1、無風機冷卻塔與機械通風冷卻塔從初投資成本和性能及后期運行維護成本分析湖南美世界物業管理有限公司 暖通工程師：吳超彪結構方式與冷卻原理.無風機冷卻塔 機械通風冷卻塔環境適應性評價.熱力性能評價.噪音評價耗水量分析控制方式與節能途徑 無風機冷卻塔 機械通風冷卻塔綜合運行能耗分析 機械通風冷卻塔配套風機電機的功率確定 兩種塔進水壓力比較 水泵及其電機能耗 綜合能耗比較 小結8綜合維護評價占地面積評價10成本和市場占有率評價11結論機械通風冷卻塔與無風機冷卻塔分析報告1結構方式與冷卻原理1.1無風機冷卻塔無風機塔利用特殊結構的噴嘴和擴散器，將循環冷卻水噴射成為細微的 水滴（水滴的粒徑幾乎小于50um）

2、,這些水滴與吸熱上升的空氣接觸時，增加了接觸面積，在混合過程中發生動能轉化，從而能有效的進行換熱，冷卻 水落至填料層后與進入塔內的空氣進行二次熱交換來完成冷卻水散熱量的 要求。存在問題：A、 因為塔內的空氣是自然流動，流動速度比較低，塔內濕熱空氣殘留較多導致濕球溫比外界自然環境高， 熱力性能變化較大， 得不到強制保證。B、 單位體積的散熱能力較差，因此無風機冷卻塔的內部須填料體積較大，塔體大。以流量100T/h的塔為例， 無風機塔的體積就是機械抽風塔的倍。1.2機械通風冷卻塔機械通風冷卻塔空氣的流動是依靠風機的轉動來驅動的，流動速度大， 空氣的流量也較大，不易使塔內外的濕球溫度發生變化；進出風

3、口面積的不 一樣，進出風口的風速也不一樣，形成塔內外有明顯的壓差，對誘導冷卻水 的蒸發形成有利前提條件；單位體積的散熱效率高，填料的體積也會比無風 機冷卻塔小的多，設備整體體積小、占地面積小。重力式散水設計，水膜分 布均勻，距離大，不易阻塞結垢；重力自然落下之散水系統，壓力低，水流 速度緩慢，散水均勻，無水滴聲，增加水流在散熱片的停留時間，熱交換效果非常好。機械通風冷卻塔現是目前市場主導設計、使用方向。2環境適應性評價環境適應性指的是冷卻塔可以根據氣候條件、系統運行負荷變化來調節自己運行方式的能力和條件。表 1 環境適應性比較無風機塔中空氣是依靠熱氣速受到影響。無風機冷卻塔機械通風方形橫流冷卻

4、塔流來提升，交換的是潛熱，這就機械通風冷卻塔在環境濕球對空氣的濕度有要求。如果外界溫度變化或空調機組負荷變化狀況稍微偏離設計狀況(例如:時，可以通過對電機功率或風機外界濕球溫度變高，外界的風轉速、風機葉輪角度的調節，來速)，無風機塔的額定自我調節滿足工況變化要求，適應性非常能力就會變差，其熱力性能會迅強。無風機塔利用利用特殊結構采用重力自然池式布水，配的噴嘴來產生細微水滴，這對于水池水平，孔口光滑，積水深度水質要求特別高，由于一部分水為200mm選用口徑較大的橫流滴的蒸發會使循環冷卻水中的塔專門布水噴頭，低水壓設計礦物質和其他雜質留下來，這些(20mmH)，其優點是防止堵塞、物質極易堵塞很微小

5、的噴嘴孔布水均勻，另外播水盆上加設盆徑。維護成本高。蓋，有效地防止雜物進入冷卻水由對比分析可知，機械通風冷卻塔的環境適應性明顯要強于無風機冷卻塔。3熱力性能評價冷卻塔的熱力性能是中央空調系統效果的保證，冷卻塔的熱力性能取決于出風量、進風量、濕球溫度、換熱面積等因素，現就這些因素比較如下: 冷卻塔的熱力性能影響因素表 2 環境適應性比較影響冷效的因素無風機冷卻塔機械抽風式冷卻塔進風量因多（3臺時）臺拚裝，進 風面只有原來的67%風量實 際運行中只有原設計的67%機械橫流塔不會因拚裝影響進風面積。出風量由外部自然環境決定出風量， 而且無法調節，實際出風量W設計出風量由電機驅動，強制出風，改變風葉角

