前沿拓展：

冷卻塔是水與空氣進行熱交換的一種設備，它主要由風機、電機、填料、播水系統、塔身、水盤等組成，而進行熱交換主要由在風機作用下比較低溫空氣與填料中的水進行熱交換而降低水溫。

冷卻塔的降溫及耗水量分析：

在冷卻塔的水氣熱交換中，水蒸發吸收潛熱、濕空氣升溫吸收顯熱，是冷卻水溫度降 低的原因。據熱平衡原理有：

Q= r×I+ C×CL×ΔT，Kcal/h ⑴

或Q=LO×（t1-t2），Kcal/h ⑵

式中，Q：冷卻水釋放的熱量，即是冷卻水塔的熱負荷或制冷量；

r：水的蒸發潛熱，Kcal/h；

I：水的蒸發量 Kg/h；

C：空氣的比熱 Kcal/kg.℃；

CL：空氣的質量流量Kg/h

ΔT= T2-T1：空氣通過水塔的溫升，℃；

LO：冷卻水的質量流量，Kg/h；

t1-t2：冷卻水進出塔的溫差，℃。

眾所周知：水的蒸發潛熱是很大的（約 2427.9KJ/KG 或 580Kcal/KG）而空氣的比熱則是很小的（0.2Kcal/kg℃），所以兩種熱量傳遞方式中，尤其是在氣候溫度比較高時，水的蒸發吸收的熱量是引起冷卻水降溫的主要原因，而水、氣之間的溫差傳遞則是次要的，二者比值將隨著氣候條件而變化。通常，可設水蒸發吸熱占總散熱量的 75~80%，溫差傳熱占 20~25%，并以此比值估計水塔的空氣用量，但是實際上則不然，許多資料表明，實測數據亦證實，水蒸發吸收的熱量隨氣候條件變化是很明顯的，高可達 95%以上，低則小于 75%，了解冷卻水塔的工作原理，就不難進行耗水量分析，如不考慮冷卻水系統的漏損，則冷卻水的消耗包括如下三部分：

①冷卻水的部分蒸發：部分水蒸發引起冷卻水消耗是正常的、必須的，其消耗量不僅同冷卻水本身的質量、流量、降溫幅度（即熱負荷）有關，同時還和入塔空氣的溫度（包括干球溫度和濕球溫度）和質量流量有關，為了向用戶提供較可信的蒸發數據，在收集并分析有關數據的基礎上，用試驗方法驗證，測得數據用如下公式計算的：e=G(X2-X1)/L×100%

式中：e：水的百分蒸發量，%；

G：空氣的質量流量 kg/h或kg/min；

L：冷卻水的質量流量，kg/h或 L/min；

X2-X1：空氣在出塔和入塔時的含濕量 kg/kg；

下表列出收集的文獻數據及的實測數據，不難看出文獻值的平均值與實測值是 極其接近的。因此，對冷幅為 5℃（或 9°F）的標準型冷卻水塔，按 0.83%冷卻水量或 0.166% 冷卻水量/1℃（或 0.088%冷卻水量/1°F）估計水的蒸發損失是可信的、合理的。

冷卻水塔正常運行時的蒸發量

注：適用于標準設計條件的冷卻水塔：37℃/32℃/28℃。

CTI：美國冷卻水塔協會

ASHRAE：美國供熱-制冷-空調工程師學會

NARKET：美國大型冷卻塔制造廠

SHINWA：日本大型冷卻塔制造廠

E：水的蒸發量，1/min；

L：冷卻水量，L/min；

E：水的百分蒸發量，%；

R：冷卻水降溫幅度℃ 或℉；

r：每降低 1℃（℉）時水的百分蒸發量，%L/℃（℉）。

②冷卻水的適量放空：為了保證冷卻水的水質達到國家環保要求，允許冷卻水有一定比例的放空量，以便補充更新。通常，此放空量控制在冷卻水總量的 0.3%，亦可由用戶據環保技術規范自行確定放空量。

如何采取積極的有 效的措施，來抑制肺親和性菌的滋生和繁殖，綜合國內外有關文獻介紹的方法，大致如下：

A、定期于冷卻塔循環水中投放消毒（殺菌）劑。

B、冷卻塔應定期檢查水質，定期清洗和換水。

C、降低冷卻水營養化程度—即提供較大比例的補充水，有關資料指出：補充水量占總量的4%時，仍可測出有肺親和性菌，不言而諭，從防止肺親和性菌滋生而言，補充水應大于總量的4%。事實上，上述措施十分簡便易行，但又是十分有效的，值得注意的是：要明確制度，付之實施，持之以恒。

