冷却塔供冷技术的应用
某酒店冷却塔供冷系统的应用
某酒店冷却塔供冷系统的应用介绍了冷却塔供冷系统在绵阳喜来登酒店项目中的应用，对冷却塔供冷系统的设计方法进行了总结，阐述了系统设计中冷冻水、冷却水供回水温度的确定、水泵匹配、冷却塔配置、系统节能效益。
标签：冷却塔供冷;水泵匹配;冷却塔配置供回水温度的确定;节能效益计算冷却塔供冷系统目前已经是很成熟的一种节能措施，在许多实际工程项目中都已得到运用，并取得了可观的节能效果，本文仅就某酒店中所运用的冷却塔供冷系统做出简明阐述，对于冷却塔供冷系统在实际工程设计中所遇到的一些问题进行一些初步探讨。
1、冷却塔供冷原理图1是一个采用电动压缩式冷水机组的空调水系统，如果建筑（如大型电子计算机房，电子厂房，有大面积内区的商业、办公、酒店等）在冬季均有稳定的内部发热量，需要供冷，这时只要室外气温足够低（室外空气湿球温度也较低），系统配置的冷却塔便可以提供温度足够低的冷水，直接作为冷源来消除余热量，图1所示系统通过关闭制冷机，切换至板式换热器的方法，可以实现冷却塔供冷，由于冷水机组的耗电量在空调系统中占有极高的比例，利用冷却塔供冷节省了大量的电费，所以常常被称为“免费供冷”（” free cooling”）。
2、工程概况2.1建筑概况本项目为高层建筑，地下二层，地上八层（局部七层）。
地下室部分为停车库，设备用房，酒店及物业后勤用房，游泳池，全日餐厅，会议中心等，裙房中的主要业态为中餐厅，宴会厅，大堂，大堂吧，一层局部为客房，二层及以上层为客房层，二层局部区域为酒店办公。
酒店效果图如下：2.2空调系统概况本项目采用一套冷、热源系统。
空调冷源采用水冷离心式电制冷机（一台变频），水冷螺杆式电制冷机以及冷却塔免费供冷系统的组合，空调及生活热水热源采用燃气（油）热水锅炉。
设置2台水冷离心式电制冷机和1台水冷螺杆式电制冷机作为空调系统冷源。
单台离心式制冷机的制冷量为2461kW，单台螺杆式制冷机的制冷量为988 kW。
设置两台600M3/H，一台250M3/H冷却塔。
用冷却塔为洁净工厂冬季供冷的技术应用
用冷却塔为洁净工厂冬季供冷的技术应用冷却塔的技术应用于洁净工厂冬季供冷是一种新兴的技术，它具有环保、节能、低成本等优势。
冷却塔是一种利用水作为冷却剂，经过冷却塔内部水汽蒸发过程，将高温水蒸发成低温水，从而实现冷却的装置。
它具有结构紧凑、体积小、使用方便、可靠性高、投资少等优点，可以广泛应用于洁净工厂冬季供冷系统。
冷却塔的技术应用于洁净工厂冬季供冷，既能够满足洁净工厂的高洁净要求，又能大大降低洁净工厂的运行成本。
首先，冷却塔的结构紧凑，体积小，可以使洁净工厂内的空间占用率大大降低，增加洁净工厂的工作效率。
其次，冷却塔的节能性能优异，能够有效地降低洁净工厂的能耗，减少洁净工厂的运行成本。
另外，冷却塔的维护成本也很低，而且其可靠性高，可以大大降低洁净工厂的维护成本。
从以上可以看出，冷却塔的技术应用于洁净工厂冬季供冷，不但能够满足洁净工厂的高洁净要求，而且能够大大降低洁净工厂的运行成本。
因此，冷却塔的技术应用在洁净工厂冬季供冷非常有效，是洁净工厂冬季供冷的理想选择。
冷却水塔免费制冷的应用
冷却水塔免费制冷的应用如今，空调与制冷系统应用在各行各业中，夏季负荷侧通常需要7℃冷冻水，这一温度远远低于冷却水塔能够提供的水温32℃，因此就需要启动冷水机组制冷，典型的压缩式制冷空调系统如图1。
