一文详解空调系统冷却塔设计方案

No.1 冷却塔的分类

按通风方式分为：自然通风、机械通风、混合通风、引射式冷却塔；

按冷却方式分为：直接蒸发式、间接蒸发式（闭式）、混合式冷却塔；

按水与空气的流向分：逆流式、横流式、混流式冷却塔；

按冷却水进水温度分：普通冷却塔（37℃/32℃）、中温冷却塔（43℃/33℃）、高温冷却塔（65℃/35℃）。

按噪声级别分：①普通型冷却塔（≥70dB(A)）；②低噪型冷却塔（≤65 dB (A)）；③超低噪型冷却塔（≤60 dB (A)）；④超静音型冷却塔。

机械通风、横流式、闭式冷却塔

机械通风、逆流式、闭式冷却塔

机械通风、横流式、开式冷却塔  

机械通风、逆流式、开式冷却塔 目前使用最多的是逆流或横流式机械通风直接蒸发式冷却塔。   No.2 横流塔与逆流塔性能比较   塔体高度：因进风口高度和收水器水平布置等因素，逆流塔总高度较高，体积较大。因填料高度接近塔高，收水器不占高度，故横流塔总高度低，体积小。  

布水系统：逆流塔采用喷嘴布水，对压头要求较高，喷嘴易堵塞。横流塔采用重力自然落下的布水系统，散水孔不易堵塞，而且布水均匀，最大限度地提高了填料性能。相同条件下，预留布水压头逆流塔比横流塔要高。水池水温逆流塔比较均匀，横流塔由池外到池内逐渐升高。  

  气流组织：逆流塔排出空气进入再循环比例较小，横流塔由于吸气高度较高，与进风口较为接近，空气再循环比例较高，对换热效率的影响更大。   检修：逆流塔整个塔体为封闭结构，设备检修或进行日常维护时，要停机。横流塔体设有检修门，塔内部留有检修空间，可以在不停机的情况下对设备进行检修和日常维护。   风阻：逆流塔水气逆向流动，加上配水对气流的阻挡，因此风阻较高，电机功耗较大。横流塔比逆流塔低，进风口高即为填料高，故进风风速低，电机功耗小。  

  噪音：逆流塔填料与下部水槽间有较大距离，水从填料落下后，产生哗哗落水声，噪音大。横流塔填料下部小部分没入水中，这样水流经填料表面后，直接落入下部水槽，噪音可以做到很低。

  水损失：由于逆流塔的风机位于填料正上方且距离较近，因此飘水量较大，另外，下部水槽水的飞溅损失很大，易在冷却塔周围形成水雾，易造成军团性菌群的繁殖。横流塔风机位于冷却塔正中，填料位于两侧，因此飘水量较小，为环保性产品。   模块组装特性：逆流塔单体四面进风，模块组合后进风面减少，影响进风量，为满足风量要求，电机功耗就要加大。横流塔专为模块化设计，单体两面进风，模块组合后进风面无变化，电机耗功不变。   效率：逆流塔水与空气对流，热交换效率高，布水器到填料顶这一空间，此段的水温较高，所以仍可将热量传给空气。在我国北方水温可下降1-2℃。综上所述，逆流塔比横流塔在相同的情况下，填料体积小20%左右，逆流塔热交换过程更合理，冷却效果更好。   横流塔水在塔内填料中自上而下，空气自塔外水平流向塔内两者流向呈垂直正交一种冷却塔。换热效率相对逆流塔要低，相同冷却水流量，横流塔填料需要比逆流塔多15%~20%。   综合比较如下：  

