冷卻塔與應(yīng)用

冷卻塔與應(yīng)用Preparedby:1課程內(nèi)容第一部分：冷卻塔種類與結(jié)構(gòu)第二部分：冷卻塔性能第三部分：常見術(shù)語第四部分：冷卻塔應(yīng)用要點(diǎn)Preparedby:2強(qiáng)制通風(fēng)逆流冷卻塔有多種類型的設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)工藝，并且每一種都有不計(jì)其數(shù)的規(guī)格供選擇。并非所有的類型都適用于實(shí)際應(yīng)用。因此，有必要了解每一種冷卻塔的優(yōu)缺點(diǎn)。在以下討論中，我們只考慮在商用空調(diào)中使用的冷卻塔，而不考慮那些工業(yè)應(yīng)用的。機(jī)械通風(fēng)：這種類型的冷卻塔使用單個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇來提供定量的空氣通過冷卻塔。它們的熱效率趨于穩(wěn)定，極少受到干濕球溫度變化的影響。使用風(fēng)扇控制氣流為冷卻塔運(yùn)行能力的調(diào)節(jié)提供了一個(gè)方法。通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度或循環(huán)風(fēng)機(jī)數(shù)量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。機(jī)械通風(fēng)塔有兩種形式：1-壓入式通風(fēng)2-抽吸式通風(fēng)

壓入式通風(fēng)下一頁介紹了一種壓入式通風(fēng)塔。風(fēng)機(jī)設(shè)置在塔的氣流入口。這種塔的進(jìn)口風(fēng)速高于出口風(fēng)速。這些塔可能接受再循環(huán)空氣而工作穩(wěn)定性沒有抽吸式通風(fēng)塔好。在寒冷地區(qū)，當(dāng)進(jìn)行再循環(huán)或者氣流濕度較大時(shí)，通風(fēng)風(fēng)機(jī)容易結(jié)冰和失穩(wěn)。這些塔的特點(diǎn)是使用離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)消耗的馬力要超過螺旋式風(fēng)機(jī)。然而，他們能在高靜壓的環(huán)境中運(yùn)行，所以當(dāng)再循環(huán)可以避免時(shí)，風(fēng)機(jī)就能遠(yuǎn)離塔設(shè)置。這種塔結(jié)構(gòu)緊湊而且費(fèi)用比抽吸式塔低。Preparedby:3壓入式逆流塔風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣通過冷卻塔使用離心式風(fēng)機(jī)－馬力大－靜壓高進(jìn)口風(fēng)速高出口風(fēng)速低－可能產(chǎn)生空氣再循環(huán)－在寒冷地區(qū)風(fēng)機(jī)結(jié)冰越小成本越低逆流－空氣與水反向流動(dòng)應(yīng)用－暖通（冷水機(jī)組），凈化工藝Preparedby:4抽吸式逆流塔氣流在軸流風(fēng)機(jī)抽吸下通過冷卻塔，這種類型塔的出口速度高于進(jìn)口速度3到4倍（大約5mph）。因此，這出口氣流再循環(huán)的可能性很小。當(dāng)風(fēng)扇在暖氣流中，結(jié)冰的可能性低。抽吸式逆流塔具有從15GPM到700,000GPM廣泛的范圍。