典型夏季工况的压缩式制冷空调系统中，7℃冷冻水经过空调末端设备热交换吸收负荷侧的热量后冷冻水温升至12℃，并在冷水机组蒸发器中将热量传递给制冷剂；同时制冷剂受热气化后在压缩机中被做功压缩成高压高温气体后经过冷凝器与29℃的冷却水进行热交换，冷却水带走冷凝器中制冷剂热量后温升至35℃，最终在冷却水塔内将热量传给外界空气后形成温降。
图中，冷却水流量为3加仑每分钟每冷顿（0.182 升每秒冷顿），冷冻水流量为2.4加仑每分钟每冷顿（0.227升每秒冷顿）。
值得注意的是，冷却水流量和冷冻水流量之间的差别反映了冷却水与大气的换热量超过冷冻水在负荷侧吸收的热量，这是因为压缩机的压缩做功工况产生的额外热量需要向外界传递；所以冷却水塔必须带走125%的负荷侧热量。
图2 表明了压缩式制冷空调系统中冷却水塔出水温度和外界湿球温度、负荷之间的关系。
从图中可以清楚地看出，随着室外环境湿球温度下降或者室内负荷下降，冷却水塔出水温度也相应下降。
特别是过渡季节和冬季，当室外环境湿球温度足够低的条件下，冷却水塔出水温度可以满足空调系统的制冷需求；也就是说在这个时期，当空调系统配备有适当管路系统，空调末端设备就可以直接使用冷却水塔出水处理室内负荷，而不必启动冷水机组压缩机，节约了压缩机和冷冻水泵等的运行费用，这就是所谓的冷却水塔免费制冷的概念。
考虑到负荷实际情况和冷水温度要求，从图2可以看出室外湿球温度必须小于10℃，冷却水塔免费制冷才能得到应用。
因此冷却水塔免费制冷的应用极大受制于外界环境条件。
在北纬地区，年平均温度变化明显，所以冷却水塔免费制冷的时间可能占全年运行时间的75%。
相反，在低纬度的南部气候条件下，在湿球温度的限制下，冷却水塔免费制冷的利用时间仅为全年运行时间的20%。
单向进风冷却塔应用场合
单向进风冷却塔主要应用于工业生产中需要大量冷却水的场合，如电力、石化、钢铁、化纤、造纸和食品等行业。
这些行业需要将设备或工艺产生的热量通过冷却塔散发出去，以维持设备的正常运行和工艺的稳定。
在电力行业中，发电厂、变电站和电力设备需要大量冷却水进行散热，单向进风冷却塔能够满足其冷却需求。
在石化行业中，炼油厂、化工厂和石化设备也需要大量冷却水来控制温度，避免过热引起设备损坏或火灾风险。
钢铁行业中，钢铁厂、铸造厂和冶金设备也需要通过单向进风冷却塔来进行散热，以维持正常的生产过程。
此外，化纤厂、纺织厂等也需要大量冷却水来控制生产过程中的温度，保证产品质量和稳定性。
造纸厂和印刷厂也需要使用单向进风冷却塔来进行设备冷却和工艺控制。
食品加工厂和饮料厂同样需要使用冷却塔来控制生产过程中的温度，保证产品的质量和口感。
需要注意的是，单向进风冷却塔的应用场合可能会因具体的使用条件而有所不同。
在实际应用中，需要根据实际需求进行选择和配置。
【技术分析】数据中心冷却塔供冷应用分析
【技术分析】数据中心冷却塔供冷应用分析作为国家新基建政策的重要一项，数据中心呈现出爆发式增长态势。
本文针对数据中心能耗问题，分析了冷却塔供冷的关键因素，如热工曲线、湿球温度、工况切换点等，指出冷却塔供冷按冬季工况选取，夏季校核，结合夏季工况灵活配置，冬季供冷以小于冷却塔的额定流量来获取较低出水温度延长冷却塔供冷时间，冷却水泵应设变频，适应管网特性曲线变化等设计方法，为数据中心节能设计提供参考与依据。
0 引言近年来，随着互联网、通信、金融、保险等行业的发展，数据中心呈现迅猛发展态势，作为国家新基建政策的一项，更是受到了前所未有的重视。
数据中心，作为高显热的大型计算机房，需全年供冷，能耗巨大，所以冷却特供冷技术做为降低PUE(数据中心总耗电量与IT 机柜耗电量的比值)的一项关键节能措施，受到业内的广泛关注。