No.3 冷却塔的材质 根据当地的环境条件选择冷却塔材质。一般可以选全不锈钢或玻璃纤维聚酯材料（用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料，或称为玻璃钢）、各类镀锌板等。   外壳材质价格从高到低依次为：304不锈钢板材、镀镁铝锌板、700g以上超厚镀锌板、镀镁铝锌板、玻璃钢；   填料材质：填料在冷却塔中的作用就是增加散热量，延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量。不同材质的填料有其不同的适用温度。即便材质相同，品种不同，耐温性能及物性也可能有很大差异。 目前冷却塔填料广泛使用塑料材质：聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP），一般水冷空调系统冷却塔使用PVC填料，因为PVC聚氯乙烯填料价格相对便宜，也更耐用。而高温型冷却塔，进水温度在50摄氏度以上，则使用PP填料，因为这种填料能耐高温。但当进塔水温超过70℃或更高时，上述的两种塑料已不再适用，应考虑铝合金、陶瓷等其他的耐高温材料。   No.4 冷却塔品牌 高端冷却塔：BAC巴尔的摩（美国）  BRAPU巴普（德国）  EVAPCO益美高（美国） 中端冷却塔：马利（美国） 空研（中日合资） 斯频德（中日合资） 荏原（中日合资） 良机（台湾） 金日（台湾） 新菱（中国）、广州览讯（中国） 国产冷却塔：上海万享、上海廷亚、广州览讯、广州菱电、无锡方舟、绍兴舜风、厦门铭光、湖南元亨等等。   No.5 冷却塔的设计要点 1、位置要求：为防止军团菌扩散，冷却塔位置需考虑主导风向、新风入口、汽车尾气、扬尘、沙尘，避免污染。   冷却塔进风口四周应该为开敞空间、百叶或开孔墙壁，或使用风管把室外的新鲜空气引入到冷却塔进风口。冷却塔应放在对噪声不明感的和湿空气排出影响小的地方，宜远离视线范围，远离锅炉烟囱。   采用非不燃材料（目前国内大部分冷却塔采用的是玻璃纤维材料制作，防火性能不是不燃）的冷却塔，周边不能有消防排烟口。   冬季室外温度有可能低于0℃的地区需要冬季运行的冷却塔，其冷却水管应采取防冻措施   2、冷却塔风扇电机采用带防溅板，变频装置的高效电机、带变流器且具有误差测定功能的防水节能电机。（风机有变频、双速、定频等，根据项目定位来选择）   3、容量选择：满足制冷机冷量+制冷机耗电量+冷却水泵耗电量等转换为散热量的需求。冷却塔性能必须能在99%湿球温度再加1.1℃条件下满足主机冷却需要（万豪酒店要求）。   4、水温指标：设计进出水温差可选5℃，冷却塔的逼近温差（冷却水出水温度与室外湿球温度的差值）宜为4℃（市面上一般设计的基本都是在4℃左右，很多品牌虽然号称是4℃，但实际上做到的不多，这个指标一方面是由技术水平决定的，另一方面是由所用填料多少决定的，填料越多，换热面积越大，自然换热效果就越好。但很多项目都是拼价格，低价中标，供应商为了提高利润，也只能偷工减料）；   因此，当设计需要减小逼近温差或者需要加大进出水温差时，应校核所选用的产品性能或提出明确的技术参数要求。比如某品牌酒店标准要求冷凝器最高的进水温度在29℃，进出水温差为5.5℃。   冷机冷凝器最低进水温度不宜低于14~16℃（为了保证蒸发器与冷凝器必要的压差，同时保证润滑系统正常运行），如果低于此值，需要有控温措施，有以下几种方法：1）控温旁通电动阀。2）控制风扇变频。3）在冷水机组容许最小流量以上时，保持冷凝器进水温度为设定值，控制冷却水泵变频。   5、管道形式：冷却塔的管道均应并联，并配备三通电动阀的通径旁通管，在冷凝器进水温度降到主机厂家规定的最小值时自动调节水温。   冷却塔设计必须有旁通管，能满足部分停机检修的要求。配备冷却塔水池底部清扫系统和沙土过滤器。   6、减震措施：冷却塔必须安装在带有弹簧减震器的钢梁上，并在每个冷却塔的进出水管上安装柔性不锈钢管接件，并减少震动的传递。   7、当设置免费供冷和冷凝热回收系统时，可考虑采用闭式冷却塔。   8、补水量：热交换的水蒸发量（≤0.3%）+漂水量+排污水量+泄漏损失。当选用逆流或者横流冷却塔时，空调冷却水补水量：电制冷1.2%~1.6%；吸收式制冷1.4%~1.8%。   9、冷却水系统的设计流量：G=3.6*Q0*（1+1/COP）/(C+△T) Q0：冷机制冷量； COP：冷机在实际设计工况下的性能系数； C：水的定压比热4.187KJ/（kg.℃）； △T：冷却水系统的设计水温差。 注：（1）由于冷却塔的性能是在实验室中测得，而实际冷却塔都是现场组装的，质量与实验室成品有一定差距，因此，冷却塔的实际处理能力宜在上述基础上附加10%~20%的安全系数。（2）以上设计参数均为实际设计工况下的参数。 *方案阶段电制冷冷却塔流量估算可用下式：（估算总冷量*0.215*1.2）m³/h   10、多台冷却塔并联使用时，冷却水总管应采用不变径的设置方式，并应采取以下措施之一，防止集水盘吸空： 1）选用集水盘有效存水高度较大的冷却塔； 2）集水盘有效存水高度不够时，应采用提高冷却塔安装余回水总管安装高差的方式； 3）安装高差不足，防止吸水盘吸空，各台冷却塔的集水盘下方应设置连通管，或进出水管上均设置密封性能较好的电动蝶阀； 4）当采用通过供水母管连接的开始冷却塔，所有冷却塔安装高度应相同，安装高度不同的冷却塔，其冷却水系统应独立设置。   11、冷却塔的设置要求： 无特殊要求时，不设置备用冷却塔；除非项目有要求，否则一般会考虑备用泵。 选用模块式冷却塔且几台模块组合在一起时，模块之间的风室宜采用隔断措施。   12、冷却水泵设置： 冷水机组的连接方式、选型及其流量和扬程附加系数的确定，与冷水泵相同（流量按计算流量附加系数≤5%；扬程在计算其负担水阻力的基础上，附加5%~10%的安全系数；扬程与流量附加不能同时取大值）。 宜选用比转数较低，性能曲线较陡的单机离心泵，落地安装时宜选用卧式泵，电机功率小于25KW时，可选用立式泵，功率大于5.5KW时，不宜选用管道泵。 采用卧式泵时，流量≤300m³/h时，宜选用端吸泵；流量≥500m³/h时，宜选用双吸泵。   12、流速要求：

