有风机与无风机冷却塔的经济性分析裴秀英（厦门集美大学机械工程学院，福建厦门３６１０２１）摘要本文主要从冷却方式、热办陛能、投资、长期使用运行效果、噪音等方面来比较分析有风机冷却塔与无风机冷却塔的经济性。通过比较分析可以得出满足经济性要求的冷却塔的选择方法。关键词冷却方式热力性能投资运行经涕｝生ＥＣＯＮＯＭＩＣＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＡＢＯＵＴＴＨＥＦＡＮ．ＢＬＯＷＥＲＴＯ、ⅣＥＲＡＮＤＴＨＥＦＲＥＥ．Ｃ００ＬＩＮＧＢＬＯＷＥＲＴＯＷＥＲＰｅｉＸｉｕ－ｙｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｉｍｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ，３６１０２１，ＣＨＩＮＡ）Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｔｈｉｓｔｅｘｔａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｏｆｔｈｅｆａｎ－ｂｌｏｗｅｒｔｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｆｒｅｅ—ｃｏｏｌｉｎｇｂｌｏｗｅｒｔｏｗｅｒｂａｓｅｄｏｎｃｏｏｌｉｎｇｗａｙ，ｐｏｗｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，Ｕｓｅｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅ，ｎｏｉｓｅｅｔｃ．．Ｂｙａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｂｅｔｔｅｒｍｅｔｈｏｄｈａｄｂｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｃｏｏｌｉｎｇｔｏｗｅｒｓｗｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＣｏｏｌｉｎｇｗａｙＰｏｗｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔ．Ｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ０概述２．１冷却方式及热力性能无风机塔利用利用特殊结构的喷嘴和扩散器，无风机冷却塔是在以省电和降噪为首要目标将循环冷却水喷射成为细微的水滴（水滴的粒径几的前提下设计的，其目的是为用户节省更多的电费乎小于５０ｕｍ），这些水滴与吸热上升的空气接触和降低对环境的污染，这确实是一个非常先进的想时，大大增加了接触面积，在混合过程中发生动能法。但是有风机冷却塔的使用历史远远大于无风机转化，从而能非常有效的进行换热，冷却水落至填冷却塔，如何在使用者形成使用习惯后从观念上改料层后与进入塔内的空气进行二次交换，热力性能变其习惯，就是一切新产品所面临的困境。本文就较好。无风机冷却塔的性能以及使用经济性等方面，对无但是这里也存在一个问题，因为塔内的空气是风机冷却塔与有风机冷却塔进行比较研究，旨在通自然流动，流动速度比较小，要想是的换热效果好，过比较，探讨出冷却水系统冷却塔的选择方法。必须增加换热的面积。因此无风机冷却塔的内部填１无风机与有风机冷却塔的特点料体积较大，塔体大。以流量１００ｔ／ｈ的塔为例，一般有风机塔填料体积只需无风机塔的５０～６０％，１．１有风机与无风机冷却塔的结构即无风机塔的体积比有风机塔大１．６一－－２．０倍。而有风机与无风机冷却塔的结构分别见图ｌ和图２。有风机冷却塔空气的流动是依靠风机的转动来驱１．２两种冷却塔的比较动的，流动速度大，空气的流量也较大，但是从塔表ｌ列出了两种冷却塔的比较项目。顶分散喷淋出来的水流粒径很大，与空气接触的面２两种冷却塔的优缺点分析积就较小，换热效果也就受到影响。但是由于空气流动速度大会弥补换热面积小的不足。另外塔内填作者简介：裴秀英（１９６７～今），女，副教授，硕士。从事制冷空调教学与研究一＾善ＲＯ弋Ｕ出ＴＬ。ＥＴ１、ｔｔ１、１、ｔＴｆ空气出口Ｄｂ。－、－＼兰弓翮擞目７．…ｊ：ｌＩｌ、、ｕＩｌＩｌＩ空气入口霹剐：：ｊ目国国国国国图１有风机冷却塔的结构示意图图２无风机冷却塔的结构示意图表１冷却塔的比较利用循环冷却水喷射时形成的负压吸入外界空气。