如何正确选用封闭式冷却塔

如何正确选用封闭式冷却塔 设计参考 如何正确选用 封闭式冷却塔 ?于志海 美国塞尔马科公司 提要 认为在回收利用某些民用空调及工业制冷的排热时 ,使用封闭式冷却塔比传统的 使用开敞式冷却塔加热交换器或空冷器更经济 ,而且运行操作更简便易行 。比较了几种形式 冷却塔的特点并简述了其热交换原理 、结构和应用条件 。 关键词 封闭式冷却塔 开敞式冷却塔 比较 选用 S e l e c t i o n of c l o s e d c i r c u i t c o o l i n g t o w e rs By Z. Zack Yu A b s t r a c t S t a t e s t h a t i n a p p l i c a t i o n s o f h e a t r e c o v e r y f r o m c o m m e r c i a l HVA C a n d i n d u s t r i a l r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s , u s i n g c l o s e d c i r c u i t c o o l i n g t o w e r s i s m o r e e c o n o i c a l t h a n t h e c o m b i n a t i o n o f t h e t r a d i t i o n a l o p e n t yp e c o o l i n g t m o w e r a n d t h e h e a t e x c h a n g e r o r a i r c o o l e r , a n d m a k e s s i m p l e r o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e o f t h e s y s t e m . D i s c u s s e s t y p i c a l c o o l i n g s y s t e m s , t h e i r o p e r a t i n g p i n c p l e s , s t r u c t u r e a n d a p p l i c a t i o s rin. Ke y w o r d s c l o s e d c i r c u i t c o o l i n g t o w e r , o p e n t yp e c o o l i n g t o w e r , c o mp a r i s o n , s e l e c t i o n 资费用 、运行维修费用 、能源消耗和使用寿命在内 1 引言 每一个工厂 ,每一个工业加工过程 ,每一个有 的较好的设备综合性指标 。 ,因为需要保护水不受污 但是对某些情况来说 空调的建筑物都需要排放热量 ,这些热量可能是在 染 ,或者是因为需要保护环境以免受到冷却水或其 生产过程中产生的 ,也可能是太阳照射产生的或者 它冷却液体中有害成分的影响 ,冷却水不允许直接 是计算机 、照明灯光以及在建筑物内活动的人所产 暴露在外界环境当中 。在这些情况下 ,冷却水必须 生的 。水在大多数地区都很丰富 ,其蒸发潜热可以 有效地带走大量的热 ,所以常用来作冷却介质 。用 水作冷却剂使用方便 、价格便宜而且易于加压输 送 。水的这些独特性能使得开敞式冷却塔广泛地 ? 于志海 ,男 ,1959 年 10 月生 ,博士研究生 ,博士 ,美国纽约州 用于工厂和大型建筑 。对大多数冷却方面的应用 注册专业工程师 () Ther maco re Inc . 780 Eden Road L ancaster , PA17601 , U SA 来说 ,开敞式冷却塔 图 1提供了一个包括初期投 Voice :717 - 569 - 6551 , ext . 259 E - mail : yu @t her maco re . co m 收稿日期 :1997 - 06 - 20 暖通空调 设计参考 HV &AC ?41 ? 与 外 界 环 境 隔 1 的 ,风扇所耗能量也大大降低 。由于热交换器在 3 离开 ,并通过某 系统液体与外界空气之间增加了一个热传递过程 , 些 外 部 介 质 来 与单独的开敞式冷却塔相比冷幅宽或热传导驱动 进 行 冷 却 。这 力也相应减小 。 就 是 我 们 所 说 的“封 闭 式 冷 ()封闭式冷却塔系统 图 4 2 . 3 却”。同时这也 从 整 体 上 是 本 文 要 讨 论 来看 ,该系统把 的主 。 图 1 开敞式冷却塔系统 开 敞 式 冷 却 塔 和 热 交 换 器 组 2 冷却系统的比较 合在一起 ,蒸发 ()2 . 1 空冷式冷却 图 2 冷 却 直 接 发 生 该 冷 却 系 于盘管表面 ,从 统 不 采 用 外 界 而 冷 却 盘 管 内 水源 ,它使用空 图 4 封闭式冷却塔 气 作 为 冷 却 介 的 系 统 液 体 。 质 ,由外界空气 与开敞式水冷系统相比较 ,该系统具有以下主要优 流 过 带 散 热 片 点 :的 盘 管 来 冷 却 ? 热交换盘管置于冷却塔之中 ,省掉了热交 ( 其中的水 或其 换器的“外壳”。 图 2 空冷式冷却器 ? 原配管系统被简化为一个由冷却塔集水槽 ) 它液体。