冷却水塔之节水策略

建議
由於高科技廠冷卻水塔之補水水源部份為純水系統之中膜處理設備
之濃縮水，因此補水的導電度值約為30~50us/cm，在blow down 導 電度控制1000us/cm的情況下，濃縮倍數就已經高達20倍，雖已達
成節水控制之4~5倍要求，但實紀上仍有往上提升空間。
根據國內各高科技廠94年度調查， blow down大部份皆控制在 1000~1600us/cm甚至有些廠未做控制。 一般建議 blow down 導電度可控制在1800~2400us/cm左右。 除了控制濃縮倍數外，仍應考慮控制blow down適當之節水操作標
簡介
1.冷卻水塔簡介探討
2.水塔耗水分析 3.冷卻水塔節水方法 4.實際案例比較 5.結論與建議
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冷卻水塔簡介探討
冷卻水塔原理
• 冷卻水塔是將系統所熱交換後回流之高溫冷卻水，經由 分配管噴嘴灑在鰭片(FIN)表面上，同時與風扇(FAN)所 產生的強制對流冷空氣相互接觸，此時，熱水與冷空氣 之間即產生顯熱熱交換作用。少部份的熱水被蒸發成氣 態水蒸氣，而吸收蒸發潛熱再度降低冷卻水之溫度而形 成低溫之冷卻水回流至系統。然而，大部分冷卻塔中， 皆有一或多個螺旋槳或離心式風扇使空氣鉛直或水準地 通過冷卻塔，而以噴嘴噴水或使水沿冷卻塔由一阻板向 下灑到另一阻板，即造成很大的水面積。
冷卻塔之節水策略研究
前言
在高科技電子產業包括晶圓代工， IC半導體產業， TFTLCD…等產業廠中用水量大小除了取決於制程產量及產能利用 率之外，在公用空調系統中占全廠用水量的5%~20%，主要耗水 點則在SCRUBBER及COOLING TOWER水損失補水上，因此空調用 水為電子廠業之主要節水潛力。
低冷卻水塔的使用效能，所以在除了入風口網所擁有
阻文件水滴濺出之功能外，也必須考慮空氣所流過之
波浪間隙大小，風扇馬達之馬力等之調配。
冷卻水塔入風口網圖示
結論與建議
排放量減少之方法
砂濾設備之反沖洗水，改用系統之排放水取代原水。 排放水進行廢水再利用，節省用水降低廢水量。
工程、清潔、消防之公用站及非人身用水，改由排放之冷 卻水供應，達到廢水回收再利用。 冷卻水濃縮倍數由５倍提升至７倍，以降低排放量。
為控制，故只能任由外氣蒸發其散失量。
注:(蒸發潛熱597.3卡/克 )
飛濺損失 (drift loss)
尚未經過冷卻，溫度較高的迴圈水，由PUMP加壓送至水塔頂端
灑水器後，被灑落至填充材上進行冷卻。由灑水器落至填充材這段
過程中，部份體積較細小水滴，可能會被塔內向上流過空氣攜帶出 塔，形成飛散損失。根據統計，一般慣用之冷卻水塔因採用灑水結 構方式，其損失量約為總用水量之0.2%~0.3% 。
濺灑減少的方法
影響濺灑損失多寡因素如下:
1.填充材底部至水面高度差 2.水面槽距緣高度集水巣周長 3.水落在水面位置是否接近巣緣 4.入風口網形狀
為了滿足影響濺灑損失因素可於冷卻水塔之空氣
入口處加裝入風口網，其本意在防止落夜灰塵，垃圾
等雜物進入塔內影響冷卻水迴圈，同時也可減少水滴
濺灑出塔外，但在常其缺乏維修，保養之下會大大降
排放損失 (blow-down loss)
冷卻水塔的冷卻在送水管路及水塔之間重複著吸
收廢熱釋放廢熱的動作，過程中由於水塔為開放結構，
