再循环冷却塔设计与能耗分析
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３ 能耗对比
依据建筑物实际负荷，最大冷负荷为 1.829 kW。试验台现有冷源为蒸发式冷水机组，型号： HLZ30，功率 8.5 kW，水流量 5 m3/h（4.167 t / h ）。 若负荷完全依靠蒸发式冷水机组承担，机组冷 冻水进出口温差按 5℃考虑，经换热器换热，末端 进出口温差按 3℃考虑，则所需水流量为：
= 0.5238 t/h，实际能耗为： kW= 1.069 kW。 若负荷由再循环冷却塔承担，其中再循环冷却 塔利用室内排风制取冷却水，冷却水进出口温差按 1.5℃考虑，则所需水流量为： =1.047 t/h， 其中冷却塔风机和循环水泵的功率均为 0.125 kW， 室内排风风机功率为0.2 kW。则制取冷却水实际能 耗为：（0.125 kW × 2+0.2 kW）× = 0.4714 kW。 由此可见，在满足负荷的前提下，与传统机 械制冷相比，制取等量的冷却水，若利用再循环
定量计算： 在夏季工况下，当室内设计温度 26℃，相对 湿度 55%。依据 ，确定室内送风量。 qm= 983.6 m3/h。冷却塔最大水流量确定：冷却塔 进出口水温温差按 3℃考虑，依产品样本，参照风 量和冷却水量的比例关系，常规冷却塔处理每吨冷 却水所需风量在 600 m3/h ~650 m3/h，现设计水流 量为 1 吨冷却塔，风量按 650 m3/h 考虑，此时若 冷却塔利用室内排风制取冷却水，既满足室内风量 平衡，也可满足冷却水承担室内负荷的条件。
１ 房间排风再循环利用
在全空气空调系统中，为了减少新风负荷，降 低能耗，通常会将房间排风与新风混合，再经空气 处理机组处理后送入室内，新风比为 15%。而在半 集中式空调系统中，建筑负荷由风系统和水系统共 同承担。当利用再循环冷却塔作为冷源时，将房间 排风送入冷却塔，作为冷却塔的吸入空气，与冷却 水进行热湿交换，进而制取出温度低于常规冷却塔 出水温度的冷水。
. 60 .
洁净与空调技术CC&AC
表１ 再循环冷却塔与传统冷却塔的对比
2009年
假定房间冷负荷为 2 kW，室内外设计参数按 西安夏季条件考虑，室内设计温度为 26℃，相对湿 度 55%。
在全空气空调系统中，采用一次回风系统。依
据 ，得到室内送风量，qm=1075.56 m3/h，新风比按 15% 计算，对应新风量为 189.8 m3/h。西安夏季室外空气参数按温度 35.1℃，湿 球温度 26℃计算，焓值为 80.98kJ/kg。室内排风 参数按温度 27℃，相对湿度 57% 考虑，经焓湿图 （如图 1）计算，室内空气设定点焓值为 80.1kJ/kg。
图 1 空气湿球温度的确定
第4期 再循环冷却塔设计与能耗分析 . 61 .
由此看出，室内排风不仅可以在集中式空调系 统中以回风方式进行热回收，同样也可以在半集中 空调系统的冷源侧加以利用，发挥节能效用。
外观尺寸设计： 如图 2，依据产品样本，设计 1 吨方型逆流式冷 却塔。外型尺寸：0.4 m × 0.4 m × 1.5 m，材料： 钢制喷塑，送风形式：双侧。
填料段： 如图 2 、图 3 ，尺寸设计：对于工业中标准 型逆流冷却塔薄膜填料常用高度为l m[4]。设计中参 考产品样本尺寸，考虑比例关系，该小型冷却塔填 料段高度设计为 0.2 m。尺寸为 0.4 m × 0.4 m × 0.2 m。
２ 再循环冷却塔设计[4-10]
２．１ 建筑概况 西安某公司二楼办公室，建筑面积 26.87 m2， 建筑层高 3.5 m，主体为砖混结构双层玻璃窗。西 安地区夏季室外计算干球温度 t =35.1℃，计算湿
w
球温度 t =25.8℃，采用谐波反应法进行室内负荷 sw
计算，最大冷负荷为 1.829 kW，湿负荷 0.1744 kg/h。 ２．２ 冷却塔设计计算
2009 年 12 月 洁净与空调技术 ＣＣ＆ＡＣ 第 4 期
再循环冷却塔设计与能耗分析
西安工程大学环境与化学工程学院 高宏博 * 黄 翔 吴志湘
摘 要 提出了将再循环冷却塔作为辐射供冷冷源的方案，原理是利用室内排风或经间接蒸发冷却机组处理后 的空气作为冷却塔的吸入空气制取冷水，相比传统冷却塔制备的冷却水温度更低。在西安地区依照夏季工况，结 合具体工程实例，设计并制造再循环冷却塔，作为辐射供冷末端的冷源，可节约 55% 的机械制冷能耗。同时使 更多的工程设计人员了解该设备的特性及设计思路，为工程设计人员提供有益的参考。
* 高宏博，男，19 84 年 1 月生，在读硕士研究生
110168，西安市金花南路 19 号西安工程大学 113 号信箱 （029）82 3306 24
E-mail: ghb52120032003@yahoo.com.cn 收稿日期：2 0 0 9 - 7 - 2 0
源自文库
