600代表水的蒸發(fā)潛熱(Kcal/h)；

T1代表入水溫度(℃)；

T2代表出水溫度(℃)；

L代表循環(huán)水量(kg/h)。

補(bǔ)給水量計(jì)算

飛濺損失水量（C）

冷卻塔之飛濺損失量依冷卻塔設(shè)計(jì)型式、風(fēng)速等因素決定之。一般正常情況下，其值約等于循環(huán)水量的0.1~0.2%左右。

定期排放水量損失（D）

定期排放水量損失須視水質(zhì)或水中固體濃度等因素決定之。一般約為循環(huán)水量之0.3%左右。

M=E+C+D

蒸發(fā)損失水量（E）；飛濺損失水量（C）；定期排放水量損失（D）。

冷卻塔用于空調(diào)時(shí)，溫度差設(shè)計(jì)在5℃，此時(shí)冷卻塔所須之補(bǔ)給水量約為循環(huán)水量的2%左右。

6.冷卻水流量

K·Q=C·M·ΔT

K:估算系數(shù)

Q:機(jī)組制冷量

C:水的比熱容

ΔT:供回水溫差

M:冷卻水質(zhì)量流量

壓縮式制冷機(jī)組制冷量的1.3倍；

吸收式制冷機(jī)組（溴化鋰）制冷量的2.5倍。

冷卻塔選型常設(shè)計(jì)問(wèn)題

1、冷卻塔耗能的決定因素？

答：風(fēng)機(jī)功率，冷卻水流量，冷卻水補(bǔ)水量？

2、冷卻塔的溫度工況，什么溫度下效率經(jīng)濟(jì)型好？

答：冷卻塔的進(jìn)水溫度根據(jù)使用情況的不同有所不同，例如中央空調(diào)冷凝器的出水溫度一般為30-40℃，而冷卻塔的出水溫度一般為30℃。冷卻塔理想冷卻溫度（回水溫度）溫度為高于濕球溫度2-3℃，這個(gè)值叫“逼近度”(公眾號(hào):泵管家)，逼近度越小，冷卻效果越好，冷卻塔越經(jīng)濟(jì)。

3、開(kāi)式和閉式對(duì)比

開(kāi)式：首期的投入比較的少，但是運(yùn)營(yíng)成本較高（水耗、電耗）。

閉式：本設(shè)備適合在干旱、缺水、沙塵暴頻發(fā)地區(qū)等惡劣環(huán)境中使用。能冷卻介質(zhì)多水、油類、醇類、淬火液、鹽水及化學(xué)液等多種介質(zhì)，介質(zhì)無(wú)損耗和成份穩(wěn)定。能耗低。

缺點(diǎn)：閉式冷卻塔造價(jià)為開(kāi)放式塔的三倍。

冷卻塔的安裝、配管、操作與常見(jiàn)故障

冷卻塔噪音來(lái)源

以上所使用的冷卻塔均為機(jī)械通風(fēng)式冷卻塔，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水塔噪聲來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：

1、風(fēng)機(jī)噪音：

其噪聲主要是由機(jī)械噪聲和流體噪聲組成；

2、電機(jī)噪聲：

其主要電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電磁聲；

3、通風(fēng)噪聲：

其主要有塔體內(nèi)外空氣流體噪聲和塔體共振噪聲。

解決措施，請(qǐng)見(jiàn)南社百科相關(guān)課件之《擁有了解“噪聲”及暖通空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)備的噪聲與減振處理方法》。

操作注意事項(xiàng)

操作前準(zhǔn)備事項(xiàng)：

1）須將入風(fēng)口側(cè)或風(fēng)胴四周之異物排除；

2）確定風(fēng)車尾部與風(fēng)胴之間有足夠間隙，避免運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)造成損壞；

3）檢查減速機(jī)之V型皮帶是否調(diào)整適當(dāng)；

4）V型皮帶輪位置，彼此之間****保持同一水平；

5）上述檢查完成后，間歇起動(dòng)開(kāi)關(guān)，檢查風(fēng)車運(yùn)轉(zhuǎn)方式是否正確？且是否有異常噪音振動(dòng)產(chǎn)生

6）將熱水盤(pán)和塔體內(nèi)部雜物清除干凈；

7）將熱水盤(pán)內(nèi)之塵垢異物清除，再將水填滿至溢水位置；

8）間歇起動(dòng)循環(huán)水泵，將管內(nèi)空氣排除，直到管路與冷水盤(pán)充滿循環(huán)水為止；

9）當(dāng)循環(huán)水泵正常運(yùn)作后，冷水盤(pán)內(nèi)之水位將稍微下降，此時(shí)****調(diào)整浮球閥至一定水位；

10）電路系統(tǒng)，重新確認(rèn)電路開(kāi)關(guān)，保險(xiǎn)絲和接線規(guī)格是否吻合電機(jī)負(fù)載。

水塔起動(dòng)注意事項(xiàng)：

a、間歇起動(dòng)風(fēng)車，檢查是否逆向運(yùn)轉(zhuǎn)或有異常噪音振動(dòng)發(fā)生？然后再起動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)；

b、檢查風(fēng)車馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)電流是否超載？避免馬達(dá)燒壞或產(chǎn)生電壓下降之現(xiàn)象；

c、利用控制閥調(diào)整水量，促使熱水盤(pán)水位保持在30~50mm之間；

d、檢查冷水盤(pán)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)水位是否保持正常。

水塔運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中注意事項(xiàng)：

a、經(jīng)過(guò)5~6天的運(yùn)轉(zhuǎn)，重新檢查風(fēng)車減速機(jī)V型皮帶是否正常？如果松弛的話，可利用調(diào)整螺栓重新適當(dāng)鎖緊；

b、冷卻塔經(jīng)過(guò)一個(gè)星期運(yùn)轉(zhuǎn)后，****重新更換循環(huán)水，以便清除管路中之雜物塵垢；

c、冷卻塔之冷卻效率會(huì)受到循環(huán)水位高低影響，基于此項(xiàng)原因，故****確保熱水盤(pán)之一定水位；

d、冷水盤(pán)內(nèi)之水位如果下降的話，循環(huán)水泵和冷氣機(jī)的性能將受到影響，因此水位亦****保持一定；

水塔例行保養(yǎng)注意事項(xiàng)：

循環(huán)水一般每月更換一次，或有污濁之現(xiàn)象則****更換，更換循環(huán)水則依據(jù)水中固體濃度來(lái)定，同時(shí)將熱水盤(pán)和冷水盤(pán)清洗干凈，熱水盤(pán)內(nèi)如有污物阻塞的話，將影響冷卻效率。

水塔季節(jié)性停機(jī)保養(yǎng)注意事項(xiàng)：

a、將減速機(jī)內(nèi)之V型皮帶松弛，軸承加注潤(rùn)滑油；

b****將管路之循環(huán)水全部排除，避免冬季結(jié)冰造成龜裂，冷水盤(pán)之排水管隨時(shí)打開(kāi)，以便雨水、溶雪能夠流出；

c冷卻塔在停機(jī)一段時(shí)間后重新運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)****檢查馬達(dá)絕緣是否正常？然后再參考操做前準(zhǔn)備事項(xiàng)之說(shuō)明進(jìn)行操作。