再循环冷却塔设计与能耗分析.pdf

2 0 0 9 年建筑热能通风空调 2 5 5 再循环冷却塔设计与能耗分析 高宏博黄翔吴志湘 西安工程大学环境与化学工程学院 摘要 提出了将再循环冷却塔作为辐射供冷冷源的方案 原理是利用室内排风或经间接蒸发冷却机组处 理后的空气作为冷却塔的吸入空气制取冷水 相比传统冷却塔制备的冷却水温度更低 在西安地区依照夏 季工况 结合具体工程实例 设计并制造再循环冷却塔 作为辐射供冷末端的冷源 可节约5 5 的机械制冷 能耗 同时期使更多的工程设计人员了解该设备的特性及设计思路 为工程设计人员提供有益的参考 关键词 再循环冷却塔 蒸发冷却 设计计算 R e c y c l i n gc o o l i n gt o w e rd e s i g na n de n e r g ya n a l y s i s X i a nU n i v e r s i t yo fP o l y t e c h n i c X i a n C h i n a B yG a oH o n g1 3 0 H u a n gX i a n g W uZ h iX i a n g A b s t r a c t P r o p o s e dr e c y c l i n gc o o l i n gt o w e ra sas o u r c eo fr a d i a t i o nf o rt h ec o l do p t i o n R e c y c l i n gc o o l i n g t o w e ri st h eu s eo fi n t e r i o rv e n t i l a t i o no ri n d i r e c te v a p o r a t i v ec o o l i n gu n i ta f t e rt h ed e a lw i t ha i ra st h ec o o l i n gt o w e r so fa i ri n h a l e dp r e p a r a t i o no fc o l dw a t e r p r e p a r a t i o nt h a nt h et r a d i t i o n a lc o o l i n gt o w e rc o o l i n g w a t e rt e m p e r a t u r el o w e r A c c o r d i n gt Ot h es u m m e rc o n d i t i o n si nX i a n l i g h to ft h es p e c i f i cp r o j e c te x a m p l e s d e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fr e c y c l i n gc o o l i n gt o w e r r a d i a n tc o o l i n ga st h ee n do ft h ec o l d s o u r c e a n ds a v i n g so f5 5 o ft h em e c h a n i c a lr e f r i g e r a t i o ne n e r g yc o n s u m p t i o n A tt h es a m et i m e w i t hav i e wt O e n a b l i n gm o r ee n g i n e e r sk n o wt h ed e v i c e sc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e s i g ni d e a s f o re n g i n e e r i n gd e s i g nt Op r o v i d eau s e f u lr e f e r e n c e K e y w o r d s r e c y c l i n gc o o l i n gt o w e r e v a p o r a t i v ec o o l i n g d e s i g na n dc a l c u l a t i o n 0 引言 公共建筑节能设计标准G B5 0 1 8 9 2 0 0 5 中 