不会生成凝结水，可以节省能耗[2]。但是传统冷却 塔利用室外空气进行热湿交换后制备出的冷却水的 温降幅度有限，制取的冷却水温度在理论上是空气 的露点温度而且受环境条件限制，冷却效果不理想。 因此在大多数地区不能达到上述的温度需要。而利 用室内排风或经两级间接蒸发冷却处理后的空气作 为冷却塔的吸入空气，提供给冷却塔进行热湿交换 制备冷却水。经预冷处理后的空气温度更低，可以 使产生的冷却水温度接近空气的露点温度，可用于 辐射末端的供冷[3]。再循环冷却塔与传统冷却塔的 对比如表 1。
. 62 .
洁净与空调技术CC&AC
2009年
为了与传统冷却塔进风方式作对比，在冷却塔进风 口处的风管上设置三通风阀。
图 4 俯视图（送风管布置）
冷却塔制取，可节约能耗 55%。
４ 系统运行成本分析
通过以上计算分析，与传统机械制冷提供冷水 的方案相比，得出如利用室内排风作为冷却塔吸入 空气制取冷却水，可节能 55% 左右，节能效果显 著。
图 2 冷却塔侧视图
图 3 冷却塔俯视图
淋水密度： 工业中标准型逆流冷却塔淋水密度设计常用值 为 10-15 t/(m2·h)。淋水断面常用设计风速为 2 m/s~ 3 m/s。此小型冷却塔根据实际情况，考虑热湿交 换效率，设计淋水密度小于工业标准型，为 6.25 t/(m2·h)。
喷头： 在塔内布置 1 个喷头，服务面积：0.16 m2， 管径：D N 2 0 。 水泵： 循环泵：在冷却塔出水管设置水泵，流量 1 m3/h，扬程：经水力计算，扬程不小于 6 m。冷 却塔喷淋水泵：流量 1.5 m3/h，由于在冷却塔内部 喷淋水用，扬程可略小些，普通水泵即可满足要求。 冷却塔风机： 风量按 650 m3/h 选择，计算冷却塔内部气流阻 力损失[4，5]，并留有 20% 的富余量，得出冷却塔 风机全压应大于 30 Pa。 收水器： 在塔内顶部设置收水器。收水器采用专业收水 器，选定型号：波 160-45，效率>95%。 导流叶片： 进风口处设置导流叶片，叶片厚度 2 mm~3 mm，角度 45 °。 进风口及风管设计： 如图 4 、图 5 ，对于逆流式冷却塔，较大的 进风口面积，较低的进风口风速，有利于逆流塔淋 水断面上气流的均匀分布。其进口设计风速取值一 般为 3 m/s ~ 4 m/s。根据设计，1 吨冷却塔风机风 量为 650 m3/h，填料截面积为 0.16 m2，为满足上 述要求，进风口截面积应达到 0.052 m2，设计尺 寸：300 mm × 200 mm（两侧）。进风口实际截 面为 0.3 m × 0.2 m × 2=0.12 m2，可以满足要求。
关键词 再循环冷却塔；蒸发冷却；设计计算
Recycling Cooling Tower Design and Energy Analysis
Gao Hongbo, Huang Xiang and Wu Zhixiang
Abstract Proposed recycling cooling tower as a source of radiation for the cold option .Recycling cooling tower is the use of interior ventilation or indirect evaporative cooling unit after the deal with air as the cooling towers of air inhaled preparation of cold water，preparation than the traditional cooling tower cooling water temperature lower. According to the summer conditions in Xi’an，light of the specific project examples，design and manufacture of recycling cooling tower， radiant cooling as the end of the cold-source，and savings of 55% of the mechanical refrigeration energy consumption. At the same time，with a view to enabling more engineers know the device’s characteristics and design ideas，for engineering design to provide a useful reference. Keywords Recycling cooling tower; Evaporative cooling; Design and calculation
０ 引言
《GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准》中 明确规定，当送风量大于或等于3000 m3/h的直流式 空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于 8℃，宜设置排风热回收装置[1]。全空气系统中设 置排风热回收装置的目的是为了在夏季对机组的进 风进行预冷，在冬季对进风预热，以减少机组的负 荷。再循环冷却塔也是利用房间排风，但目的是制 取高温冷水。再循环冷却塔的原理是利用室内排风 或经间接蒸发冷却机组处理后的空气作为吸入空气 直接蒸发制取冷水，冷却效率高且节能环保。将制 取的冷水作为辐射供冷的冷媒提供给辐射末端。辐 射供冷工作在低品位的高温冷源下，其冷水温度一 般在 16℃~18℃。在欧洲，提供给冷顶板的冷却 水温度一般在 18℃~20℃。这样的水温不能作为制 冷或提供有效冷却，但是这样的水温供给冷顶板时
系统存在的问题： （1 ）由于系统中增加了冷却塔、水泵和相应 的风管、水管管路等设置，系统的初投资有所增加。 （2）为达到节能的目的，根据实际出水温度 变化控制阀门开启范围，在运行调节方面增加了工 作量。若增设自动控制装置，则初投资还会有所增 加。
图 5 冷却塔两侧风阀
水管： 根据冷却塔水流量，参照产品样本手册，进出 水管管径设计为 DN20，并设保温层。补水管管径 为 DN15，材料均为铝塑复合管。在供回水管路中 设置温度计，流量表，压力表，过滤器。
混合后空气焓值 = 63.1 kj/kg。由
此可得，利用室内排风每小时可节约能耗 18284.52 W。 在半集中空调系统中，在同样的房间冷负荷条 件下，利用再循环冷却塔作为冷源，利用室内排
风作为冷却塔吸入空气制取冷水。其中冷却塔每处 理 1 吨冷却水需要的风量在 600 m3/h ~650 m3/h，计 算中取 600 m3/h。则相应风量可处理 1.7926 吨冷 水。由于再循环冷却塔处理的冷水温度比常规冷却 塔处理的冷却水温度要低，故冷却水温降按 2℃~3 ℃考虑。依照公式 Q = c·m· △ t，由此可得相应的 水量承担的负荷范围是 15058 W ~22588 W。
依据建筑物实际负荷，最大冷负荷为 1.829 kW。试验台现有冷源为蒸发式冷水机组，型号： HLZ30，功率 8.5 kW，水流量 5 m3/h（4.167 t / h ）。 若负荷完全依靠蒸发式冷水机组承担，机组冷 冻水进出口温差按 5℃考虑，经换热器换热，末端 进出口温差按 3℃考虑，则所需水流量为：
= 0.5238 t/h，实际能耗为： kW= 1.069 kW。 若负荷由再循环冷却塔承担，其中再循环冷却 塔利用室内排风制取冷却水，冷却水进出口温差按 1.5℃考虑，则所需水流量为： =1.047 t/h， 其中冷却塔风机和循环水泵的功率均为 0.125 kW， 室内排风风机功率为0.2 kW。则制取冷却水实际能 耗为：（0.125 kW × 2+0.2 kW）× = 0.4714 kW。 由此可见，在满足负荷的前提下，与传统机 械制冷相比，制取等量的冷却水，若利用再循环
定量计算： 在夏季工况下，当室内设计温度 26℃，相对 湿度 55%。依据 ，确定室内送风量。 qm= 983.6 m3/h。冷却塔最大水流量确定：冷却塔 进出口水温温差按 3℃考虑，依产品样本，参照风 量和冷却水量的比例关系，常规冷却塔处理每吨冷 却水所需风量在 600 m3/h ~650 m3/h，现设计水流 量为 1 吨冷却塔，风量按 650 m3/h 考虑，此时若 冷却塔利用室内排风制取冷却水，既满足室内风量 平衡，也可满足冷却水承担室内负荷的条件。
１ 房间排风再循环利用
在全空气空调系统中，为了减少新风负荷，降 低能耗，通常会将房间排风与新风混合，再经空气 处理机组处理后送入室内，新风比为 15%。而在半 集中式空调系统中，建筑负荷由风系统和水系统共 同承担。当利用再循环冷却塔作为冷源时，将房间 排风送入冷却塔，作为冷却塔的吸入空气，与冷却 水进行热湿交换，进而制取出温度低于常规冷却塔 出水温度的冷水。
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洁净与空调技术CC&AC
表１ 再循环冷却塔与传统冷却塔的对比
2009年
假定房间冷负荷为 2 kW，室内外设计参数按 西安夏季条件考虑，室内设计温度为 26℃，相对湿 度 55%。
在全空气空调系统中，采用一次回风系统。依
据 ，得到室内送风量，qm=1075.56 m3/h，新风比按 15% 计算，对应新风量为 189.8 m3/h。西安夏季室外空气参数按温度 35.1℃，湿 球温度 26℃计算，焓值为 80.98kJ/kg。室内排风 参数按温度 27℃，相对湿度 57% 考虑，经焓湿图 （如图 1）计算，室内空气设定点焓值为 80.1kJ/kg。
图 1 空气湿球温度的确定
第4期 再循环冷却塔设计与能耗分析 . 61 .
