冷却水塔历史、应用、工作原理、组成部分介绍,冷却水塔风扇正确方向

冷却塔是一种开放式结构，可从工业设备和工艺中使用的水（或其他流体）中带走热量。冷却塔有不同的设计、类型、形状和尺寸。然而，基本的工作过程是相同的，都是基于蒸发冷却。水的热量通过蒸发过程传递到空气中，从而降低了水的温度。 （冷却水塔有时称为蒸发冷凝器或液体冷却器。）

蒸发冷却取决于湿球温度，这是水在工厂、过程或系统中可以冷却到的最低温度。水蒸发到空气中所需的传热速率表明冷却塔的性能如何。进塔空气的湿球温度是冷却水塔效率的主要指标。美国机械工程师协会 (ASME) 和冷却技术协会 (CTI) 这两个向会员提供技术和教育服务的贸易协会，建议根据进入的湿球温度确定冷却塔的尺寸并进行测试。 （用球表测量湿球温度。）

冷却塔简史

希腊、罗马和中东的古人使用多孔水罐和池塘来利用蒸发概念解暑。直到 1800 年代和工业时代的到来，才发明了通过蒸发水来冷却空气的机械设备。 1819 年的一项英国专利是用于冷却液体的蒸发冷却器的首批专利之一。早期的冷却水塔与蒸汽机冷凝器的发明相吻合，蒸汽机冷凝器需要冷水才能运行。 1899 年的美国专利描述了一种水冷塔，用于冷却“大量冷凝水……连续使用相同的水……具有独特的效率和经济性”。

到 20 世纪初，美国已经为众多发明申请了专利，这些发明被称为“湿箱、沙漠冷却器、滴水冷却器，然后是沼泽冷却器”。这些直接冷却器中最早的是用湿麻布包裹的木框，并使用风扇将空气强制送入待冷却区域。一项 1906 年的专利描述了一种水冷塔装置，该装置具有喷嘴、喷雾器和水道，可以“在塔的整个水平横截面上以均匀的方式重复分配水”。随着循环泵和集成电机和风扇单元的结合，以及新材料和塑料的发明，该技术演变为现代设计。

二、冷却塔应用：比想象中更普遍

工业冷却塔。散热是任何工业厂房中的常见过程。工业循环水冷却塔几乎用于所有重工业，包括钢铁厂、食品和饮料制造、石油和天然气精炼、纸浆和造纸厂、化学加工和水泥厂。他们还为在发电过程中产生多余热量的发电厂提供冷却水，为其热交换系统提供稳定的液体供应。在发电厂中，采用烟囱设计的冷却塔以水蒸气羽流的形式散发多余的热量，同时将冷凝水蒸气释放到大气中。

作为大型商业、医疗和工业 HVAC（供暖、通风和空调）系统的一部分，冷却塔对于新建办公楼、机场、会议中心、医院、高层建筑、酒店和制造设施。标准配置。 HVAC 冷却塔会影响舒适度，进而影响建筑物内人员的健康和工作效率。因为它们是大型结构（比典型的 HVAC 装置大）并且需要大量空间，所以它们位于屋顶的外部或建筑物地面的偏远位置。

三、蒸发冷却水塔的基本工作原理

在蒸发冷却水塔中，热水通过塔顶泵送或喷淋，冷却空气在塔顶与塔汇流处（这是从大气中抽取的新鲜空气）。空气迫使水蒸发，蒸发带走了水中的热量。当水达到较低的温度时，冷却水从底部流出并返回或循环回到机器或过程。水再次从工业或机械过程中收集热量，并再循环到冷却水塔的顶部。

虽然想法是将水进行再循环，以便再次使用，但由于蒸发、排污（通过去除固溶体或沉积物来去除水）、漂移甚至泄漏，在系统中，过程中会发生失水。为了补偿这种损失并提高用水效率，在运行过程中添加“补充水”。

四、冷却塔的主要部件

冷却塔的各部件或部分必须维护：

填料。该热组件是可用于将热量从热水传递到冷空气的主要区域。填充物通常是蜂窝状或波纹状，以最大限度地增加水的表面积，通常由 PVC（聚氯乙烯）或 PP（聚丙烯）材料甚至不锈钢制成。

配水甲板（或湿甲板）。该组件通常是一组喷嘴，可在填充材料冷却时均匀喷水以润湿填充材料，从而最大限度地提高热传递。

入口和出口。这些分别是冷空气进入塔和热空气离开塔的点。进气口可以在色谱柱的侧面（横流设计）或靠近色谱柱底部（逆流设计）。

进气百叶窗。它们使进入填料的气流均匀，并将水保持在塔内。

漂移消除器。将它们放在填充物旁边，以捕获气流中的水滴，否则这些水滴会以蒸汽的形式散失到环境中。

冷水盆。它位于塔底，填料下方，收集塔中的冷却水，并作为主体结构的基础。

机械零件和仪器。风扇、泵和电机驱动机构（例如变速箱、驱动轴）移动空气并提供所需的气流。可以安装传感器、传感器连接器和电缆来检测振动和高频齿轮和轴承故障。还需要仪表来测量热水和冷水温度以及测量补给水流量和排污率。所有这些组件都会影响能源效率和所需的维护量。

