|
影响冷却塔冷却效果的因素及改善措施 |
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|
冷却塔的工作原理：高温的被冷却介质（冷却水）在冷却塔填料处分散，与低温的散热介质（空气）接触热交换后，带走热量被冷却。所以关键因素有冷却水，冷却风，热交换效率。 冷却水与进风温差越大、交换越充分交换效果越好。 |
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注：最常用的降流量可增大降温幅度的原理是固定水流量在更大的横流塔内，水流会更分散，水流流速受填料影响更慢，从而与空气热交换更充分。如果是逆流塔，大水塔小水量，布水器无法被推动时，水流反而更集中导致散热效果更差。所以我们以下只以横流塔作讨论。 |
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因素 |
影响冷却效果的因素分析 |
改善措施建议 |
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冷却风 |
进风风量 |
填料层处散热风量小，会降低冷却效果。 1、电机供电或本身原因降速导致风量小。2、电机与扇叶分离式的皮带磨损风量小。3、电机、扇叶轴承磨损导致风量小。4、扇叶角度调整导致风量小。5、扇叶安装不良间隙大导致风量小。6、填料层结垢导致流通风量小。7、多联塔之间隔板不正常，部分电机坏，导致风流短路未有效流经填料层。 |
1、电机最好用直联式风机，不要选用皮带减速的。2、定期检测电机电流，以确认风量负荷是否有变化？3、定期检查、维护填料层，清除其水垢，保证其分散水流、减缓水速，充分与空气接触换热的效果。4、注意防止风流短路、未有效流经填料层的情况。 |
|
进风温湿度 |
进风温度高与水流温差小，会降低冷却效果。进风湿度越高，蒸发冷却效果越差。 1、阳光直射进风口，导致进风温度高。2、冷却塔位置不易出风口出风飘散，冷却塔进风出风距离短，形成的风流短路，导致进风温湿度高。3、多组冷却塔设置未考虑常规风向，上级冷却塔出风影响下级冷却塔进风，导致下级冷却塔进风温湿度高。 |
1、冷却塔应尽量避免阳光直射进风口，即降低进风温度，还减少填料层老化（紫外线）。2、冷却塔应设置在易通风散热环境，并保证进风是低温和清洁的。3、可利用一些低温气源降低进风温度，如有些空调环境抽排风是低温的、还有一些液态气体的气化站是有大量冷源气体可利用的。 |
|
|
冷却水 |
冷却水量 |
冷却水流量变小，在填料处的水流流速降低，与空气更充分的热交换，从而提升冷却效果。 1、固定冷却塔，变频降冷却水量，会提升冷却效果。2、固定水量，增大冷却塔规格，冷却水分流也即降低冷却塔的冷却水量，会提升冷却效果。 |
提升冷却水量，会降低制冷机能耗，会降低冷却塔冷却效果；降低冷却水量（变频）会提升冷却塔冷却效果，但会提高制冷机能耗。两个因素要找到平衡点不容易。实践证明先保证制冷机的冷却水量，再增大冷却塔（管路不用加大），提升整体系统的冷却效果，降低冷却水水温，可以增加制冷机换热效果，有效降低制冷机的能耗（远比水泵节能和风机节能成效大）。所以建议不要变频降水流量，而是增加冷却塔提升冷却效果。冷却塔所增加的成本，一般约6~9个月即可收加。 |
|
冷却水温 |
冷却水温高与空气温度差大，会提升冷却效果。 1、正常制冷量需量是固定的，降低冷却水进水温度可降低制冷机能耗，降低冷却水量，冷却水出水温度会升高，到冷却塔处会有较高的冷却效果。 |
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热交换 |
填料 |
填料的作用即分散水流、减缓水流流速，让水流与空气流更充分的热交换。 1、填料层结垢、长青苔等，表面光滑不能有效减缓水流。2、填料变形、老化，风流与水流接触不再均匀，或影响风流、水流正常导入接触。 |
1、设计阶段，应注意冷却塔应避免阳光直射进风口，以防填料层受紫外线照射老化。2、冷却塔的填料层、水处理应做好日常维护工作。 |
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进水 |
水量大、分布不均匀会降低热交换效果。 1、因一些原因，进水量变大了。2、部分布水器堵塞，水流分布不均匀。3、冷却水补水温度高，增加了总冷却量。 |
