冷却塔结构组成与基础选型

冷却塔结构组成与基础选型

冷却塔是工业和民用建筑中常见的热交换设备，广泛应用于空调冷却系统、冷冻系列、工业水冷却等领域。本文将详细介绍冷却塔的结构组成、分类、选型参数以及实际应用中的计算方法，帮助读者全面了解冷却塔的工作原理和应用要点。

冷却塔概述

冷却塔是一种用于热交换的设备，其工作原理是利用空气与水的直接或间接接触来实现水的冷却。它通过循环水作为冷却介质，从一个系统中吸收热量，并将这些热量释放到大气中，从而降低水温并使得冷却水可以再次被循环使用。冷却塔广泛应用于空调冷却系统、冷冻系列、工业水冷却等领域。

结构组成及功能

冷却塔的基本结构包括多个关键组件，每个组件都承担着特定的功能：

• 支架和塔体：提供外部支撑，确保整个冷却塔结构稳定。
• 填料：为水和空气之间的热交换提供了极大的表面积，促进了更有效的热量传递。
• 冷却水槽：位于冷却塔底部，用以接收经过冷却后的水。
• 收水器：用来捕捉并回收由气流带出的水滴，减少水量损失。
• 进风口：允许新鲜空气进入冷却塔内部进行热交换。
• 百叶窗：帮助均匀分配进来的气流，同时防止水分逃逸。
• 淋水装置：负责将热水均匀地喷洒到填料上，增加水与空气接触的机会。
• 风机：促进空气流通，增强冷却效果；轴流风扇适用于诱导通风冷却塔，而轴流/离心风扇则用于强制通风冷却塔。

冷却塔分类

根据不同的标准，冷却塔可以分为多种类型：

• 按通风方式分：自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔等。自然通风塔依靠自然界的风力和温度差异驱动空气流动，而机械通风塔则使用风扇来加强气流。
• 按水和空气的接触方式分：湿式冷却塔（如逆流塔）、干式冷却塔以及干湿式冷却塔。湿式冷却塔中水与空气直接接触，而干式冷却塔则是间接接触。
• 按热水和空气的流动方向分：逆流式冷却塔、横流式冷却塔和混流式冷却塔。其中逆流塔的特点是水流向下，空气向上，两者呈相反方向运动。
• 按应用领域分：工业型冷却塔和服务于建筑物空调系统的空调型冷却塔。
• 按噪声级别分：普通型、低噪型、超低噪型和超静音型冷却塔。
• 按形状分：圆形冷却塔和方形冷却塔。
• 按水和空气是否直接接触分：开式冷却塔和闭式冷却塔（封闭式冷却塔）。闭式冷却塔特别适合那些对水质有较高要求的应用场景，因为它们能够保护循环介质免受污染。

冷却塔的选型

在选择冷却塔时，需要考虑多个关键参数：

• 应测量的参数：空气湿球温度、空气干球温度、冷却塔进水温度、冷却塔出水温度、排气温度、泵和电机运行参数、水流速度、空气流速。
• 运行参数：冷却水温差、冷幅、效率、冷却塔容量、补给水量、冷却水流量、选型、冷却塔选型设计问题。

其中，冷却水温差和冷幅是衡量冷却塔性能的重要指标：

• 冷却水温差：入口温度—出口温度大温差 = 高性能
• 冷幅：冷却塔出水温度与入口空气湿球温度的差值：小冷幅 = 高性能

冷却塔容量的计算公式为：

冷却塔容量 = 冷却水质量流量 × 水的比热容 × 温差

补给水量计算

冷却塔在运行过程中需要补充一定量的水，这部分水量的计算涉及多个因素：

• 蒸发损失水量（E）：E = Q/600 =（T1-T2）×L/600
• 飞溅损失水量（C）：冷却塔之飞溅损失量依冷却塔设计型式、风速等因素决定之。一般正常情况下，其值约等于循环水量的0.1~0.2%左右。
• 定期排放水量损失（D）：定期排放水量损失须视水质或水中固体浓度等因素决定之。一般约为循环水量之0.3%左右。

总补给水量（M）的计算公式为：

M = E + C + D

冷却塔用于空调时，温度差设计在5℃，此时冷却塔所须之补给水量约为循环水量的2%左右。

冷却水流量

冷却水流量的计算公式为：

K·Q = C·M·ΔT

其中：

• K：估算系数
• Q：机组最大制冷量
• C：水的比热容
• ΔT：供回水温差
• M：冷却水质量流量

对于不同类型的制冷机组，冷却水流量的估算系数有所不同：

• 压缩式制冷机组最大制冷量的1.3倍
• 吸收式制冷机组（溴化锂）制冷量的2.5倍

选型实例

以一台PFS640.2XE机组的工程为例，计算冷却塔的水流量和补水量：

补水量m = M·2％ = 140kg/s·2％ = 2.8kg/s

冷却塔选型常设计问题

在冷却塔选型过程中，需要关注以下几个关键问题：

• 冷却塔耗能的决定因素：风机功率、冷却水流量、冷却水补水量
• 冷却塔的理想工作温度：冷却塔的进水温度根据使用情况的不同有所不同，例如中央空调冷凝器的出水温度一般为30-40℃，而冷却塔的出水温度一般为30℃。冷却塔理想冷却温度（回水温度）最佳温度为高于湿球温度2-3℃，这个值叫“逼近度”，逼近度越小，冷却效果越好，冷却塔越经济。

开式与闭式冷却塔对比

• 开式冷却塔：首期投入较少，但运营成本较高（水耗、电耗）。
• 闭式冷却塔：适合在干旱、缺水、沙尘暴频发地区等恶劣环境中使用。能冷却介质多水、油类、醇类、淬火液、盐水及化学液等多种介质，介质无损耗和成份稳定。能耗低。缺点是闭式冷却塔造价为开放式塔的三倍。