郴州项目中央空调
无风机冷却塔与机械通风冷却塔
从初投资成本和性能及后期运行维护成本分析
湖南美世界物业管理有限公司
暖通工程师：吴超彪
目 录
1 结构方式与冷却原理 .............................错误!未定义书签。
无风机冷却塔 ...................................错误!未定义书签。 机械通风冷却塔 .................................错误!未定义书签。
2 环境适应性评价 .................................错误!未定义书签。 3 热力性能评价 ...................................错误!未定义书签。 4 5 6 7 8 9 10 11
噪音评价 .......................................错误!未定义书签。 耗水量分析 .....................................错误!未定义书签。 控制方式与节能途径 .............................错误!未定义书签。 无风机冷却塔 ...................................错误!未定义书签。 机械通风冷却塔 .................................错误!未定义书签。 综合运行能耗分析 ...............................错误!未定义书签。 机械通风冷却塔配套风机电机的功率确定 ...........错误!未定义书签。 两种塔进水压力比较 .............................错误!未定义书签。 水泵及其电机能耗 ...............................错误!未定义书签。 综合能耗比较 ...................................错误!未定义书签。 小结 ...........................................错误!未定义书签。 综合维护评价 ...................................错误!未定义书签。 占地面积评价 ...................................错误!未定义书签。 成本和市场占有率评价 ...........................错误!未定义书签。 结论 ...........................................错误!未定义书签。
机械通风冷却塔与无风机冷却塔分析报告
1 结构方式与冷却原理
1.1 无风机冷却塔
无风机塔利用特殊结构的喷嘴和扩散器，将循环冷却水喷射成为细微的水滴（水滴的粒径几乎小于50um)，这些水滴与吸热上升的空气接触时，增加了接触面积，在混合过程中发生动能转化，从而能有效的进行换热，冷却水落至填料层后与进入塔内的空气进行二次热交换来完成冷却水散热量的要求。 存在问题：
A、 因为塔内的空气是自然流动，流动速度比较低，塔内湿热空气残留较多导致湿球温比外界自然环境高，热力性能变化较大，得不到强制保证。
B、 单位体积的散热能力较差，因此无风机冷却塔的内部须填料体积较大，塔体大。以流量100T/h的塔为例，无风机塔的体积就是机械抽风塔的倍。 1.2 机械通风冷却塔
机械通风冷却塔空气的流动是依靠风机的转动来驱动的，流动速度大，空气的流量也较大，不易使塔内外的湿球温度发生变化；进出风口面积的不一样，进出风口的风速也不一样，形成塔内外有明显的压差，对诱导冷却水的蒸发形成有利前提条件；单位体积的散热效率高，填料的体积也会比无风机冷却塔小的多，设备整体体积小、占地面积小。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，热交换效果非常好。
机械通风冷却塔现是目前市场主导设计、使用方向。
2 环境适应性评价
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运行方式的能力和条件。
表1 环境适应性比较
无风机冷却塔 机械通风方形横流冷却塔 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。机械通风冷却塔在环境湿球温度变化环境如果外界状况稍微偏离设计状况（例如：外或空调机组负荷变化时，可以通过对电机功温度 界湿球温度变高，外界的风速），无风机塔率或风机转速、风机叶轮角度的调节，来满的额定自我调节能力就会变差，其热力性能足工况变化要求，适应性非常强。 会迅速受到影响。 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，由运行于一部分水滴的蒸发会使循环冷却水中的水质 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。维护成本高。 采用重力自然池式布水，配水池水平，孔口光滑，积水深度为200mm。选用口径较大的横流塔专门布水喷头，低水压设计（20mmH2O），其优点是防止堵塞、布水均匀，另外播水盆上加设盆盖，有效地防止杂物进入冷却水系统造成水污染，有效避免频繁清洗布水盘的麻烦。
由错误!未找到引用源。对比分析可知，机械通风冷却塔的环境适应性明显要强于无风机冷却塔。
3 热力性能评价
冷却塔的热力性能是中央空调系统效果的保证，冷却塔的热力性能取决于出风量、进风量、湿球温度、换热面积等因素，现就这些因素比较如下：冷却塔的热力性能影响因素
表2 环境适应性比较