③飄水損失：這是一項非正常的水耗，也是衡量一臺冷卻水塔技術性能的指標之一，通常飄水損失應控制在冷卻水總量的0.2%以下，它的大小和水塔的結構（是否采取除水設備）、風機的性能（包括風量、風壓及葉片角度的調節以及它們之間的匹配等）、水泵的匹配以及水塔的安裝質量等因素有關。

綜上所述，冷卻水塔處于正常運行時，補充水量為總水量的1.3% 。（設計時建議加大到2.5%，如考慮抑制肺親和性菌時，則應大于4% 。）

冷卻塔選型計算：

現在采用的水噸為單位是國際上比較常用的單位。在計算選型上比較方便，另冷卻塔在選型上應留有20%左右的余量。（簡單計算方法）

以日立RCU120SY2 為例：

冷凝：37℃，蒸發：7 ℃；

蒸發器：Q蒸= 316000Kcal/h，Q蒸= 63.2m3/h；

冷凝器：Q冷= 393000Kcal/h，Q冷= 78.6m3/h；

這些在日立的樣本說明書上可以查到。

選用冷卻塔則：78.6×1.2 = 94.32 m3/h（每小時的水流量）；

在選用水泵時要在100噸水中留有10%的余量，在比較低的揚程時可選用管道泵，在揚程高時則宜選用IS 泵。

100×1.1=110 噸水/小時，選用管道泵GD125-20 可以滿足；

而在只知道蒸發器Q=316000Kcal/h 時，則可以通過以下公式算出需要多大的冷卻塔：316000×1.25（恒值）=395000 Kcal/h，1.25-冷凝器負荷系數；

395000÷5=79000KG/h=79m3/h；79×1.2（余量）=94.8m3/h（冷卻塔水流量）

（電制冷主機—通式：匹數×2700×1.2×1.25÷5000或冷噸×3024×1.2×1.25÷5000=冷卻塔水流量m3/h）。

民用建筑空調冷卻循環水系統的冷卻塔，一般選用定型產品。目前市場上主要有逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔兩大類。逆流式冷卻塔底部進風，冷卻水與空氣逆流接觸，熱交換率高，當循環水量和容積散質系數βxv相同，填料容積比橫流式要少約15%~20%，因此逆流式冷卻塔體積小，占地要少。因為水氣逆向流動，故風阻較大。為減小進風口的阻力，往往需要提高進風口高度來減小進風速度，因而塔身較高。橫流式冷卻塔兩側進風，填料高度接近塔高，對氣流無阻力，維護檢修方便，高度比逆流塔低，結構穩定性好，有利于建筑物立面布置和外觀要求。對于小流量的循環系統，優先選用逆流式冷卻塔。對于大流量的循環系統，可以采用橫流式冷卻塔。

民用建筑對環境要求較高，因此冷卻塔應布置在遠離防噪聲要求高的場所，并選用超低噪音型冷卻塔。對于高級賓館、別墅、醫院、療養院等建筑，對防噪聲要求更高，此時還應進行特殊隔音處理，如設隔聲簾、輕質隔音導向墻等。

噪聲：冷卻塔的噪聲等級為低噪聲型、超低噪聲型。其噪聲指標應符合國家標準GB/T7190.1-2008《玻璃纖維增強塑料冷卻塔 第1部分：中小型玻璃纖維增強塑料冷卻塔》

循環水泵的并聯設計

1.循環水泵并聯工作的特性

當水泵并聯運行時，單臺水泵的出水量將會衰減，隨著并聯工作的水泵臺數的增加，單臺水泵的出水量衰減得也越厲害。具體來說，在水泵型號相同情況下，以一臺泵工作時的流量為Q=100m3/h計，當兩臺水泵并聯運行時，總流量為Q=190m3/h，單臺水泵的出水量衰減5%；當三臺水泵并聯運行時，總流量為Q=251m3/h，單臺水泵的出水量衰減16%；當四臺水泵并聯運行時，總流量為Q=284m3/h，單臺水泵的出水量衰減29%；當五臺水泵并聯運行時，總流量為Q=300m3/h，單臺水泵的出水量衰減40%。這就是水泵并聯工作的特性。

