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4.2.3 冷却塔在线视频

下一节:换热设备-讨论题1

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4.2.3 冷却塔课程教案、知识点、字幕

下面 我们来讲冷却塔

冷却塔 是来自制冷系统冷凝器的冷却水

在塔内与空气进行热 湿交换

从而 实现降温的这么一个设备

可见 冷却塔是将制冷系统冷凝热

排放到环境中去的设备

因此 它是冷凝器的延伸设备

在一套空调系统中

相比于其他设备而言

冷却塔是价格最低的设备之一

但它需排出整栋建筑产生的热量

因此 设计好 选好 用好冷却塔

对于节约建筑能耗

提高系统效率 则至关重要

下面 我将介绍冷却塔的降温原理

主要类型 结构特点

以及冷却效率三个内容

首先 我们来看看冷却塔的降温原理

冷却塔 是以水与空气

直接接触进行热交换的一种设备

它主要由风机 电机 填料

布水系统 塔体 水盘等组成

在风机作用下

通过温度和湿度较低的空气

与填料中的水进行热质交换

从而达到降低水温的目的

可见 冷却水降温有两种原因

第一个原因 是潜热交换

通过少量冷却水在冷却塔中蒸发

吸收剩余的大部分冷却水的热量

使其降温

第二个原因 是显热交换

当冷却水温度较高的时候

通过水与空气之间的直接接触传热

将冷却水降温

其中 潜热交换是冷却水降温的主要原因

冷却塔的空气处理过程

和冷却水温度变化

可以从焓湿图上看出

当冷却塔周围空气工况为A点

其 干球温度为tA

相对湿度为φA

湿球温度为s点的温度

冷却水喷淋在冷却塔的填料上

空气将吸收冷却水的热量

被加热 加湿

当显热传热量较少的时候

可以认为这个过程 是个等焓加湿的过程

在这个过程中

温度为t1的冷却水则被冷却到t2

这个t2的最低温度

就为环境空气的湿球温度ts

冷却塔的类型很多

但 不同类型的冷却塔的结构

和工作原理基本相同

在这里

我们仅仅以建筑冷热源系统中

使用最多的强制通风型冷却塔为例

来介绍 冷却塔的相关知识

对于强制通风型冷却塔而言

根据空气与水的流动方向不同

可以分为 逆流式和横流式两种基本型式

而在这两种型式中

又可根据冷却水与空气是否接触分为

开式和闭式两种类型

它们两两组合 就有四种基本类型

其中 使用最多的是

开式逆流塔和开式横流塔

在闭式系统中 则较多采用闭式逆流塔型式

冷却塔 在夏季使用时

喷淋循环水

从而将制冷系统的冷凝热

排放到室外空气中去

一些工程 在过渡季 或者是冬季

也需要空调冷水需求

在气象条件允许的时候

可以用冷却塔直接制取冷水

作为建筑冷源使用

我们将这种做法 叫做free cooling

也就是 免费供冷

在室内供热量较小

且 气候条件允许的条件下

我们还可以 在冬季利用冷却塔

从空气中取热

并利用空调系统的冷水机组 反向工作

即 以热泵形式工作

制取供暖用的热水

这样 可以省去供热的锅炉

不仅节能 而且还能够减少设备的投资

这种制冷时排热

制热时取热的冷却塔

在行业里面又叫做“热源塔”

因此 这种系统又叫做“热源塔热泵系统”