明确规定 当送风量大于或等于3 0 0 0m 3 h 的直流 式空气调节系统 且新风与排风的温度差大于或等 于8 宜设置排风热回收装置 1 3 全空气系统中 设置排风热回收装置的目的是为了在夏季对机组的 进风进行预冷 在冬季对进风预热 以减少机组的负 荷 再循环冷却塔也是利用房间排风 但目的是制 取高温冷水 再循环冷却塔的原理是利用室内排风 或经间接蒸发冷却机组处理后的空气作为吸人空气 直接蒸发制取冷水 冷却效率高且节能环保 将制 取的冷水作为辐射供冷的冷媒提供给辐射末端 辐 射供冷工作在低品位的高温冷源下 其冷水温度一 般在1 6 1 8 在欧洲 提供给冷顶板的冷却水温 度一般在1 8 2 0 这样的水温不能作为制冷或 提供有效冷却 但是这样的水温供给冷顶板时不会 生成凝结水 还可以节省能耗这样的水温不能作为 制冷或提供有效冷却 而且这样的水温供给冷顶板 时不会生成凝结水 可以节省能耗 2 但是传统冷 却塔利用室外空气进行热湿交换后制备出的冷却水 的温降幅度有限 制取的冷却水温度在理论上是空 气的露点温度而且受环境条件限制 冷却效果不理 想 因此在大多数地区不能达到上述的温度需要 而利用室内排风或经两级间接蒸发冷却处理后的空 气作为冷却塔的吸入空气 提供给冷却塔进行热湿 交换制备冷却水 经预冷处理后的空气温度更低 可以使产生的冷却水温度接近空气的露点温度 可 用于辐射末端的供冷 3 再循环冷却塔与传统冷却 塔的对比如表l 2 5 6 建筑热能通风空调 2 0 0 9 年 表1 再循环冷却塔与传统冷却塔的对比 1 房间排风再循环利用 在全空气空调系统中 为了减少新风负荷 降低 能耗 通常会将房间排风与新风混合 再经空气处理 机组处理后送入室内 新风比为1 5 而在半集中 式空调系统中 建筑负荷由风系统和水系统共同承 担 当利用再循环冷却塔作为冷源时 将房间排风 送入冷却塔 作为冷却塔的吸人空气 与冷却水进行 热湿交换 进而制取出温度低于常规冷却塔出水温 度的冷水 假定房间冷负荷为2 K W 室内外设计参数按西 安夏季条件考虑 室内设计温度为2 6 相对湿度 5 5 在全空气空调系统中 采用一次回风系统 依 据q i 刍一 得到室内送风量 q 1 0 7 5 N z 隆 5 6 m 3 h 新风比按1 5 计算 对应新风量为1 8 9 8 m 3 h 室内排风参数按温度2 7 相对湿度5 7 考虑 经焓湿图 如图1 计算 室内空气设定点焓值 为8 0 1 k j k g 混合后空气焓值h q h t q m N h n 6 3 1 k i k g 由此可得 利用室内 q m 排风每小时可节约能耗1 8 2 8 4 5 2 w 在半集中空调系统中 在同样的房间冷负荷条 件下 利用再循环冷却塔作为冷源 利用室内排风作 为冷却塔吸入空气制取冷水 其中冷却塔每处理1 吨冷却水需要的风量在6 0 0 6 5 0 m 3 h 计算中取 6 0 0 m 3 h 则相应风量可处理1 7 9 2 6 吨冷水 由 于再循环冷却塔处理的冷水温度比常规冷却塔处理 建筑热能通风空调 的冷却水温度要低 故冷却水温降按2 3 C 考虑 依照公式Q c m t 由此可得相应的水量承 担的负荷范围是1 5 0 5 8 2 2 5 8 8 w 目1 女气m 球 确2 由此看出 室内排风不仅可眦在集中式空词系 统中以回风方式进行热回收 同样也可咀在半集中 空调系统的冷谭侧加以利用 发挥节能敢用 2 再循环冷却塔设计m 2l 建筑蕞况 西安某公司二楼办公室 建筑面积2 68 7 m 2 建 筑层高35r a 丰体为砖馄结椅双层玻璃窗 西安地 区夏季室外计算干球温度t w 3 5l 计算湿球温 度t s w 一2 58 C 采用昔渡反应法进行事内负荷计 算 最大冷负荷为18 2 9 K W 湿负荷0 1 7 4 4 K g h 22 冷却塔 殳计计算 定量计算 在夏季工况下 当室内设计温度2 6 相对湿 度弱 依据 F 等 确定室内送风量 9 8 36 m3 h 冷却塔最大水流量确定 冷却塔进 出口水温温差按3 C 考虑 品样本 参照风量和冷却 水量的比例关系 常规冷却塔处理每吨冷却水水所 需风量在6 0 06 5 0 n 1 3 h 现设计水流量为1 吨冷却 塔 风量接6 5 0 m 3 h 考虑 此时若冷却塔利用室内 排风制取冷却水 既满足室内风量平衡 也可满足冲 却水癣担室内负荷的条件 外观尺寸设计 如图2 依据产品样本 