冷却塔性能评价方法研究

对冷却塔的热力性能作出评价时一般都是根据 冷却塔试验的结果来进行的。进行评价的指标也是 各种各样的，有的用冷却循环水的出口温度指标来 评价，有用处理的循环水量指标来评价，有的以冷 却效率指标来评价， 当然还有其它许多评价指标， ［1 － 4 ］ ： 冷却塔的性能评价方法主要有以下几种
作者简介： 翟佳雷 （ 1988 － ） 男，硕士研究生，研究方向： 制冷系统的自动控制及热工性能测试。Email： zhaijialei1002@ 163. com
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模糊综合评价法应用实例
表 1 列出了三种型号的冷却塔的性能参数 。 若单以冷却水出口温度为评价指标 ，则型号Ⅲ
性能最优； 若单以逼近度为评价指标，则同样型号 Ⅲ性能最优； 若单以冷却效率为评价指标，则型号 Ⅰ性能最优。下面以模糊综合法评价三种型号的冷 却塔性能优良。 3. 1 建立权重集 一般情况下， 取 A、 B 、 C 类在综合集中的权 XB ， X C 分别为 0. 4 、0. 3 、0. 3 。A 类中冷却 重 XA ，
Ｒesearch of Performance Evaluation for Cooling Tower
ZHAI Jialeiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱTU Shuping，ZHU Yueting
（ Merchant Marine College，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306 ，China） Abstract： This paper analyzes the shortcomings of traditional cooling tower performance evaluation methods， and introduces the principle and method of fuzzy comprehensive evaluation. Then this paper uses different methods to evaluate the performance of three kinds of cooling tower. The final result shows that tion method is the best way to evaluate the performance of the cooling tower. Key words： Cooling tower； Performance evaluation； Fuzzy comprehensive evaluation method the fuzzy comprehensive evalua-
模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评 标方法。该综合评价法根据数学的隶属度理论将定 性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种 因素制约的事物或对象做出一个总体的评价 。它具 有结果清晰、系统性强的特点，能较好的解决模糊
2014 年3 月 第 33 卷第 1 期（ 总 125 期）
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图3
2014 年3 月 第 33 卷第 1 期（ 总 125 期） ISSN1005 － 9180 （ 2014 ） 01 － 049 － 05 文章编号： *
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冷却塔性能评价方法研究
翟佳雷，涂淑平，朱月婷
（ 上海海事大学 商船学院，上海 201306 ） ［ 摘要］ 本文分析了冷却塔性能传统的评价方法所存在的不足，介绍了模糊综合评价冷却塔性能的原理 及使用方法，并以某三种型号冷却塔为实例，分别采用不同的评价方法对其进行性能评价，最终得出模糊 综合评价法能更好地评价冷却塔的性能 。 ［ 关键词］ 冷却塔； 性能评价； 模糊综合评价 ［ 中图分类号］ TQ051. 5 ［ 文献标示码］ B doi： 10. 3696 / J. ISSN. 1005 － 9180. 2014. 01. 010