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|
进风 |
风量小、温度高会降低热交换效果。 1、因一些原因，流经填料层风量变小了。2、填料层变形，间隙大风流短路，流经水流的风速降低了。 |
附：中央空调冷却塔更换节能效果验证分析
（2012-11-15）
一、节能验证分析说明
首先，我们做节能分析，是以假设相同条件情况（如开空调时长相同、负荷相同等）下做的分析，因为条件不同，就会影响分析的准确性（如能效最高的空调，如果开启时间最长，负荷最大，从用电上看是不会有节省的）。但实际上并不可能做到完全相同，所以我们尽量会做几种不同情况的分析进行验证：
1、找情况基本相似的月份做整体分析：我们选择的是每年的7、8、9月这3个月的数据进行整体分析的，因为这几个月的天气条件每年差距不大，空调开启时长差距也不大（基本上都是全天开启的）。分析数据见“分析一”
2、单独做不同条件测试验证节能性：因为增加冷却塔最主要的目的就是改善冷却效果，降低冷却水温度。我们选择10月29号一天，对冷却水的影响因素做不同的控制，如流量控制、风机关停等模拟冷却水量及冷却水温度变化，来测试机组在不同冷却水条件下的能耗（因为模拟调节时间短，短时间内空调负荷变化不大，是可以比较准确反应出节能设备运行后的节能效果的）。分析数据见“分析二”
3、取情况相似度最大的短期运行数据进行分析：我们选择是的WK1134周（8月22~26号）机组每天运行的用电量与临近几周运行数据进行的分析。这一周是新冷却塔正式运行生效的一周，没有其他较多的影响因素，所以数据较为准确。分析数据见“分析二”。这周之后，因新厂房扩建，需将旧冷却塔拆除为新的制冷机配套的冷却塔腾出安装空间，加上旧塔运行水损大，所在新塔投入正常运行约一周后，旧塔就停止运行了。旧塔停运后，相应的冷却效果就会比原设计的新旧塔同时运行节能效果要差一点。
二、中央空调制冷机冷却塔改善节能效果分析（一）
1.1 中央空调主机冷却塔改善后耗电统计和说明
|
空调水泵用电量 |
制冷机用电量 |
制冷机系统总用电量 |
||||||||||
|
年\月 |
July |
Aug. |
Sep. |
小计 |
July |
Aug. |
Sep. |
小计 |
July |
Aug. |
Sep. |
小计 |
|
2010 |
45360 |
50040 |
44140 |
139540 |
208640 |
213760 |
162960 |
585360 |
254000 |
263800 |
207100 |
724900 |
|
2011 |
30020 |
30980 |
26980 |
87980 |
194480 |
188560 |
142800 |
525840 |
224500 |
219540 |
169780 |
613820 |
|
增幅 |
-15340 |
-19060 |
-17160 |
-51560 |
-14160 |
-25200 |
-20160 |
-59520 |
-29500 |
-44260 |
-37320 |
-111080 |
|
增率 |
-33.82% |
-38.09% |
-38.88% |
-36.95% |
-6.79% |
-11.79% |
-12.37% |
-10.17% |
-11.61% |
-16.78% |
-18.02% |
-15.32% |
|
中央空调制冷机系统年用电量对比 |
|||||||||||
|
Year |
Jan. |
Feb. |
Mar. |
Apr. |
May |
June |
July |
Aug. |
Sep. |
Oct. |
合计 |
|
2010 |
1580 |
24860 |
66280 |
68920 |
171660 |
195080 |
254000 |
263800 |
207100 |
132000 |
1385280 |
|
2011 |
0 |
1700 |
7400 |
96700 |
143680 |
215680 |
224500 |
219540 |
169780 |
128220 |
1207200 |
|
同比 增量 |
-1580 |
-23160 |
