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冷卻水塔歷史、應(yīng)用、工作原理、組成部分介紹,冷卻水塔風(fēng)扇正確方向

冷卻塔是一種開放式結(jié)構(gòu)，可從工業(yè)設(shè)備和工藝中使用的水（或其他流體）中帶走熱量。冷卻塔有不同的設(shè)計(jì)、類型、形狀和尺寸。然而，基本的工作過程是相同的，都是基于蒸發(fā)冷卻。水的熱量通過蒸發(fā)過程傳遞到空氣中，從而降低了水的溫度。（冷卻水塔有時(shí)稱為蒸發(fā)冷凝器或液體冷卻器。）

蒸發(fā)冷卻取決于濕球溫度，這是水在工廠、過程或系統(tǒng)中可以冷卻到的最低溫度。水蒸發(fā)到空氣中所需的傳熱速率表明冷卻塔的性能如何。進(jìn)塔空氣的濕球溫度是冷卻水塔效率的主要指標(biāo)。美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì) (ASME) 和冷卻技術(shù)協(xié)會(huì) (CTI) 這兩個(gè)向會(huì)員提供技術(shù)和教育服務(wù)的貿(mào)易協(xié)會(huì)，建議根據(jù)進(jìn)入的濕球溫度確定冷卻塔的尺寸并進(jìn)行測(cè)試。（用球表測(cè)量濕球溫度。）

冷卻塔簡(jiǎn)史

希臘、羅馬和中東的古人使用多孔水罐和池塘來利用蒸發(fā)概念解暑。直到 1800 年代和工業(yè)時(shí)代的到來，才發(fā)明了通過蒸發(fā)水來冷卻空氣的機(jī)械設(shè)備。 1819 年的一項(xiàng)英國(guó)專利是用于冷卻液體的蒸發(fā)冷卻器的首批專利之一。早期的冷卻水塔與蒸汽機(jī)冷凝器的發(fā)明相吻合，蒸汽機(jī)冷凝器需要冷水才能運(yùn)行。 1899 年的美國(guó)專利描述了一種水冷塔，用于冷卻“大量冷凝水……連續(xù)使用相同的水……具有獨(dú)特的效率和經(jīng)濟(jì)性”。

到 20 世紀(jì)初，美國(guó)已經(jīng)為眾多發(fā)明申請(qǐng)了專利，這些發(fā)明被稱為“濕箱、沙漠冷卻器、滴水冷卻器，然后是沼澤冷卻器”。這些直接冷卻器中最早的是用濕麻布包裹的木框，并使用風(fēng)扇將空氣強(qiáng)制送入待冷卻區(qū)域。一項(xiàng) 1906 年的專利描述了一種水冷塔裝置，該裝置具有噴嘴、噴霧器和水道，可以“在塔的整個(gè)水平橫截面上以均勻的方式重復(fù)分配水”。隨著循環(huán)泵和集成電機(jī)和風(fēng)扇單元的結(jié)合，以及新材料和塑料的發(fā)明，該技術(shù)演變?yōu)楝F(xiàn)代設(shè)計(jì)。

二、冷卻塔應(yīng)用：比想象中更普遍

工業(yè)冷卻塔。散熱是任何工業(yè)廠房中的常見過程。工業(yè)循環(huán)水冷卻塔幾乎用于所有重工業(yè)，包括鋼鐵廠、食品和飲料制造、石油和天然氣精煉、紙漿和造紙廠、化學(xué)加工和水泥廠。他們還為在發(fā)電過程中產(chǎn)生多余熱量的發(fā)電廠提供冷卻水，為其熱交換系統(tǒng)提供穩(wěn)定的液體供應(yīng)。在發(fā)電廠中，采用煙囪設(shè)計(jì)的冷卻塔以水蒸氣羽流的形式散發(fā)多余的熱量，同時(shí)將冷凝水蒸氣釋放到大氣中。

