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- 闭式冷却塔
- 开式冷却塔
- 水冷机组
在循环冷却水系统中，降低水温的设备或构筑物称为冷却设备或冷却构筑物，也可称为循环水冷却设施。
按水冷却方法，分为自然冷却法和机械冷却法；按循环水是否与空气直接接触，可分为密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统，简要分述以下：
1. 密闭式循环水冷却系统
密闭式循环冷却水系统中，水密闭循环，并交替冷却和加热，不与空气直接接触。其主要设备为密闭式冷却塔，基本原理是依靠向被冷却的水管喷洒水滴，由被冷却水管表面水膜的蒸发而把热水传至管壁的热量带走，流动空气与管壁的接触也起到了对流散热作用，从而使管内的热水得到冷却。
密闭式循环系统的特点是介质洁净、冷效高、噪声低。适用于要求介质洁净的电子、食品、医药和空气污染严重的冶金（如安徽马鞍山钢铁公司）、纺织和矿山等单位。因密闭式循环冷却水系统相对来说，用的较少，故这里不作进一步介绍。
2. 敞开式循环冷却水系统
敞开式循环冷却水系统，根据需要降温的热水与空气接触的控制方法的不同，可分为水面冷却构筑物（水库、湖泊、海湾、河道、人工冷却池），喷水冷却池和冷却塔（自然通风冷却塔和机械通风冷却塔）等。
这里对水面冷却构筑物的冷却池（含喷水冷却池）、河道冷却、海湾冷却作概要介绍，重点论述冷却塔。敞开式冷却设施见图2-1。
图2-1 敞开式冷却构筑物
3. 影响水面冷却的因素
水面冷却是利用与空气接触的水体表面，通过蒸发散热、对流传热和辐射传热来降低水温。但主要是蒸发散热，其次是对流传热，辐射散热很小，有时忽略不计。
水面冷却构筑物包括热水排放口、取水口和冷却水面。设计水面冷却构筑物时，应考虑热水排入对环境的影响和冷却水体的综合利用。属于第一类和第二类海水水质的海域不应用于水面冷却；江、河、湖泊、水库等地面水水体的环境水温变化，应符合国家标准《地面水环境质量标准》（GB 3838）的规定。
影响水面冷却的因素为：
（1）水域范围内的地貌、水文、水面面积、水源、几何形状、生态。
（2）气温、相对湿度、水面综合散热系数、风向、风速、自然水温等。
（3）热水排水口与取水口工程平面布置、形式、尺寸及设计深度。
（4）排入水域的热负荷。
（5）外水注入、排放的水量与温度。
冷却塔的热力计算可按蒸发理论公式、经验公式、计算图表等进行。
理论公式计算法
理论公式计算法是以蒸发散热的冷却理论为基础，根据传热和传质的关系及冷却过程中热量与含湿量的平衡而推导出的冷却过程方程式。冷却过程方程式的求解方法有多种。常有以下几种计算法：
1. 辛普森近似积分法。
2. 梯形近似积分法。
3. 抛物线积分法。
4. 平均焓差法。
采用何种计算方法，应根据设计任务、性质、条件、塔型、设计资料等决定。其中平均焓差法计算比较简单，能满足计算精度，不少试验资料又多用此法整理，而且逆流塔、横流塔均适用，故采用较多、应用较普遍。平均焓差法在温差（Δt ）小于15 ℃时，计算结果较为精确（不超过3 %～3.5 %）； 但在较大温差时，相对误差增大，可能达到10 %～ 60 %。
辛普森近似积分法和梯形近似积分法计算时，水温差Δt 的温度间隔划分越小越能达到较高精度。当计算条件完全相同时，辛普森法较梯形法更为精确。但是当Δt 较大、计算温度间隔划分过小时，这两种方法计算过程均较繁琐，因此相对采用较少。
抛物线积分法适用于各种温差条件下的冷却计算，计算方法也较简便，其精确性被认为仅次于辛普森法，相对误差小。
经验计算法
经验计算方法是根据实际冷却塔的试验资料，按主要因素之间关系编制经验冷却曲线或经验公式来进行计算。冷却塔所需要的淋水面积计算以及冷却塔与其他特征尺寸之间的比例关系等，都可以根据同样结构的冷却塔实测经验曲线来表示。故这些曲线和公式都有其特定的使用条件。
变量分析法
变量分析法分为三个变量和两个变量分析法。
1. 三个变量分析法（t 、θ、P q ）
取冷却塔中淋水填料中某一微小高度dz （见图6-1）进行分析，其相应的体积为dv。
方程式（6-18）是按蒸发散热量=空气潜热γ0X 的增加得来的。
方程式（6-19）是按总散热量=水热量的减少得来的。
因三个变量法要用三元一次联立微分方程求解，而且是非线型方程，计算非常繁琐和困难，因此一般不采用。
2. 两个变量分析法（t 、i ）