被喷射成为超细微的水滴与空气在混合过程中发冷却方式生动能转化，并同时进行热交换。冷却水落至填料层后与进入塔内的空气进行二次交换，热力性能较好。噪声控制机械噪声，达到超低噪声型塔的标准。因空气为自然流动，出口风速较低，配合五折挡水水飞溅损失冷却塔低９０９６以上。器，水的飞溅损失控制在０．００１％－０．００９％，比传统无风机、电机和传动机械，不产生空气动力噪声和以风机作为空气动力装置，带动气流运动，而循环冷却水从冷却塔的顶部被分散喷淋在填料层顶部，通过在填料层内的流动，与进入塔内的空气进行热交换。有风机、电机和传动机械，难以避免噪声和振动的困难。塔头出口多采用渐缩式设计，排风速度由于风机的作用比较高，一些还没有滴落的水滴会被气流带出塔外，因此水飞溅损失较大，并影响周围环境下“毛毛雨”。采用单元模组化设计，实现了高度的标准化生产，结构形式据现场条件还可以做弹性排列组合。并可容易地拆解和重新组装，或随意增加容量。为使喷管喷射出的水流量有足够的速度，需提高循耗电功率环冷却水泵的扬程，但却免除了风机消耗的功率。全塔均由静动部件组成，无易损部件、运行维护简单，维护费用较低。由于噪音超低，无水滴飞溅，并且无风机等运动部安装地点件，安装地点可以活动选择，居民楼前、马路边、绿地内均可，不受地安装。使产品的性能和质量稳定可靠。除标准规格外，根受风机结构和尺寸的影响，无法实现完全的模组化设计。但是可以根据容量的大小组配，并与冷却水泵一一对应，满足负荷变化的灵活性启动。塔本身所带的风机和循环冷却水泵均消耗功率。冷却系统的功率为两者之和。风机、电机和传动机械为易损部件，需经常维护或更换，维护费用较高。为了避免噪声和水滴飞溅对周围环境的影响，并考虑风机运动时可能对人身造成伤害，一般将塔安装在楼顶或离建筑物较远的地方。运行和维护料的体积也会比无风机冷却塔小一些，这样有风机塔的体积会相对小。重力式散水设计，水膜分布均匀，距离大，不易阻塞结垢：重力自然落下之散水系统，压力低，水流速度缓慢，散水均匀，无水滴声，增加水流在散热片的停留时间，热交换效果好。３０３２．２环境适应性环境适应性指的是冷却塔可以根据气候条件、系统运行负荷变化来调节自己的运行方式。无风机塔在环境湿球温度变化或机组负荷变化时，可以通过对电机功率或风机转速、风机叶轮角度的调节，来满足工况要求，适应性比较强。而无风机塔中空气是依靠热气流来提升，交换的是潜热，这就对空气的湿度有要求。如何外界状况稍微偏离设计状况（例如外界湿球温度变高），无风机塔的额定自我冷却水压降为７５ｋＰａ。如果取冷凝器单位产冷量的散热量为总制冷量的１．２倍ｎ３。则冷水机组冷却水流量计算公式为：Ｗ：垒：！！！！１０００＋△ｔ＋ｃ调节能力就会变差，其热力性能会迅速受到影响。另外，无风机塔利用利用特殊结构的喷嘴来产生细微水滴，这对于水质要求特别高，由于一部分水滴的蒸发会使循环冷却水中的矿物质和其他杂质留下来，这些物质极易堵塞很微小的喷嘴孔径。２．３水的损失与飞溅情况无风机冷却塔因以流体动能转换装置取代风机，塔体出风口的结构是敞开式的，排风速度比传统式冷却塔小６０％以上，再配合高效率的出风口五折挡水器，使排出气流的带水量远远小于传统式冷却塔。其水的飞溅损失控制在０．００１％一０．００９％，比传统冷却塔低９０％以上。而有风机冷却塔由于空气的流动速度较大，会把部分水滴带出来，在塔周围形成“毛毛雨”的情况，会影响周围环境。塔头出口采用渐缩式设计，排风速度高，大量水滴被气流带出塔外，因此水飞溅损失大，并影响周围环境（俗称下“毛毛雨）。２．４噪音与振动控制传统式冷却塔的主要噪音源是风机旋转时产生的以中低频为主的空气过流噪音和电机及传动机械运转时产生的机械噪声。这是传统式冷却塔一直难以解决的危害环保问题。无风机冷却塔全体均式中：形一冷却水量，ｍ３／ｈ：Ｑ一冷凝器散热量，ｋＷ：Ａｔ一冷却水供回水温差，℃；ｃ一水的比热，ｋＪ／（ｋｇ・℃）。经过计算得出冷却水流量为８６．３３１／ｓ，与所选择的冷水机组需要的冷却水流量匹配。冷却塔所需水流量＝冷却水流量×１．２＝３１０．７９×１．２＝３７２．９５ｍ３／ｈ。以４００Ｉｌｌ３／ｈ为前提进行比较计算。冷却塔放置位置均为群楼屋面，屋面标高为＋３０．ＯＯｍ。机房设在地下一层，地下层高度６ｍ。冷却水泵选择计算条件：冷却水系统机房内阻力按１５０ｋＰａ考虑，冷却水管道长度按ｌＯＯｍ考虑，压降按１４０Ｐａ／ｍ考虑，沿程、局部阻力各占５０％。管道与设备的阻力计算为１００．２．１４０．０．ＯＯｌ＋１５０＝１７８ｋＰａ。３．２两种系统的投资及运行分析两种系统的设备计算选择如表２所示。