虽然冷却塔供冷在国内已有十多年的研究探索及工程实践，但在厂商提供的技术样册上，冷却塔在冬季气象条件下的技术参数、热工曲线和供冷时限等详细信息仍然缺乏，给设计工作及系统运行都造成了不便。
01冷却塔供冷冷却塔供冷分直接供冷与间接供冷两种，由于直接供冷需室外冷却水直接进入空调末端，水质不佳时极易引起末端堵塞，而影响系统运行，工程中大多数采用间接供冷系统（开式冷却塔+板式换热器），即与冷水机组并联或串联一台板式换热器。
冷水机组与板式换热器并联，湿球温度达到一定值时，由板式换热器提供全部冷量，关闭冷水机组，使冷却水和冷冻水分别进入板式换热器，冷却塔做为冷源，达到完全自然冷却，但并联形式不能采用部分自然冷却；冷水机组与板式换热器串联，冷水串联经过板式换热器与冷水机组，过渡季节用冷却塔出水先预冷冷水回水，再进入冷水机组制冷，减小主机能耗，得到可观的部分自然冷却时间，仅额外增加水在板式换热器内的输送能耗。
为充分利用部分自然冷却，北方地区数据中心往往选择冷水机组与板式换热器串联这种组合形式，见图1，本文讨论也是基于这个系统。
探讨利用冷却塔供冷技术
探讨利用冷却塔供冷技术摘要：本文主要针对冷却塔的供冷原理和系统形式，影响冷却塔供冷系统经济性以及冷却塔供冷系统设计应注意的几个问题进行探讨。
关键词：节能; 空调; 冷却塔供冷Abstract: this article mainly aims at the cooling principle and system cooling tower form, which influences the cooling tower the refrigeration system economy and cooling tower the refrigeration system design should be pay attention to several issues to discuss.Keywords: energy efficient; Air conditioning; Cooling tower cooling冷却塔供冷技术特别适用于需全年供冷或建筑有需常年供冷的内区建筑如大型建筑内区、大型百货商场等或需全年供冷且需严格的湿度控制的建筑如计算机房、程控交换机房等。
其在一些风机盘管加新风系统应用可使过渡季节、冬季免费供冷成为可能。
1.利用冷却塔供冷的原理及系统形式1.1利用冷却塔供冷的原理对于一种结构已确定的冷却塔而言,它的出口水温是由建筑冷负荷以及室外空气湿球温度来决定的。
这一湿球温度可以代表在当地大气温度条件下,水可能被冷却的最低温度,也就是冷却塔出水温度的理论极限值。
一般冷冻水环路进出口水温多为7℃和12℃,温差为5℃。
选择这样低温度的冷冻水主要是为了夏季空调除湿。
而在过渡季室外气温下降,冷负荷和湿负荷也在不断减少,适当提高冷冻水温度完全能够满足空调舒适性要求,这就为冷却塔供冷运行方式提供了机会。
1.2冷却塔供冷系统的形式1.2.1冷却塔直接供冷系统冷却塔直接供冷系统就是一种通过旁通管道将冷冻水环路和冷却水环路连在一起的水系统。
冷却塔供冷系统应用及节能设计分析
ｃｏｉｇ ｏ ｌ ”水侧 免 费供 冷 ， 即冷却 塔 供冷 的概 念 。 ｎ 】
随 后 美 国和 欧 洲 大 批 学 者 对 冷 却 塔 供 冷 开 展 了大 量 的研 究 ，并 投入 到 实 际工程 应 用 中 。到 了 ９ Ｏ年