为了防止 循环水在冬季出现冻结风险

往往用防冻液 来代替循环水

但使用溶液的时候

就会从空气中吸收大量的水分的潜热

必然导致溶液会变稀

从而不能继续使用

因此 我们在热源塔热泵系统中

需要配备稀溶液的再生装置

以恢复这些溶液浓度 实现溶液的循环使用

开式冷却塔是水与空气直接接触

并进行热湿交换的冷却塔

目前应用最为普遍

它有逆流式和横流式两种类型

这里给出了

逆流式冷却塔的典型结构示意图

它由塔体 水盘 填料 布水器

进出水管 浮球阀以及手动补水阀

还有风机 电机及空气进出口等组成

填料呢 满布在塔体的中央

上部有 布水器

进水管与布水器相连

下部有 接水盘

出水管与接水盘相连

空气进口设置在塔体的下部四周

空气经过填料

并由风机排出塔顶的出风口

可以看出

冷却水在塔内填料中 从上到下流动

空气呢 从下向上流动

这种水和空气呈现相反方向流动的冷却塔

就叫“逆流式冷却塔”

逆流式冷却塔的特点是

整套设备的设计和操作比较简单

布水系统通畅

整个布水过程 不需要特别的要求

依靠水泵加压喷淋

喷嘴不易堵塞

在温度较低的地方

容易采取抗冻措施

并且 可以多台冷却塔同时使用

其不容易受其他冷却塔的影响

但也存在一定的缺点

例如 水压高 风阻大 能耗较大

滴水噪声和风动噪声较大

塔内中间区域 设置填料和布水器

故 填料和配水系统的检修不够方便

逆流式冷却塔的风机

可以设置在塔体的进风口位置

也可以设置在出风口位置

前者就是“逆流鼓风式冷却塔”

后者就叫做“逆流吸风式冷却塔”

逆流鼓风式冷却塔的风机 设置在进风口

其空气相对干燥

因此 其工作环境较好

故障率也少

但空气流动不均匀

容易在内部形成回流区

而且 容易带出水滴

造成水量损失

而逆流吸风式冷却塔的风机

设置在加湿后的潮湿空气中

易被腐蚀 发生故障

但空气流动均匀

不易产生回流区

由于 目前风机电机的防潮 防腐水平

已经得到显著提高

因此 这类冷却塔的应用则非常普遍

另一类开式塔 是横流式冷却塔

这种冷却塔的结构与逆流式(冷却塔)基本相同

但其不同的地方 主要在于两点

第一 塔是空心的

填料设置在塔体两边的进风侧

冷却水 在塔内填料中自上而下

空气呢 从塔外水平流向塔内

空气和水的流向垂直正交

正是因为这个特点

所以 把它叫做“横流式冷却塔”

第二个不同点是

冷却水 被引入填料上部的布水槽内

依靠水的静压

从布水槽底部的配水孔流出

喷洒在填料上

这种冷却塔的优点是

水压低 风阻小 冷却水输配能耗也较小

配置低速的电机的时候

使得滴水噪声和风动噪声降低

塔内是空心的

填料和配水系统检修

更换比较方便

还可以 随建筑的形状随意配设基础

设置多台冷却塔

根据所需的水温

分别启动单台或多台冷却塔

但它也有缺点

例如 在只有部分冷却塔运行的时候

由风机排出的湿度很高的空气

将从停止运行的风机的进 出口进入塔芯

出现湿空气短路

使正在运行的喷着水的冷却塔

的实际进风量减小

导致冷却效率降低

此外

这类冷却塔的框架 要比逆流塔

多出40%左右

而且填料体积较大

配水孔 容易堵塞

防冻结性能 也比较差

除上述开式冷却塔外

还有一种类型 就是闭式冷却塔

闭式冷却塔 又称为“蒸发冷却器”