2. 循環水泵的并聯設計

由于空調系統負荷隨季節、晝夜、建筑功能和用戶的變化相差較大，冷水機組工況也是千變萬化。為了便于與冷水機組工況保持一致，在實際工程設計中，往往采取與冷水機組一一對應的形式配置循環水泵與冷卻塔。由于存在著水泵并聯工作的特性，當冷水機組工況變化時，系統循環流量以及每臺循環水泵的流量，都會發生較大變化。為便于討論，我們按照設置3 臺冷水機組、3 臺循環水泵、3臺冷卻塔的情況來進行討論。假設總循環流量Q=1500m3/h，冷卻循環水系統配水均勻，則在全工況下，每臺循環水泵的流量均為500m3/h。當僅有一臺冷水機組、一臺循環水泵運行時，由于并聯運行變成單臺運行，流量增大了1.19倍，即流量由500m3/h 增大為595m3/h，也就是說，通過冷卻塔的循環水量也同時增大了1.19倍，冷卻水量增大為595m3/h。若按全工況時總循環流量的1/3，即500m3/h 的冷卻水量選擇冷卻塔，很顯然，所選冷卻塔冷的冷卻能力明顯不足，造成冷卻塔出水溫度過高，最終引起冷水機組過熱而停機。

因此，冷卻塔不應因水量變化而降低冷卻效能，既要滿足全工況、水泵并聯運行時循環水量，又要滿足單臺機組、單臺水泵運行時增大了的循環水量。因此，我們選擇冷卻塔時，應以水泵單獨運行時的流量來確定冷卻塔的冷卻水量，再以并聯運行時單臺水泵的出水量來校核冷卻塔的配水系統，若循環水量小于冷卻塔額定循環水量的80%，則說明冷卻塔的配水系統已經不能滿足目前的工況，應重新進行設計了。當冷水機組、冷卻循環水泵為4 臺或4 臺以上時，由于水泵并聯工作時單臺水泵的出水量，均小于冷卻塔額定循環水量的80%，造成冷卻塔以及循環水系統不能正常工作。此時，可以在冷卻塔進水管上適當設置流量控制閥，控制進水量在設備允許的范圍內。

另外，由于冷卻塔受相鄰冷卻塔濕空氣回流、建筑物側壁、廣告牌對氣流的影響，冷卻塔的冷卻效果達不到設計要求，因此，冷卻塔在選型時也應適當放大。一般可按冷卻循環水量115%～120%進行選型。

根據02S10《中小型冷卻塔選用及安裝總說明》要求，通常：

冷卻塔標準設計工況：進水溫度t1=37℃、出水溫度t2=32℃、設計溫差△t=5℃、濕球溫度τ=28℃、干球溫度θ=31.5℃、大氣壓力P=99.4KPa；

單臺塔名義冷卻水量Q=100～800m3/h(部分塔型至1000m3/h）；

阻燃性能：玻璃鋼塔體及填料的氧指數不應低于28，均為阻燃型。

冷卻塔的選用及系統控制：

設計人員應根據該型冷卻塔的技術性能參數、熱力特性曲線（或非標準工況水量選用表）進行選用。設計循環水量不宜超過冷卻塔的額定冷卻水量；當設計循環水量小于額定冷卻水量的80%時，應對冷卻塔的配水裝置進行校核并由生產廠家做出相應調整。

選用冷卻塔時所采用的空氣干球溫度和濕球溫度，應為當地歷年平均不保證50h的干球溫度，并應與所服務建筑空調系統設計計算干球溫度和濕球溫度相一致。

冷卻塔一般不設備用，其臺數宜與所服務空調系統制冷機組臺數相匹配。

根據環境對噪聲的要求，區別選用低噪聲或超低聲冷卻塔。

冷卻塔的進水壓力應符合所選用塔形的要求，循環水泵的揚程不宜過高，否則易產生飄水現象。

對于最冷月平均氣溫低于-8℃的地區，且冬季也需要運行的空調系統，冷卻塔選用及訂貨時應特別說明，以便生產廠家采取必要的防凍措施。

關于冷幅△t 和逼近度A對塔容量的影響：

有兩個名詞術語，現定義如下：冷幅△t：△t = t1-t2。

t1-進水溫度，t2-出水溫度。

它等于冷卻水進、出塔的溫差，表示冷卻水通過水塔后的降溫幅度（簡稱冷幅△t），△t 值的大小是由使用者要求規定的，但如果一個水塔的熱負荷和水流量確定時，它的大小也就被決定了。

逼近度 A∶A=t2-tw2

tw2-空氣的濕球溫度，它等于冷卻塔出水溫度與空氣濕球溫度之間的溫差，表明出塔水溫逼近濕球溫度的程度，簡稱逼近度 A，當一個冷卻水塔的熱負荷、水流量以及空氣入塔條件確定時，逼近度A是該塔容量的函數，較大容量的水塔，能得到較小的A值，即出水溫度越逼近濕球溫度，下面應用△t、A的定義解釋幾個用戶關注的問題：