套管或外壳。这就是外壳，它可以由经过化学处理的木材、铝、热浸镀锌钢、陶瓷或增强塑料（例如，用于增强塑料或其他树脂的玻璃纤维材料）制成。当水在冷却塔中循环时，外壳包含水并为塔风扇系统和其他内部组件提供结构支撑。该结构可能需要抵抗振动、高风荷载和腐蚀。

五、冷却塔设计和定制的考虑因素

冷却水塔是根据空气在塔内的流动方式（气流方向（逆流或横流）和通风类型而定的） （机械或自然））进行分类。设备也制造成圆形或瓶形、双曲面（发电厂的特征）和矩形。每种设计都有相对的优点和缺点，最终的设计选择取决于许多因素，包括用户要求和应用、经济性，甚至冷却塔将建造的位置和天气条件。 （蒸发冷却的效率受外界温度、相对湿度和风速的影响。）

自然通风塔设计有烟囱，依靠塔内（冷）空气与塔内（冷）空气之间的压力和温度塔内气差。空气上升的高烟囱无需塔式风扇即可提供上升气流。自然通风塔最好放置在空旷的地方，因为它们的性能取决于风向和风速。这种设计很少用于 HVAC 冷却塔。双曲面设计的核电塔和大型燃煤电厂都是自然吃水设计，以满足更大的水容量要求。

机械通风塔使用电风扇强制空气通过结构，并且可以使用横流（气流垂直于水流）或逆流（气流与水流相反）设计.因为逆流塔比空气水平流动的横流塔更紧凑，所以逆流塔可以用更小的占地面积建造。由于塔内空气循环需要机械部件，因此机械通风塔的运行成本更高，但更容易放置在建筑物上或建筑物附近，因此它们可用于 HVAC 和制冷应用。

圆塔或瓶塔是工业过程中流行的设计，因为它具有最多的冷却空间和最小的面积。这些塔具有多种容量，可以在工厂建造或现场安装。矩形冷却塔在空调设备中很常见。

还有用户定义的设计考虑因素，例如安全、降噪、腐蚀和耐化学性。例如：

由于持续潮湿的冷却环境，木塔很容易发生火灾和腐烂。经过化学处理的木材是不受欢迎的，因为它会带来一定的环境和健康风险。

塔由纤维增强聚酯和热浸镀锌钢制成，坚固到足以抵抗腐烂和生锈，并经得起多年的运行。预制钢材运输起来很重，建造成本高，而且需要高技能工人。塑料作为冷却塔的结构材料，强度高，但重量轻，比钢更容易定制和运输。

冷却塔可能会很吵。在可能特别关注噪音的社区或建筑物中（例如学校、医院），可能需要冷却塔的声学工程。

6.冷却塔安全和维护注意事项

温暖潮湿的环境是微生物和生物膜的滋生地，可能导致冷却设备出现运行和机械问题以及人类健康问题。冷却塔和蒸发式冷凝器使用风扇使空气通过循环水系统并将大量水蒸气引入环境，需要经常维护和清洁、添加杀菌剂并检查有害军团菌（与肺炎相关）（例如军团菌）的生长' 疾病）并符合某些城市和国家法规。补充水源（例如地下水、地表水）的水质保证测试是冷却塔安全运行的另一个考虑因素。

根据 1990 年的《清洁空气法》修正案，环境保护署 (EPA) 制定了法规，以减少工业过程冷却塔对健康产生影响的空气有毒物质排放。

对于建筑材料和填料的易燃性，有适用于现场安装和工厂组装冷却塔的消防安全标准 (NFPA 214)。

七、如何选择冷却塔厂家

很多公司制造或销售冷却塔设备。大多数是小公司，可能只有不到十家大型全球制造商。公司在其产品的关键特性上展开竞争，冷却塔的关键特性是干湿特性、能效和成本，包括使用寿命/维护成本。

好的厂家和正规的厂家是有区别的。合适的制造商可以满足最终客户的需求。要选择制造商，客户应该知道制造商是否将其冷却塔作为公司销售的完全设计的装置提供，或者是否与合作伙伴 OEM（原始设备制造商）合作。评估公司是否可以直接向客户及其设施提供更换或备件产品，以及是否提供良好的维护和质量保证服务（产品和/或零件保修）以及可靠的机械零件选择。查找冷却塔制造商的一种简单方法是访问本页顶部的公司名录。

冷却水塔设备经过适当的设计和维护后，冷却水塔设备应能使用20年，并按规定的水温和流量向工厂、工艺或系统供水率，并保持整个冷却过程和能源效率的最佳运行。您可以直接联系冷却塔设计师，他们可以确保您在 IQS 目录中找到适合您的系统。