作為大型商業(yè)、醫(yī)療和工業(yè) HVAC（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)的一部分，冷卻塔對(duì)于新建辦公樓、機(jī)場(chǎng)、會(huì)議中心、醫(yī)院、高層建筑、酒店和制造設(shè)施。標(biāo)準(zhǔn)配置。 HVAC 冷卻塔會(huì)影響舒適度，進(jìn)而影響建筑物內(nèi)人員的健康和工作效率。因?yàn)樗鼈兪谴笮徒Y(jié)構(gòu)（比典型的 HVAC 裝置大）并且需要大量空間，所以它們位于屋頂?shù)耐獠炕蚪ㄖ锏孛娴钠h(yuǎn)位置。

三、蒸發(fā)冷卻水塔的基本工作原理

在蒸發(fā)冷卻水塔中，熱水通過塔頂泵送或噴淋，冷卻空氣在塔頂與塔匯流處（這是從大氣中抽取的新鮮空氣）?？諝馄仁顾舭l(fā)，蒸發(fā)帶走了水中的熱量。當(dāng)水達(dá)到較低的溫度時(shí)，冷卻水從底部流出并返回或循環(huán)回到機(jī)器或過程。水再次從工業(yè)或機(jī)械過程中收集熱量，并再循環(huán)到冷卻水塔的頂部。

雖然想法是將水進(jìn)行再循環(huán)，以便再次使用，但由于蒸發(fā)、排污（通過去除固溶體或沉積物來去除水）、漂移甚至泄漏，在系統(tǒng)中，過程中會(huì)發(fā)生失水。為了補(bǔ)償這種損失并提高用水效率，在運(yùn)行過程中添加“補(bǔ)充水”。

四、冷卻塔的主要部件

冷卻塔的各部件或部分必須維護(hù)：

填料。該熱組件是可用于將熱量從熱水傳遞到冷空氣的主要區(qū)域。填充物通常是蜂窩狀或波紋狀，以最大限度地增加水的表面積，通常由 PVC（聚氯乙烯）或 PP（聚丙烯）材料甚至不銹鋼制成。

配水甲板（或濕甲板）。該組件通常是一組噴嘴，可在填充材料冷卻時(shí)均勻噴水以潤(rùn)濕填充材料，從而最大限度地提高熱傳遞。

入口和出口。這些分別是冷空氣進(jìn)入塔和熱空氣離開塔的點(diǎn)。進(jìn)氣口可以在色譜柱的側(cè)面（橫流設(shè)計(jì)）或靠近色譜柱底部（逆流設(shè)計(jì)）。

進(jìn)氣百葉窗。它們使進(jìn)入填料的氣流均勻，并將水保持在塔內(nèi)。

漂移消除器。將它們放在填充物旁邊，以捕獲氣流中的水滴，否則這些水滴會(huì)以蒸汽的形式散失到環(huán)境中。

冷水盆。它位于塔底，填料下方，收集塔中的冷卻水，并作為主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

機(jī)械零件和儀器。風(fēng)扇、泵和電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（例如變速箱、驅(qū)動(dòng)軸）移動(dòng)空氣并提供所需的氣流?？梢园惭b傳感器、傳感器連接器和電纜來檢測(cè)振動(dòng)和高頻齒輪和軸承故障。還需要儀表來測(cè)量熱水和冷水溫度以及測(cè)量補(bǔ)給水流量和排污率。所有這些組件都會(huì)影響能源效率和所需的維護(hù)量。

套管或外殼。這就是外殼，它可以由經(jīng)過化學(xué)處理的木材、鋁、熱浸鍍鋅鋼、陶瓷或增強(qiáng)塑料（例如，用于增強(qiáng)塑料或其他樹脂的玻璃纖維材料）制成。當(dāng)水在冷卻塔中循環(huán)時(shí)，外殼包含水并為塔風(fēng)扇系統(tǒng)和其他內(nèi)部組件提供結(jié)構(gòu)支撐。該結(jié)構(gòu)可能需要抵抗振動(dòng)、高風(fēng)荷載和腐蝕。

五、冷卻塔設(shè)計(jì)和定制的考慮因素

冷卻水塔是根據(jù)空氣在塔內(nèi)的流動(dòng)方式（氣流方向（逆流或橫流）和通風(fēng)類型而定的）（機(jī)械或自然））進(jìn)行分類。設(shè)備也制造成圓形或瓶形、雙曲面（發(fā)電廠的特征）和矩形。每種設(shè)計(jì)都有相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最終的設(shè)計(jì)選擇取決于許多因素，包括用戶要求和應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)性，甚至冷卻塔將建造的位置和天氣條件。（蒸發(fā)冷卻的效率受外界溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速的影響。）