其次，建立单类因素模糊评判集 以 A 类为例，如下： （ A1 ， A2 ， A3 ） f （ u3 ） f （ η2 ） f （ η3 ） f （ c2 ） f （ c3 ） f （ u2 ）
塔的冷却水出口温度、 逼近度、 冷却效率的权重 x1 ， x2 ，x3 取 0. 6 ，0. 2 ，0. 2 ； B 类 中 风 机 噪 声、 y2 分别取 0. 4 、0. 6 ； C 类中初 空气阻力的权重 y1 ， z2 分别为 0. 5 、0. 5 。 投资、运行费用的权重 z1 ， 3. 2 求解各个因素在各类中的隶属度 分别计算型号 Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ 冷却塔的 A 类因素 中冷却水出口温度、逼近度、冷却效率的隶属度。 型号Ⅰ： 冷却水出口温度隶属度： 1 1 π f （ u1 ） = － sin （ 31. 8 － 28 ） = 0. 485 7 2 2 逼近度隶属度： 10 f （ c1 ） = = 0. 299 1 + 5. 7 2 冷却效率隶属度： 2 f（ η1 ） = 1 － e － （ 1. 37 －0. 2） = 0. 838 型号Ⅱ： 冷却水出口温度隶属度： 1 1 π f （ u2 ） = － sin （ 32. 16 － 28 ） = 0. 484 7 2 2 逼近度隶属度： 10 f （ c2 ） = = 0. 261 1 + 6. 11 2 冷却效率隶属度： 2 f（ η2 ） = 1 － e － （ 0. 84 －0. 2） = 0. 336
还有风机噪声、空气阻力、初投资、运行费用 等的隶属度，它们有些由工程经验得出，这里不再 阐述。 2. 3 建立单类因素模糊评判集 、 、Ⅲ三种型号的冷却塔的性能。 假设要评价 Ⅰ Ⅱ 2. 3. 1 首先，建立隶属度矩阵 如下： f （ u2 ） f （ u1 ） f （ η ） f （ η2 ） 1 f （ c1 ） f （ c2 ） 2. 3. 2 f （ u3 ） f （ η3 ） f （ c3 ）
50 1. 1 按计算冷却水温评价
ＲEFＲIGEＲATION
No． 1 ，2014 ， Vol． 33 （ Total No． 125 ）
根据设计条件及实测的热力、阻力特性，计算 冷却塔中冷却水的出水温度 T0 ，将 T0 与设计时的 冷却塔中冷却水的出水温度 T' 0 进行比较，若 T0 ≤ T' 0 ，则该冷却塔的冷却效果达到或优于设计值 。 1. 2 按实测冷却水温评价 通过实验，测得一组工况条件下的冷却塔出口
前言
随着国家节能减排政策的实施，近几年冷却塔 在钢铁冶金、电力电子、机械加工、空调系统等行 业得到广泛的应用，同时冷却塔的类别和形式也越 来越多，根据不同的要求和具体的条件，想要设计 出符合需要又比较完善的冷却塔 ，至少应该满足下 列几项要求： 首先，应保证所要求的技术指标； 其 次，应有足够的强度和可靠的结构； 第三，应便于 制造、安装和检修； 第四，经济上合理。这些要求 之间往往是相互制约的，所以应该全面考虑制约的 的因素，从而制定最好的方案。同时，在产品批量 生产之后， 也需要建立一套全面、 客观的考核标 准，以促进产品向着部件标准化、生产规范化、产
图4 Δt 与 T o 关系曲线
逼近度隶属度的算法 ： 2. 2. 1 冷却水出口温度隶属度 冷却塔冷却水出口温度隶属度用下式表示 ： 1 1 π f（ u） = － sin （ u － 28 ） 7 2 2 2. 2. 2 冷却效率隶属度 冷却效率系数反映了冷却塔中热量交换的完善 程度，其隶属度用下式表示： f（ η） = 1 － e － （ η －0. 2） 2. 2. 3 逼近度隶属度
设计冷却水量 110% 时操作曲线
图5
T o 与 L 关系曲线
近度、冷却效率等为 A 类， 风机噪声、 空气阻力 等为 B 类， 初投资、 运行费用等为 C 类， 它们在 XB ， X C 。 而在 A 类 总评价集中的权重分别为 X A ， 中，冷却水出口温度、逼近度、冷却效率等的权重 x2 ， x3 ……； B 类中，风机噪声、 空气 分别为 x1 ， 阻力等的权重分别为 y1 ，y2 ……； C 类中， 初投 z2 ……。 资、运行费用等的权重分别为 z1 ， 2. 2 求解各个因素在各类中的隶属度 首先介绍一下备择集的概念，备择集是指以总 评判的各种可能的结果为元素所组成的集合 。而隶 属度是指评判的某个对象隶属于备择集中第 k 个元 素的程度。下面介绍冷却水出口温度、 冷却效率、
