空調(diào)水系統(tǒng)中的冷卻塔節(jié)能性研究摘要：通過(guò)分析不同因素對(duì)冷卻塔冷卻能力的影響，從運(yùn)行經(jīng)過(guò)中節(jié)約風(fēng)機(jī)、水泵等能耗的觀點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)了利用冷卻塔節(jié)能的各種施行方法。室外空氣濕球溫度，入口水溫，及冷卻水量的變化都將引起冷卻塔冷卻能力的變化。為了用戶的最大限度節(jié)能，冷卻塔的生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)與制作經(jīng)過(guò)中應(yīng)多考慮冷卻塔的自控功能，而且提供冷卻塔在冬夏兩種工況的熱工參數(shù)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：冷卻塔；溫度調(diào)節(jié)器；節(jié)能；冷卻塔供冷冷卻塔被廣泛地應(yīng)用于制冷空調(diào)系統(tǒng)及工業(yè)設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)。對(duì)于空調(diào)用戶而言，冷卻塔的功耗在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能耗中也占領(lǐng)一定的比例，而且由于其使用頻率高，累計(jì)能耗是特別可觀的。從節(jié)能的角度講，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中冷卻塔的耗能給予同樣的看重，系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)整體考慮。為了適應(yīng)越來(lái)越高的節(jié)能要求，我們應(yīng)該分析影響冷卻塔冷卻能力的因素，從運(yùn)行經(jīng)過(guò)中節(jié)約風(fēng)機(jī)、水泵等能耗的觀點(diǎn)出發(fā)，找出冷卻塔節(jié)能的各種施行方法，在能源日趨緊張的今天，是一項(xiàng)特別有意義的工作。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)外冷卻塔的節(jié)能研究(以機(jī)械通風(fēng)濕式塔為主)重要集中在下面幾個(gè)方面：(1)改良冷卻塔體的構(gòu)造，優(yōu)化冷卻塔內(nèi)部構(gòu)件的布置，使氣、水分布均化，減少阻力，提升效率；(2)改良冷卻塔運(yùn)行方式，減少能耗；(3)高溫水在進(jìn)入冷卻塔之前，先進(jìn)行一定的“預(yù)處理〞，使水進(jìn)入冷卻塔后能增大與空氣的接觸面積和接觸時(shí)間，以到達(dá)節(jié)水和節(jié)能的目的。1.冷卻塔性能在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，冷卻塔起著非常主要的作用。從熱力學(xué)方面考慮有3種基本形式的冷卻塔：濕式(蒸發(fā)式)、干式、濕干混合式。當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的是濕式(蒸發(fā)式)冷卻塔。冷卻水通過(guò)冷卻塔與外界空氣同時(shí)進(jìn)行著熱量和質(zhì)量的交換，熱量分為顯熱和潛熱兩部分。冷卻水通過(guò)冷卻塔與外界空氣同時(shí)進(jìn)行著熱量和質(zhì)量的交換，熱量分為顯熱和潛熱兩部分。假若換熱量全部為水的潛熱，則冷卻水降低6℃，蒸發(fā)的水量不及供水量的1/100。冷卻塔的性能與溫度范圍和接近度有關(guān)。溫度范圍是指冷卻塔出水與進(jìn)水的溫度差。冷卻塔的選擇與下面幾個(gè)因素有關(guān)：需冷卻的熱負(fù)荷，冷卻的溫度范圍，接近度，濕球溫度。2.冷卻塔的冷卻能力冷卻塔的冷卻作用是通過(guò)水與空氣進(jìn)行直接或間接的熱、質(zhì)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了到達(dá)節(jié)能的目的，首先我們應(yīng)該清楚影響冷卻塔冷卻能力的各個(gè)因素，以便在運(yùn)行經(jīng)過(guò)中采用適當(dāng)?shù)霓k法，使冷卻負(fù)荷與冷卻能力相匹配，盡可能地節(jié)省能耗。對(duì)構(gòu)造已經(jīng)確定的冷卻塔而言，影響冷卻塔的冷卻能力的重要因素有：室外空氣(濕球)溫度、冷卻水入口溫度、冷卻水量及誘導(dǎo)風(fēng)量等。(1)室外空氣(濕球)溫度冷卻塔出口水溫度的理論極限值為室外空氣的濕球溫度。因而，當(dāng)水量一定，入口水溫一定時(shí)，室外空氣的濕球溫度越低，與入口水溫之差越大，冷卻塔冷卻能力就越強(qiáng)。但是我們必需留意的是冷卻水溫度太低的話，制冷機(jī)組的冷凝壓力會(huì)大幅度降低。