-58880 |
27780 |
-27980 |
20600 |
-29500 |
-44260 |
-37320 |
-3780 |
-178080 |
|
同比 增率 |
-100.00% |
-93.16% |
-88.84% |
40.31% |
-16.30% |
10.56% |
-11.61% |
-16.78% |
-18.02% |
-2.86% |
-12.86% |
节能效果：
1、中央空调制冷机系统在前10个月总体10年少用电17.8万度，约为12.86%。
2、在新冷却塔建成后未增加空调负荷的8~9月一个半月内，节电量达到8.16万度，节约率月均可到20%以上。（2010年制冷机系统负荷约为140万度，仅按20%节省率计算，年可节电约28万度，基本达到节能预估）
相关说明：
1、冷却塔的改造工程在8月中旬才完工投入使用，8月份实际只有半个月有良好节能效果。
2、在新建冷却塔完工前，我们改造了旧圆塔风机，改善了冷却效率，也取得平均10%左右的良好节能效果。
3、旧二楼空调改造在九月下旬投用，冷量由原来的180KW增加到420KW，增加了220KW冷量，是制冷机标称制冷量的11.1%。另新厂房的空调*十月在**中启用，所以十月份制冷系统用电与10年基本持平。则不列入计算中。
4、冷却塔冷却效果改善后，冷却水温降低，我们同时采用的水泵变频节能也取得节能效果。
5、为了配合新厂房扩建的制冷机冷却塔增容，两台旧圆塔在十一前就停机准备拆除，所以十月份实际冷却效果还打了折扣。
三、中央空调制冷机冷却塔改善节能效果分析（二）
因为实际运行会存在每天的空调负荷不一样、各车间开启空调时间不一样而导致每一段时间的用电量有偏差，从而影响分析的准确性。基于增加横流式冷却塔就是为了分流提高冷却塔冷却效率从而降低冷却水温，制冷机在相同负荷情况下，其冷却水水温降低后的节能效果可以从以下数据看出是明显的。
|
中央空调制冷机冷却系统冷却水与负荷变化的 测试分析 |
|||||||||
|
测试日期：2011-10-29 测试人：杨C华 |
|||||||||
|
数据A1 |
数据A2 |
比差 |
数据B1 |
数据B2 |
比差 |
数据C1 |
数据C2 |
比差 |
|
|
冷冻水进（℃） |
8.1 |
8 |
8.1 |
9 |
8 |
7.9 |
|||
|
冷冻水出（℃） |
6.4 |
6.4 |
7.2 |
6.8 |
6.4 |
6.4 |
|||
|
冷却水进（℃） |
20.4 |
22.1 |
1.7 |
26.8 |
26.3 |
-0.5 |
23.1 |
20 |
-3.1 |
|
冷却水出（℃） |
22.5 |
24.3 |
1.8 |
27.8 |
31.2 |
3.4 |
24.3 |
23 |
-1.3 |
|
制冷机电流（A） |
136 |
146 |
7.4% |
156 |
216 |
38.5% |
146 |
188 |
28.8% |
|
备注 |
水泵不变，减冷却塔 |
冷却塔不变，减水泵 |
冷却塔和水泵均变化 |
||||||
|
说明： |
|||||||||
|
1、数据A为冷却水流量不变（冷却水进出水温度基本为2度左右，没什么变化 ），减少冷却塔风机数量，冷却水进出温度升高约2度，制冷机的电流升高约7.4%，与行业的冷却水温度升高1度，则制冷效率降低3%的经验说法相近。 |
|||||||||
|
2、数据B为冷却塔风机数量不变（冷却水进水温度基本为26度），减少冷却泵数量，冷却水进出温度差由1度增大到5度，制冷机电流升高约38.5%，这说明除了冷却水温度，冷却水量也是很关键的（即总冷却量很重要） |
|||||||||
|
3、数据C为是个综合变化，冷却水进水温度低（即冷却塔降温效率高），但冷却水进出水温差高（冷却水流量小），制冷机的电流升仍有升高约28.8%，这说明总冷却量才是制冷机负荷变化的关键。 |
|||||||||
四、中央空调制冷机冷却塔改善节能效果分析（三）
|
制冷机 |
统计 |
||||||
|
日期 |
1 # |
2 # |
电表 |
天用电量 |
周用电量 |
日均用电 |
相对比分比 |
|
WK130.5 |
1176 |
412 |
1588 |
||||
|
WK131.1 |
1290 |
538 |
1828 |
19200 |