设计1 吨方型逆流式玲 却塔 外型尺寸 04 m o4 m 15 m 材料 钢制 喷塑 送风形式双侧 填料段 如图2 图3 尺寸设计 对于工业中标准型逆流 冷却塔薄膜填料常用高度为h o 一 垃汁中参考产 品样本尺寸 考虑比例关系 藩小型冷却塔填料段高 度设计为02 m 尺寸为04 m x04 9 5 导流叶片 进风口处设置导流叶片 叶片厚度2 3 m m 角 度4 5 进风口及风管设计 如图4 5 对于逆流式冷却塔 较大的迸风口面 积 较低的进风口风速 有利于逆流塔淋水断面上气 流的均匀分布 其进口设计风速取值一般为3 4 m s 根据设计 1 吨冷却塔风机风量为6 5 0 m 3 h 填料截面积为O 1 6 m 为满足上述要求 进风口截 面积应达到0 0 5 2 m 2 设计尺寸 3 0 0 m mX2 0 0 m m 两侧 进风口实际截面为0 3 0 2 2 0 1 2 m 2 可以满足要求 为了与传统冷却塔进风方式 作对比 在冷却塔进风口处的风管上设置三通风阀 图4 俯视图 送风管布置 水管 根据冷却塔水流量 参照产品样本手册 进出水 管管径设计为D N 2 0 并设保温层 补水管管径为 D N l 5 材料均为铝塑复合管 在供回水管路中设置 温度计 流量表 压力表 过滤器 3 能耗对比 依据建筑物实际负荷 最大冷负荷为1 8 2 9 K W 试验台现有冷源为蒸发式冷水机组 型 号 H L Z 3 0 功率8 5 K W 水流量5 m 3 h 4 1 6 7 t h 若负荷完全依靠蒸发式冷水机组承担 机组冷 冻水进出口温差按5 考虑 经换热器换热 末端进 出口温差按3 考虑 则所需水流量为 G 5 F 巫 一o 5 2 3 8 t h 实际能耗为 鼍器 8 5 K W 1 0 6 9 K W 若负荷由再循环冷却塔承担 其中再循环冷却 I 堂 图5 冷却塔两侧风阀 塔利用室内排风制取冷却水 冷却水进出口温差按 1 5 考虑 则所需水流量为 G 一万 墨一L0 4 7 t h 其中冷却塔风机和循环水泵的功率均为0 1 2 5 K W 室内排风风机功率为0 2 K W 则制取冷 却水实际能耗为 o 1 2 5 K W X 2 0 2 K W L 掣 上 0 4 7 1 4 K W 由此可见 在满足负荷的前提下 与传统机械制 冷相比 制取等量的冷却水 若利用再循环冷却塔制 取 可节约能耗5 5 4 系统运行成本分析 通过以上计算分析 与传统机械制冷提供冷水 的方案相比 得出如利用室内排风作为冷却塔吸入 空气制取冷却永 可节能5 5 左右 节能效果显著 系统存在的问题 1 由于系统中增加了冷却塔 水泵和相应的风 管 水管管路等设置 系统的初投资有所增加 T叫 2 0 0 9 丘建筑热能通风空调 2 5 9 2 为达到节能的目的 根据实际出水度温变化 控制阀门开启范围 在运行调节方面增加了工作量 若增设自动控制装置 则初投资还会有所增加 5 结束语 1 结合西安地区中湿度的气候特点 提出了将 再循环冷却塔作为冷源的方案 适用于西安等中湿 度地区 利用蒸发冷却机理制取冷水 实现冷回收 有效节能 2 结合具体工程实例 指出再循环冷却塔供冷 水的方案其能耗只占传统机械制冷供冷能耗的 4 5 左右 节能约5 5 3 本设计对传统冷却塔进行了改造 拓宽了冷 却塔的应用范围 同时使更多的工程设计人员了解 该方案的特性及设计思路 为工程设计人员提供有 益的参考 参考文献 E l iG B5 0 1 8 9 2 0 0 5 公共建筑节能设计标准 2 P r a p a p o n gV a n g t o o k S u r a p o n gC h i r a r a t t a n a n o n A p p l i c a t i o no fr a d i a n tc o o l i n ga sap a s s i v ec o o l i n go p t i o ni nh o th u m i dc l i m a t e J B u i l d i n ga n dE n v i r o n m e n t4 2 2 0 0 7 5 4 3 5 5 6 3 高宏博 黄翔 吴志湘 基于再循环蒸发冷却塔和 地源热泵热 冷源的辐射空调系统的初探 J 建筑节能 2 0 0 8 1 2 2 5 2 7 4 徐祖根 冷却塔设计 J I 河南化工 1 9 9 9 8 3 1 3 4 5 徐祖