6、度，可滿足不 同工況。實際出風量設計出風 量出風回流出風口風速Ws，低于夏季平 均風速，因此受外界影響，存 在出風回流的效率隱患機械抽風時，出風口風速7-8m/s，出風高，迅速擴散不存在回流。系統造成水污染，有效避免頻繁清洗布水盤的麻煩。濕球溫度受進風、出風、回流方面的影 響，塔內濕球溫度咼于外界自 然環境， 填料散熱進一步困 難， 風吸收水蒸汽能力變差。塔內濕球溫度自然濕球溫度塔內外壓差較大，塔內冷 卻水蒸發條件相對較好。塔內濕球溫度W自然濕 球溫度水流場空間因高速向上噴射，帶動空氣流 動，需要設備空間較大， 體積 較機力塔大40%水直接經過噴頭進入填 料換熱，設備體積較小只 有無風機的60

7、%可調節性無法調節可以調節性能衰減趨勢實際性能是設計性能的50-100%實際性能是設計性能的95-100%風險評估有嚴重的熱力性能隱患無熱力性能隱患由表2可以看出，無風機冷卻塔的熱力性能完全受外界因素影響,熱力性能較難保證達到設計額定性能；而機械抽風式則完全可以避免這些不利因素而保證系統出力。4噪音評價無風機冷卻塔素以“無能耗、無噪音”做為自身特點，但其高壓噴射的水聲卻是較大的，同時顆粒水經2-3米高回落到填料的沖擊聲及填料到集水盆的3米滴水聲卻相當大。比較機械抽風其優勢也不是非常明顯。小系統實測噪音值基本相當，大系統也只不超過5dB(A)的差距，而且在冷卻塔擺放位置稍作調整即可回避噪音問題。

8、表 3 兩種型式冷卻塔噪音比較噪音項目無風機冷卻塔機械通風冷卻塔噪音源1、經填料落人水盤的水滴聲；2、噴口水高速噴射噪聲1、風機轉動時發出的風切聲；2、馬達運轉的電磁噪聲噪音種類高頻噪音為主低頻噪音為主噪音測試標準點D噪音值：55dB(A)D=處噪聲值：dB(A)標準點D噪音值：60dB(A)1、在無風機冷卻塔水盤中1、選擇低噪音馬達；降噪方裝高效消音毯；2、增加消音設施；式2、增加消音設施；3、增加隔音設施；3、增加隔音設施。4、增加消音風筒。1、可根據負荷要求調節風機轉速降低噪調節方式無法調節2、音；可安裝變頻控制柜，變頻調節電機轉 速。由兩種型式的冷卻塔噪音比較可知，無風機冷卻塔引以“自

9、豪”的是噪音低，但是水從噴頭高速射出，由于出口處速度非常快，也會發出巨大的噴 射噪聲，只是這個噪音相對于機械通風冷卻塔風機來說較小而已。無風機塔采用自然出風，所以其進風設計口設計的比較大，填料到底盤高度比機械通 風風機塔要高得多，落水聲比機械通風塔大；而且無風機冷卻塔無法從負荷 大小調節噪音大小。所以從噪聲角度來比較很難確切定性。5耗水量分析現舉例說明兩種型式冷卻塔的性能比較，如下：表 4 兩種型式冷卻塔耗水量比較無風機冷卻塔（16500T）機械通風方形橫流冷卻塔（300T）漂漂水損失：漂水損失：水% x 16500 x 12 x 30 x% x 16500 x 12 x 30 x6=a量6=

10、35640rr/a水池一般須設計補水池。無須設計補水池。注：1）、中冷卻塔按每天12小時，每月運行30天計算的全年6個月耗水量;2）、從二種冷卻塔耗水量比較可知，機械通風方形橫流冷卻塔全年節約水量噸。3）、無風機塔一般設計有專用的補水水池，浪費占地面積和增加施工難度。機械抽風則無須設置。6控制方式與節能途徑6.1無風機冷卻塔無風機冷卻塔的控制主要體現在水泵的控制方面。如果可以通過在出水管路上設置傳感器控制水泵的轉速，從而控制進入冷卻塔的水流量。流量調整的同時，冷卻水泵的揚程同樣也被調整，影響噴口水流速，從而導致散熱 性能急劇降低。因此局限性較大。6.2機械通風冷卻塔6.2.1雙速恒溫自動控制冷