当然 也有逆流式和横流式两种类型

它是传统冷却塔的一种变形和发展

实际上 是一种蒸发式冷却塔

是盘管式冷却器和湿式冷却塔的组合

这里给出了 它的结构原理图

冷却水等被冷却介质

在盘管式换热器的管内流动

最终被冷却

空气在管外流动

与被冷却介质互不接触

它与循环水直接接触 进行热湿交换

塔底水池内的水 由循环泵增压

均匀喷淋在传热管外

吸收管内介质的热量

空气 循环喷淋水和管内被冷却介质

三种流体进行热交换

最终将被冷却介质的热量 转移到空气中去

从上述分析 可以看出

闭式冷却塔 与蒸发式冷凝器的结构

完全相同

如果被冷却介质是高压气态制冷剂

那么 此时闭式冷却塔就是一台蒸发式冷凝器

闭式冷却塔 具有如下的特点

第一个特点是 被冷却介质采用封闭式循环冷却

杂质不容易进入冷却盘管系统

因此 也不容易发生管路堵塞现象

第二 采用这种封闭式循环冷却

较容易实现自然冷却 即freecooling

即 在冬季和过渡季

利用冷却塔制取冷水

为建筑内区提供冷源

三 与空气进行热质交换的循环水

采用软化处理

在冷却高温介质时 也不容易出现水垢

可减缓传热管外侧的结垢现象

四 由于采用间接冷却方式

冷却水出水温度 比开式冷却塔更高

这也是 闭式冷却塔的最大的不足

最后 我们来学习冷却塔的冷却效率

这里 我们给出一个冷却塔的示意图

冷却塔环境状态A的干球温度t0

湿球温度ts

当冷却水进口温度t1

经过冷却塔后被冷却到t2

根据冷却塔的工作原理可知

冷却塔 最多能将冷却水

冷却到当地的湿球温度

因此

我们给出了冷却效率η的定义

η等于冷却水进出水温度之差

与进水温度和当地湿球温度之差的比值

就是这个式子

再通过等式变换

就可以获得 右边这个式子

在冷却塔中 我们有两个中重要的概念

即 “冷却幅宽”和“冷却幅高”

冷却幅宽 是指冷却水的进出水温差

即 t1-t2

而冷却幅高呢 则是冷却水出水温度t2

与当地湿球温度ts之差

因此 冷却效率等于

(1+幅高÷幅宽)分之一

我们可以将 冷却塔的空气处理过程

和冷却水的温度变化过程

表示在同一张焓湿图上

从冷却效率公式 可以看出

冷却塔的幅高越小

标志着冷却塔的冷却效率也越高

一般而言 冷却塔的幅高为3~5℃

下面 我们举个例子

看看这个冷却塔的冷却效率 是多少呢

当外气的干 湿球温度分别为35℃和28℃

冷却塔的进 出水温度为37和31℃

通过效率公式 就可以计算出

这个冷却塔的冷却效率为67%

表明 这个冷却塔的性能是相当不错的

从上面的介绍来看

冷却塔的冷却效率 取决于

冷却塔的质量和当地的湿球温度

而与室外干球温度无关

因此 我们在工程设计的时候

必须根据 冷却塔的变工况特性进行选型

不能仅以产品额定工况下标注的冷却水量大小

来选用冷却塔

湿球温度越低的地方

选用冷却塔的容量就越小

如果 湿球温度高于

冷却塔的额定工况下的湿球温度时

那么 其实际能够达到

相同冷却效率的冷却水量

将小于额定冷却水量

到这儿

我们就学完了换热设备的全部内容

下面

我来对这部分内容 作一个简要的总结

换热器 是制冷设备的重要部件

由于它是相变制冷剂

与其他介质进行换热的设备

故 具有一定的特殊性

直接影响到产品的性能

可靠性和投资成本

因此 我们需建立工程的概念

掌握其优化设计准则

换热器的设计 是其性能和成本的博弈

我们需要 通过技术经济分析

来确定换热器的具体设计方案

换热器的换热量是Q=KFΔt

我们的职责是

通过技术创新

在保证工艺或舒适性需求的前提下

降低制冷循环的冷凝温度

提高蒸发温度

并在给定换热量的前提下

尽可能提高换热系数

减小换热面积

并保证传热面积 得到充分的利用

今天的课就讲到这儿

同学们 再见

建筑冷热源课程列表:

