變流量冷卻塔若干問題

變流量冷卻塔若干問題的思考從原理出發(fā)

從實際出發(fā)聚焦戰(zhàn)略鼓勵創(chuàng)新目

錄CONTENTS水量變化范圍風(fēng)量變化范圍集水盤深度變化范圍如何評價變流量布水均勻標(biāo)準(zhǔn)編制040203050101

水量變化范圍

單位水量的填料面積增大相同氣水比的情況下，風(fēng)機節(jié)能集水盤有效容積可減小變水量的好處010302變流量冷卻塔小流量布水均勻低流速填料容易結(jié)垢風(fēng)機有變頻需求變水量需要解決的問題

【這些問題和好處比起來就是西瓜和芝麻的關(guān)系】010302變流量冷卻塔能不能實現(xiàn)，實現(xiàn)的性價比高不高工程是否有需求系統(tǒng)的問題不能讓塔來全部承擔(dān)，不堪負(fù)重水量變化范圍是不是越大越好010302變流量冷卻塔冷卻循環(huán)泵超流量是現(xiàn)實問題，不回避，多塔運行時流量存在不均衡問題，

120%布水均勻要比小流量容易得多，配套

增加的風(fēng)量由風(fēng)機超頻解決?！境l運行，集水盤不增大】30%小流量是工程的剛需，鼓勵實現(xiàn)，不均勻是絕對的，均勻是相對的，冷卻塔里面不均勻的地方有的是再低以后冷卻塔的氣水比不合理，布水均勻難度顯著增加水量變化范圍30%-120%，從原理出發(fā)與從現(xiàn)實出發(fā)的交點030102變流量冷卻塔堰壩冷卻循環(huán)水通過

多泵或變頻共用

水泵時最小流量

不小于單塔流量

的50%變流量冷卻塔冷凍水50%流量時

能耗不大于30%1臺泵2臺泵

3臺泵定義水泵的頻率變比w

=

f/50

根據(jù)水泵的相似率，水泵在任意轉(zhuǎn)速下的模型：水泵仿真模型三泵全變頻

可以實現(xiàn)5%

流量，所以

水泵流量不

作為制約因

素，并且不

需要考慮30Hz以下水泵---對象精確計算、精選設(shè)備使得大馬拉小車現(xiàn)象不明顯。美國發(fā)達(dá)地區(qū)，掌握話語權(quán)的地區(qū)濕球溫度低。但是他們對于逼近度的要求略高一些。美國的冷卻水溫度低。低阻冷凝器。

冷卻水泵揚程明顯低于我們?nèi)思依鋮s塔的風(fēng)機不想配永磁直驅(qū)變頻，嫌貴。布水均勻不是我們遙遙領(lǐng)先，

而是他們這個需求不迫切。32°C濕球

29°C濕球

28°C濕球

25°C濕球2.2度

3度

3.3度

4度為啥美國強制不小于50%流量0401020315kW加5萬美國塔配水50%35-7=28°C冷卻水出水溫度【冷卻塔進水溫度】冷凍水出水溫度非標(biāo)準(zhǔn)工況修正冷水機組模型冷卻塔的模型數(shù)學(xué)模型非標(biāo)準(zhǔn)工況修正Acurveorgroupofcurves

that

varies

the

cooling

efficiency

of

an

electric

chiller

as

a

function

of

evaporator

conditions,

condenser

conditions,

and

part-load

ratio.

Notethatforvariable-speed

chillers,the

part-loadcoolingefficiencycurve

is

a

function

of

both

part-load

ratio

and

leaving

condenser

water

temperature.EIR_FP

LR=a+bxpLR+CXPLR'

pw

aw=pa

max

EIR_FP

LR

X

EIR_FT

X

CAP_FT非標(biāo)準(zhǔn)工況修正

Electric

Chiller

Cooling

Efficiency

AdjustmentCurves非標(biāo)準(zhǔn)工況修正

(DOE-2

based

performance

curves)非標(biāo)準(zhǔn)工況修正CoolTools

performance

curve

(EnergyPlus)YorkCalc變頻或雙速電機濕球溫度23.9°C4.3

°C水泵效率83%

電機效率95%Q=500m3/hH=24m水泵功率=500*24/367/0.83/0.95=41.5kW水泵限值500/3.6*0.3=41.6kW冷卻水泵揚程24m逼近度推薦值逼近度推薦值風(fēng)機功率限值02

