冷却塔专项检测方案有哪些（技术解读高效机房）

引言

有相关研究表明，公共建筑中空调系统的能耗占比超过50%以上，其中制冷机房循环系统中的设备能耗占整个空调系统的60%～80%，制冷机房的能效比在3～3.5之间；目前高效机房技术规程于2022年7月实施，EER要求≥5.0重要指标。

在整个空调系统中，除去末端设备的能耗，而冷却塔作为冷却水系统中的一个重要设备，虽然能耗相比冷冻水系统较小，占整个制冷机房能耗的1%～5%，但冷却塔的运行性能的好坏对冷凝器有着重要的影响，从而对整个制冷系统的运行效率产生影响。

如果冷却塔的运行效果不佳，冷却水进入冷凝器的温度升高，导致制冷主机冷凝温度升高；而制冷主机的冷凝温度升高则会降低主机的COP和增加功耗，也会让冷冻水出水温度升高，在末端负荷不变的情况下，冷冻水水温升高则需要增加冷冻水流量来满足末端负荷的要求，则必然造成冷冻水泵的功耗。

由此得知，冷却塔的运行性能差会导致整个空调系统的能耗增加，因此本文仅针对公共建筑中常用的冷却塔（机械通风横流塔和逆流塔）运行特性进行分析研讨。

一冷却塔的简介

中央空调系统中机械通风冷却塔主要采用逆流式湿式冷却塔、横流式湿式冷却塔；其中，风流动方向和水流动方向相反为逆流塔，而风流动方向与水流动方向垂直为横流塔。

二冷却塔的传热原理

冷却塔在冷却水系统中，冷却水与环境空气进行传热传质的过程有三种形式：接触换热、蒸发换热和辐射换热，其中辐射换热量相对接触传热与蒸发传热的比例较小，可以忽略不计。

冷却水四种换热过程：其中假设水温为Tw，空气干湿球温度分别为Ta、Twb，接触换热量为c，蒸发换热量为Qm。

Tw>Ta时，接触换热、蒸发换热同时由水面传到空气，Tw下降

Tw=Ta时，接触换热停止，蒸发换热继续进行，Tw继续下降

Twb<Tw<Ta时，空气向水接触换热，蒸发换热继续进行，Tw继续下降

Twb=Tw<Ta时，空气向水接触换热与水蒸发换热相等，达到热质交换动态平衡，Tw停止下降

由此可得，当水温比空气干球温度高时，两种换热方式同时进行；当水温与干球温度相当时，只进行蒸发换热；假设水温可下降至空气湿球温度，此时总换热量为零。

但当水温与湿球温度近似时，空气焓值也趋近水的焓值，延缓蒸发换热过程，但因冷却塔本身空间限制，提供无限风量使水温达到无限温度显然不可能，因此冷却水温无法达到湿球温度。

三冷却塔运行特性分析

1冷却侧温度分布情况

在高效机房系统中，冷却塔的效率在冷却系统里尤为重要，因为冷却侧的服务对象是制冷机组，在分析冷却塔运行状况时，必须要考察其运行对制冷机组带来的影响。

从室外湿球温度到制冷机组的冷凝温度，需要跨越三段温差，分别是：

冷凝器换热温差【ΔT1】

冷却水供回水温差【ΔT2】

冷却塔换热温差【ΔT3】

那么在冷却塔节能措施当中，首要的目标是为制冷机组提供尽量低的冷却水回水温度，在特定的室外湿球温度下，使得ΔT3越小，制冷机组的ICOP（制冷机组外部效率，即理想COP）就越高。因此为达到这一目标 ，应追求更强的冷却塔散热能力；同时在保证ΔT3尽量小的前提下，应注意不要浪费冷却塔的风机电耗。

因此，冷却侧节能的目标应该是在：给定的冷量下，由制冷机组、冷却水泵、冷却塔风机三者的总能耗最少；那么在节能分析方法中，要将冷却系统拆分为两部分，一部分是冷却水输配系统（本文不详述），另一部分为冷却塔。

2冷却塔气流组织造成湿球温度过高

机械通风冷却塔正常运行过程中，空气进入冷却塔与温度较高的冷却水进行热交换，空气温度升高后在风机的作用下向上运动，通过出风口排出塔外。排出的热空气受到周围建筑环境影响和进风口抽力作用，导致一部分排出的热空气被重新吸入冷却塔内参与热交换，被称为热风回流现象。这部分被重新吸入冷却塔内的热空气会提高冷却塔内空气温度，降低冷却塔的冷效。