46640 |
6663 |
0.68% |
|
WK131.2 |
1329 |
582 |
1911 |
6640 |
|||
|
WK131.3 |
1370 |
628 |
1998 |
6960 |
|||
|
WK131.4 |
1412 |
675 |
2087 |
7120 |
|||
|
WK131.5 |
1451 |
720 |
2171 |
6720 |
|||
|
WK132.1 |
1563 |
846 |
2409 |
19040 |
45840 |
6549 |
2.39% |
|
WK132.2 |
1607 |
893 |
2500 |
7280 |
|||
|
WK132.3 |
1648 |
937 |
2585 |
6800 |
|||
|
WK132.4 |
1687 |
979 |
2666 |
6480 |
|||
|
WK132.5 |
1725 |
1019 |
2744 |
6240 |
|||
|
WK133.1 |
1833 |
1135 |
2968 |
17920 |
42480 |
6069 |
9.54% |
|
WK133.2 |
1869 |
1175 |
3044 |
6080 |
|||
|
WK133.3 |
1905 |
1214 |
3119 |
6000 |
|||
|
WK133.4 |
1942 |
1253 |
3195 |
6080 |
|||
|
WK133.5 |
1980 |
1295 |
3275 |
6400 |
|||
|
WK134.1 |
2043 |
1370 |
3413 |
11040 |
38160 |
5451 |
18.74% |
|
WK134.2 |
2092 |
1420 |
3512 |
7920 |
|||
|
WK134.3 |
2130 |
1462 |
3592 |
6400 |
|||
|
WK134.4 |
2168 |
1504 |
3672 |
6400 |
|||
|
WK134.5 |
2206 |
1546 |
3752 |
6400 |
|||
|
WK135.1 |
2317 |
1668 |
3985 |
18640 |
42720 |
6103 |
9.03% |
|
WK135.2 |
2358 |
1712 |
4070 |
6800 |
|||
|
WK135.3 |
2399 |
1757 |
4156 |
6880 |
|||
|
WK135.4 |
2433 |
1794 |
4227 |
5680 |
|||
|
WK135.5 |
2464 |
1822 |
4286 |
4720 |
|||
关于单从电数据看来节能不明显的原因有以下几点：
1、到了十月份，因为旧二楼的空调系统改造在九月下旬完成投入使用，其增强了空调降温效果，却是在原基础上增加了空调负荷。新增的厂房空调也是*十月在**份中旬投入使用的。所以同比十月份用电量虽有减少，但减少量不多。这说明其中也有节能的效果，只是被增加的空调负荷给冲抵了。
2、今年的十一月的空调用电可以说是个很特殊的情况，比去年多了近7.5万度电，这已不是冷却塔项目是否节不节能的问题，而是空调开启时间比往年多了很多天，11月份基本是全月在开空调，而往年到十月底就停中央空调，个别天气热时才会开启一下空调。看看历史数据就明白了。
|
Year |
Jan. |
Feb. |
Mar. |
Apr. |
May |
June |
July |
Aug. |
Sep. |
Oct. |
Nov. |
Dec. |
合计 |
|
2005 |
0 |
0 |
0 |
7950 |
231790 |
53270 |
189440 |
231734 |
166826 |
46250 |
12870 |
0 |
940130 |
|
2006 |
0 |
260 |
280 |
42640 |
65820 |
150520 |
171580 |
149020 |
147280 |
125720 |
9940 |
160 |
863220 |
|
2007 |
460 |
300 |
9900 |
17920 |
94060 |
140200 |
142460 |
133220 |
112540 |
58200 |
8420 |