影响冷效的因素 无风机冷却塔 机械抽风式冷却塔 进风量 因多（≥3台时）台拚装，进风面只有机械横流塔不会因拚装影响进风原来的67%，风量实际运行中只有原设面积。 计的67% 出风量 由外部自然环境决定出风量，而且无法调节，实际出风量≤设计出风量 出风口风速≤s，低于夏季平均风速，因此受外界影响，存在出风回流的效率隐患 由电机驱动，强制出风，改变风叶角度，可满足不同工况。 实际出风量≥设计出风量 机械抽风时，出风口风速≥7-8m/s，出风高，迅速扩散不存在回流。 出风回流 湿球温度 受进风、出风、回流方面的影响，塔内塔内外压差较大，塔内冷却水蒸湿球温度高于外界自然环境，填料散热发条件相对较好。 进一步困难，风吸收水蒸汽能力变差。 塔内湿球温度≤自然湿球温度 塔内湿球温度≥自然湿球温度 因高速向上喷射，带动空气流动，需要设备空间较大，体积较机力塔大40% 无法调节 实际性能是设计性能的50-100% 有严重的热力性能隐患 水直接经过喷头进入填料换热，设备体积较小只有无风机的60% 可以调节 实际性能是设计性能的95-100% 无热力性能隐患 水流场空间 可调节性 性能衰减趋势 风险评估 由表2可以看出，无风机冷却塔的热力性能完全受外界因素影响，热力性能较难保证达到设计额定性能；而机械抽风式则完全可以避免这些不利因素而保证系统出力。
4 噪音评价
无风机冷却塔素以“无能耗、无噪音”做为自身特点，但其高压喷射的水声却是较大的，同时颗粒水经2-3米高回落到填料的冲击声及填料到集水盆的3米滴水声却相当大。比较机械抽风其优势也不是非常明显。小系统实测噪音值基本相当，大系统也只不超过5dB(A)的差距，而且在冷却塔摆放位置稍作调整即可回避噪音问题。
表3 两种型式冷却塔噪音比较
噪音项目 噪音源 无风机冷却塔 1、经填料落人水盘的水滴声； 2、喷口水高速喷射噪声 高频噪音为主 标准点D噪音值：55dB(A) D=处噪声值： dB(A) 机械通风冷却塔 1、风机转动时发出的风切声； 2、马达运转的电磁噪声 低频噪音为主 标准点D噪音值：60dB(A) 噪音种类 噪音测试 降噪方式 1、 选择低噪音马达； 1、 在无风机冷却塔水盘中装高效消音毯； 2、 增加消音设施； 2、 增加消音设施； 3、 增加隔音设施； 3、 增加隔音设施。 4、 增加消音风筒。 1、 可根据负荷要求调节风机转速降低噪音； 2、 可安装变频控制柜，变频调节电机转速。 调节方式 无法调节 由错误!未找到引用源。两种型式的冷却塔噪音比较可知，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机械通风冷却塔风机来说较小而已。无风机塔采用自然出风，所以其进风设计口设计的比较大，填料到底盘高度比机械通风风机塔要高得多，落水声比机械通风塔大；而且无风机冷却塔无法从负荷大小调节噪音大小。所以从噪声角度来比较很难确切定性。
5 耗水量分析
现举例说明两种型式冷却塔的性能比较，如下：
表4 两种型式冷却塔耗水量比较
无风机冷却塔（16500T） 机械通风方形横流冷却塔（300T） 漂水损失： % x 16500 x 12 x 30 x6=a 漂 漂水损失： 3水 % x 16500 x 12 x 30 x 6=35640m/a 量 水 一般须设计补水池。 池 无须设计补水池。 注：1）、错误!未找到引用源。中冷却塔按每天12小时，每月运行30天计算的全年6个月耗水量；
2）、从二种冷却塔耗水量比较可知，机械通风方形横流冷却塔全年节约水量吨。 3）、无风机塔一般设计有专用的补水水池，浪费占地面积和增加施工难度。机械抽风则无须设置。
6 控制方式与节能途径
6.1 无风机冷却塔
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。流量调整的同时，冷却水泵的扬程同样也被调整，影响喷口水流速，从而导致散热性能急剧降低。因此局限性较大。 6.2 机械通风冷却塔 6.2.1
双速恒温自动控制
冷却塔作为制冷空调系统的重要部分，在设计时通常按照“最不利工况”进行产品选型，在“非最不利工况”（如部分负荷状态下）与过渡季节，如果对冷却塔的风机进行有效的控制，就可以达到显着的节能目的。因此，如果采用机械通风冷却塔时可配置“冷却塔双速恒温自动控制”系统，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。
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5 dB(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3 dB(A)，可降低冷却塔运行噪音。 6.2.2
温度调节控制
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。
7 综合运行能耗分析
7.1 机械通风冷却塔配套风机电机的功率确定
机械通风冷却塔风机电机功率参考“中小型玻璃纤维增强塑料冷却塔”中C型塔Δt=5℃的工况选定，根据其规定，实测耗电比不大于(m3/h)，为了便于对照设计计算，还参考了一些厂家的配套功率，具体工程应以具体产品样本进行校核。以下分析案例为300吨机械通风冷却塔配套风机电机的额定功率及风机耗能，见表4。
表5机械通风塔配套风机电机的额定功率
冷却水流量 (m/h) 电机功率 (kW) 风机能耗 (kW) 3300 注：通常风机选用时应考虑功率储备系数，其值宜取之间。折算掉储备系数后即为风能消耗，计算时小于20kW的电机其储备按 折算，大于20kW的电机其储备系数按折算。 7.2 两种塔进水压力比较
无风机冷却塔进塔压力参考某品牌冷却塔比较机械通风冷却塔，具体情况见表5.
机械通风冷却塔与无风机冷却塔分析报告