難免會有雜質溶入，影響水質，往往維持散熱所需，
也必需以蒸發其冷卻水，所以導至水中溶鹽濃度上升， 亦導致微生物及藻類滋生，故冷卻水須做一定的排放， 有時並須清洗水塔及管路，補充乾淨的水而被排放掉 的廢水稱排放損失。
蒸發損失 (evaporation loss)
冷卻水塔的冷卻過程中，大部份的水蒸發至大氣當中，
同時也以汽化潛熱方式，達到冷卻效果降低水溫，此即為蒸
發損失。水的蒸發，對於水塔水損而言，是在所難免的，因 為水的顯熱 (Sensible Heat)遠小於潛熱 (Latent Heat)。 也是能將熱量排除的主因。然而，蒸發損失的多寡完全取決 於水塔四周的空氣含水量的重要因素，但外氣因素無法由人
準。
結論
冷卻水塔是利用蒸發一部分的水，將冷卻用水溫 度降低，以便迴圈再利用，所以使用冷卻水塔必然會
消耗一定量的水。然而水塔的實際耗水量，往往大於
維持散熱所需，當水塔數多而且量大時，這些額外的
耗水量累積起來就可能成為一項重要的水資源開銷，
並且建立有效的排放管理制度及排放的時程可以於長 時間的運轉之下發揮最大的省水效應。
部份的損失。制式的擋水器包括一組有角度的葉片(a set of blades angled)，利用重力(inertia)或衝擊，將空氣流中之水滴抓下來。加裝5
折式檔水板做液氣分離， 除了防塵之外,水飛濺損 可由0.2%~0.3%降至
0.001%~0.009%(視噴灑壓力) 。較傳統水塔減少90% 。冷卻水塔風車轉 速變慢，亦可減少飛濺損失。
各型式分類示意圖
RANGE AND APPROACH
冷卻水塔， 理論上可將迴圈水冷卻到接近入塔空氣的濕球
溫度，但它也是為迴圈水能夠被冷卻的溫度最低下限,所以
水塔的APPROACH越小代表冷確能力越高，初製成本也提升。
選擇冷卻水塔大小之考慮因素
水塔耗水分析
冷卻水塔耗水途徑
冷卻水塔在運轉過程中耗水可以分四個部份，分別 為蒸發損失(evaporation loss)、飛散損失(drift loss)、濺灑損失(splash loss)、排放損失(blowdown loss) 。
冷卻水塔的流程
• 冷卻水塔冷卻後之低溫(32℃)冷卻水→冷卻水泵浦 →配管至各制程系統行顯熱之熱交換→(高溫冷卻
水)回流至冷卻水塔之分配管/噴嘴形成小水滴→流
經散熱材與風扇所吸入之冷空氣進行顯熱及潛熱之 熱交換→(低溫冷卻水) 冷卻水水池→冷卻水泵浦
再泵送至各制程系統形成一迴圈回路。
冷卻水塔種類
冷卻水塔節水方法
各項水損比較
本文針對開放式冷卻水塔，歸納出其耗水途徑分別為蒸 發、飛散、濺灑與排放，發現耗水量之大小依序為蒸發、
排放、濺灑與飛散。而從最少的投資花費之觀點來看，由
排放方面著手是最快的。
飛散損失量減少之方法
冷卻水塔中，還有另外一種重要單元叫做擋水器。當空氣流入塔內
時，部份小水滴會隨著空氣被帶出塔外，而擋水器的目的，乃是減少這
冷卻水塔在應用上約有以下幾種型式分類：
1.依通風方式可分: 自然通風式(natural draft type) 強制通風式(mechanical draft type) 2.依風扇位置可分: 吹入式(forced draft type) 吸入式(induced draft type) 3.依空氣與水流相對方向流可分: 交錯流(cross flow type) 逆流型(counห้องสมุดไป่ตู้er flow type)