由此看出，室内排风不仅可以在集中式空调系 统中以回风方式进行热回收，同样也可以在半集中 空调系统的冷源侧加以利用，发挥节能效用。
外观尺寸设计： 如图 2，依据产品样本，设计 1 吨方型逆流式冷 却塔。外型尺寸：0.4 m × 0.4 m × 1.5 m，材料： 钢制喷塑，送风形式：双侧。
填料段： 如图 2 、图 3 ，尺寸设计：对于工业中标准 型逆流冷却塔薄膜填料常用高度为l m[4]。设计中参 考产品样本尺寸，考虑比例关系，该小型冷却塔填 料段高度设计为 0.2 m。尺寸为 0.4 m × 0.4 m × 0.2 m。
２ 再循环冷却塔设计[4-10]
２．１ 建筑概况 西安某公司二楼办公室，建筑面积 26.87 m2， 建筑层高 3.5 m，主体为砖混结构双层玻璃窗。西 安地区夏季室外计算干球温度 t =35.1℃，计算湿
w
球温度 t =25.8℃，采用谐波反应法进行室内负荷 sw
计算，最大冷负荷为 1.829 kW，湿负荷 0.1744 kg/h。 ２．２ 冷却塔设计计算
2009 年 12 月 洁净与空调技术 ＣＣ＆ＡＣ 第 4 期
再循环冷却塔设计与能耗分析
西安工程大学环境与化学工程学院 高宏博 * 黄 翔 吴志湘
摘 要 提出了将再循环冷却塔作为辐射供冷冷源的方案，原理是利用室内排风或经间接蒸发冷却机组处理后 的空气作为冷却塔的吸入空气制取冷水，相比传统冷却塔制备的冷却水温度更低。在西安地区依照夏季工况，结 合具体工程实例，设计并制造再循环冷却塔，作为辐射供冷末端的冷源，可节约 55% 的机械制冷能耗。同时使 更多的工程设计人员了解该设备的特性及设计思路，为工程设计人员提供有益的参考。
* 高宏博，男，19 84 年 1 月生，在读硕士研究生
110168，西安市金花南路 19 号西安工程大学 113 号信箱 （029）82 3306 24
E-mail: ghb52120032003@yahoo.com.cn 收稿日期：2 0 0 9 - 7 - 2 0
源自文库
不会生成凝结水，可以节省能耗[2]。但是传统冷却 塔利用室外空气进行热湿交换后制备出的冷却水的 温降幅度有限，制取的冷却水温度在理论上是空气 的露点温度而且受环境条件限制，冷却效果不理想。 因此在大多数地区不能达到上述的温度需要。而利 用室内排风或经两级间接蒸发冷却处理后的空气作 为冷却塔的吸入空气，提供给冷却塔进行热湿交换 制备冷却水。经预冷处理后的空气温度更低，可以 使产生的冷却水温度接近空气的露点温度，可用于 辐射末端的供冷[3]。再循环冷却塔与传统冷却塔的 对比如表 1。
. 62 .
