BY-P-250T蘇州高溫圓形逆流冷卻塔_蘇州能研冷卻設備有限公司

蘇州冷卻塔簡介：

冷卻塔(The cooling tower)是用水作為循環冷卻劑，從一係統中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置；其冷是利用水與空氣流動接觸後進行冷熱交換產生蒸汽，蒸汽揮發帶走熱量達到蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業上或制冷空調中產生的餘熱來降低水溫的蒸發散熱裝置，以保證係統的正常運行，裝置一般為桶狀，故名為冷卻塔。

冷卻塔是集空氣動力學、熱力學、流體學、化學、生物化學、材料學、靜、動態結構力學，加工技術等多種學科為一體的綜合產物。水質為多變量的函數，冷卻更是多因素，多變量與多效應綜合的過程。

近年來，在建築節能的大趨勢下，冷卻塔供冷技術越來越多地應用到工程設計中。國內規範和美國ASHRAE標準均提到利用冷卻塔供冷來達到節能的目的，ASHRAE標準還給出了具體設計要求。從近年來國內外部分文獻的研究來看，對該技術的研究主要體現在：1) 不同地域冷卻塔供冷節能率和可用時長的對比研究；2) 冷卻塔用於供冷時設備熱工性能研究。

劇場建築是一種較典型的建築類型，由於其觀眾廳、舞臺、化粧間、排練廳、辦公室等一般處於建築內區，常年需要供冷，在氣候條件滿足時存在利用冷卻塔供冷的可能。本文以南京某大劇院項目為例，對在該項目中運用冷卻塔供冷的設計進行分析。

1 蘇州冷卻塔供冷的原理和分類

1.1 原理

冷卻塔供冷是指在常規空調水係統基礎上增設部分管路和設備，當室外濕球溫度降低到某個值以下時，關閉制冷機組，利用流經冷卻塔的循環冷卻水直接或間接向空調係統供冷。由於冷卻塔、水泵等設備運行仍然需要消耗電能，冷卻塔供冷並不是意義上的免費，但其減少了開啟制冷機組所需要的能耗，所以可以相對地將其視為“免費”的供冷形式。國外又將冷卻塔供冷稱為水側經濟器(water side economizer)。

圖1顯示了逆流型冷卻塔冷卻水側溫度與空氣側溫度的關係。冷卻塔換熱過程中，冷卻水從A點沿曲線AB降溫到B點，空氣則從C點沿曲線CD變化到D點，冷卻塔的出口(B點)水溫與進入冷卻塔(C點)空氣的濕球溫度之間的差值稱為冷卻塔的冷幅。理論上當冷卻水和空氣的換熱過程接近長時，冷幅趨近於零，即冷卻塔出口水溫和入口空氣濕球溫度相同。空氣濕球溫度往往被視為判斷冷卻塔出口水溫的依據。

在過渡季和冬季，隨著室外氣溫下降，室內的冷負荷和濕負荷也不斷減小，適當提高冷水溫度也能滿足過渡季和冬季的空調負荷需求，這為冷卻塔提供空調冷水創造了機會。利用冷卻塔代替制冷機供冷，可以減少或停止過渡季和冬季制冷機的運行，減少建築能耗，降低空調運行費用。

1.2 分類

冷卻塔供冷按照冷卻水循環係統和冷水循環係統是否分開，分為直接供冷和間接供冷2種類型。

1.2.1 冷卻塔直接供冷

冷卻塔直接供冷係統就是通過旁通管道，將冷水環路和冷卻水環路連接起來，使經冷卻塔降溫後的冷卻水直接為空調冷水循環係統使用，如圖2所示。冷卻塔直接供冷的更大缺點在於水質問題，可以通過採用閉式冷卻塔解決。但採用閉式冷卻塔傳熱效果相對較差，同時增加了投資和設備佔據空間。

1.2.2 冷卻塔間接供冷

冷卻塔間接供冷係統如圖3所示，通過加裝一個板式換熱器與制冷機組並聯，從冷卻塔來的冷卻水通過板式換熱器與另一側的封閉式冷水進行換熱，提供建築所需的低溫冷水。冷卻塔間接供冷對能量的利用效率不如直接供冷係統，且需要同時運行冷水泵和冷卻水泵，另外增加了換熱器、閥門和控制係統的投資。

冷卻塔間接供冷的另一種形式是通過制冷機組內的制冷劑遷移循環來提供空調冷水係統所需的冷量，如圖4所示。夏季，制冷機組及空調水係統與常規運行模式相同；過渡季或冬季，冷凝器和蒸發器之間的閥門打開，制冷劑蒸氣進入到冷凝器，同時液態制冷劑依靠重力流回到蒸發器，此時壓縮機不運行。

工程中出於對係統的可靠性和水質考慮，空調設計多採用圖3所示的冷卻塔間接供冷形式。下文介紹的冷卻塔供冷係統就是採用這種形式。

2 項目概況

該劇院項目為集演藝、展示、娛樂等功能於一體的大型文化綜合體，位於南京河西新城核心區。項目總建築面積26.1萬m2，其中地上面積16.6萬m2，地下面積9.5萬m2；建築高度47.185 m，地上7層、地下1層，屬高層公共建築。該項目在建設規模、建築功能、建造標準上均達到行業標準，是現代劇場建築的典型，圖5為項目的鳥瞰效果圖。

項目按照功能劃分為公共區、歌劇廳(2 290座)、音樂廳(1 487座)、戲劇廳(991座)和綜藝廳(2 700座大廳+774座小廳)共5個區域。根據觀眾容量規模，該項目屬於大型劇場，為甲級劇場建築。

3 蘇州冷卻塔供冷設計

3.1 影響冷卻塔供冷的主要因素

冷卻塔供冷量的計算式如下：

式中 QTC為冷卻塔供冷量，kW；GT為冷卻塔的流量，m3/h；Cw為水的比熱容，kJ/(kg·K)；tw1,c和tw2,c分別為冷卻塔的入口和出口水溫，℃。

從式(1)可以看出，冷卻塔的流量、進出口水溫差和冷卻塔出口水溫為影響冷卻塔供冷的主要因素。

冷卻塔出口水溫由室外氣象條件確定，而冷卻塔的流量和進出口溫差又與冷卻塔自身的熱工性能相關，能否提供係統需要的冷水供水溫度是決定是否採用冷卻塔供冷的前提。下面分別對室外氣象條件、冷卻塔熱工性能和冷水供水溫度3個影響冷卻塔供冷的主要因素進行介紹。

3.1.1 室外氣象條件

如前所述，冷卻塔的出口水溫主要與環境空氣濕球溫度有關，冷卻塔出口水溫理論上的極限值是冷卻塔入口空氣的濕球溫度。從冷卻塔中冷卻水與空氣的換熱原理可知，室外空氣的濕球溫度越低，能夠獲取的冷卻塔的出口水溫也就越低。