密閉式冷卻塔

密閉式冷卻塔（也叫蒸髮式空冷器）將管式換熱器置於塔內，通過流通的空氣、噴淋水與循環水的熱交換保證降溫效果。由於是閉式循環，其能夠保證水質不受污染，很好的保護了主設備的高效運行，提高了使用壽命。外界氣溫較低時，可以停掉噴淋水系統，起到節水效果。推著國家節能減排政策的實施和水資源的日益匱乏，近幾年密閉式冷卻塔在冶金、航空、電力、化工、機械、石油、食品、塑料、橡膠等等行業得到了廣泛的應用。

北方地區冬季氣溫通常在零度以下，密閉式冷卻塔的運行防凍問題日益突出，如果解決的不好，可能凍壞換熱管或冷卻塔其他部件。根據不同的工藝特點，斯頻德密閉式冷卻塔有的冬季全天運行，有的部分時間段運行，有的幾乎不用。但都需要考慮防凍問題。

1、冬季基本不用的場合防凍措施

如果在冬季密閉式冷卻塔不需要運行，停機時，須將噴淋水和內部循環水排空。荏原公司的CXW系列冷卻塔在換熱器的設計上採用立體傾斜式結構，確保了流水暢通和排空乾淨。換熱器頂部設有氣閥結構，必要時可以通入壓縮空氣輔助排空。

2、部分時間段運行的場合防凍問題

密閉式冷卻塔的防凍有兩部分：噴淋水系統和內部循環水系統（軟化水）。

噴淋水系統的防凍問題通常在積水盤內增加電加熱器，一般在噴淋水低於5℃時開啟，8℃以上停掉。溫度探頭將信號傳遞至控制櫃，自動控制電加熱器的啟停。電加熱器的功率選擇依據循環水量和外界氣溫確定。

內部循環水系統的防凍可以加乙二醇溶液或者增加電加熱設備。乙二醇溶液的配方可以諮詢我公司。

對於較大的冷卻系統場合，可以考慮挖水池將噴淋水入其內，能夠節約因電加熱運行的耗電費用，還可以在水池內投放藥品，改善噴淋水的水質。

3、常年運行的場合防凍問題

常年運行的密閉式冷卻塔，如果配有電控系統，可能會因主系統的負荷變化帶來冷卻塔台數運行的變化，所以也需要考慮防凍的問題。

隨著科學技術的不斷發展，密閉式冷卻塔必然會迎來更大的發展和應用空間。

在開放式冷卻塔中，冷卻水與空氣直接接觸，所以使用過一段時間后，冷卻水會有污垢現象產生，不易清洗，進而管路堵塞，設備傳熱效果下降。密閉冷水塔則可避免這一情況，管內之工作流體不與空氣直接接觸，保持了工作流體的清潔。

密閉式冷卻塔源於蒸發冷卻器，始於上個世紀中期，隨著化工、冶金、電子工業的發展，才逐漸開始被應用。對於蒸發冷卻技術，早在公元前250年，古埃及人就己經懂得利用水分蒸發進行供冷。上個世紀，世界各國對蒸發冷卻技術也進行過多方面的研究，到了70年代，能源危機的出現使得蒸發冷卻技術的應用逐步得到重視。在80年代，當發現對人類生存構成巨大威脅的災難性氣候都和空調製冷行業有關以後，蒸髮式冷卻技術等利用自然條件取得冷量的被動式供冷技術得到了迅速發展。美國人ASHRAE為此成立了名為“蒸發冷卻”的技術委員會，旨在提倡應用蒸發冷卻技術，收集並出版蒸發冷卻系統的應用、安裝、運行與維護數據，發布規範、標準，肯定並獎勵對蒸發冷卻的研究，以此來推廣蒸發冷卻設備在全世界的應用。

Parker和Treyball基於忽略蒸發到冷卻空氣中的水量，假設在常溫下將飽和空氣的焓看作溫度的線性函數，從蒸髮式冷卻器的管內介質傳熱、傳質性能出發，闡述了蒸髮式冷卻器的傳熱、傳質機理，並通過實驗得到了傳熱膜係數的關聯式。

Mazushina對蒸發冷卻器的熱力計算，提出可假定管外噴淋水溫度恆定或者認為噴淋水膜溫度變化的計算方法，並在編著的熱交換器手冊中詳細地介紹了一套換熱器的設計計算方法。

Webb將冷卻塔、蒸髮式冷凝器和蒸髮式冷卻器三者的理論模型統一起來，水膜的傳熱係數和通過水膜傳遞給空氣的傳質係數分別用不同的係數表示。隨後，Webb和Villacres用三個運演演算法則和計算模型來描述和分析了冷卻塔、流體冷卻器和蒸髮式冷凝器。

Peterson採用數值模擬的方法來分析間接蒸發冷卻，但數值模擬與實驗測試數據的比較表明模型對一些運行條件下系統能量的節約和系統特性的準確預測存在一定的缺陷。在這種條件下，Peterson推薦使用試驗數據得來的相關係數來獲得必要的設計與特性依據。

