冷却塔设计选型与降噪处理

2023-05-10 14:56:27

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冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的设备。是以水为循环冷却剂，从一个系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内温度，制造冷却水可循环使用的设备。

关于冷塔却塔的课件，暖通南社已多次发布（点击以下课件名即可跳转），如：

…等等一系列全面的课件供大家学习参考，这里不再重复，之所以再发这次课件主要再重温次冷却塔的设计与选型及降噪处理，帮助大家更深刻了解冷却塔。

冷却塔的结构组成及功能：

支架和塔体：外部支撑；

填料：为水和空气提供尽可能大的换热面积；

冷却水槽：位于冷却塔底部，接收冷却水；

收水器：回收空气流带走的水滴；

进风口：冷却塔空气入口；

百叶窗：平均进气气流，保留塔内水分；

淋水装置：将冷却水喷出；

风机：向冷却塔内送风；

轴流风扇用于诱导通风冷却塔；

轴流/离心风扇用于强制通风冷却塔。

冷却塔的选型

应测量的参数：空气湿球温度、空气干球温度、冷却塔进水温度、冷却塔出水温度、排气温度、泵和电机运行参数、水流速度、空气流速；

运行参数：冷却水温差、冷幅、效率、冷却塔容量、补给水量、冷却水流量、选型、冷却塔选型设计问题。

1.冷却水温差

入口温度—出口温度

大温差 = 高性能

2.冷幅：冷却塔出水温度与入口空气湿球温度的差值：小冷幅 = 高性能

3.效率：

4. 冷却塔容量

冷却塔容量单位为“千卡每小时”或者“冷吨”。

冷却塔容量=冷却水质量流量×水的比热容×温差。

大容量=高性能

5.补给水量计算

蒸发损失水量（E）

E = Q/600 =（T1-T2）×L/600

E 代表蒸发水量 (kg/h) ；

Q代表热负荷(Kcal/h)；

600代表水的蒸发潜热(Kcal/h)；

T1代表入水温度(℃)；

T2代表出水温度(℃)；

L代表循环水量(kg/h)。

飞溅损失水量（C）：冷却塔之飞溅损失量依冷却塔设计型式、风速等因素决定之。一般正常情况下，其值约等于循环水量的0.1~0.2%左右。

定期排放水量损失（D）：定期排放水量损失须视水质或水中固体浓度等因素决定之。一般约为循环水量之0.3%左右。

M=E+C+D

蒸发损失水量（E），飞溅损失水量（C），定期排放水量损失（D）。

冷却塔用于空调时，温度差设计在5℃，此时冷却塔所须之补给水量约为循环水量的2%左右。

6.冷却水流量

K·Q=C·M·ΔT

K：估算系数

Q：机组最大制冷量

C：水的比热容

ΔT：供回水温差

M：冷却水质量流量

压缩式制冷机组最大制冷量的1.3倍；

吸收式制冷机组（溴化锂）制冷量的2.5倍。

例题：一项用一台640RT冷水机组的工程冷却塔水流量和补水量。

补水量m=M·2％=140kg/s·2％=2.8kg/s

1、冷却塔耗能的决定因素：风机功率，冷却水流量，冷却水补水量？

2、冷却塔的温度工况，什么温度下效率经济型好？

冷却塔的进水温度根据使用情况的不同有所不同，例如中央空调冷凝器的出水温度一般为30-40℃，而冷却塔的出水温度一般为30℃。冷却塔理想冷却温度（回水温度）最佳温度为高于湿球温度2-3℃，这个值叫“逼近度”，逼近度越小，冷却效果越好，冷却塔越经济。

3、开式和闭式对比

开式：首期的投入比较的少，但是运营成本较高（水耗、电耗）。

闭式：本设备适合在干旱、缺水、沙尘暴频发地区等恶劣环境中使用。能冷却介质多水、油类、醇类、淬火液、盐水及化学液等多种介质，介质无损耗和成份稳定。能耗低。

缺点：闭式冷却塔造价为开放式塔的三倍。

冷却塔降噪处理

冷却塔噪声的评价指标

目前，对冷却塔噪声有两种不同的评价指标，其一为针对冷却塔设计和生产厂家的国家产品标准GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997《玻璃纤维增强塑料冷却塔》，标准对不同循环水量与型号的产品规定用户的国家标准GB3096-2008《声环境质量标准》，标准对不同环境区域规定了最高声级。

冷却塔噪声治理现状

如果企业按照GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997的最高限值生产冷却塔，所有产品都不能满足国标GB3096—2008对于二类以下地区夜间噪声≤45~50dB(A)的要求，只有少数几种低吨位超低噪声型号的冷却塔可以满足少部分区域夜间噪声标准的要求。