風(fēng)量變化范圍

50%風(fēng)量功率小于0.3

50%風(fēng)量變頻功率0.13冷卻塔風(fēng)機要求20Hz0.4-0.142【0.064】0.45

效率降低55%25Hz0.5-0.158【0.125】（0.133）

0.85效率降低15%30Hz0.6-0.231【0.216】35Hz0.7-0.342【0.343】37.5Hz0.75-0.41【0.422】45Hz0.9-0.727【0.729】變頻風(fēng)機功率水量80%，風(fēng)機功率

減小50%。放大冷卻塔，明顯節(jié)能風(fēng)機效率30%水量時布水不均勻是一定，漏風(fēng)量按照40%，那么水氣比正好沒變，冷卻塔效果沒有惡化不明顯（風(fēng)速流速減小的同時水膜變?。?，加大風(fēng)量有助于逼近度降低，如果溫度太低，關(guān)閉部分風(fēng)機，一部分風(fēng)機25Hz運行。一般的變頻電機25Hz負(fù)荷率13%時，效率小于0.6，此時降低頻率意義不大，此時變頻器的效率也比較低，同時風(fēng)機由于工況相差較多，比例率誤差大，風(fēng)機效率也在降低，雖然小于25Hz能夠工作，但是風(fēng)機間歇運行更合理。永磁直驅(qū)變頻電機在較低頻率時依然效率較高，但是風(fēng)機和變頻器不高，不建議額定轉(zhuǎn)速的40%。04永磁直驅(qū)變頻電機的性價比體現(xiàn)在維護費用的電費二方面直驅(qū)的價值更大50%風(fēng)量頻率25Hz，

普通電機長期工作散熱有困難旗艦冷卻塔15kW加5萬

一般冷卻塔15kW加3萬02010350%風(fēng)量爽嗎?電動機額定運行(輸出額定電壓、頻率及功率)時，變頻器供電的電

動機電流比工頻供電的電動機電流約增加5%~10%，溫升增加20%。因

此，變頻器供電時普通電動機不宜在額定頻率下滿載運行。普通電動機是通過安裝在電動機軸上的冷卻風(fēng)扇進行冷卻的，在連

續(xù)進行低速運行時，將會因其自身的冷卻風(fēng)扇的冷卻能力不足而出現(xiàn)

電動機過熱現(xiàn)象。電機在風(fēng)道內(nèi)，問題不大為了解決這個問題，可以采取以下對策:a)為電動機另配冷卻風(fēng)扇，改自冷方式為他冷方式，以增加冷卻能力;b)選擇具有更大容量的電動機;c)提高電動機的絕緣等級，以達(dá)到提高電動機溫升上限值的目的;d)改用變頻器專用電動機;e)對電動機運行范圍進行控制，避免在低速下長期運行。風(fēng)扇部分開

循環(huán)開關(guān)水泵低頻運行存在問題三相異步電機永磁直驅(qū)電機風(fēng)機負(fù)載75kW75kW傳動皮帶效率90%100%驅(qū)動效率96%96%電機效率（100%轉(zhuǎn)速）93%96%電機效率（75%轉(zhuǎn)速）86%93%電機效率（

55%轉(zhuǎn)速）76%90%總系統(tǒng)效率（100%轉(zhuǎn)速）80%92%總系統(tǒng)效率（75%轉(zhuǎn)速）74%89%總系統(tǒng)效率（

50%轉(zhuǎn)速）65%86%冷卻塔風(fēng)機工作時間3000小時，平均轉(zhuǎn)速80%，電費0.7元3000*0.8*0.8*0.8*0.7*15=16128元永磁直驅(qū)變頻比一般電機效率高15%16128*0.15=2419元