两个变量法是用参数焓（i ）来代替空气温度θ和分压力P q 。在冷却塔中，空气参数虽然有两个（θ和P q ），反映这两个参数变化的还有空气的相对湿度、含湿量X 等，都是反映空气中“热”的变化。麦克尔（Merkel）引用“焓”的概念，建立了焓差方程，利用焓差方程和水温降低的热量平衡关系，求解水温t 和空气焓i 。此法具有简化计算的优点，称麦克尔法，国内外广泛应用，故主要介绍麦克尔的焓差法。
冷却塔的性能
冷却塔不同类型的淋水装置热力特性和阻力特性是通过试验测得的，一般采用经验式。
含湿量差容积散质系数βxv 的求定
βxv 反映淋水装置散热能力，取决于填料的材料、 构造、尺寸、布置、高度等，也与水力条件（淋水密度q）、空气动力条件（风量）、水温（t）及气象因素（θ·τ）等有关。
在塔的尺寸和填料一定时，βxv 是下列因素的函数：
式中 gk——空气流量密度gk =γmWm（kg／（m2·s））；
γm——冷却塔内平均空气密度，γm =0.98γ1（kg／m3 ）在机械通风冷却塔计算中用γ1代替γm已满足精度；
γ1——进冷却塔空气密度（kg／m3）；
Wm——淋水装置整个断面上的空气风速（m／s）；
q——淋水密度（kg／（m2·s））；
A、m、n——试验常数，取决于淋水装置构造、形式及尺寸等。
系数A和幂数指数m、n 对于一定的淋水装置来说是常数，见表6-3、表6-4。设计中应考虑设计条件与试验条件的差别，尽可能采用与设计塔条件相同或相似的实际使用塔的测定资料进行设计。当缺乏实际塔的测定资料时，常采用试验塔的试验资料设计，但应对试验塔的试验资料进行修正，修正系数可取0.8～1.0 ，视试验塔与设计塔的具体不同条件而定。
冷却塔的设计与计算
冷却水量
冷却水量Q 是设计的主要资料之一和设计的主要对象，决定冷却塔塔体的大小，因此应尽可能地统计准确。按要求，一般为±5 %，但多数是留有适当余地，以适应水量增加的需要。
冷却水温（Δt ）
进冷却塔的热水温度为t 1 ，经冷却后的出塔水温为t 2 ，则水的冷却温度Δt =t 1 -t 2 。Δt 的大小决定于塔的形式和大小、采用的通风方式和填料等。应由生产工艺根据水所冷却的设备和产品的特性，经热工计算后确定。最重要的是确定生产工艺过程的最佳温度t 0和冷却塔出水温度t 2 ，如果t 0 确定后，选择较低的t 2 值，则可使热交换设备尺寸减小，而使冷却塔尺寸增大；如果增大t 2 值或t 2 值不变，增大t 0 -t 2 值，则使t 0 值升高，对生产或产品造成不利影响。
气象参数
1. 干球温度θ（℃）。
2. 湿球温度τ（℃）或相对湿度。
3. 大气压力P （m m H g 或atm ）。
4. 风速（m／s）、风向。
5. 冬季最低气温。
空气干、湿球温度是冷却塔热力计算的主要依据之一，各地的气象参数不同（却θ与τ不同）。故按不同的地方（区）冷却塔设计采用的θ和τ也不同。相同的是：θ与τ均以近期连续不少于5 年，每年最热时间的3 个月频率为5 %～10 %的昼夜平均θ与τ作为依据。
淋水填料的试验与运行资料
主要是淋水填料的热力特性和阻力特性，以便按经验公式（或图表）计算容积散质系这些计
冷却塔设计计算内容
冷却塔的设计计算内容应包括热力计算、配水系统水力计算、通风阻力计算及塔体结构计算等。由于塔体结构（主要是钢结构）专门由搞结构工程技术人员设计计算，故这里不进行讨论。
热力计算
热力计算的任务
1. 已知水负荷和热负荷，在特定的气象条件下，根据冷却要求，确定冷却塔的淋水面积及所需要的淋水装置的冷却表面积或一定结构的淋水装置容积。
2. 已知冷却塔的各项条件，验收在给定的水负荷、热负荷及气象条件下，冷却后水的温度或淋水密度。
热力计算的基本方法
热力计算分为理论计算法和经验计算法两种。理论计算法按冷却过程方程式求解，方法有：近似积分法、梯形近似积分法、抛物线积分法和平均焓差法。主要是近似积分法和平均焓差法。如第6 章所述，这两种热力计算方法已作了较为详细的论述，包括横流塔的平均焓差法热力计算方程，并附有热力计算实例。在水温差Δt ＜ 15 ℃时，可采用平均焓差法计算，当Δt ≥ 15 ℃时，为满足精度，可采用近似积分法计算。
经验计算方法是根据实际的试验资料，主要是各种淋水装置（填料）的热力特性和阻力特性，编制成经验冷却曲线及公式进行计算。
理论计算与经验计算的过程和计算公式的应用。
公司成品仓库内冷却塔图片