Wo Jciech Zalewski提出一種水與空氣以逆流形式來冷卻盤管中流體的數學模型，並通過運用傳熱和傳質之間的類比來得到傳質係數。JorgeFacao對一個小型密閉式冷卻塔進行了傳熱傳質測試，擬合傳熱過程關聯式，得出的熱質傳遞關係式與簡化的理論模型比較吻合。

國內在蒸發冷卻技術方面的研究也做了一些工作，包括蒸發冷卻理論的研究、密閉式冷卻塔的性能試驗研究等。

劉乃玲等人以要求換熱面積最小、阻力最小為限制條件，對閉式冷卻塔的管式蒸發冷卻器的結構優化進行了研究，分析了結構參數對管式蒸發冷卻器的面積及風機和水泵能耗的影響。

李子鈞等人以各種逆流密閉式冷卻塔換熱模塊為研究對象，分析不同情況下的淋水溫度分佈，並提出了一套熱力計算方法。

劉晶分析了密閉式冷卻塔冷卻過程的換熱機制，建立了穩態換熱模型，並根據解析求解結果編製穩態換熱模擬程序，利用該程序對密閉式冷卻塔內部流體溫度和焓值分佈進行模擬計算，將塔內流體的出口參數的理論計算結果與實測數據進行比較，最大誤差在9%以內，證明了該結果的可靠性。

趙芳平研究了密閉式冷卻塔中通過對中央空調冷卻水系統的清洗和水質處理，來提高換熱效率，防止和減少腐蝕，延長空調的使用壽命。

牛潤萍等人主要研究空氣焓值、含濕量、冷卻水溫等的分佈情況，通過對閉式冷卻塔內部換熱機理的研究，建立數學模型而得到解析解來探討對閉式冷卻塔性能的影響規律。李永安等人則利用所建的小型實驗台對空調系統用密閉式冷卻塔的各項性能指標進行測試，通過對密閉式冷卻塔的熱工性能模擬以及空氣入口參數，空氣質量流量，噴淋水量等參數的研究對冷卻塔性能的影響，得到了冷卻盤管空氣阻力計算式。

劉東興等人，分析了空氣和水的熱、質交換過程，在遵循能量守恆和物質守恆定律基礎上，建立了逆流密閉式冷卻塔淋水填料熱、質交換的數學模型。利用迭代法，通過計算機程序求解模型，並進行了實驗驗證。研究結果表明：數學模型計算所得到的計算值與實驗測量值進行比較，偏差在0.25%以內。

游江等人基於CFD軟體和逆流密閉式冷卻塔相關理論，對氣流運動採用標準k-ε湍流模型，填料區、雨區和盤管區採用離散相模型計算，對填料區的膜狀流動用滴狀流動近似模擬。模擬分析了淋水密度和環境條件對冷卻塔熱力特性的影響，並分析得到了使冷卻塔性能達到最優的無量綱參數氣水比的取值，得到如下結論：淋水密度和環境條件對逆流密閉式冷卻塔的換熱效果影響很大。

周文淵等人提出了一種新型結構的密閉型濕式冷卻塔，冷卻水與噴淋水通過銅管換熱，且在冷卻塔中布置塑料管增加空氣和噴淋水的傳質面積，噴淋水和空氣在銅管和塑料管表面進行熱質交換。並且基於一維瞬態數學模型，考察了該冷卻塔在不同運行條件下的性能，並與傳統閉式冷卻塔進行比較，得到了關於這種新的密閉型濕式冷卻塔的可行性的結論。

傳統逆流塔有不少優點，但也存在空氣流通截面小、流量小、流動阻力大等不足，這會影響冷卻效果。因此，如能在逆流塔中增加空氣流通截面積並且還能改善傳熱傳質，那麼，這種逆流閉式冷卻塔將會是更有競爭力的塔形。

此結構是在閉式冷卻塔的上部布置填料、下部布置管束，在冷卻塔中部的兩個側面開進風口，空氣從這兩個側面進風口進入冷卻塔後分兩路，一路向上流過填料從冷卻塔頂部排出，一路向下流過管束，然後從排風通道向上流動，從冷卻塔頂部排出，這個排風通道位於未開進風口的兩個側面。在冷卻塔中，噴淋水自上而下流動，管束內要被冷卻的流體自下而上流動。這樣，管束中空氣的流動與管內被冷卻流體的流動成逆流流動，填料中空氣與噴淋水成逆流流動。這種中部進風、上下雙向流動的全逆流流動方式，可以增加空氣的流通面積，降低空氣迴流的可能性，增大噴淋水和流體之間、空氣和噴淋水之間傳熱傳質的平均溫差或焓差，熱交換的能動勢能維持在一個合理的區間，從而提高傳熱傳質效果、減少管束面積、降低成本。同時此塔在盤管區空氣與噴淋水設置為同向流動，有效的防止了“氣堵”現象的發生，克服了普通逆向流動時阻力損失大的缺點。