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［1 ］
的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解 决。 模糊综合评价法应用于对冷却塔的评价 ，是把 冷却塔众多的性能因素综合起来 ，将各个因素的隶 属度和此因素在总体中所占的权重结合起来评价冷 却塔的性能，下面介绍冷却塔模糊综合性能评价法 的使用方法 2. 1 建立权重集 冷却塔不同的性能指标其作用程度是不一样 ， 的 所以应该赋予不同的权重。冷却塔的性能因素 有很多，比如： 冷却水出口温度、逼近度、冷却效 率、风机噪声、 空 气 阻 力、 初 投 资、 运 行 费 用 等 等。我们将其分成三类，其中冷却水出口温度、逼
温度 T0 ，由于实验条件与设计条件的差异， 需要 通过换算方可比较。其比较的方法是： 将实测的工 况条件代入设计时提供的计算方法和计算公式 ，计 算出冷却塔中冷却水的出水温度 T' 0 ， 如果 T' 0 ≥ T0 ，则说明冷 却 塔 的 实 际 冷 却 效 果 比 设 计 的 好。 这种方法计算简便，评价结果直观，自然它也有它 的弊端，那就是需要提供设计时所应用的计算公式 才行。 1. 3 日本特性曲线评价方法 日本用下式评价冷却塔的性能 L × 100% ηt = Ld 式中： L d —设计冷却水量； L —修正到设计条件下的冷却水量。 由于实验条件与设计条件存在差异 ，故需将实 验条件下所测得数据，修正到设计条件下。 在冷却塔特性曲线图上，可根据实测冷却塔的 参数，求出修正到设计条件下的冷却水量 L ， 将 L 代入上式计算。 若 η t ＞ 95% ， 则视为该冷却塔达 到设计要求。 1. 4 美国冷却塔协会冷却塔评价方法 （ CTI） 实验条件下冷却幅高 Δ t 绘制一条冷却塔出口水温 T0 和冷却水量 L 之间的关系曲线，如图 5 所示。这 样在实验条件下，由冷却塔出口水温度就可查得预 计保证的冷却水量 L ，将实验条件下的冷却水量再 进行空气阻力的修正。修正后的水流量与预计的水 流量之比即可确定冷却塔逼近度。 美国冷却塔协会评价冷却塔性能的方法有两 种： 一种是利用特性曲线来评价冷却塔的性能 ，其 方法与日本基本相同； 另一种是利用冷却塔的操作 曲线来评价冷却塔的性能。设计单位需要给出采用 90% 、100% 和 110% 的设计冷却水量等的操作曲 线图，其中曲线的横坐标为空气湿球温度 τ ，纵坐 标为冷却塔中冷却水的出水温度 T0 ， 斜线为冷却
［5 ］ 幅高 Δ t = T0 － τ ，如图 1 、2 、3 所示 。
图1
设计冷却水量 90% 时操作曲线
图2
设计冷却水量 100% 时操作曲线
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模糊综合评价法
将设计单位提供的性能曲线绘制成在实验条件 下确定冷却塔能力的曲线。其步骤首先以实验湿球 温度 τ 为基础，绘制一组以冷却幅高 Δ t 为横坐标， 冷却塔出口水温 T0 为纵坐标， 冷却水量 L 为参变 数的曲线，如图 4 所示。然后，由此组曲线，根据
［5 ］ ［1 ］
：
逼近度是指冷却塔中循环水的出口温度与周围 环境的湿球温度之差，逼近度越大，则我们所说的 逼近度则越弱 f （ c） = 。逼近度是不可能达到 0℃ 。 逼近度隶属度用下式表示： 10 1 + c2
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No． 1 ，2014 ， Vol． 33 （ Total No． 125 ）
* 收稿日期： 2013 － 12 － 22
品多样化、操作维修简便化的方向发展，这就提出 了如何评价冷却塔的问题。 传统评价冷却塔的方法过于单一，不能统筹所 有因素，且不同的评价方法评价结果不一，而模糊 综合评价法能够统筹各个方面的因素 ，对冷却塔性 能进行全面的、客观的评价。
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传统的冷却塔性能评价方法