在上述兩種冷卻塔中，氣流都是與水流反向的，這也是冷卻塔分類的另一種方法。Preparedby:5抽吸式逆流塔出口風(fēng)速高－近似5MPH的風(fēng)速－無再循環(huán)－風(fēng)機(jī)在熱氣流中運(yùn)行－風(fēng)機(jī)不會(huì)結(jié)冰使用廣泛－15到700，000GPM逆流設(shè)計(jì)－氣流與水反向應(yīng)用－HVAC(冷水機(jī)組）－凈化工藝Preparedby:6逆流特點(diǎn)無論是壓入式還是抽吸式強(qiáng)制通風(fēng)高壓水噴嘴空氣阻力損失大高水泵壓頭風(fēng)機(jī)功率大設(shè)備尺寸小投資低Preparedby:7抽吸式交叉流塔交叉（橫）流塔內(nèi)的氣流水平經(jīng)過填料與下降的水流接觸。水送入填料上方的水箱，在重力作用下通過水箱底部的孔分布流過填料。因而不需要壓力噴霧系統(tǒng)，水泵的馬力可以降低。因?yàn)樘盍媳┞对谕猓虼死鋮s塔在工作時(shí)也可以檢修。交叉流塔填料可以是單側(cè)或雙側(cè)的。單側(cè)塔適用于主導(dǎo)風(fēng)向或空氣通向塔的途徑有限制的情況。Preparedby:8抽吸式交叉流塔利用重力供水－水泵功率低空氣水平通過填料與水接觸填料位于設(shè)備的1側(cè)或2側(cè)空氣壓降低－風(fēng)機(jī)功率低尺寸較大初投資較大應(yīng)用－暖通空調(diào)(冷水機(jī)組）－工業(yè)冷卻Preparedby:9冷卻塔填料塔的填料層＝熱交換制造商為了提高熱交換能力盡量發(fā)展填料的形式三種基本類型－飛濺式填料－水膜式填料－直接噴淋（沒有填料）Preparedby:10飛濺式交叉流塔飛濺式填料打斷并且擊碎垂直的水流，這是通過水平安置的一組平行叉列的擋水板實(shí)現(xiàn)的。與空氣接觸的最大的水表面是通過多次的水流下落并飛濺成小水滴而形成的，水也可以浸濕每塊擋水板的表面。飛濺式填料空氣壓力損失小而且不易被水流阻塞。然而，它對(duì)水流是否充足很敏感。擋水板必須水平放置，否則水在通過填料時(shí)會(huì)順著擋水板形成許多分散的水流，效率就會(huì)降低。木質(zhì)板條（主要是花旗松）作為擋水板材料已很長(zhǎng)時(shí)間?，F(xiàn)在塑料得到廣泛應(yīng)用。鋼或鋁只是在對(duì)強(qiáng)度有要求的大型鋼結(jié)構(gòu)塔時(shí)才使用。飛濺式填料在逆流和交叉流塔都可使用。Preparedby:11飛濺式交叉流塔擋水板濺散水流阻斷水流縱向?yàn)R落水流被濺散成小水滴連續(xù)的水平分流最大的水表面積擋水板材料－木板條或塑料條主要用于交叉氣流空氣壓力損失低不易阻塞Preparedby:12典型的薄膜式填料薄膜式填料使水形成薄膜，同時(shí)流過很大的垂直表面，最大程度地使水與空氣流接觸。與飛濺式相比在相同的體積里它可以提供更大的冷卻能力。然而，它對(duì)于水的不良分布和阻塞十分敏感的。冷卻塔的設(shè)計(jì)保證了均勻的水膜和空氣分布。薄膜通常由PVC塑料制成的，這種材料易于制成具有很大表面積的形狀。Preparedby:13典型的薄膜式填料使水形成薄膜水流過大的垂直表面更有效的熱交換易阻塞PVC是常用的材料Preparedby:14噴淋塔噴淋式冷卻塔內(nèi)沒有熱交換填料，水流經(jīng)過噴嘴后被霧化，然后水、氣在塔內(nèi)以逆流方式接觸換熱。這種類型的冷卻塔適用于需要冷卻高溫水的情況，并不適用于普通冷凝器。他們也被用于水質(zhì)有可能損壞填料換熱表面的情況。Preparedby:15噴淋塔無填料依靠水、氣接觸高壓噴嘴霧化水泵的費(fèi)用較高初投資低沒有其它形式效率高用于冷卻高溫水不適用于冷水機(jī)組