八。冷却塔的类型

空调冷却塔提供空调，是玻璃纤维结构，为医院、学校和一些办公室等大型建筑物降温。

陶瓷冷却塔的外观相当吸引人，但通常比其他冷却塔贵。

冷却器冷却塔是去除废热的一种额外方法，废热是许多需要使用空气和液体冷却器系统的过程的副产品。

闭环冷却塔是一种空气不与冷却水或其他流体直接接触的冷却塔。

冷却塔的设计决定了成本、性能和效率。

冷却塔制造商是一家制造冷却流体设备的公司。

冷却塔系统（有时称为散热器）通过去除流体中的热量来冷却水和其他流体。

逆流冷却塔包含相反的空气和水流。气流向上移动，水流向下移动。

横流式冷却塔包含垂直气流和水流。气流是水平的，水是垂直向下流动的。

消毒冷却塔用于饮用水和废水处理设施，以帮助消除水中的细菌、化学物质和其他杂质。

蒸发冷却塔是一种吸热装置，它利用少量工作流体（通常是水）的蒸发将热量传递到运动的气流中，以冷却其余的水流到接近湿球空气温度的温度，即设计的温度测量值反映了冷却塔中所需的水蒸气含量。

玻璃钢冷却塔具有优良的耐候性，因此可以在恶劣的环境条件下使用。这些冷却塔还具有良好的耐腐蚀性，这在水处理等应用中仍然具有优势，因为在这些应用中，冷却塔会暴露在化学品中。

HVAC 冷却塔将水冷式冷却器或冷凝器与冷却塔结合在一起。

双曲线冷却塔是指采用双曲线结构方案的冷却塔的特定设计和构造样式，该方案本身产生自然通风并利用蒸发来冷却水和其他流体。

工业冷却塔是一种排热系统，用于通过将过程废热从流体排到大气中来冷却水和其他工作流体。

机械通风冷却塔包括：强制通风塔，其中包含强制空气通过系统的侧面风扇，以及诱导通风冷却塔，其中包含强制空气通过系统的顶置风扇。机械通风冷却塔通常用于较小的冷却塔系统。

自然通风冷却塔不使用风扇，而是依靠废气和自然风的浮力使空气通过系统。自然通风冷却塔用于涉及大量水的应用，例如发电厂。

开式冷却塔是一种冷却塔，其中水在系统内部分配并与进入的空气直接接触。

水冷塔是一种基本的冷却系统，用于通过与气流接触来冷却水。使用水冷却塔的应用包括空调和水/废水。

9.冷却塔术语

环境温度 – 使用温度计测量的 DBT。

轴流风扇 – 具有恒定气流的风扇。轴流式风扇类型包括螺旋桨式、管道式轴流式和叶片式轴流式。

排污 – 从冷却塔中排出水，以防止系统中杂质过多堆积。随着水在冷却过程中蒸发，杂质浓度增加。

Blow Out – 水因风或飞溅而从冷却塔中排出。通过使用滤网和其他机制可以减少或消除井喷。

BTU（英国热量单位）——将一磅水的温度升高或降低 1 华氏度所需的热量。

漂移 – 水滴与废气一起从冷却塔中去除。必须控制漂移，因为与从塔中去除的水蒸气不同，漂移通常含有化学物质、碎屑和其他杂质，会对环境产生不利影响。

除水器 – 冷却塔中的一种机制，通过捕获流经除水器的漂移物，同时允许废气通过除水器进入大气，从而防止漂移物离开冷却塔。

干球温度 (DBT) – 进入冷却塔的空气温度，以华氏度为单位测量。

夹带 – 空气中的水随着废水排放被带入冷却羽流中。

排气 – 在冷却过程中从冷却塔中排出的空气。排气还包含在冷却过程中蒸发的水蒸气。

填充——一个迷宫式的填料，提供了一个大大扩展的空气-水界面，允许空气加热和蒸发。薄膜填充物由多个通常垂直的润湿表面组成，上面铺有一层薄薄的水，而飞溅填充物由许多水平飞溅元素组成，形成一系列微小的液滴，它们具有很大的组合表面积。

雾化——由于冷却塔排出的饱和废气与塔外较冷的空气接触，冷却塔外的水蒸气凝结成雾状。

Induced Draft – 冷却塔风扇从设备底部吸入空气并通过冷却塔顶部排出的过程。

噪音——落水的影响、风扇的空气运动、风扇叶片在结构内的运动以及冷却塔产生的声能，并通过传动带、变速箱和电动机的运动记录下来一个距离和方向。

喷嘴 – 一种使水以喷雾或水流的形式流入冷却塔的装置。

羽流 – 来自冷却塔的废气和水蒸气。当烟雾羽流被引入较冷的空气中时，会产生雾。

Psygrometer – 一种用于冷却塔系统的装置，用于测量系统的湿球温度。

再循环——先前排出的空气进入冷却塔，这些空气与新鲜空气一起重新进入系统。

热容量 – 冷却塔容量，表示冷却塔可以处理的液体量（以加仑/分钟为单位）。

湿球温度 (WBT) – 冷却塔中的空气变得水蒸气饱和，防止水进一步蒸发的温度。

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