最大设计流速不应超过室外冷水管道的最大设计流速：

  13、水质要求：  

冷却塔的选型应充分考虑当地的水质情况，当水质不能满足要求时，设置带加药泵的自动水处理装置，或者静电除垢剂防藻除砂等处理措施。   14、补水量： 冷却塔补水水量可取冷却水最大循环水量的1%~2%；设置低位集水箱的冷却水系统，宜在冷却水集水箱补水、泄水、溢水；不设置集水箱的冷却水系统，应在冷却塔处补水、泄水、溢水；应设置自动补水管和手动补水管，自动补水管应能自动控制集水箱或者冷却塔底盘最低水位；手动补水管应设置在集水箱或冷却塔底盘最高水位以上，其管径比自动补水管管径大2号，方便系统初始运行时快速向系统注水。   No.6 总结 1、相同情况下，闭式塔相对开式而言比较贵，方形塔比圆形塔贵。逆流塔体积大，模块化效果不好，塔与塔之间间距大，占地大，横流塔则占地小很多。   2、逆流塔控制冷却水温比较准确；横流塔受气温影响较逆流塔大、风机效率比逆流塔低因此，在不受场地条件限制的情况下，最好选用逆流塔。当采用多台塔并联使用时，横流塔比逆流塔具有占地少的优点。在热工性能相同的条件下，横流塔填料用量大，但清洗方便。   3、根据预算、水质，空调工程首选闭式横流塔，其次选开式横流，最后开式逆流。   4、冷却塔单元应根据冷机台数对应设置。 当系统对水质有较高要求时，可采用闭式冷却塔，当数据中心等全年冷却系统且当地水资源匮乏时，采用闭式冷却塔可减少全年耗水量。闭式冷却塔应设置定压补水膨胀装置。   No.7 部分产品参数

方形横流式冷却塔

方形逆流式冷却塔  

中和致达超静音横流开式塔

良机横流开式塔

马利横流开式塔  

BAC横流开式塔

元亨横流开式塔 注：以上参数仅供方案阶段参考，实际设计选型需要结合具体厂家产品技术规格来确定。

编辑：黄飞