（ ． ｉ ｅ ｓｔ ｆＳ ａ ｇ ａ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ｈ ｏ ｆ ｎ ｒ ｙａ ｄ Ｐ ｗｅ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ２ ０ ９ ； １Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｈ ｎ ｈ ｉ ｒＳ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｃ ｏ ｌ ｅ ｇ ｎ ｏ ｒ Ｓ ａ ｇ ａ， ０ ０ ３ ｙ ｆ ｏ Ｅ ２ Ｓ ａ ｇ ａ ｏ ｎ ｗ ｎ ｒ ｙ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． Ｌ ｄ Ｓ ａ ｇ ｍ， ０ ０ ２） ．ｈ ｎ ｈ ｉ Ｂｏ ｍｉ ｇ Ｎｅ Ｅ ｅ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｃｏ ， ｔ ， ｈ ｎ ｈ ２０ ５
景 。详 细 阐 述 了冷 却 塔 供 冷 系 统 应 用 的 原 理 及 类 型 。在 借 鉴 各 文 献 及 工 程 设 计 者 的 经 验 基 础 上 ， 深 入 探 讨 了冷 却 塔 供 冷 系 统 节 能 设 计 应 该 注 意 的 问题 。 【 关键 词 】 空 调 系 统 ；冷 却 塔 ； 节 能 ；设 计 方 法
冷 却 塔 供 冷 系统 应 用 及 节 能设 计 分析
杨 光 祁 影 霞 蒋 慧
（． １上海理 工大学 能源与动力工程 学院 上海 ２ ０ ９ ； ００３ ２ 上 海铂 明新 能源科技有 限公 司 上 海 ２ ０ ５ ） ． ０ ０ ２
【 摘 要 】 随 着 空 调 能 耗 日益 增 加 和 节 能 技 术 的 推 广 ， 免 费 供 冷 技 术 一 冷 却 塔 供 技 术 的 应 用 也 越 来 越 有 前
冷却塔冬季供冷实例研究
油 冷却 机 要求 冷 却水 出水 温 度 ≤ ２ ６ ℃， 板式换热器温度损失按 ２ ℃考虑， 则 冷却塔供冷时 ，冷却塔 回水 温度 须低 于 ２ ４ ℃。冷却塔流量不变时 ， 冷却塔进出水 温差 △ｔ＝０ ． ８ ６ Ｑ ／ Ｇ， 其中 生产工艺 冷 负荷 （ ｗ） ， Ｇ —— 冷 却泵 流 量 （ ｋ ｇ ／ ｈ ） 。计 算 结果 ： Ａｔ ＝ ３ ． ５ ｏ Ｃ，相 应 冷 却 塔 出 水 温 度 ≤２ ０ ． ５ ℃， 冷幅取值 ５ ℃时 ， 则 当空 气 湿 球温 度 低 于 １ ５ ． ５ ℃时 ， 可 以利 用 冷却 塔 直 接 向油冷 却机 供冷 。 ３ ． ２节 能效 果 分析 查 阅南 昌地 区气 候资 料 ， 全 年 湿球 温
度低 于 １ ５ ． ５ ￣ Ｃ的时 间约 为 ３ １ ６ １ ｈ 。考虑 以 下因素 ： ① 车 间生 产 ３班倒 为 主 ， 部 分 时 间２ 班倒（ ０点 至 ８ 点休息 ） ； ② 重 大节 日
休息 ；③ 为避免过渡季节冷水机频繁启 停， 过渡季节冷却塔供冷时间减 少（ 参见 本文 ３ ． １ 内容 ） 。因此 ， 实 际冷 却塔 供 冷 时 间低于上述时间 ， 测算后约为
须 ≤２ ６ ℃。