1、冷卻塔出水溫度能否低于 32℃，比如說 30℃或 25℃和一般降溫用的熱交換器一樣，逼近度 A 即是熱交換器的冷端溫度差，因此，冷卻水塔的出水溫度只能逼近空氣的濕球溫度而不能等于或低于濕球溫度，否則，不僅散熱面須趨于無限大，同時結構上要采取許多復雜的技術措施，基于上述，對冷卻塔取 A≥3℃是較適合的（CTI 推薦：取A≥t=5O℉或 F≥2.8℃),由此可推論出，若空氣的濕球溫度 tW2=27℃，那麼冷卻水塔出水溫度 t2=30℃是有可能的，而 t=25℃則是達不到的；但如果 tW2＜25℃，則 t2＞25℃又成為可能了。其可能性與否，與氣候條件有關，因此，不同國家、不同地區的冷卻水塔設計條件是不同的，如果一個國家地跨不同溫區，則有關標準中會規定一個標準設計條件（中國標準為28℃濕球溫度），用于濕球溫度不同的地區時則需進行換算。

2、相同水量，相同濕球溫度，不同進出水溫度但維持△t（進出水的溫差）值相同時，選塔容量是否一樣？答案是：否！

有人提出：水量相同，濕球溫度相同（如 27℃），冷幅△t值相同（△t=5℃）但進出水溫度分別為37/32℃和 35/30℃，那么選用的塔容量是否一樣？

對上述條件，雖然塔的熱負荷是相同的，但按 CTI推薦方法經計算表明：與 37/32/27℃相比，工作條件為 35/30/27℃時，選用塔的容量應加大 1.45 倍，這是由于第二組條件的逼近度A=3℃（30-27℃）較小，散熱面應加大（即塔體要 加大）的緣故。

其他應注意的事項：

1.集水池設計

民用建筑空調冷卻循環水系統一般不設集水池，而采用加大集水盤型冷卻塔。一般冷卻塔的集水盤有效水深為300mm～400mm，加深集水盤的有效水深為500mm～600mm。在冷卻循環水系統啟動時，冷卻塔配水管及填料上的附著水來不及補充至集水盤，由于循環水泵的抽吸作用，造成集水盤里的水被迅速抽空，引起系統進氣，此時水流狀態為復雜的氣液兩相混合流。由于水流摻氣較嚴重，極易造成水泵汽蝕，同時產生較大的水流噪音及喘振。停機時，配水管及填料上的附著水繼續進入集水盤，造成集水盤里的水溢流。因此，冷卻塔應選用加大集水盤型，同時，將冷卻水回水總管適當放大，一方面增大蓄水量；另一方面降低流速，減輕摻氣，消除水泵氣蝕，降低水流噪音及喘振。回水管流速可控制在0.6m/s～1.0m/s,回水管管徑依此流速來確定。

2.配、回水管路設計

冷卻循環水系統的配水管路、回水管路設計也應合理。配水系統應做到配水均勻，避免近端冷卻塔進水過多而溢水，遠端冷卻塔進水過少而虧水。如果配水管路受條件所限做不到均勻配水，則可在冷卻塔進水管上設流量控制閥，控制進塔水量均衡。

3.冷卻塔風機設計選型

環境溫度在一天早、中、晚時段，呈低—高—低變化，由于冷卻塔選型時是按照最大負荷來確定的，在沒有使用具備負載隨動調節特性的控制系統中，無論環境溫度和用戶負荷怎樣變化，冷卻塔風機都長期固定在工頻狀態下全速運行，造成了能量的巨大浪費。故降低冷卻塔風機的能耗，對于節約能源，降低運行費用具有很重要的意義。

降低冷卻塔風機的能耗的最佳方案是控制風機轉速，可通過變頻調速技術來實現。控制原理是，根據環境溫度變化，溫度傳感器測定冷卻塔出水溫度，再轉換成標準的電信號，送到風機控制柜變頻器，通過改變變頻器的轉速來改變風機運行的轉速，從而達到風機節能的目的。采用變頻技術不僅可以節約能源，還可以實現智能控制，延長設備使用壽命。若變頻器出現故障時，可將轉換開關切換到手動狀態。冷卻塔風機也可采用雙速風機，同樣可以達到節能的目的。