自然通風(fēng)塔設(shè)計(jì)有煙囪，依靠塔內(nèi)（冷）空氣與塔內(nèi)（冷）空氣之間的壓力和溫度塔內(nèi)氣差?？諝馍仙母邿焽锜o需塔式風(fēng)扇即可提供上升氣流。自然通風(fēng)塔最好放置在空曠的地方，因?yàn)樗鼈兊男阅苋Q于風(fēng)向和風(fēng)速。這種設(shè)計(jì)很少用于 HVAC 冷卻塔。雙曲面設(shè)計(jì)的核電塔和大型燃煤電廠都是自然吃水設(shè)計(jì)，以滿足更大的水容量要求。

機(jī)械通風(fēng)塔使用電風(fēng)扇強(qiáng)制空氣通過結(jié)構(gòu)，并且可以使用橫流（氣流垂直于水流）或逆流（氣流與水流相反）設(shè)計(jì).因?yàn)槟媪魉瓤諝馑搅鲃?dòng)的橫流塔更緊湊，所以逆流塔可以用更小的占地面積建造。由于塔內(nèi)空氣循環(huán)需要機(jī)械部件，因此機(jī)械通風(fēng)塔的運(yùn)行成本更高，但更容易放置在建筑物上或建筑物附近，因此它們可用于 HVAC 和制冷應(yīng)用。

圓塔或瓶塔是工業(yè)過程中流行的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗哂凶疃嗟睦鋮s空間和最小的面積。這些塔具有多種容量，可以在工廠建造或現(xiàn)場(chǎng)安裝。矩形冷卻塔在空調(diào)設(shè)備中很常見。

還有用戶定義的設(shè)計(jì)考慮因素，例如安全、降噪、腐蝕和耐化學(xué)性。例如：

由于持續(xù)潮濕的冷卻環(huán)境，木塔很容易發(fā)生火災(zāi)和腐爛。經(jīng)過化學(xué)處理的木材是不受歡迎的，因?yàn)樗鼤?huì)帶來一定的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)。

塔由纖維增強(qiáng)聚酯和熱浸鍍鋅鋼制成，堅(jiān)固到足以抵抗腐爛和生銹，并經(jīng)得起多年的運(yùn)行。預(yù)制鋼材運(yùn)輸起來很重，建造成本高，而且需要高技能工人。塑料作為冷卻塔的結(jié)構(gòu)材料，強(qiáng)度高，但重量輕，比鋼更容易定制和運(yùn)輸。

冷卻塔可能會(huì)很吵。在可能特別關(guān)注噪音的社區(qū)或建筑物中（例如學(xué)校、醫(yī)院），可能需要冷卻塔的聲學(xué)工程。

6.冷卻塔安全和維護(hù)注意事項(xiàng)

溫暖潮濕的環(huán)境是微生物和生物膜的滋生地，可能導(dǎo)致冷卻設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行和機(jī)械問題以及人類健康問題。冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器使用風(fēng)扇使空氣通過循環(huán)水系統(tǒng)并將大量水蒸氣引入環(huán)境，需要經(jīng)常維護(hù)和清潔、添加殺菌劑并檢查有害軍團(tuán)菌（與肺炎相關(guān)）（例如軍團(tuán)菌）的生長(zhǎng)' 疾?。┎⒎夏承┏鞘泻蛧?guó)家法規(guī)。補(bǔ)充水源（例如地下水、地表水）的水質(zhì)保證測(cè)試是冷卻塔安全運(yùn)行的另一個(gè)考慮因素。

根據(jù) 1990 年的《清潔空氣法》修正案，環(huán)境保護(hù)署 (EPA) 制定了法規(guī)，以減少工業(yè)過程冷卻塔對(duì)健康產(chǎn)生影響的空氣有毒物質(zhì)排放。