季夜间 ， 当新 风 量 调 至 最 小 、 室 温室 温仍 不 能满 足要 求 时 ， 利 用辅 助 电 加热 器 加 热 送 风 以维 持室 温 ； 过 渡季 节 当新 风 湿 度 大 时， 利 用调 整 新风 量 调节 车 间 温度 难 以保 证 室 内湿度 时 ， 制冷 机开 启 。 ３节 能效果 分 析 ３ ． １夏 季工 况 和冬季 工 况分 界 点 的确
定
冷却 水 和空 气 充分 接 触 情况 下 ， 冷 却 塔 出水 温 度 与 空 气 湿 球 温 度 之 间 的 温 差 称为 冷 幅 ， 一 般在 ３ － ６ ｃ Ｃ 之间。 当空 气 湿球 温度 不 变 时 ，冷 却 塔 供 回水 温 差越 大 ， 则 冷 幅越 大 ， 反之 则 越 小 。 因此 降低 冷却 塔 供 回水 温差 ， 可 以使冷 却 塔供 冷 时 间 相对
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冷却塔供冷技术的应用
随着我国城市建设的发展，大型建筑、高层建筑、超高层建筑的数量迅速增长，目前很多进深较大的建筑物均区分内、外区，这类建筑物存在着大面积的内区（无外围结构和传热负荷），内区中有人员、照明设备的散热，并常有电脑和其他具有高显热的电气设备（如传真机、复印机等）散热形成冷负荷，因此内区往往需要全年供冷以维持舒适的室内环境温度。
对于除夏季仍需供冷的建筑物来说，可以在过渡季节和冬季利用室外的自然冷源来实现对室内的供冷，避免开启制冷机组以节省空调系统的耗电量，这就需要使用到冷却塔供冷技术。
2005年7月1日实施的GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》第5.4.13条明确提出，对冬季或过渡季存在一定量供冷需求的建筑，经技术经济分析合理时应利用冷却塔提供空气调节冷水。
冷却塔提供空气调节冷水是指在原有常规空调水系统基础上增设部分管路和设备，当室外空气湿球温度达到一定条件时，可以关闭水冷式制冷机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑物空调所需的冷负荷，这就是冷却塔供冷技术。
在本人实施的沈阳中街大悦城商场，由于内区有大量灯光照射，发热设备多，且人员流动量大，因此设计了一套在过渡季节使用的小型冷冻机组和冷却塔制冷系统，冷负荷为2100KW。
本人在理解冷却塔供冷的原理，针对过渡季节和冬季的特点，讨论了冷却塔供冷技术的适用条件，提出在完善系统的基础上，增加水箱等辅助设备，防止系统运行时设备及管道内存水结冰，保证系统正常运行。
以开式冷却塔加板换器的间接冷却塔供冷系统为例，该系统的主要用能部件有冷却塔（风机）、冷却水泵、冷冻水泵、末端空气处理设备。
在原有的空调系统中增设了一个热交换器（通常会使用板式换热器）与制冷机组并联，从冷却塔来的冷却水通过板式换热器与封闭的冷冻水循环进行热交换。
这样，冷却水循环与冷冻水循环是两个独立的循环，冷冻水系统和冷却水系统是隔离的，并不直接接触，从而避免了冷冻水管路被污染、腐蚀和堵塞问题。
在冷却水间接供冷系统中多采用板式换热器，是因为板式换热器在中温低压的水循环中是最适用的，体积小、换热能力强，能够最小程度地减小换热温差。
值得一提的是，在系统中还需在室内增加了一个过渡水箱（不会出现冰冻现象）。
这个水箱的功能是当系统停止运行后，冷却塔集水盘及冷却塔至水箱段的水会因重力全部流至该水箱内，避免室外管道存水结冰冻坏管道。
当水泵再次启动时，水箱内的存水又能重复利用于系统循环。
水箱的体积如何确定，下面我们来具体分析下。