第一章 建筑冷热源概述

-1.1 建筑冷热源概述

--1.1 建筑冷热源概述

-1.2 冷热源设备与系统

--1.2 冷热源设备与系统

-1.3 《建筑冷热源》课程的知识结构

--1.3《建筑冷热源》课程的知识结构

-第一章课后习题

-建筑冷热源概述-讨论题1

-建筑冷热源概述-讨论题2

-第一章讲义 建筑冷热源概述

第二章 蒸气压缩式制冷与热泵原理

-2.1 理想循环

--2.1 理想循环

-2.2 理论循环

--2.2 理论循环

-2.3 循环计算

--2.3 循环计算

-2.4 循环改善

--2.4.1.1 提升制冷循环的能效比(1)

--2.4.1.2 提升制冷循环的能效比(2)

--2.4.2 改善制冷循环的低温性能

--2.4.3 改善制冷循环的高温性能

-2.5 实际循环

--2.5 实际循环

-第二章课后习题

-蒸气压缩式制冷与热泵原理-讨论题1

-蒸气压缩式制冷与热泵原理-讨论题2

-第二章讲义 蒸气压缩式制冷与热泵原理

第三章 制冷工质

-3.1 制冷剂

--3.1.1 制冷剂的定义、分类、命名

--3.1.2 制冷系统对制冷剂的要求

--3.1.3 常用制冷剂

--3.1.4 制冷剂的发展历程

-3.2 润滑油

--3.2 润滑油

-3.3 载冷剂

--3.3 载冷剂

-第三章课后习题

-制冷工质-讨论题1

-制冷工质-讨论题2

-第三章讲义 制冷工质

第四章 制冷热泵系统主要设备

-4.1 压缩机

--4.1.1 制冷压缩机的种类与应用领域

--4.1.2 压缩机的工作过程

--4.1.3 (1)容积式压缩机的结构和工作原理-活塞式压缩机

--4.1.3 (2)容积式压缩机的结构和工作原理-转子式压缩机

--4.1.3 (3)容积式压缩机的结构和工作原理-涡旋式压缩机

--4.1.3 (4)容积式压缩机的结构和工作原理-螺杆式压缩机

--4.1.4 离心式压缩机的结构和工作原理

--4.1.5 压缩机的运行工况和性能参数

--4.1.6 压缩机的运行极限

--4.1.7 压缩机小结

--4.1压缩机课后习题

--压缩机-讨论题1

--压缩机-讨论题2

--第四章讲义 压缩机部分

-4.2 换热器

--4.2.1 换热设备在制冷系统中的重要性

--4.2.2.1 制冷系统中的换热设备-冷凝器(1)

--4.2.2.2 制冷系统中的换热设备-冷凝器(2)

--4.2.2.3 制冷系统中的换热设备-蒸发器

--4.2.2.4 制冷系统中的换热设备-其他换热器

--4.2.3 冷却塔

--4.2换热器课后习题

--换热设备-讨论题1

--换热设备-讨论题2

--第四章讲义 换热设备部分

-4.3 节流装置

--4.3.1 节流装置的安装位置与功能

--4.3.2 节流装置的种类

--4.3.3.1 热力膨胀阀(1)

--4.3.3.2 热力膨胀阀(2)

--4.3.4 电子膨胀阀

--4.3节流装置课后习题

--节流装置-讨论题1

--节流装置-讨论题2

--第四章讲义 节流装置部分

-4.4 辅助设备

--4.4.1 辅助设备的类型与安装位置

--4.4.2 典型辅助设备的结构原理

--4.4.3 制冷剂管道

--4.4辅助设备课后习题

--辅助设备-讨论题1

--辅助设备-讨论题2

--第四章讲义 辅助设备部分

第五章 制冷热泵系统及其运行调节

-5.1 蒸气压缩式制冷热泵系统

--5.1.1 蒸气压缩式制冷热泵系统

--5.1.2 氟利昂制冷系统

-5.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性

--5.2.1 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性(1)

--5.2.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性(2)