由于對(duì)于制冷機(jī)冷凝器冷凝壓力有一個(gè)低限，冷凝溫度也有一個(gè)低溫限制，所以冷凝溫度過(guò)低，將導(dǎo)致制冷機(jī)組運(yùn)行容易出現(xiàn)故障。(2)入水口溫差當(dāng)冷卻水量一定，室外空氣濕球溫度一定時(shí)，隨著冷卻塔入口水溫的增長(zhǎng)，入口水溫及出口水溫與空氣濕球溫度之差都將增長(zhǎng)，促進(jìn)了冷卻，因而冷卻能力會(huì)增長(zhǎng)。但是對(duì)于某一構(gòu)造形式已確定的冷卻塔而言，由于冷卻能力的限制，可能使出水口水溫有較大的升高，這樣可能導(dǎo)致制冷機(jī)組的冷凝壓力過(guò)高，使機(jī)組制冷量不足。(3)冷卻水量當(dāng)冷卻水入口水溫、空氣濕球溫度一定時(shí)，冷卻水量增長(zhǎng)，冷卻塔的總?cè)莘e傳熱系數(shù)也會(huì)增長(zhǎng)，固然冷卻水溫降有所減少，但總的效果還會(huì)使制冷能力增長(zhǎng)。但也要留意的是，由于水量的增長(zhǎng)，將使配管內(nèi)的腐蝕、管內(nèi)壓力損失增長(zhǎng)。因而必需在檢驗(yàn)循環(huán)水泵，制冷機(jī)組及冷卻塔等設(shè)備的使用條件后能力確定。3.冷卻塔的運(yùn)行與節(jié)能途徑由上所述，室外空氣濕球溫度，入口水溫，及冷卻水量的變化都將引起冷卻塔冷卻能力的變化。因而，假如在運(yùn)行經(jīng)過(guò)中，當(dāng)室外空氣(濕球)溫度變化或冷卻負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，充足利用上述特性，采取適當(dāng)?shù)霓k法必定能做到使冷卻塔的冷卻能力與冷卻負(fù)荷相匹配，進(jìn)而節(jié)省運(yùn)行能耗。(1)通過(guò)溫度調(diào)節(jié)器控制風(fēng)機(jī)的啟、停當(dāng)冬季室外空氣(濕球)溫度降低時(shí)，冷卻塔的冷卻能力增長(zhǎng)，出口水溫降低，由溫度調(diào)節(jié)器感悟水溫，停止風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，到達(dá)防止水溫過(guò)低及節(jié)能的目的。(2)通過(guò)調(diào)速裝配改變風(fēng)機(jī)用電機(jī)的轉(zhuǎn)速由于室外空氣濕球溫度的變化是隨機(jī)性的，采取調(diào)速裝配能夠改變風(fēng)機(jī)用電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，進(jìn)而獲得更好的節(jié)能效果，同時(shí)可以以減少風(fēng)機(jī)的啟、停次數(shù)，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。根據(jù)生產(chǎn)的需要預(yù)先設(shè)定供水溫度，由氣候氣象環(huán)境對(duì)水溫的影響、系統(tǒng)換熱條件的改變對(duì)水溫的影響，用溫感探頭的實(shí)測(cè)值反應(yīng)出來(lái)，最終通過(guò)調(diào)控降溫設(shè)備的能耗來(lái)穩(wěn)定供水溫度，實(shí)現(xiàn)自控節(jié)能。(3)風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)控制當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)有幾臺(tái)冷卻塔或每臺(tái)冷卻塔有幾臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)量的調(diào)節(jié)能夠通過(guò)風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)需要來(lái)確定風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的臺(tái)數(shù)，因而這種調(diào)節(jié)手段更強(qiáng)，調(diào)節(jié)范圍更大，且水溫比較穩(wěn)定，尤合適在制冷負(fù)荷變化不大而室外空氣參數(shù)變化大的情況下使用，工業(yè)用冷卻塔上最為實(shí)用。表3-1為維持冷卻塔出水溫度32℃不變，室外空氣濕球溫度變化與風(fēng)機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)變化對(duì)應(yīng)表。風(fēng)機(jī)的開(kāi)與停，能夠采取手動(dòng)，可以通過(guò)溫感來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。