水箱的体积由两部分组成，第一部分，因为冷却塔及冷却塔至水箱段内无水，水泵启动瞬间，水箱应有足够水量弥补该部分水体保证出水管的水能流经冷却塔和空管道到达水箱，使系统恢复供水与回水同步的稳定状态，此体积为V1。
第二部分，水泵停止运行后，水箱应有足够空间储存冷却塔及冷却塔至水箱段管道
内存水的体积，此体积为V2。
过渡水箱的总体积应为V=V1+V2。
V1和V2的体积大小是一样的，都是冷却塔存水体积及冷却塔至水箱段管道内存水体积的总和。
以大悦城为例，冷却塔DN300回水管出水口至水箱的高差为h=13米，水平管道长度为L1=12米，冷却塔尺寸L×W×H为5550×3360×3850，集水盘存水深度约为200mm。
冷却塔集水盘体积V塔=L长×W宽×H水高=5.55×3.36×0.2=3.74m3
管道体积V管=管截面积S管×L管=3.14×0.15×0.15×25=1.77m3
V1=V2=V塔+V管=3.74+1.77=5.51m3
因此水箱的有效容积应为V=V1+V2=5.51+5.51=11.02m3，在此选用容积为12m3的水箱，其尺寸L×W×H为2000×2000×3000。
为了保证第一部分水量V1的基本水量，水箱按此水量设置固定补水，补水点的标高H1=V1/水箱截面积S 水箱=5.51÷2÷2=1.38m。
即在水箱的1.38米至1.4米高处设置自来水补水装置，由浮球阀自动控制，而冷却塔就不需要再设置补水装置。
考虑到第二部分的水量太大，且具有瞬时性的特点，因此水箱的泄水存在风险，应将泄水管道直接通过立管接至室外可靠排水点，防止发生冒水事故。
当冬季室外温度低于零度时，系统内的水存在结冰的可能，因此与空气直接接触的设备、管道存在冻坏风险，对系统应增加以下辅助设施：（1）室外管道全部设置电伴热，并加设保温，以防止管道结冰；（2）在冷却塔集水盘内设置电加热器，防止集水盘内水体结冰；（3）系统内加注乙二醇，降低冷却水冰点，防止结冰。
通过此冷却塔供冷技术的应用，合理选用相关辅助设施，保障了环境的舒适，成功解决了内区的散热、外围结冰防护等问题，节约了电能，取得了较好的效果。
冷却塔供冷并不是绝对意义上的免费，因为利用冷却塔产生低温冷却水供入空调系统末端仍需消耗冷却塔、水泵等设备运行消耗电能。
但其避免了开启制冷机组所产生的相对较大的能耗，因此可以相对地将冷却塔供冷视为“免费”的供冷方式。
以沈阳为例，自秋分时节（9月23日）开始，气温基本保持在0℃-15℃左右，早晚温差大。
在每日商业开业前期不开启冷冻机组，而只使用冷却塔加板换系统供冷，待中午气温超过10℃再启用制冷机组。
而当下午气温低于10℃后，停止制冷机组，再启用冷却塔加板换系统供冷。
这样按商场营业11小时计算，启用冷冻机组的时间大致为4小时，启用冷却塔加板换的时间约为7小时。
且随着时间的推移，每日的气温会逐步下降，这样冷却塔供冷就能发挥更大的优势。
以2110KW（600RT）的离心式冷水机组为例，功率为394KW，按每日能少运行制冷机组7小时来计算，则每日能节省的耗电量为394千瓦×7小时=2758（千瓦时），一个月能节省耗电量为82740千瓦时，合计节约电能约68000（商业电费0.83元/度）。
如果是冬季的话，则能节省的耗电量为394千瓦×11小时=4334（千瓦时），一个月能节省耗电量约为130020千瓦时，合计节约电能约108000（商
业电费0.83元/度）。
在我国，适合于冷却塔供冷技术条件的大型超市、商场、办公建筑、具有高显热的大中型计算机房、要求空调系统全年供冷的建筑越来越多，这为冷却塔供冷技术在我国的应用与推广提供了机遇。