目前冷却塔的降噪措施并非行之有效，如声屏障对于低频波的绕射无能为力，隔声罩会阻碍气流流动导致热湿交换不良，对宽频噪声吸声效果差等，这使得冷却塔的噪声控制日益受到人们的重视。

因此，冷却塔周围的居民和政府的环保部门依据国家环境噪声标准GB3096—2008要求冷却塔用户对冷却塔产生的噪声污染治理。

冷却塔噪声声源冷却塔噪声源主要由以下４个部分组成：

１）风机进排气噪声；

２）淋水噪声；

３）风机减速器和电动机噪声；

４）冷却塔水泵、配管和阀门噪声。

声源属性：噪声源为落水区下的巨大圆形水面，为塔内冷却落水对池水的大面积连续的液体间撞击产生的稳态水噪声；是机械噪声、空气动力噪声、电磁噪声之外的一种特殊噪声。

声源特征

声源声级：80dB（A）左右。

频谱：音频分布呈高频（1000－16000 Hz）及中频（500－1000Hz）成分为主的峰形曲线；峰值位于4000Hz左右。

声速：c＝340m/s。

波长：λ＝c／f；1.36m（250 Hz）～0.02 m（1000 Hz），以0.085m（4000 Hz）为主。两个最主要噪声源风机噪音：声波长，穿透能力强，声音衰减不明显，治理困难。

空气在冷却塔顶导流管内产生湍流和摩擦激发的压力扰动，产生噪声，同时桨叶与空气作用产生振动向外辐射噪声，风机的空气动力噪声是主要声源。

两个最主要噪声源落水噪音：主要为高频，治理较为容易。

冷却塔的循环水经填料层自由下落到落水槽，所产生冲击噪声。的强度与落水速度的平方成正比。测量的结果表明落水的A声级噪声达到70dB，这属于冷却塔需治理的噪声源之一。

声波的距离衰减规律落水噪声随距离的衰减特性符合半球面波在传播过程中随着能量分布的扩大而衰减的规律，其“点声源” 的距离衰减规律为距离每增加一倍声能衰减 6dB。用公式表达即为： L₁－L₂= 20 lg（r₂／r₁）

式中：L₁，L₂——离声源边缘由近及远二个测点的声级值，dB；

r₂／r₁——远、近二个测点分别到声源边缘的距离之比。

当 r₂／r₁＝2时，lg（r₂／r₁）＝0.3010，于是 L₁－L₂= 20 lg（r₂／r₁）＝6 dB。

冷却塔为“点声源”的起始位置

根据已有距离衰减实测资料，分析各起始位置d（视进风口为声源边缘）的规律可知，视冷却塔为“点声源”的起始位置d可用下式估算：

d＝a1/2/4

式中：a——冷却塔面积，m²。

以目前我国常见范围的 2000 m²的冷却塔为例，其“点声源”起始位置d点（以进风口底缘为起点）为11.18 m。由此可见，设在离塔（以进风口底缘为起点）12 m以外的噪声测点基本上都可将所有的冷却塔视为“点声源”

如按“点声源”的距离衰减规律即距离每增加一倍声能衰减 6dB计，则50m处的声级应分别为 65.7及 71.ldB（A）：100 m处的声级应分别为 59.7及65.ldB（A）；200 m处的声级应分别为53.7 及 59.ldB（A），220 m处的声级用公式推算则应分别为52.9及58.3 dB（A）。这就是噪声影响范围（力度）的大致评估，它包含了目前常见的各类大小塔型范围。借助此法，我们便可根据 10－25 m处（各塔与其塔型大小相应的“点声源”起始位置）以远测点实测所得声级，评估各种塔型（单塔）的噪声影响范围（力度）。但这只是一种理想条件下的简便、粗略的评估方法。

降噪原理

声波在传播过程中遇到障碍时，就会发生反射、透射和绕射三种现象。声屏障就是在声源与受声点之间插入一个设施，用以隔断并吸收声源到达受声点的直达声波，使部分声波受阻反射，部分声波则经吸收衰减后通过屏体透射（极小）和屏顶绕射等附加衰减形式到达受声点，达到减轻受声点的噪声影响、取得降噪效果的目的。

风机低频噪音治理：

消声器选择非常重要，一般消声器对中低频噪音效果不明显，抗性消声器治理效果好，但频率选择性十分强，所以一般选择阻抗复合式消声器。

阻抗复合消声器是指将声吸收和声反射恰当地组合起来的消声器。它同时既有阻性消声器消除中、高频噪声和抗性消声器消除低、中频噪声的特性，具有宽频带的消声效果。

落水高频噪声治理

治理相对容易，但要注意隔音治理同时避免影响散热性能的发挥，虽然消声器和消声百叶可以大幅降噪，但要合理设计，及设计时要综合考虑散热性能和动力性能。结构不合理就达不到降噪目的，流阻太大会影响冷却塔工作，降低制冷能力：动力性能设计不好也会增加阻力，甚至会产生混响噪声，所以治理过程中要综合考虑。