11、卻塔作為制冷空調系統的重要部分， 在設計時通常按照 “最不利工況”進行產品選型，在“非最不利工況” (如部分負荷狀態下)與過渡季節，如 果對冷卻塔的風機進行有效的控制，就可以達到顯著的節能目的。因此，如 果采用機械通風冷卻塔時可配置“冷卻塔雙速恒溫自動控制”系統，該系統 控制過程不須人工干預，完全處于自動狀態，其特點如下：軸流風機風量的變化與風機轉速的變化成正比，當風機轉速降低為標準 轉速的一半時，風機的風量也是標準風量的一半，而同時其功耗只有標準功 耗的八分之一。可見，采用雙速電機省電是非常明顯的。另外，在低速運轉下，比高速 運轉時降低噪音約5 dB(A)，若處于自動停機的工作狀態，其噪音還

12、可比低 速運行時降低約3 dB(A)，可降低冷卻塔運行噪音。6.2.2溫度調節控制當環境的濕球溫度降低時，冷卻塔的冷卻能力增加，出水溫度降低，在 出水溫度管路上加設溫度傳感器，感知水溫變化從而調節風機的運轉方式： 改變運轉速度； 控制風機的運轉臺數或者控制風機的起停， 達到節能的目的。7綜合運行能耗分析7.1機械通風冷卻塔配套風機電機的功率確定機械通風冷卻塔風機電機功率參考“中小型玻璃纖維增強塑料冷卻塔”中C型塔t=5C的工況選定，根據其規定，實測耗電比不大于(m3/h)，為了便于對照設計計算，還參考了一些廠家的配套功率，具體工程應以具體產 品樣本進行校核。以下分析案例為300噸機械通風冷卻塔

13、配套風機電機的額 定功率及風機耗能，見表4。表 5 機械通風塔配套風機電機的額定功率冷卻水流量（m3/h）300電機功率（kW）風機能耗（kW）注：通常風機選用時應考慮功率儲備系數，其值宜取之間。折算掉儲備系數 后即為風能消耗，計算時小于20kW的電機其儲備按 折算，大于20kW的電 機其儲備系數按折算。7.2兩種塔進水壓力比較無風機冷卻塔進塔壓力參考某品牌冷卻塔比較機械通風冷卻塔，具體情況見表5.表 6 兩種冷卻塔進水壓力比較無風機冷卻塔機械通風冷卻塔冷卻水流量（m3/h）300300進塔壓力（m）15水壓差（kW）7.3水泵及其電機能耗水泵的揚程二空調機組水頭損失+布水器所需水頭（或塔體揚

14、程）+管道水 頭損失，并假定冷卻塔的進出水管均從塔的底部接入，其中空調機組局部阻 力按8mH2O計算，管道阻力按5mH2O計算。要得到水泵的能耗，必須先計算出泵的軸功率，并考查傳動效率、電動機的效率。文中以KQ俚泵的參數進行論述，該型泵采用電機直接連接，機泵軸完全同心，傳動效率高，計算 泵的能耗時該項忽略不計；電動機的效率以其額定工況的效率進行計算。其流量、揚程、電機功率 電機效率、泵的軸功率，泵的能耗等數據見表6。表 7 兩種冷卻塔配套水泵能耗LFC-300配套水泵YH A-300配套水泵水泵型號KQW200/250-30/4(Z)KQW200/315-45/4(Z)流量(m3/h)3003

15、00揚程(m)3220功率(kW)4530軸功率(kW)電機效率(%)能耗(kW)7.4綜合能耗比較根據表5中機械通風冷卻塔配套風機電機的風機耗能和表7中機械通風冷卻塔配套水泵及無風機冷卻塔配套水泵能耗數據，得出機械通風冷卻塔和無風機冷卻塔機械通風冷卻塔冷卻水量(m3/h)300*55=16500300*55=16500水泵能耗(kW)*55=1860*55=1201風機能耗0*55=359（kW）塔總能耗(kW)（+0）*55=1860（+）*55=1560能耗差(kW)1560-1860 = -300節能效率()-300/1560 = %由表8兩種冷卻塔的綜合能耗分析可知，冷卻水量為165