洁净与空调技术CC&AC
2009年
为了与传统冷却塔进风方式作对比，在冷却塔进风 口处的风管上设置三通风阀。
图 4 俯视图（送风管布置）
冷却塔制取，可节约能耗 55%。
４ 系统运行成本分析
通过以上计算分析，与传统机械制冷提供冷水 的方案相比，得出如利用室内排风作为冷却塔吸入 空气制取冷却水，可节能 55% 左右，节能效果显 著。
图 2 冷却塔侧视图
图 3 冷却塔俯视图
淋水密度： 工业中标准型逆流冷却塔淋水密度设计常用值 为 10-15 t/(m2·h)。淋水断面常用设计风速为 2 m/s~ 3 m/s。此小型冷却塔根据实际情况，考虑热湿交 换效率，设计淋水密度小于工业标准型，为 6.25 t/(m2·h)。
喷头： 在塔内布置 1 个喷头，服务面积：0.16 m2， 管径：D N 2 0 。 水泵： 循环泵：在冷却塔出水管设置水泵，流量 1 m3/h，扬程：经水力计算，扬程不小于 6 m。冷 却塔喷淋水泵：流量 1.5 m3/h，由于在冷却塔内部 喷淋水用，扬程可略小些，普通水泵即可满足要求。 冷却塔风机： 风量按 650 m3/h 选择，计算冷却塔内部气流阻 力损失[4，5]，并留有 20% 的富余量，得出冷却塔 风机全压应大于 30 Pa。 收水器： 在塔内顶部设置收水器。收水器采用专业收水 器，选定型号：波 160-45，效率>95%。 导流叶片： 进风口处设置导流叶片，叶片厚度 2 mm~3 mm，角度 45 °。 进风口及风管设计： 如图 4 、图 5 ，对于逆流式冷却塔，较大的 进风口面积，较低的进风口风速，有利于逆流塔淋 水断面上气流的均匀分布。其进口设计风速取值一 般为 3 m/s ~ 4 m/s。根据设计，1 吨冷却塔风机风 量为 650 m3/h，填料截面积为 0.16 m2，为满足上 述要求，进风口截面积应达到 0.052 m2，设计尺 寸：300 mm × 200 mm（两侧）。进风口实际截 面为 0.3 m × 0.2 m × 2=0.12 m2，可以满足要求。
关键词 再循环冷却塔；蒸发冷却；设计计算
Recycling Cooling Tower Design and Energy Analysis
Gao Hongbo, Huang Xiang and Wu Zhixiang
Abstract Proposed recycling cooling tower as a source of radiation for the cold option .Recycling cooling tower is the use of interior ventilation or indirect evaporative cooling unit after the deal with air as the cooling towers of air inhaled preparation of cold water，preparation than the traditional cooling tower cooling water temperature lower. According to the summer conditions in Xi’an，light of the specific project examples，design and manufacture of recycling cooling tower， radiant cooling as the end of the cold-source，and savings of 55% of the mechanical refrigeration energy consumption. At the same time，with a view to enabling more engineers know the device’s characteristics and design ideas，for engineering design to provide a useful reference. Keywords Recycling cooling tower; Evaporative cooling; Design and calculation
０ 引言
《GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准》中 明确规定，当送风量大于或等于3000 m3/h的直流式 空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于 8℃，宜设置排风热回收装置[1]。全空气系统中设 置排风热回收装置的目的是为了在夏季对机组的进 风进行预冷，在冬季对进风预热，以减少机组的负 荷。再循环冷却塔也是利用房间排风，但目的是制 取高温冷水。再循环冷却塔的原理是利用室内排风 或经间接蒸发冷却机组处理后的空气作为吸入空气 直接蒸发制取冷水，冷却效率高且节能环保。将制 取的冷水作为辐射供冷的冷媒提供给辐射末端。辐 射供冷工作在低品位的高温冷源下，其冷水温度一 般在 16℃~18℃。在欧洲，提供给冷顶板的冷却 水温度一般在 18℃~20℃。这样的水温不能作为制 冷或提供有效冷却，但是这样的水温供给冷顶板时
系统存在的问题： （1 ）由于系统中增加了冷却塔、水泵和相应 的风管、水管管路等设置，系统的初投资有所增加。 （2）为达到节能的目的，根据实际出水温度 变化控制阀门开启范围，在运行调节方面增加了工 作量。若增设自动控制装置，则初投资还会有所增 加。
图 5 冷却塔两侧风阀
水管： 根据冷却塔水流量，参照产品样本手册，进出 水管管径设计为 DN20，并设保温层。补水管管径 为 DN15，材料均为铝塑复合管。在供回水管路中 设置温度计，流量表，压力表，过滤器。
混合后空气焓值 = 63.1 kj/kg。由
此可得，利用室内排风每小时可节约能耗 18284.52 W。 在半集中空调系统中，在同样的房间冷负荷条 件下，利用再循环冷却塔作为冷源，利用室内排
风作为冷却塔吸入空气制取冷水。其中冷却塔每处 理 1 吨冷却水需要的风量在 600 m3/h ~650 m3/h，计 算中取 600 m3/h。则相应风量可处理 1.7926 吨冷 水。由于再循环冷却塔处理的冷水温度比常规冷却 塔处理的冷却水温度要低，故冷却水温降按 2℃~3 ℃考虑。依照公式 Q = c·m· △ t，由此可得相应的 水量承担的负荷范围是 15058 W ~22588 W。