几种常见的冷却塔降噪方法

声导流片法（消声弯头）

消声导流片法及特点在冷却塔进风口安装消声导流片，通过消声导流片的消声作用，来减少冷却塔噪声对外界的影响，也称为消声器法。理论及试验表明其降噪量可以达到35dB(A)，甚至更高；在降噪量15—2OdB(A)时，与声屏障造价相当，在20dB(A)以上降噪量时是唯一可选方案；结构紧凑，不占建筑物额外场地，基本无须维护。

消声导流片法（消声弯头）

隔声屏障一般设计为距冷却塔进风口的距离大于冷却塔进风口高度，屏障高度等于屏障到进风口的距离。降噪效果一般在10-15dB(A)，理论上降噪量可2OdB(A)左右，但存在着声波绕射问题，在声影区范围内降噪量较好，绕射区和声亮区降噪效果较差，因此实际工程上很难将其影响区内噪声降低20dB(A)；对通风影响不大，维护比较简单；建设声屏障的技术要求不高，但对结构要求相当高，并且投资成本随着高度的增加成倍增加；

隔声屏障法及特点：

隔声屏障

声屏障的结构可分为地上和地下二部分，地上部分为厚约 20 cm的屏蔽声波的巨型、连续板式立面（包括斜撑），其顶部为扇形吸声体或内倾式遮檐；地下部分则为承重、抗倾覆（风荷载）的基础。

声屏障的降噪效果声波遇到屏障发生的绕射现象会减弱声屏障的隔声作用，而绕射能力与声波的频率有关，所以声屏障的降噪效果与声波的频率即波长的关系很大。声屏障对于波长短、不易绕射的高频波的屏蔽作用十分显著，可以在屏障后面形成很长的声影区；而对于波长、具有很强绕射能力的低频波的屏蔽作用则十分有限。当然，也可以通过加高屏障的办法来削弱绕射声波对受声点的影响。由于声屏障对高频声波产生明显有效的屏蔽作用，而冷却塔落水噪声的频谱以中高频成分为主，所以采用声屏障可以取得一定的降噪效果。

声屏障的降噪效果以声影区中紧挨屏障的局部区域为最好，最高可达 25 db

声影区以外的降噪声级则由于中频绕射声波的到达而有所反弹，但对于高频波而言，衰减量一般还可达到 10－15dB。

然而由于冷却塔落水噪声中尚含有中频成分，所以其降噪效果会有折扣。对于建筑外受声点来说，为取得满意的降噪效果，在不影响进风的前提下，尚应通过加大屏障高度调节之。

安装隔声屏障时主要注意的是隔声屏障离冷却塔百叶进风口的距离在1m左右以保冷却塔换气进风口不受阻，从而使冷却塔冷却效果更好。

为防止噪声绕射而影响消声导流片的声学效果，可以在消声导流片附近安装一定长度的声屏障，起到辅助降噪作用。

落水消声法及特点：即在冷却塔底部水面以上安装落水消能降噪材料，从源头着手降低噪声源。降噪效果一般在6—10dB(A)；初次投资较少，对通风散热没有影响；缺点是降噪量较少，部件易损坏，维护工作量大，需要持续投入，并还可能引起凝汽器管子堵塞的问题。

“落水消能降噪器” 以六角蜂窝斜管为主体形式，层高18cm，由竖向导入段、无声擦贴斜段、粘滞减速斜段、疏散洒落挑流段等四个功能段组成。

消声垫	弹簧减振器

弹簧减震器的选型方法：

1.弹簧减震器荷重范围选择

设备运转重量M * 130% /减震器安装数量N=弹簧减震器载重范围；

例：风机运转重量为：5吨重；单台风机需要安装4个弹簧减震器；求单个弹簧减震器的载重是多少？

依公式可得：5000公斤 * 130% /4 = 1625公斤

根据弹簧减震器的参数，弹簧减震器规格参数即可找到适合该台冷却塔使用的弹簧减震器规格。

2.设备安装弹簧减震器数量的确定：

具体办法如果设备厂家有提供此数据，则依厂方规定；一般情情况下减震器安装间隔不超过2M,依此可计算出弹簧减震器安装数量，考虑到设备的稳定性，每个冷却塔的减震设计为4个。

3.弹簧减震器类型的选择：

大部分情况下，弹簧减震器的功能和作用都是一样的，不同类型的减震器的差别在于外形结不同而已。限制型弹簧减震器简单介绍如下：

限制型弹簧减震器的结构特点在于设有限制减震器高度的装置，这一特点有利于应用在机器运转重量变化较大的设备，避免减震器安装后，机器的高度发生较大变化，而引起设备某些结构受到破坏。例：冷却水塔、水冷机组等大型设备。

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