80 |
717760 |
|
2008 |
520 |
160 |
2500 |
29280 |
71680 |
85820 |
127660 |
140060 |
120260 |
85100 |
28640 |
180 |
691860 |
|
2009 |
0 |
3220 |
12180 |
24000 |
102040 |
143100 |
155480 |
169140 |
171500 |
100400 |
34480 |
660 |
916200 |
|
2010 |
1580 |
24860 |
66280 |
68920 |
171660 |
195080 |
254000 |
263800 |
207100 |
132000 |
9720 |
6240 |
1401240 |
|
2011 |
0 |
1700 |
7400 |
96700 |
143680 |
215680 |
224500 |
219540 |
169780 |
128220 |
84040 |
6580 |
1297820 |
|
同比增量 |
-1580 |
-23160 |
-58880 |
27780 |
-27980 |
20600 |
-29500 |
-44260 |
-37320 |
-3780 |
74320 |
340 |
-103420 |
|
同比增率 |
-100.00% |
-93.16% |
-88.84% |
40.31% |
-16.30% |
10.56% |
-11.61% |
-16.78% |
-18.02% |
-2.86% |
764.61% |
5.45% |
-7.38% |
3、如果只看前十个月数据，11年比10年在空调上少用电17.8万度。且新冷却塔真正起到作用的只有1个月不到。其他是我们改善原冷却塔散热风机取得的效果，但只改风机对原本老化的冷却塔却只是部分效果，也没有冷却塔扩容分流后的效果。且因为流程方面的原因，我们原计划是在6月份完成冷却塔的施工，这样在空调高峰期的7月份，新加的冷却塔能起到真正的效果，结果我们在8月中旬冷却塔才正式可投入运行，也错过了最可以发挥节能效果的7、8一个半月，故全年的节能效果也打了折扣。
|
中央空调制冷机系统年用电量对比 |
|||||||||||
|
Year |
Jan. |
Feb. |
Mar. |
Apr. |
May |
June |
July |
Aug. |
Sep. |
Oct. |
合计 |
|
2010 |
1580 |
24860 |
66280 |
68920 |
171660 |
195080 |
254000 |
263800 |
207100 |
132000 |
1385280 |
|
2011 |
0 |
1700 |
7400 |
96700 |
143680 |
215680 |
224500 |
219540 |
169780 |
128220 |
1207200 |
|
同比增量 |
-1580 |
-23160 |
-58880 |
27780 |
-27980 |
20600 |
-29500 |
-44260 |
-37320 |
-3780 |
-178080 |
|
同比增率 |
-100.00% |
-93.16% |
-88.84% |
40.31% |
-16.30% |
10.56% |
-11.61% |
-16.78% |
-18.02% |
-2.86% |
-12.86% |
4、看全年全厂用电量（如下），虽然11年相对10年节能不多，但这不是新做的冷却塔不节能，其中有生产用电增加，也有其他情况（如冬季一些月份开空调的时间更多），这些从每年递增的用电量可见一斑。
|
Year |
Jan. |
Feb. |
Mar. |
Apr. |
May |
June |
July |
Aug. |
Sep. |
Oct. |
Nov. |
Dec. |
合计 |
|
2005 |
372690 |
192750 |
309990 |
399360 |
616410 |
523200 |
611580 |
605910 |
553140 |
330690 |
326940 |
322680 |
5165340 |
|
2006 |
265320 |
217830 |
330780 |