-5.3 蒸气压缩式制冷热泵装置的性能调节

--5.3.1 压缩机的容量调节(1)

--5.3.2 压缩机的容量调节(2)

--5.3.3 压缩机的容量调节(3)

--5.3.4 冷凝压力调节、蒸发压力调节及安全控制

-第五章课后习题

-制冷热泵系统及其运行调节-讨论题1

-制冷热泵系统及其运行调节-讨论题2

-第五章讲义 系统与调节

第六章 吸收式制冷与热泵

-6.1 吸收式制冷技术发展简况

--6.1 吸收式制冷技术发展简况

-6.2 吸收式制冷的基本原理

--6.2.1 吸收式制冷的基本原理(1)

--6.2.2 吸收式制冷的基本原理(2)

-6.3 溴化锂二元溶液的基本性质

--6.3.1 溴化锂二元溶液的基本性质(1)

--6.3.2 溴化锂二元溶液的基本性质(2)

-6.4 溴化锂吸收式制冷机组的结构原理

--6.4.1 单效机组的工作原理

--6.4.2 单效机组的原理分析

--6.4.3 双效吸收式制冷机

--6.4.4 直燃机

-6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理

--6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理

-6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善

--6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善

-第六章课后习题

-吸收式制冷与热泵-讨论题1

-吸收式制冷与热泵-讨论题2

-第六章讲义 吸收式制冷与热泵

第七章 供热锅炉

-7.1 锅炉及锅炉房基本知识

--7.1.1 锅炉及其热工知识

--7.1.2 锅炉房设备

-7.2 锅炉的热效率

--7.2.1 燃料及其燃烧反应

--7.2.2 热平衡方程

--7.2.3 锅炉的热效率

-7.3 供热锅炉

--7.3.1 锅炉的类型及典型结构

--7.3.2.1 供热用典型热水锅炉(1)

--7.3.2.2 供热用典型热水锅炉(2)

-第七章课后习题

-供热锅炉-讨论题1

-供热锅炉-讨论题2

-第七章讲义 供热锅炉基础

第八章 建筑冷热源设备与系统

-8.0 引言

--8.0 引言

-8.1 单独热源设备

--8.1 单独热源设备

-8.2 单独冷源设备

--8.2 单独冷源设备

-8.3 冷热同源设备

--8.3.1.1 空气-空气热泵机组(1)

--8.3.1.2 空气-空气热泵机组(2)

--8.3.2 水-水热泵机组

--8.3.3 空气-水热泵与水-空气热泵机组

--8.3.4 同时制冷和制热的机组

-第八章课后习题

-建筑冷热源设备与系统-讨论题1

-建筑冷热源设备与系统-讨论题2

-第八章讲义 建筑冷热源设备与系统

第九章 空调与供暖水系统

-9.1 空调与供暖水系统概述

--9.1 空调与供暖水系统概述

-9.2 冷水/热水系统的类型与特点

--9.2.1 直连/间连系统

--9.2.2 两水管/四水管水系统

--9.2.3 开式/闭式系统

--9.2.4 一级泵系统

--9.2.5 二级泵系统

--9.2.6 水系统的定压方式

--9.2.7 不同的泵与冷水机组连接方式

-9.3 冷却水系统

--9.3 冷却水系统

-9.4 实际工程水系统举例

--9.4 实际工程水系统举例

-第九章课后习题

-空调与供暖水系统-讨论题2

-空调与供暖水系统-讨论题1

-第九章讲义 空调与供暖水系统

第十章 课程总结

-10.1 课程总结

--10.1 课程总结

-10.2 问题探讨

--10.2.1 建筑中的冷和热

--10.2.2 建筑节能的技术路线

--10.2.3 产品设计与工程应用

-10.3 结束语

--10.3 结束语

-第十章课后习题

-课程总结-讨论题1

-课程总结-讨论题2

-课程教学评估

-第十章讲义 课程总结

4.2.3 冷却塔笔记与讨论

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