圓形逆流式與方形橫流式冷卻塔比較：

圓形逆流式與方形橫流式冷卻塔比較：

圓形逆流式、橫流式、方形逆流式冷卻塔對比表：

冷卻塔的布置：

冷卻塔應布置在建筑物最小頻率風向的上風側，其四周除應滿足冷卻塔排出的濕熱空氣不會被再次吸入冷卻塔內，并留有安裝管道和其他附屬設備的足夠空間及檢修通道外，還應考慮噪聲、飄水等對建筑物及周邊環境的影響。

冷卻塔（或塔排）與建筑物之間的距離及冷卻塔多臺布置時塔與塔之間的距離，應滿足如下要求：

冷卻塔宜單排布置。當需要多排布置時，塔排之間的距離應保證全部冷卻塔同時工作時的進風量，每排的長度與寬度之比不宜大于5：1。

各塔排的長軸在同一直線上布置時：

各塔排的長軸不在同一直線上、且相互平行布置時：

冷卻塔不應布置在鍋爐房頂及有較多熱量產生或粉塵飛揚的場所，并盡量避免使冷卻塔夾在高大建筑物中間的狹長地帶。

冷卻塔宜在建筑物屋面安裝，無條件時也可在室外地坪上安裝。

當周邊環境對噪聲有較高要求時，可采取下列措施：

1）冷卻塔的位置盡可能原理對噪聲敏感的區域；

2）優先選用超低噪聲冷卻塔；

3）冷卻塔進水管、出水管及補水管上安裝橡膠撓性管接頭。

4）由生產廠家在冷卻塔立柱底板與基礎預埋鋼板之間設計安裝橡膠隔振墊；

5）在對噪聲敏感一側安裝隔聲吸音屏。

6）冷卻塔風機采用變速電動機。

7）冷卻塔應設置在專用的基礎上，不得直接安裝在地坪或屋面板上。

冷卻塔的安裝

冷卻塔基礎預埋鋼板位置應準確并保持各基礎預埋鋼板頂面標高在同一水平上。標高允許誤差宜控制在±1mm，中心距允許偏差為±2mm。

冷卻塔進水管、出水管及補水水管應單獨設置管道支架，避免將管道重量傳遞給塔體。

在冷卻塔安裝及維修過程中，不得在塔上動用電、氣焊等明火。如需要動用明火，應采取相應的安全措施。

冷卻塔組裝就位后，基礎預埋鋼板與冷卻塔立柱底板應采用螺栓連接或定位焊接。

設置于建筑物屋頂的冷卻塔，應根據該建筑物防雷分類進行防雷處理。冷卻塔上電氣設備的外露可導電部分應可靠接地。

冷卻塔運行與控制：

建筑空調冷凍水與冷卻水兩個系統自動控制（電氣連鎖）與手動控制應遵循下列原則：

1.啟動順序：

2.停機順序：

延時啟動（或停機）時間可為5～60s，在系統調試時根據需要在現場設定。

保護控制：水泵啟動后，水流開關檢測水流狀態，如發生斷水故障，備用泵自動投入運行；無備用泵時制冷機組自動停機。水流開關由弱電單位在每臺制冷機組冷凍水與冷卻水出水管上分別設置。

鑒于各生產廠制冷機組產品控制原理不盡相同，設計人員可根據機組的具體要求進行調整。

冷卻塔應設置現場手動控制風機電源開關，在現場手動控制開關切斷后，機房不能遠距離啟動冷卻塔風機。

當建筑物設置有樓宇自動控制系統（BAS）時，循環冷卻水系統應納入自動控制范圍。

循環冷卻水的水質穩定處理：

循環冷卻水系統設計濃縮倍數宜為2.5～4，系統的水質控制指標可參照《工業循環冷卻水處理設計規范》GB/T50050-2017。

建筑空調系統循環冷卻水的水質穩定處理應結合水質情況，合理選擇處理方法及設備。處理方法一般可采取阻垢緩蝕、殺菌滅藻和旁濾處理等措施。

循環冷卻水的水質穩定宜此阿勇化學處理法。經論證確能保證水質穩定處理效果時也可采用物理處理法（如電子、靜電、內磁水處理裝置等）。

當采用過濾法去除懸浮物時，旁濾水量宜為系統循環水量的1%～5%，循環水量大的系統采用下限，循環水量小的采用上限。

循環補充水可采用城市自來水、建筑中水或同等水質標準的水。

循環冷卻水量較大的系統及有條件的地區，水質穩定處理宜有專業水處理公司對系統水質進行動態模擬試驗，確定藥劑種類及投加量，并提供跟蹤服務。

本文相關課件選自選自：彭建明，《談冷卻塔設計選型》及馬利冷卻塔設計選型資料，來源互聯網。暖通南社整理編輯。

拓展知識：