温度每升高 1 ?,每 kg 空气仅可带走大 至盘管之间的喷水循环回路 。 约 1 . 0 kJ 的热量 。因此需要大量的空气来冷却盘 在典型的美国西部条件下 ,封闭式冷却塔系统 管 。而冷却系统的风扇也将消耗大量的能源 。“冷 所需换热面积与板式换热器和开敞式冷却塔的组 幅宽”或工作液体与外界空气干球温度间的温差必 合系统基本相同 ,所需风扇电机功率与开敞式冷却 () 须很大时 通常要大于 11 ?以上,该系统才会比 塔也大致相同 。 水冷式系统经济 。在美国西部地区 ,干球温度一般 3 封闭式冷却塔系统的工作原理及应用比湿球温度高 11,17 ?。空冷式冷却器只有在冷 封闭式冷却塔的传热原理与开敞式冷却塔相 () 却高温工作液体时 49 ?以上才比较经济 。 似 ,其主要特点是利用盘管把系统液体与空气流隔 2 . 2 热交换器和开敞式冷却塔组合的水冷式系统() 开 图 5。 ()图 3 在开敞式冷却塔中 该 系 统 把 传热和传质过程直接发 开 敞 式 冷 却 塔 生在水滴或水膜与周围 和 热 交 换 器 结 的空气流之间 。在封闭 合起来 ,使系统 式冷 却 塔 中 , 热 量 首 先 水与外界隔开 。 由盘管中的系统液体以 它 使 用 水 的 蒸 对流和传导的方式传到 图 5 盘管横截面 发 潜 热 来 达 到 盘管 壁 , 然 后 以 传 热 和 图 3 带热交换器的开敞式冷却塔 传质的方式由管壁外围的喷淋水滴或水膜与周围 所 需 的 冷 却 效 的空气流进行热交换 。在此系统中盘管内的系统 果 。每 kg 水可以带走大约 2 326 kJ 的热量 。与空 液体与外界空气流不接触 。盘管外表面由塔内的 冷式冷却器相比 ,该系统大大地减少了热交换表面 喷淋系统保持湿润 。同开敞式冷却塔相似 ,风扇驱 积 。除此之外 ,所需过流空气量只是空冷式冷却器 1998 年第 28 卷第 5 期 ?42 ? 设计参考 使空气流过盘管 。在同样热负荷条件下 ,封闭式冷 ,盘管材料和结构可有几种 喷淋水质量 、维修要求 ( ) 却塔的蒸发损失 、飞溅损失及排污损失与开敞式冷 不同的选择 。“蛇形”镀锌钢盘管 图 7是在封闭 却塔大致相同 。 式冷却塔中最常用的盘管类型 。这是因为它可以 目前最常用的封闭式冷却塔是按“混流式”结 使用水 、乙二醇溶液和其它清洁无腐蚀的液体和蒸 () 构设计的 图 6。在这种结构中 ,盘管位于系统的 气等介质 ,而且是造价最低的结构 。无接头的钢管 顶部以便维修 。冷却塔的散热填料位于盘管下面 被向前和向后弯折以达到所需的通道数 ,然后再装 以便使空气平行流过盘管和填料并冷却它们 。采 配成盘管束 ,接上共用的盘管进/ 出接口 。装配好 用冷却后的水去冷却盘管将进一步增加系统的冷 的盘管束再用热浸镀锌法镀锌 。在腐蚀较严重的 却效能 。与传统的横流式和逆流式封闭冷却塔相 情况下 ,可采用成本较高的铜管和不锈钢管代替普 比 ,该系统传热效应显著增加 ,因此使得混流式封 通钢管 。在容易结垢或阻塞的场合 ,则应考虑采用 闭冷却塔的占地面积减少 ,设备成本和能源消耗降 带有可拆卸面板的共用进/ 出接口的盘管结构 ,以 低 ,并保留了易于维修的优点 。 便在必要时易于清洗盘管内部 。 封闭式冷却 塔 最 常 见的民用空调应用是水 源式热泵系统 。该系统 全 年 运 行 可 靠 , 而 且 盘 管 部 分 可 以 加 绝 热 保 护 , 以 降 低 该 系 统 在 冬 季运 行 时 的 热 量 损 失 。 封闭式冷却塔也常常用 图 7 蛇形盘管束 于 水 冷 式 主 机 系 统 , 以 图 6 混流式封闭冷却塔 当今封闭式冷却塔的设计不仅仅考虑其热传 设计结构 避 免 冷 凝 水 结 垢 , 并 可导效应 ,而且更注重其使用及维修的方便 。开敞的 在冬季直接提供系统水 。在许多工业应用中封闭 喷淋和盘管系统甚至可允许在运行时进行检查 。 式冷却塔可用来冷却电磁炉 、空气压缩机 、大型变 其结构设计有工厂组装的组合式 ,也有按客户要求 压器以及透平机的油冷系统等 。 设计的特殊大型工业式 。其结构材料有热浸镀锌 对于一个特定的冷却过程来说 ,采用适当的盘 钢主体 、玻璃钢主体及混凝土主体 。 管结构是一个重要的考虑因素 。为兼顾系统液体 、 ?书讯? 《注册建筑设备工程师手册》即将出版 中国建筑工业出版社将于 1998 年底推出《注 水 、暖 、电三方面的专业内容 。A 篇为专业设计人 册建筑设备工程师手册》, 该书由英国注册建筑设 员提供了与设计有关的数据 ,内容包括环境设计标 备工程 师 学 会 编 著 , 龙 惟 定 、王 曙 明 等 译 。估 价 : 准 ,围护结构热工特性 ,空气渗透与自然通风 ,设备 100 元 。 容量估算等 。B 篇为设备工程师提供必备的设备 近几年来 ,注册建筑师 、注册结构工程师制度 及安装技术 , 内容 包 括 通 风 与 空 调 系 统 设 备 与 控 已在我国全面实施 。为进一步与国际接轨 ,注册建 制 ,制冷系统设备与控制 ,燃烧系统 、给水系统的设 筑设备工程师制度也将在我国实行 。为此 ,中国建 计 、设备与材料 ,室内外排水系统的设计 ,消防系统 筑工业出版社适时引进了该书 ,供广大建筑设备工 及建筑防火 , 配电系统的设备及布线 , 自动控制装 程师参考使用 。 置及应用 ,投资与运行费的经济评价等 。C 篇为各 ( )该手册分为 A ,B ,C 三篇 ,共计 30 章 。涉及了 种与设计有关的基本参考数据 。 姚荣华