Preparedby:16課程內(nèi)容第一部分：冷卻塔種類與結(jié)構(gòu)第二部分：冷卻塔性能第三部分：常見術(shù)語第四部分：冷卻塔應(yīng)用要點(diǎn)Preparedby:17冷卻塔的性能

蒸發(fā)冷卻減少的顯熱正好等于使空氣飽和的潛熱量。如果能獲得低于進(jìn)口空氣露點(diǎn)溫度的連續(xù)的噴淋水，空氣就能通過噴淋水冷卻和除濕。讓水在低于露點(diǎn)溫度時(shí)冷卻，一種方式是用制冷系統(tǒng)中的冷凍水。另一種方式是用再循環(huán)水噴淋的冷卻盤管。噴淋式盤管在夏季運(yùn)行時(shí)可提高冷卻盤管的性能和提供精確的溫濕度控制。在冬天這個(gè)過程剛好相反，可對(duì)空氣升溫和加濕。在這個(gè)例子中，加熱噴淋水使出口空氣的濕球溫度高于進(jìn)口空氣。熱的噴淋水被冷卻，同時(shí)散熱和加濕空氣。蒸發(fā)式冷卻，作為前面已經(jīng)討論過的話題，使用循環(huán)水噴淋以使空氣達(dá)到飽和狀態(tài)。我們將依照我們迄今所獲得的知識(shí)在此原理上進(jìn)一步深化。假設(shè)噴淋水和排出空氣的溫度與進(jìn)氣溫度具有相同的濕球溫度?？諝獗焕鋮s和加濕變成與進(jìn)口空氣濕球溫度相同溫度的飽和空氣。下頁在焓濕圖上表示了蒸發(fā)式冷卻。這一過程是沿著進(jìn)入空氣的濕球線發(fā)生的，而且接近于飽和線。Preparedby:18冷卻塔的性能

蒸發(fā)冷卻在理想過程中，噴出水溫=飽和出風(fēng)干球溫度=入風(fēng)濕球溫度=65F熱量用來到蒸發(fā)水并使空氣飽和、冷卻。空氣被冷卻并且加濕如果噴出水溫度低于40DP，空氣變冷并且除濕。水的作用就是一個(gè)冷卻盤管。也可噴溫水來加熱空氣。Preparedby:19冷卻塔-無負(fù)荷當(dāng)壓縮機(jī)停止運(yùn)行、冷凝器中沒有熱量加給冷卻水循環(huán)。冷卻水進(jìn)入和離開冷卻塔的溫度是一樣的，如下葉所示在85℉。通過冷卻的塔氣流被冷卻和飽和就像流過濕地。事實(shí)上，在零負(fù)荷情況下，冷卻水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從焓濕圖上看起來就像濕地冷卻。Preparedby:20冷卻塔-無負(fù)荷 在沒有負(fù)荷時(shí)，入水和出水溫度將恒為85F水將蒸發(fā)到空氣中?？諝鈱⒈焕鋮s到飽和狀態(tài)65F。冷卻塔是一臺(tái)“沼澤”冷卻器。

Preparedby:21冷卻塔—峰值負(fù)荷當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，熱量首先釋放到冷凝器，然后傳給冷卻水，高峰負(fù)荷時(shí)水溫從85℉升高10℉到95℉。冷卻塔利用蒸發(fā)過程將冷卻水重新降到85℉，即使室外干球溫度是100℉。當(dāng)室外空氣干球溫度高于冷卻水的進(jìn)口溫度時(shí)，用室外空氣的顯熱來冷卻水是不可能的。蒸發(fā)潛熱冷卻是冷卻塔冷卻水的方式，所以冷卻水可以再循環(huán)到冷凝器繼續(xù)從機(jī)械制冷系統(tǒng)中釋放出熱量。Preparedby:22冷卻塔—峰值負(fù)荷當(dāng)水通過冷卻塔時(shí)，溫度從95F被冷卻到85F。水通過蒸發(fā)被冷卻—水蒸氣加入到空氣中。進(jìn)入的空氣被冷卻加濕到飽和的出風(fēng)溫度。