气流组织主要对冷却塔造成回流和进出风面干扰两种影响：

01热气回流

回流是指由出风口排出的热空气受到环境风的横向作用力和进风口抽力影响，在冷却塔下风向形成涡流，导致部分热空气通过进风口再次进入冷却塔内。冷却塔出风口风机功率以及冷却塔进、出风口高度差是影响回流的重要因素，风机功率越大，造成抽力则越强，进而更容易吸收湿热空气进入塔内；进、出风口高度差越小，则出风口排出的热空气更容易受到进风口抽力的影响，导致湿热空气再次进入塔内。

02进出风面干扰

对于有些项目现场冷却塔安装环境较差的地方，周围有广告牌遮挡或者被建筑物遮挡的冷却塔，造成进风、排风面受阻导致气流组织回流的现象就越高。在现场中还可能存在一种情况，有些项目多台冷却塔并联，但只开其中部分冷却塔，运行的冷却塔可能会吸入不运行的冷却塔内部潮湿空气等。

在现场检测中，实测冷却塔进风的温湿度，有明显高于大气环境温湿度，则说明受到气流组织回流的影响。

3冷却塔旁通水量

对于某些项目中拥有多台冷却塔群的建筑，冷却塔群的整体效率决定了上述的ΔT3的高低，在有些系统中，虽然单台冷却塔的效率正常，但由于未运行的冷却塔不关闭水阀，造成旁通水量的问题，导致冷却塔群的整体效率偏低。

例如某项目：某建筑拥有6台冷却塔，在部分负荷时只运行一部分塔，例如2#冷却塔风机关闭，但是水阀仍然开启，导致混水。经过混水后，冷却侧总回水温度高达℃，ΔT3超过5℃，失去了利用部分自然冷却的机会，从而失去提高制冷机组的效率的机会。

4冷却塔风水比

在室外湿球温度与冷却塔换热面积一定的情况下，影响冷却塔效率的主要原因是风水比（即为流经冷却塔风量与水量的质量比）。在一定的室外湿球温度下，风水比越大，冷却塔效率就越高，但当冷却塔的效率达到80%的时候，若想再提高效率具有一定的难度，所以在正常的情况下，风水比在1～1.5之间。

在实际项目中常见的问题是风量过小或水量过大，导致冷却塔的效率下降。风量过小，冷却塔风机采用皮带轮传动，这种传动方式耐受能力较差，容易出现打滑现象等现象；风机电机处于室外，常年受日晒雨淋等影响，容易损坏，这些现象都是在实际案例当中时常发生的，从而导致冷却塔的实际风量低于设计值，容易出现风水比偏低。

还有一种情况导致风水比偏低的原因是水量过大，“水量过大”其实有2种含义，一是冷却侧整体水量偏大，二是由于水力不平衡导致的某些冷却塔或者某台冷却塔内的某个局部水量过大。

然而冷却塔水力不平衡有两种情况，一是冷却塔之间水力不平衡，一般项目中都会有不止一台的冷却塔，而这些冷却塔的进水、出水情况出现严重的不平衡，就会导致某些冷却塔处于大流量，某些冷却塔处于水量不足的情况；那么冷却塔处于大流量的情况下，部分冷却水未能充分冷却就回流到制冷机组中，造成冷却塔换热温差【ΔT3】偏大。而单台冷却塔自身水力不平衡的情况下，多数为补水不均的问题，这会导致冷却塔换热面积的浪费，也会造成过流水量未经充分冷却便进入冷却水回水。

四漂水与回流对冷却塔运行特性的影响

1漂水的影响

冷却塔在运行过程中产生漂水既影响环境，又浪费水资源。在漂水严重时，可能会与空气发生过热反应形成白色水雾，对周围环境产生影响，且凝结严重时会有小水珠飘落，造成路过行人或冷却塔周边建筑日积月累造成水苔污染。

造成漂水的问题有很多因素，布水器、冷却塔挡水板、冷却水泵扬程等，此文不详细叙述；但应对漂水的情况有相应的预防措施。

2回流的影响

冷却塔存在回流会影响冷却塔的冷却能力，且回流率越高，对冷却能力影响越大；有结果表明，当回流率增加到50%，出水温度升高2.7°C，换热量减少40.68%。同时，由于回流会导致出风温湿度相应增加，因此会影响周边人群舒适感，且回流越严重，影响越大。

五结语

对于冷却塔的运行特性，本文只根据实际项目检测结果对冷却塔的探讨与分析，但单个设备运行的好坏并不能解决整个空调系统的优化运行问题。因此还需要扩大到整个冷却水系统，对冷却塔和冷却水泵协调控制进行深入的分析研究。

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