从上表可以看出，无风机冷却塔的功率与有风机冷却塔的功率相比几乎相当，也就使得两种系统的运行费用没有太大的差异。但其初期投资多５万元。如果有风机冷却塔加上变速调节装置，在能耗以及初投资方面还是具有一定的优势。表中序号８项湿球温度变化对冷却塔的冷却水量影响也很大。一般是按照２８℃的湿球温度来选择冷却塔。湿球温度每增加１℃，冷却塔的冷却效率会降低１７．６％。而对于无风机冷却塔来说，因为空气的自然流动，如果环境湿球温度增加后，其冷却效率会降低的更多（因为样本中没有给出性能曲线，难以确定降低的数值）。正是因为这样，了无风机冷却塔在市场的推广。但是大家也许没有意识到，无风机冷却塔省却了相配套的电气控制系统，这部分的投资在我们的比较中没有涉及，如果计算在内的话，其初期投资还会降低。只是作为一个完整的电气系统没有把这部分单独设计，使投资方看不出直接结果。由静动部件组成，没有风机、电机和传动机械，运转时不产生空气动力噪声和机械噪声，达到超低噪声型冷却塔的标准。因此无须安装减振器。相对于传统式冷却塔，底板的设计负载也降低许多。２．５投资与维护成本无风机冷却塔初投资比有风机塔大，不易客户接受。风机、电机和传统机械等活动部件是传统式冷却塔最易出故障的部位，而无风机冷却塔没有这些活动部件，因而没有突然停机检修而影响主机运行的困难，。也免去了活动部件的维修费用。相比较有风机塔的维护费用高一些。３两种塔的投资及运行经济性分析工程为厦门市一幢综合办公楼，建筑面积３．１工程概况４冷却塔的控制方法与节能途径４．１．有风机冷却塔的“双速恒温自动控制”冷却塔作为制冷空调系统的一部分，在设计时通常按照“最不利工况”进行产品选型，在“非最８９００ｍ２。制冷系统总制冷量计算为１５００ｋＷ。选择麦克维尔单螺杆水冷冷水机组２台，型号为：ｗＳＨ一２１５．２，单台制冷量７５５．３ｋＷ，冷却水流量４３．０３１／ｓ，表２两种系统的设备计算选择表不利工况”（如部分负荷状态下）和过渡季节，如果对冷却塔的风机进行有效的控制，就可以达到显著的节能目的：因此，建议如果采用有风机塔时可配置“冷却塔双速恒温自动控制”系统控。，该系统控制过程不须人工干预，完全处于自动状态，其特点如下：轴流风机风量的变化与风机转速的变化成正比，当风机转速降低为标准转速的一半时，风机的风量也是标准风量的一半，而同时其功耗只有标准功耗的八分之一Ｈ１。可见，采用双速电机省电是非常明显的。另外，在低速运转下，比高速运转时降低噪音约５ｄＢ（Ａ），若处于自动停机的工作状态，其噪音还可比低速运行时降低约３ｄＢ（Ａ），可降低冷却塔运行噪音。４．２通过温度调节器控制冷却塔风机的运转模式当环境的湿球温度降低时，冷却塔的冷却能力增加，出水温度降低，在出水温度管路上加设温度传感器，感知水温变化从而调节风机的运转方式：改变运转速度；控制风机的运转台数或者控制风机的起停，达到节能的目的。４．３无风机冷却塔的控制无风机冷却塔的控制主要体现在水泵的控制方面。如果可以通过在出水管路上设置传感器控制水泵的转速，从而控制进入冷却塔的水流量。这在水泵加设变频装置时很容易实现。４．４冷却塔的选择无论是有风机还是无风机系统，在环境的湿球温度增加的情况下，冷却效率都会降低，要根据实际的湿球温度、进出塔水的温升数值以及进出塔水温度值，对照冷却塔的性能曲线，选定合适的冷却塔。５结论（１）从初期投资来看，有风机冷却塔系统有优势，约比无风机系统造价节约２０％。（２）要根据当地的气候条件来准确进行冷却塔的选择，因为湿球温度的变化对冷却能力影响很大，湿球温度每升高ｌ℃，冷却量降低约１８％。如何保证系统最不利情况的冷却效果，要从冷却塔的选型方面入手。所以在选型时，一定要准确查阅当地气候的最不利条件，如果有特殊情况，要与设备供应商协商，以便选择合理型号的设备。（３）无风机冷却塔引以“自豪”的是噪音低，但是水从喷头高速射出，由于出口处速度非常快，也会发出巨大的喷射噪声，只是这个噪音相对于风机来说较小而已。无风机塔采用自然出风，所以其进风设计口应该设计的比较大，填料到底盘高度比有风机塔要高一些，落水声比有风机塔大一些。所以噪声比较很难确切定性。而且由于需要大扬程，水泵功率就要非常大。对用户而言，冷却系统的功率之和最小为最佳。由计算可知，省却风机的功率间接的转移给了水泵，总功率没有降低。所以两种参考文献［１］杨昌智，刘光大，李念平．暖通空调工程设计方法与系统分析．中国建筑工业出版社，２００１年５９－６１［２］李晓燕，闫泽生．制冷空调节能技术．中国建筑工业出版社，２００４，１０９—１ｌＯ［３］赵荣义等．简明空调设计手册．中国建筑工业出版社，１９９８年，２１１—２１４系统的运行费用相当。３０６