Preparedby:23冷卻塔—峰值負(fù)荷當(dāng)壓縮設(shè)備開始工作時(shí)，冷卻塔的功能與蒸發(fā)冷卻器將熱傳給噴淋水是一樣的。機(jī)械制冷系統(tǒng)通過冷凝器排熱。比如，當(dāng)室外空氣是100℉/65℉，冷卻水進(jìn)塔溫度是95℉，合理的出口空氣溫度是89℉/85℉。為了完成這個(gè)過程，通過冷卻塔的空氣必須被加濕，從每磅干空氣36GR增加到178GR。室外空氣也會(huì)稍稍冷卻，從100℉到89℉。在低于高峰負(fù)荷時(shí)，室外空氣干球溫度降低，室外空氣溫度稍微增加而不是降低。這些原理可應(yīng)用于空調(diào)業(yè)。焓濕圖的知識(shí)及其應(yīng)用是經(jīng)濟(jì)有效地設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)所必需的。Preparedby:24冷卻塔—峰值負(fù)荷WETBULBTEMPERATURE85807570AIRENTERINGCOOLINGTOWER100/65°F36GRAINS/LB.656090178GRAINS/LB.WATERLEAVESTOWER95WATERENTERSTOWERCOOLINGTOWERAIRLEAVING89/85°FCooledHumidifiedPreparedby:25課程內(nèi)容第一部分：冷卻塔種類與結(jié)構(gòu)第二部分：冷卻塔性能第三部分：常見術(shù)語第四部分：冷卻塔應(yīng)用要點(diǎn)Preparedby:26冷卻塔的術(shù)語計(jì)算冷卻塔的換熱：冷卻塔的熱負(fù)荷是冷水機(jī)組中的冷凝器排除的那部分熱量。對(duì)于冷卻塔，有一些常用的術(shù)語：GPM是冷卻塔的流量Range為冷卻塔進(jìn)出水的溫差500=8.33lb/galx60min/hr以上這些參數(shù)用來確定冷卻塔的熱交換量，具體計(jì)算如下：冷卻塔的熱交換量BTUH=GPMxRx500冷卻塔運(yùn)行濕球溫度（WB）經(jīng)過冷卻塔的水接近空氣的濕球溫度。在選擇冷卻塔時(shí)，我們需要確定冷卻塔能正常運(yùn)行的最不利條件。這樣，我們所關(guān)心的濕球溫度就不是平均濕球溫度MWB。選擇冷卻塔時(shí)，要用到“ASHRAE基本原理”第26章中，表格1的WB/MDB欄中0.4％的不保證濕球溫度。冷幅：定義為冷卻塔的出水溫度和0.4%不保證濕球溫度之差值。7F或是8F的冷幅是較為典型的。Preparedby:27冷卻塔的術(shù)語熱負(fù)荷（btu/h)=GPM×R×500－GPM＝通過塔的水流量－R＝溫降＝（入口－出口）水溫－500＝8.33/lb/gal×60min/hr空氣濕球溫度－冷卻塔水溫接近這個(gè)溫度－利用ASHRAE資料查出－“ASHRAE基本原理”第26章第1條，WB/MDB欄，推薦0.4%的不保證濕球溫度.－不保證時(shí)間（8760小時(shí)/年×0.4%＝35小時(shí)/年)－不要使用平均濕球溫度MWB冷幅－離開冷卻塔的水溫與0.4％的不保證濕球溫度的差值Preparedby:28冷卻塔的術(shù)語 帶有冷卻塔的冷水機(jī)組循環(huán)中，冷卻塔必須排除冷卻器中冷凝產(chǎn)生的熱量。冷凝產(chǎn)熱（要除去全部的熱量）等于蒸發(fā)器吸熱加上壓縮機(jī)的壓縮熱。制冷設(shè)備的效率影響冷卻塔的散熱量/每冷噸。