對(duì)于建筑材料和填料的易燃性，有適用于現(xiàn)場(chǎng)安裝和工廠組裝冷卻塔的消防安全標(biāo)準(zhǔn) (NFPA 214)。

七、如何選擇冷卻塔廠家

很多公司制造或銷售冷卻塔設(shè)備。大多數(shù)是小公司，可能只有不到十家大型全球制造商。公司在其產(chǎn)品的關(guān)鍵特性上展開競(jìng)爭(zhēng)，冷卻塔的關(guān)鍵特性是干濕特性、能效和成本，包括使用壽命/維護(hù)成本。

好的廠家和正規(guī)的廠家是有區(qū)別的。合適的制造商可以滿足最終客戶的需求。要選擇制造商，客戶應(yīng)該知道制造商是否將其冷卻塔作為公司銷售的完全設(shè)計(jì)的裝置提供，或者是否與合作伙伴 OEM（原始設(shè)備制造商）合作。評(píng)估公司是否可以直接向客戶及其設(shè)施提供更換或備件產(chǎn)品，以及是否提供良好的維護(hù)和質(zhì)量保證服務(wù)（產(chǎn)品和/或零件保修）以及可靠的機(jī)械零件選擇。查找冷卻塔制造商的一種簡(jiǎn)單方法是訪問本頁頂部的公司名錄。

冷卻水塔設(shè)備經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和維護(hù)后，冷卻水塔設(shè)備應(yīng)能使用20年，并按規(guī)定的水溫和流量向工廠、工藝或系統(tǒng)供水率，并保持整個(gè)冷卻過程和能源效率的最佳運(yùn)行。您可以直接聯(lián)系冷卻塔設(shè)計(jì)師，他們可以確保您在 IQS 目錄中找到適合您的系統(tǒng)。

八。冷卻塔的類型

空調(diào)冷卻塔提供空調(diào)，是玻璃纖維結(jié)構(gòu)，為醫(yī)院、學(xué)校和一些辦公室等大型建筑物降溫。

陶瓷冷卻塔的外觀相當(dāng)吸引人，但通常比其他冷卻塔貴。

冷卻器冷卻塔是去除廢熱的一種額外方法，廢熱是許多需要使用空氣和液體冷卻器系統(tǒng)的過程的副產(chǎn)品。

閉環(huán)冷卻塔是一種空氣不與冷卻水或其他流體直接接觸的冷卻塔。

冷卻塔的設(shè)計(jì)決定了成本、性能和效率。

冷卻塔制造商是一家制造冷卻流體設(shè)備的公司。

冷卻塔系統(tǒng)（有時(shí)稱為散熱器）通過去除流體中的熱量來冷卻水和其他流體。

逆流冷卻塔包含相反的空氣和水流。氣流向上移動(dòng)，水流向下移動(dòng)。

橫流式冷卻塔包含垂直氣流和水流。氣流是水平的，水是垂直向下流動(dòng)的。

消毒冷卻塔用于飲用水和廢水處理設(shè)施，以幫助消除水中的細(xì)菌、化學(xué)物質(zhì)和其他雜質(zhì)。

蒸發(fā)冷卻塔是一種吸熱裝置，它利用少量工作流體（通常是水）的蒸發(fā)將熱量傳遞到運(yùn)動(dòng)的氣流中，以冷卻其余的水流到接近濕球空氣溫度的溫度，即設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量值反映了冷卻塔中所需的水蒸氣含量。

玻璃鋼冷卻塔具有優(yōu)良的耐候性，因此可以在惡劣的環(huán)境條件下使用。這些冷卻塔還具有良好的耐腐蝕性，這在水處理等應(yīng)用中仍然具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，冷卻塔會(huì)暴露在化學(xué)品中。

HVAC 冷卻塔將水冷式冷卻器或冷凝器與冷卻塔結(jié)合在一起。

雙曲線冷卻塔是指采用雙曲線結(jié)構(gòu)方案的冷卻塔的特定設(shè)計(jì)和構(gòu)造樣式，該方案本身產(chǎn)生自然通風(fēng)并利用蒸發(fā)來冷卻水和其他流體。

工業(yè)冷卻塔是一種排熱系統(tǒng)，用于通過將過程廢熱從流體排到大氣中來冷卻水和其他工作流體。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔包括：強(qiáng)制通風(fēng)塔，其中包含強(qiáng)制空氣通過系統(tǒng)的側(cè)面風(fēng)扇，以及誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔，其中包含強(qiáng)制空氣通過系統(tǒng)的頂置風(fēng)扇。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔通常用于較小的冷卻塔系統(tǒng)。