增加投資20000，年節(jié)省費用2419

，靜態(tài)回收期8.3年。轉(zhuǎn)速百分比永磁直驅(qū)系統(tǒng)效率提升100%12%75%15%50%21%根據(jù)冷卻塔運行小時數(shù)確定是否高配電機大溫差冷卻塔優(yōu)點1.高效率：永磁直驅(qū)電機采用了直接驅(qū)動方式，省去了傳統(tǒng)傳動裝置（如齒輪箱、聯(lián)軸器等）的能量損耗，整體的傳動效率高。永磁直驅(qū)電機采用永磁材料作為勵磁源，具有較高的磁場強度和磁能密度，進一步提高了電機的效率。2.高功率密度：省去了傳統(tǒng)傳動裝置的體積和重量，使得電機的功率密度得到了顯著提升。在相同體積和重量下，永磁直驅(qū)電機可以提供更大的輸出功率，滿足對動力密度要求較高的應(yīng)用場景。3.高控制精度：永磁直驅(qū)電機采用了直接驅(qū)動方式，消除了傳統(tǒng)傳動裝置的傳動間隙和回程誤差，使得電機的控制精度得到了顯著提高。尤在需要高精度定位和運動控制的應(yīng)用領(lǐng)域，如機床、機器人等，永磁直驅(qū)電機具有獨特的優(yōu)勢。4.高可靠性：由于采用了簡化的結(jié)構(gòu)和直接驅(qū)動方式，減少了傳動裝置的數(shù)量和零部件，降低了故障率和維護成本。采用了永磁材料作為勵磁源，具有較高的磁場穩(wěn)定性和抗干擾能力，提高了電機的可靠性。缺點1.成本較高：采用了材料的價格較高的稀土永磁材料和高精度制造工藝，導(dǎo)致其制造成本較高。2.熱管理困難：由于永磁直驅(qū)電機具有較高的功率密度，電機內(nèi)部的熱量積聚較多，如果不能有效地散熱，會導(dǎo)致電

機溫升過高，影響電機的性能和壽命。在選擇和應(yīng)用永磁直驅(qū)電機時，需要綜合考慮其優(yōu)勢和劣勢，并根據(jù)具體的工作環(huán)境和要求進行合理的設(shè)計和配置。永磁直驅(qū)電機冷水機組越來越高效，冷卻水的耗電量變得權(quán)重大。90%負(fù)荷時70%的冷卻水流量能耗最小大溫差冷卻塔5°C溫差70%風(fēng)量60%水量工況最佳8

°C溫差95%風(fēng)量80%水量工況最佳大溫差冷卻塔5°C溫差70%風(fēng)量60%水量工況最佳8

°C溫差95%風(fēng)量80%水量工況最佳最佳大溫差冷卻塔5°C溫差60%風(fēng)量60%水量工況最佳8

°C溫差80%風(fēng)量70%水量工況最佳大溫差冷卻塔5°C溫差60%風(fēng)量60%水量工況最佳8°C溫差80%風(fēng)量70%水量工況最佳大溫差冷卻塔5°C溫差60%風(fēng)量

60%水量工況最佳8°C溫差70%風(fēng)量70%水量工況最佳結(jié)論：放大冷卻塔，采用小水泵、小風(fēng)機，充分利用備用泵、冷卻塔風(fēng)機超頻運行實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計大溫差冷卻塔冷卻塔出水溫度尋優(yōu)【1】當(dāng)機房要求高能效且年運行時間長時，冷卻塔風(fēng)機

采用永磁直驅(qū)變頻裝置，轉(zhuǎn)速百分比不宜低于40%；【2】當(dāng)采用其他電機時，轉(zhuǎn)速百分比不宜低于50%；【3】可利用風(fēng)機所配電機的超額定頻率運行條件，減小風(fēng)機，但不宜長時間運行。結(jié)論03

集水盤深度變化范圍冷卻水具備流量緩慢增加，緩慢減少的條件，可以利用這個有利

因素避免抽空與溢流。但是，冷卻塔需要說明流量變化率。冷卻塔3塔或4塔共用集水盤，不建議超級共用，數(shù)量多時可二組運行。三塔共用時，工作水位與溢流水位間100-150mm高度可滿足要求。側(cè)面出水通過降低冷卻塔出水管流速（1m/s），減小管徑（DN200、

DN300）,采用旋流防止器，多管出水，可緩解抽空現(xiàn)象。一般有效水深400mm（DN200）

-500mm（DN300）可滿足要求。下出水一般有效水深350mm+出

水管管徑+300mm下沉吸水斗可滿足要求。變流量運行-塔與冷機不需要一一對應(yīng)，多塔共用集水盤時可減少深度。變流量運行可減小集水盤深度04010203800m3/hr