422550 |
456480 |
567840 |
660930 |
641520 |
578790 |
483990 |
440015 |
386525 |
5452570 |
|
2007 |
389600 |
219600 |
424890 |
434730 |
516750 |
578280 |
705210 |
611070 |
578910 |
444330 |
481530 |
458970 |
5843870 |
|
2008 |
422760 |
213630 |
402300 |
492150 |
522540 |
504840 |
662370 |
622290 |
556830 |
491520 |
411960 |
343440 |
5646630 |
|
2009 |
353480 |
250230 |
430530 |
458490 |
510720 |
704820 |
723780 |
750180 |
723060 |
523680 |
509820 |
486780 |
6425570 |
|
2010 |
500400 |
309150 |
572190 |
571650 |
746520 |
782700 |
799320 |
870030 |
783900 |
626850 |
533760 |
481620 |
7578090 |
|
2011 |
480540 |
264450 |
484500 |
641550 |
744720 |
776940 |
771750 |
827250 |
721590 |
625680 |
646440 |
546560 |
7531970 |
|
同比增量 |
-19860 |
-44700 |
-87690 |
69900 |
-1800 |
-5760 |
-27570 |
-42780 |
-62310 |
-1170 |
112680 |
64940 |
-46120 |
|
同比增率 |
-3.97% |
-14.46% |
-15.33% |
12.23% |
-0.24% |
-0.74% |
-3.45% |
-4.92% |
-7.95% |
-0.19% |
21.11% |
13.48% |
-0.61% |
后记：
2022-04-28：公司新厂建设项目，基于公司的保密等政策，在设计阶段没有让我这一级用户参与。设计过程因有总部专业部门介入、请有专业供应商审图和监理，也没有怎么在设计阶段让设计院与我们终端用户做详细的设计讲解沟通。等让我看图纸时，发现冷却塔是按常规的1.3倍做的设计，我就提出考虑日常节能运行需按2~2.5倍做冷却塔的修改意见。但这个修改意见设计院不接受，上级也劝说以后自己再改（项目管理的特殊性），但如果建设时不做相应的楼面承重及基础设计，日常要再做改动会非常的困难。所以，我以邮件形式向上级强调，冷却塔可以不先做，但楼面基础应做相应的设计。反正沟通异常困难，最终是按2倍做了设计修改。后面不知什么原因，上级没有安排我怎么参与新厂建设项目了（看图纸、同设计院沟通等），本身工作也很忙，加上知道项目的一些复杂因素，也没有主动再过问新厂建设项目了。等到新厂建设差不多了，上级开始安排我们了解现场情况，为接收新厂做一些准备。看现场时总包方与我沟通了一点，说想不明白，为什么冷却水的水管要设计这么粗？因为是总包价，觉得设计不合理，就与设计院做过沟通，设计院也不肯做出修改。我才知道，原来冷却塔按2倍做了设计，冷却水管也是按2倍做的设计。
这是多么大的一个笑话，说明设计人员，虽然与我沟通后，还是没明白冷却塔为什么要按2倍做设计。
其实，冷却塔可以因为考虑最恶劣的散热环境因素，为了保障冷却效果，冷却塔才需要按2倍冷却量做设计，但实际冷却水量仍是1倍，所以冷却水管最多按常规的1.3倍冷却水流量（制冷机冷却水流量）做设计，而不是按冷却塔水流量做设计。
如此设计，增加了系统建设成本（除了管道，估计水泵、基础承重等也是按2倍冷却水流量做的设计），增加系统水量，增加了水处理成本（与系统水量关联的），增加了水泵运行成本（本来不用加变频的变成得加变频降流量运行了）。
这就是典型的生搬硬套的设计。为什么会这样？另有文章单独说明。
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