16、00T/h的無風機 冷卻塔較機械通風冷卻塔節能效率為負值(-19%)，反而不節能。7.5能耗小結(1)如果把機械通風冷卻塔系統改造成無風機冷卻塔，其原有的循環水泵既使考慮選泵時形成的壓力富余， 基本上不能滿足無風機冷卻塔需增 加的能量要求。(2)兩種塔型的綜合能耗，無風機冷卻塔的需增能耗值不能采用兩種塔型的進塔水壓差折算，必須通過比較兩種系統的水泵能耗及機械通風冷 卻塔的風機能耗才能確定。(3)分析可知，采用無風機冷卻塔反而不節能。8設備維護評價無風機流力塔為使水噴為霧狀，其噴頭開孔非常小(口徑3 mm -5mm，噴頭對水質要求甚高，稍有雜質、泥污等其它東西進入冷卻水管，即可堵塞 噴頭，因其銅

17、質材料，其成本較高，維修幾率大，同時因其逆流式結構，維 修難度較大。因為冷卻塔是開式循環，實際上也是一個空氣濾塵器，其循環 水的水質很差，存在大量雜物，噴頭開孔過小，很容易被堵塞，而清理堵塞 的噴頭時又必須停機并拆開塔，清理工作是相當麻煩的。所以無風機流力塔7。無風機冷卻塔綜合能耗，具體內容詳見表表 8 兩種冷卻塔的綜合能耗10 成本對比和市場占有率對比分析可維護性較差。而機械通風橫流塔開機時均可走到塔內進行維護，機械使用壽命長，維 護簡單。9占地面積評價如一臺600的無風機塔須要占地面積：*=，如總系統須30臺合計18000m3/h的冷卻塔時，占地面積為：*30臺二的占地盡面積，如考慮現場條

18、件，分成風組擺放時，為預留進風距離和走道，占地更須擴大一倍。如一臺600的機械抽風冷卻塔占地面積為：*6m= m2同樣總量為30臺合計18000m/h的冷卻塔時，占地面積為：*30=828 m2,只相當于無風機塔的占地面積的53%而節省了m2的面積。表 9 占地面積的對比項目名稱(16500m7h)無風機冷卻塔機械抽風冷卻塔冷卻塔占地面積2m828 m2由表9兩種冷卻塔的占地面積相比，無風機冷卻塔占地凈面積比較機械抽風大一倍，在樓宇施工成本和經濟效益上均要差一些。10成本和市場占有率評價無風機塔因單位體積散熱效率較差，須增加較大設備體積，因此成本比 機械抽風式強制排風的冷卻塔成本高40%以上。

19、在冷卻塔行業中，技術領先的一線品牌企業（包括歐美地區）都放棄了 無風機冷卻塔類型產品，均不生產此類無風機冷卻塔。現階段即使有生產此 類無風機產品的企業，其無風機產品也只占的極少銷售量，約在行業中占有名稱(16500m3/h)無風機冷卻塔機械抽風冷卻塔冷卻塔購買成本7,000,000元左右4,200,000元左右市場占率99%從表10可以看出，無風機冷卻塔生產購買成本高出較多，同時在行業的占有率較小，只是一些個別的用戶仍在設計、生產和銷售此類型設備。11結論無風機塔早在上世紀七十年代已出現，不是什么新產品，由于許多技術原因（冷效差、耗能多、占地大、成本高等）現已被放棄；縱觀全國冷卻塔 行業，只有個別品牌在個別市場領域憑借行業資源占有一席之地以外，其它 市場無風機冷卻塔逐漸淡出市場。無風機產品為何在技術、結構、能耗、水損失等方面存在弊端，為何在業主使用過程中反應良莠不齊呢？原因有三：第一，在項目設計初期計制冷 量遠大于實際運行負荷，在實際運行中因天氣，使用面積，節能運行等