自然通風(fēng)冷卻塔不使用風(fēng)扇，而是依靠廢氣和自然風(fēng)的浮力使空氣通過系統(tǒng)。自然通風(fēng)冷卻塔用于涉及大量水的應(yīng)用，例如發(fā)電廠。

開式冷卻塔是一種冷卻塔，其中水在系統(tǒng)內(nèi)部分配并與進(jìn)入的空氣直接接觸。

水冷塔是一種基本的冷卻系統(tǒng)，用于通過與氣流接觸來冷卻水。使用水冷卻塔的應(yīng)用包括空調(diào)和水/廢水。

9.冷卻塔術(shù)語

環(huán)境溫度 – 使用溫度計(jì)測(cè)量的 DBT。

軸流風(fēng)扇 – 具有恒定氣流的風(fēng)扇。軸流式風(fēng)扇類型包括螺旋槳式、管道式軸流式和葉片式軸流式。

排污 – 從冷卻塔中排出水，以防止系統(tǒng)中雜質(zhì)過多堆積。隨著水在冷卻過程中蒸發(fā)，雜質(zhì)濃度增加。

Blow Out – 水因風(fēng)或飛濺而從冷卻塔中排出。通過使用濾網(wǎng)和其他機(jī)制可以減少或消除井噴。

BTU（英國(guó)熱量單位）——將一磅水的溫度升高或降低 1 華氏度所需的熱量。

漂移 – 水滴與廢氣一起從冷卻塔中去除。必須控制漂移，因?yàn)榕c從塔中去除的水蒸氣不同，漂移通常含有化學(xué)物質(zhì)、碎屑和其他雜質(zhì)，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

除水器 – 冷卻塔中的一種機(jī)制，通過捕獲流經(jīng)除水器的漂移物，同時(shí)允許廢氣通過除水器進(jìn)入大氣，從而防止漂移物離開冷卻塔。

干球溫度 (DBT) – 進(jìn)入冷卻塔的空氣溫度，以華氏度為單位測(cè)量。

夾帶 – 空氣中的水隨著廢水排放被帶入冷卻羽流中。

排氣 – 在冷卻過程中從冷卻塔中排出的空氣。排氣還包含在冷卻過程中蒸發(fā)的水蒸氣。

填充——一個(gè)迷宮式的填料，提供了一個(gè)大大擴(kuò)展的空氣-水界面，允許空氣加熱和蒸發(fā)。薄膜填充物由多個(gè)通常垂直的潤(rùn)濕表面組成，上面鋪有一層薄薄的水，而飛濺填充物由許多水平飛濺元素組成，形成一系列微小的液滴，它們具有很大的組合表面積。

霧化——由于冷卻塔排出的飽和廢氣與塔外較冷的空氣接觸，冷卻塔外的水蒸氣凝結(jié)成霧狀。

Induced Draft – 冷卻塔風(fēng)扇從設(shè)備底部吸入空氣并通過冷卻塔頂部排出的過程。

噪音——落水的影響、風(fēng)扇的空氣運(yùn)動(dòng)、風(fēng)扇葉片在結(jié)構(gòu)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)以及冷卻塔產(chǎn)生的聲能，并通過傳動(dòng)帶、變速箱和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)記錄下來一個(gè)距離和方向。

噴嘴 – 一種使水以噴霧或水流的形式流入冷卻塔的裝置。

羽流 – 來自冷卻塔的廢氣和水蒸氣。當(dāng)煙霧羽流被引入較冷的空氣中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生霧。

Psygrometer – 一種用于冷卻塔系統(tǒng)的裝置，用于測(cè)量系統(tǒng)的濕球溫度。

再循環(huán)——先前排出的空氣進(jìn)入冷卻塔，這些空氣與新鮮空氣一起重新進(jìn)入系統(tǒng)。

熱容量 – 冷卻塔容量，表示冷卻塔可以處理的液體量（以加侖/分鐘為單位）。

濕球溫度 (WBT) – 冷卻塔中的空氣變得水蒸氣飽和，防止水進(jìn)一步蒸發(fā)的溫度。

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