BY-P-250T苏州高温圆形逆流冷却塔

苏州冷却塔简介：

冷却塔(The cooling tower)是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷却塔。

冷却塔是集空气动力学、热力学、流体学、化学、生物化学、材料学、静、动态结构力学，加工技术等多种学科为一体的综合产物。水质为多变量的函数，冷却更是多因素，多变量与多效应综合的过程。

近年来，在建筑节能的大趋势下，冷却塔供冷技术越来越多地应用到工程设计中。国内规范和美国ASHRAE标准均提到利用冷却塔供冷来达到节能的目的，ASHRAE标准还给出了具体设计要求。从近年来国内外部分文献的研究来看，对该技术的研究主要体现在：1) 不同地域冷却塔供冷节能率和可用时长的对比研究；2) 冷却塔用于供冷时设备热工性能研究。

剧场建筑是一种较典型的建筑类型，由于其观众厅、舞台、化妆间、排练厅、办公室等一般处于建筑内区，常年需要供冷，在气候条件满足时存在利用冷却塔供冷的可能。本文以南京某大剧院项目为例，对在该项目中运用冷却塔供冷的设计进行分析。

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1 苏州冷却塔供冷的原理和分类

1.1 原理

冷却塔供冷是指在常规空调水系统基础上增设部分管路和设备，当室外湿球温度降低到某个值以下时，关闭制冷机组，利用流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷。由于冷却塔、水泵等设备运行仍然需要消耗电能，冷却塔供冷并不是意义上的免费，但其减少了开启制冷机组所需要的能耗，所以可以相对地将其视为“免费”的供冷形式。国外又将冷却塔供冷称为水侧经济器(water side economizer)。

图1显示了逆流型冷却塔冷却水侧温度与空气侧温度的关系。冷却塔换热过程中，冷却水从A点沿曲线AB降温到B点，空气则从C点沿曲线CD变化到D点，冷却塔的出口(B点)水温与进入冷却塔(C点)空气的湿球温度之间的差值称为冷却塔的冷幅。理论上当冷却水和空气的换热过程接近长时，冷幅趋近于零，即冷却塔出口水温和入口空气湿球温度相同。空气湿球温度往往被视为判断冷却塔出口水温的依据。

在过渡季和冬季，随着室外气温下降，室内的冷负荷和湿负荷也不断减小，适当提高冷水温度也能满足过渡季和冬季的空调负荷需求，这为冷却塔提供空调冷水创造了机会。利用冷却塔代替制冷机供冷，可以减少或停止过渡季和冬季制冷机的运行，减少建筑能耗，降低空调运行费用。

1.2 分类

冷却塔供冷按照冷却水循环系统和冷水循环系统是否分开，分为直接供冷和间接供冷2种类型。

1.2.1 冷却塔直接供冷

冷却塔直接供冷系统就是通过旁通管道，将冷水环路和冷却水环路连接起来，使经冷却塔降温后的冷却水直接为空调冷水循环系统使用，如图2所示。冷却塔直接供冷的更大缺点在于水质问题，可以通过采用闭式冷却塔解决。但采用闭式冷却塔传热效果相对较差，同时增加了投资和设备占据空间。

1.2.2 冷却塔间接供冷

冷却塔间接供冷系统如图3所示，通过加装一个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另一侧的封闭式冷水进行换热，提供建筑所需的低温冷水。冷却塔间接供冷对能量的利用效率不如直接供冷系统，且需要同时运行冷水泵和冷却水泵，另外增加了换热器、阀门和控制系统的投资。

冷却塔间接供冷的另一种形式是通过制冷机组内的制冷剂迁移循环来提供空调冷水系统所需的冷量，如图4所示。夏季，制冷机组及空调水系统与常规运行模式相同；过渡季或冬季，冷凝器和蒸发器之间的阀门打开，制冷剂蒸气进入到冷凝器，同时液态制冷剂依靠重力流回到蒸发器，此时压缩机不运行。

工程中出于对系统的可靠性和水质考虑，空调设计多采用图3所示的冷却塔间接供冷形式。下文介绍的冷却塔供冷系统就是采用这种形式。

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2 项目概况

该剧院项目为集演艺、展示、娱乐等功能于一体的大型文化综合体，位于南京河西新城核心区。项目总建筑面积26.1万m2，其中地上面积16.6万m2，地下面积9.5万m2；建筑高度47.185 m，地上7层、地下1层，属高层公共建筑。该项目在建设规模、建筑功能、建造标准上均达到行业标准，是现代剧场建筑的典型，图5为项目的鸟瞰效果图。

项目按照功能划分为公共区、歌剧厅(2 290座)、音乐厅(1 487座)、戏剧厅(991座)和综艺厅(2 700座大厅+774座小厅)共5个区域。根据观众容量规模，该项目属于大型剧场，为甲级剧场建筑。

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3 苏州冷却塔供冷设计

3.1 影响冷却塔供冷的主要因素

冷却塔供冷量的计算式如下：

式中 QTC为冷却塔供冷量，kW；GT为冷却塔的流量，m3/h；Cw为水的比热容，kJ/(kg·K)；tw1,c和tw2,c分别为冷却塔的入口和出口水温，℃。

从式(1)可以看出，冷却塔的流量、进出口水温差和冷却塔出口水温为影响冷却塔供冷的主要因素。

冷却塔出口水温由室外气象条件确定，而冷却塔的流量和进出口温差又与冷却塔自身的热工性能相关，能否提供系统需要的冷水供水温度是决定是否采用冷却塔供冷的前提。下面分别对室外气象条件、冷却塔热工性能和冷水供水温度3个影响冷却塔供冷的主要因素进行介绍。

3.1.1 室外气象条件

如前所述，冷却塔的出口水温主要与环境空气湿球温度有关，冷却塔出口水温理论上的极限值是冷却塔入口空气的湿球温度。从冷却塔中冷却水与空气的换热原理可知，室外空气的湿球温度越低，能够获取的冷却塔的出口水温也就越低。