讓我們看下面兩個(gè)例子：蒸發(fā)器制冷量＝12000Btu/h典型的壓縮熱范圍大約1.2對(duì)于1.20冷卻塔散熱量＝12000*1.2＝14400Btu/h對(duì)于1.25冷卻塔散熱量＝1.25*12000＝15000Btu/h經(jīng)典的數(shù)據(jù)，冷卻回路中的水量為3.0GPM/每冷噸。來自于：GPM=(15000Buth)/(10*500)=3.0冷卻塔溫降為10F目前市場(chǎng)上大型制冷卻設(shè)備的冷凝熱/冷量比很少高于1.15的。所以，制冷設(shè)備效率越高，冷卻塔的尺寸越小。Preparedby:29冷卻塔的術(shù)語 冷卻塔散熱量－冷凝器放熱＝蒸發(fā)器冷量＋壓縮熱－蒸發(fā)器冷量＝12000Btu/h－一般壓縮熱是20-25%左右－冷卻塔散熱量＝12000×1.2＝14400Btu/h－冷卻塔散熱量＝12000×1.25＝15000Btu/h更新的冷水機(jī)組是在1.15級(jí)的。較舊的冷水機(jī)組是在1.25級(jí)的。傳統(tǒng)的冷凝器流量是每蒸發(fā)器冷噸3.0GPM。在15000Btu/h，和10F的溫降范圍，冷卻塔循環(huán)流量是－GPM=(15000）/(10*500)=3.0（GPM/冷噸）Preparedby:30冷幅與溫降冷幅冷卻塔的尺寸和效率確定了冷幅。一般效率的大型冷卻塔可提供接近空氣的濕球溫度的冷卻水，而不象那些有很高效率的而稍小型的塔。兩臺(tái)同樣效率的塔，運(yùn)行時(shí)的填料和空氣流量都成比例。下圖說明，設(shè)基準(zhǔn)塔尺寸為1.0，則尺寸增至2.0時(shí)冷幅將會(huì)從15F降到7F。在相同的濕球溫度下，大型塔的出水更冷。而且，曲線是一條趨近于5F的漸近線。因此，制造商不會(huì)認(rèn)可小于5F的冷幅。如果冷幅降低有何影響？溫降再下頁是溫降對(duì)塔尺寸的影響，提高溫降即減小尺寸。提高溫降意味著塔的進(jìn)水溫度升高和GPM減少。Preparedby:31冷幅與冷卻塔的型號(hào)180

140100601.41.21.00.8TowerSizeFactorRangeVariance-%BaseTower:10FRangeIncreasingrange,decreasingGPM,decreasestowersizeWhatimpactwouldthishaveonthechiller?200Preparedby:32影響冷卻塔尺寸的因素因素冷卻塔尺寸制冷機(jī)尺寸GPM減少降低增加冷幅減小增加降低溫降減小增加 降低無論怎樣使冷卻塔型號(hào)變小，都將使制冷機(jī)的型號(hào)變大?。?！設(shè)計(jì)者必須優(yōu)化冷卻塔和制冷機(jī)的組合。Preparedby:33課程內(nèi)容第一部分：冷卻塔種類與結(jié)構(gòu)第二部分：冷卻塔性能第三部分：常見術(shù)語第四部分：冷卻塔應(yīng)用要點(diǎn)Preparedby:34應(yīng)用要點(diǎn)下面三頁提供一些冷卻塔的使用要點(diǎn)。關(guān)鍵是冷卻塔運(yùn)行時(shí)—就像冷水機(jī)組—需要恒定的水流量。塔的冷卻能力受流經(jīng)塔的氣流影響。所以塔的位置應(yīng)在室外新鮮空氣流通的地方。象空氣冷卻設(shè)備一樣，在低溫環(huán)境中使用變速風(fēng)機(jī)是有利的。最后，離開塔的水溫為85F并非不可思議，它是室外濕球溫度的函數(shù)。讓它降低到冷水機(jī)組最低的工作范圍。冷凝器的進(jìn)水溫度每降低1F，制冷設(shè)備的效率可提高1％到3％。Preparedby:35應(yīng)用