机械通风冷却塔与无风机冷却塔分析报告

9 占地面积评价 - 7 10 成本和市场占有率评价 - 7 11 结论 - 8 -
机械通风冷却塔与无风机冷却塔分析报告
结构方式与冷却原理
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。
表3 两种型式冷却塔噪音比较
噪音项目 无风机冷却塔
机械通风冷却塔
噪音源
1、经填料落人水盘的水滴 声； 2、喷口水高速喷射噪声
1、风机转动时发出的风 切声； 2、马达运转的电磁噪声
噪音种类 高频噪音为主
低频噪音为主
噪音测试
标准点D噪音值：55dB(A) D=6.0m处噪声值：57.5 dB(A)
标准点D噪音值：60dB(A)
67%
机械横流塔不会因拚装 影响进风面积。
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
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
出风回流
出风口风速≤3.5m/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
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。
300*55=16500
300*55=16500
水泵能耗 (kW) 33.824*55=1860
21.844*55=1201
风机能耗 (kW)
0
6.522*55=359
塔总能耗 (kW) （33.824+0）*55=1860
（21.844+6.522） *55=1560
能耗差 (kW)
1560-1860 = -300
降噪方式
1、 在无风机冷却塔水盘中装 高效消音毯；
2、 增加消音设施； 3、 增加隔音设施。
1、 选择低噪音马达； 2、 增加消音设施； 3、 增加隔音设施； 4、 增加消音风筒。
调节方式 无法调节
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。
由表3两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。
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。
由表1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。
湿球温度
受进风、出风、回流方面的 影响，塔内湿球温度高于外 界自然环境，填料散热进一 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
塔内外压差较大，塔内 冷却水蒸发条件相对较 好。 塔内湿球温度≤自然湿球 温度
因高速向上喷射，带动空气 水直接经过喷头进入填
水流场空间 流动，需要设备空间较大， 料换热，设备体积较小
92.3
92.2
33.824
21.844
综合能耗比较
根据表5中机械通风冷却塔配套风机电机的风机耗能和表7中机械通 风冷却塔配套水泵及无风机冷却塔配套水泵能耗数据，得出机械通风冷
却塔和无风机冷却塔综合能耗，具体内容详见表7。 表8 两种冷却塔的综合能耗
无风机冷却塔
机械通风冷却塔
冷却水量 (m3/h)
x6=356.4m3/a
水 池
一般须设计补水池。
无须设计补水池。
注：1）、表4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35283.6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。
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 - 2 1.1 无风机冷却塔 - 2 1.2 机械通风冷却塔 - 2 2 环境适应性评价 - 2 3 热力性能评价 - 3 4 噪音评价 - 3 5 耗水量分析 - 4 6 控制方式与节能途径 - 5 6.1 无风机冷却塔 - 5 6.2 机械通风冷却塔 - 5 7 综合运行能耗分析 - 5 7.1 机械通风冷却塔配套风机电机的功率确定 - 5 7.2 两种塔进水压力比较 - 5 7.3 水泵及其电机能耗 - 6 7.4 综合能耗比较 - 6 7.5 小结 - 7 8 综合维护评价 - 7 -
节能效率 (%)
-300/1560 = -19.23%
由表8两种冷却塔的综合能耗分析可知，冷却水量为16500T/h的无风 机冷却塔较机械通风冷却塔节能效率为负值（-19%），反而不节能。
控制方式与节能途径
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。
机械通风冷却塔
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，就可以达到显著的节能目 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：
体积较机力塔大40%
只有无风机的60%
可调节性 无法调节
可以调节
性能衰减趋 实际性能是设计性能的50- 实际性能是设计性能的
势
100%
95-100%
风险评估 有严重的热力性能隐患
Baidu Nhomakorabea
无热力性能隐患
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。
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.
冷却水流量 (m3/h)
表6 两种冷却塔进水压力比较
无风机冷却塔
机械通风冷却塔
300
300
进塔压力 (m) 水压差 (kW)
15
4.6
10.4
水泵及其电机能耗
水泵的扬程=空调机组水头损失+布水器所需水头（或塔体扬程）+管 道水头损失，并假定冷却塔的进出水管均从塔的底部接入，其中空调机 组局部阻力按8 mH2O计算，管道阻力按5 mH2O计算。要得到水泵的能 耗，必须先计算出泵的轴功率，并考查传动效率、电动机的效率。文中 以KQW型泵的参数进行论述，该型泵采用电机直接连接，机泵轴完全 同心，传动效率高，计算泵的能耗时该项忽略不计；电动机的效率以其 额定工况的效率进行计算。其流量、扬程、电机功率 电机效率、泵的 轴功率，泵的能耗等数据见表6。
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。
机械通风冷却塔现是目前市场主导设计、使用方向。
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
环境 温度
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 果外界状况稍微偏离设计状况 （例如：外界湿球温度变高， 外界的风速），无风机塔的额 定自我调节能力就会变差，其 热力性能会迅速受到影响。
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1.6-2.0倍。
水泵型号 流量 (m3/h)
扬程 (m) 功率 (kW) 轴功率 (kW) 电机效率 (%) 能耗 (kW)
表7 两种冷却塔配套水泵能耗
LFC-300 配套水泵
YHA-300 配套水泵
KQW200/250-30/4(Z)
KQW200/315-45/4(Z)
300
300
32
20
45
30
31.22
20.14
机械通风冷却塔在环境湿球 温度变化或空调机组负荷变化 时，可以通过对电机功率或风 机转速、风机叶轮角度的调 节，来满足工况变化要求，适 应性非常强。
运行 水质
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。维护成本高。
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 漂水损失：
漂水损失：
水 0.1% x 16500 x 12 x 30 x 0.001% x 16500 x 12 x 30
量 6=35640m3/a
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
影响冷效的 因素
进风量
表2 环境适应性比较
无风机冷却塔
机械抽风式冷却塔
因多（≥3台时）台拚装，进 风面只有原来的67%，风量 实际运行中只有原设计的
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。
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。
表5机械通风塔配套风机电机的额定功率
冷却水流量 (m3/h)
300
电机功率 (kW)
7.5
风机能耗 (kW)
6.522
注：通常风机选用时应考虑功率储备系数，其值宜取1.10-1.15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1.15 折算，大于20kW的电机其储备系数按1.10折算。
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。
综合运行能耗分析
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”GB7190.1-1997中C型塔Δt=5℃的工况选定，根据其规定，实测耗电比 不大于0.04kW(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。