根據(jù)測(cè)量供水溫度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的開(kāi)、停機(jī)數(shù)量到達(dá)控溫節(jié)能的目的，進(jìn)而節(jié)省冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗。表3－1(4)封閉式冷卻塔灑水泵的運(yùn)行控制當(dāng)室外空氣(濕球)溫度降低或者冷卻負(fù)荷減少時(shí)，可通過(guò)設(shè)置在冷卻塔內(nèi)的溫控器關(guān)閉灑水泵，節(jié)約灑水泵的能耗。當(dāng)灑水泵停止運(yùn)行時(shí)，冷卻水僅僅靠與空氣的顯熱交換來(lái)冷卻。(5)冷卻塔進(jìn)水控制以往的研究基本上局限于冷卻塔自己，而對(duì)冷卻塔的處理對(duì)象——待冷卻高溫水卻牽涉很少，假如讓高溫水在進(jìn)入冷卻塔之前，先進(jìn)行一定的“預(yù)處理〞，改變氣、水之間的傳熱、傳質(zhì)性能，同樣也能到達(dá)節(jié)水和節(jié)能的目的。同濟(jì)大學(xué)[5]做法：以現(xiàn)有的冷卻塔為基礎(chǔ)，在進(jìn)水管裝上溶氣設(shè)備(溶氣罐或射流溶氣器)，利用一定的壓力將空氣溶于進(jìn)水中，然后再進(jìn)行冷卻。改良后的冷卻塔的容積散質(zhì)系數(shù)比原來(lái)提升15％—20％，冷卻效率大大提升。(6)冷卻塔直接供冷系統(tǒng)。在前面已經(jīng)說(shuō)到，在空調(diào)的水系統(tǒng)中，通常情況下，被冷卻塔冷卻的水流經(jīng)制冷機(jī)組的冷凝器，構(gòu)成冷卻塔——冷凝器的冷卻水循環(huán)環(huán)路，系統(tǒng)的另一循環(huán)環(huán)路為蒸發(fā)器——用戶的冷凍水環(huán)路。假如當(dāng)室外空氣濕球溫度下降到某一值時(shí)，制冷機(jī)組能夠停止運(yùn)行，由冷卻塔冷卻的冷卻水可直接送入用戶空調(diào)末端，構(gòu)成冷卻塔——用戶的循環(huán)環(huán)路，即冷卻塔直接供冷的形式。這樣，設(shè)計(jì)通過(guò)兩個(gè)途徑節(jié)省能耗：1)停止制冷機(jī)組能夠節(jié)省大部分能耗，2)系統(tǒng)的循環(huán)水泵由冷卻水泵與冷凍水泵同時(shí)運(yùn)行變成只要冷卻水泵運(yùn)行。對(duì)空調(diào)用戶而言，所消耗電量為制冷機(jī)組、冷卻塔、水泵等系統(tǒng)各部分耗電量的總和。因而，節(jié)約各部分的耗電量對(duì)于用戶同等主要，這樣才有可能保證系統(tǒng)總體上節(jié)能。在空調(diào)系統(tǒng)中利用冷卻塔節(jié)能，能夠從改變其本身的運(yùn)行工況著手，可以以從冷卻塔系統(tǒng)的角度，充足利用冷卻塔的冷卻能力。為了用戶的最大限度節(jié)能，冷卻塔的生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)與制作經(jīng)過(guò)中應(yīng)多考慮冷卻塔的自控功能，而且提供冷卻塔在冬夏兩種工況的熱工參數(shù)。4.結(jié)論我們國(guó)家是個(gè)淡水嚴(yán)重短缺的國(guó)家，而經(jīng)濟(jì)確以驚人的速度增加，人民生活水平的提升，使得空調(diào)的普及率迅速升高，因而對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)的冷卻塔節(jié)水節(jié)能提出了更高層次的要求，固然冷卻塔的運(yùn)行節(jié)能往往被忽視，但筆者相信，隨著控制技術(shù)的不斷提升和制作成本的不斷下降，冷卻塔的節(jié)能技術(shù)將會(huì)被用戶更多地承受和采取。冷卻塔的節(jié)能有多條途徑，而且隨著研究工作的不斷深切進(jìn)入，還會(huì)有各種新的方法不斷出現(xiàn)。各種方法、途徑之間不是孤立的，而是互相聯(lián)絡(luò)、互相制約的關(guān)系。在實(shí)際操作中，既能夠從某一角度對(duì)冷卻塔進(jìn)行節(jié)能改造，可以以從多方面綜合評(píng)價(jià)，最終目的都是為了使冷卻塔效率到達(dá)最優(yōu)，節(jié)能節(jié)水率到達(dá)最高，以緩解當(dāng)下緊張的水資源和能源問(wèn)題。以下為參考文獻(xiàn)[1]黃仲杰.我們國(guó)家城市供水現(xiàn)在狀況.問(wèn)題與對(duì)策.給水排水，2011，24(2)：18—20．[2]冀兆良.夏熱冬暖地區(qū)的寓居建筑節(jié)能.制冷空調(diào)與電力機(jī)械.2003年第六期.[3]劉迎云.利用冷卻塔節(jié)能的途徑與方法.節(jié)能.2009.12：37-41．[4]林宏.利用冷卻塔供冷技術(shù)的初探.制冷空調(diào)與電力機(jī)械.2010.3：19-21．[5]郅