DC

600m3/hrDN350B400m3/hr

A

200m3/hr四臺冷卻塔同時運行冷卻塔4冷卻塔3冷卻塔2

冷卻塔1冷卻塔1與冷卻塔4的支管E阻力損失相等，只有冷卻塔1的液位比冷卻塔4的液位高出h1+h2+h3才能實現(xiàn)各個塔之間的流量相等。這個液位差用于克服多出來的水頭損失h1+h2+h3=28.4+108+238.2=374.4Pa=40mm四塔同時運行時最大液位差40mmA段流速=0.52m/sL=4m水阻7.1Pa/mB段流速=1.05m/sL=4m水阻29.99Pa/mC段流速=1.57m/sL=4m水阻59.55Pa/mh1=28.4Pah2=108Pah3=238.2Pa由于干管流速小，四塔同時運行不會有問題。如果DN350變?yōu)镈N300，液位差52mmD段流速=2.09m/sL=4m

水阻104.85Pa/mh4=417.3Pa伯努利方程2003/h

r

L=1mDN200E最不利情況：冷卻塔4停止運行，其他3塔運行冷卻塔4冷卻塔3冷卻塔2

冷卻塔1只有冷卻塔1的液位比冷卻塔4的液位高出h1+h2+h3+（支管E）的水頭損失才能滿足伯努利方程。這個液位差用于克服冷卻塔1的水留到斷面1h1+h2+h3=28.4+108+238.2=374.4Pa=40mm支管E的水頭損失就比較大：45

°彎頭局部阻力：0.3590

°彎頭-0.75三通-1.3合計：0.35+0.75+1.3=2.41.57x1.57/20=0.1232(m)不考慮1m管段的水頭損失，假定全部是配件。（2.4+1）*0.1232=0.42m1.0為速度水頭總的水頭損失：0.46m顯然冷卻塔不設(shè)置閥門，要抽空。600m3/hr

DC

600m3/hrDN350B400m3/hr

A

200m3/hr2003/h

r

L=1mA段流速=0.52m/sL=4m水阻7.1Pa/mh1=28.4PaB段流速=1.05m/sL=4m水阻29.99Pa/mh2=108PaC段流速=1.57m/sL=4m水阻59.55Pa/mh3=238.2PaD段流速==1.57m/sL=4m水阻

59.55Pa/mh3=238.2Pa

E段流速==1.57m/sv2/2g=0.1232m局部阻力系數(shù)2.4由于冷卻塔支管流速偏大，出水管只能設(shè)置閥門冷卻塔4處于停運狀態(tài)，流速為零，斷面1處分析伯努利方程斷面1DN200E冷卻塔4處于停運狀態(tài)，流速為零，斷面1處分析只有冷卻塔1的液位比冷卻塔4的液位高出h1+h2+h3+（支管E）的水頭損失才能滿足伯努利方程。這個液位差用于克服冷卻塔1的水留到斷面1h1+h2+h3=28.4+108+238.2=374.4Pa=40mm支管E的水頭損失就比較大：45

°彎頭局部阻力：0.3590

°彎頭-0.75三通-1.3合計：0.35+0.75+1.3=2.40.7x0.7/20=0.0245(m)不考慮1m管段的水頭損失，假定全部是配件。（2.4+1）*0.1232=0.08m1.0為速度水頭總的水頭損失：0.12m

冷卻塔不設(shè)置閥門，不會抽空。最不利情況：冷卻塔4停止運行，其他3塔運行冷卻塔4冷卻塔3冷卻塔2

冷卻塔1斷面1A段流速=0.52m/sL=4m水阻7.1Pa/mh1=28.4PaB段流速=1.05m/sL=4m水阻29.99Pa/mh2=108PaC段流速=1.57m/sL=4m水阻59.55Pa/mh3=238.2PaD段流速==1.57m/sL=4m水阻

59.55Pa/mh3=238.2Pa

E段流速==0.7m/sv2/2g=0.0245局部阻力系數(shù)2.4E段DN250流速==1.0m/sv2/2g=0.05局部阻力系數(shù)2.43.4*0.05

支管水阻：0.17m600m3/hr

DC

600m3/hrDN350B400m3/hr

A

200m3/hr2003/h

r

L=1m冷卻塔支管流速降低DN200-DN300，就沒有抽空問題。

DN250需要復(fù)核，大概率可以伯努利方程DN300E1Sprinkler

Piping2

Fan3Speed

Reducer4

Drive

Shaft5

Fan

Cylinder6

Drive

Motor7

Fan

Deck8

Hot-W