在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，降低水溫的設(shè)備或構(gòu)筑物稱為冷卻設(shè)備或冷卻構(gòu)筑物，也可稱為循環(huán)水冷卻設(shè)施。

按水冷卻方法，分為自然冷卻法和機械冷卻法；按循環(huán)水是否與空氣直接接觸，可分為密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，簡要分述以下：

1. 密閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)

密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，水密閉循環(huán)，并交替冷卻和加熱，不與空氣直接接觸。其主要設(shè)備為密閉式冷卻塔，基本原理是依靠向被冷卻的水管噴灑水滴，由被冷卻水管表面水膜的蒸發(fā)而把熱水傳至管壁的熱量帶走，流動空氣與管壁的接觸也起到了對流散熱作用，從而使管內(nèi)的熱水得到冷卻。

密閉式循環(huán)系統(tǒng)的特點是介質(zhì)潔凈、冷效高、噪聲低。適用于要求介質(zhì)潔凈的電子、食品、醫(yī)藥和空氣污染嚴(yán)重的冶金（如安徽馬鞍山鋼鐵公司）、紡織和礦山等單位。因密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相對來說，用的較少，故這里不作進一步介紹。
 

2. 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，根據(jù)需要降溫的熱水與空氣接觸的控制方法的不同，可分為水面冷卻構(gòu)筑物（水庫、湖泊、海灣、河道、人工冷卻池），噴水冷卻池和冷卻塔（自然通風(fēng)冷卻塔和機械通風(fēng)冷卻塔）等。

這里對水面冷卻構(gòu)筑物的冷卻池（含噴水冷卻池）、河道冷卻、海灣冷卻作概要介紹，重點論述冷卻塔。

3. 影響水面冷卻的因素

水面冷卻是利用與空氣接觸的水體表面，通過蒸發(fā)散熱、對流傳熱和輻射傳熱來降低水溫。但主要是蒸發(fā)散熱，其次是對流傳熱，輻射散熱很小，有時忽略不計。

水面冷卻構(gòu)筑物包括熱水排放口、取水口和冷卻水面。設(shè)計水面冷卻構(gòu)筑物時，應(yīng)考慮熱水排入對環(huán)境的影響和冷卻水體的綜合利用。屬于*類和第二類海水水質(zhì)的海域不應(yīng)用于水面冷卻；江、河、湖泊、水庫等地面水水體的環(huán)境水溫變化，應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838）的規(guī)定。

影響水面冷卻的因素為：

（1）水域范圍內(nèi)的地貌、水文、水面面積、水源、幾何形狀、生態(tài)。

（2）氣溫、相對濕度、水面綜合散熱系數(shù)、風(fēng)向、風(fēng)速、自然水溫等。

（3）熱水排水口與取水口工程平面布置、形式、尺寸及設(shè)計深度。

（4）排入水域的熱負(fù)荷。

（5）外水注入、排放的水量與溫度。

冷卻塔的熱力計算可按蒸發(fā)理論公式、經(jīng)驗公式、計算圖表等進行。

理論公式計算法

理論公式計算法是以蒸發(fā)散熱的冷卻理論為基礎(chǔ)，根據(jù)傳熱和傳質(zhì)的關(guān)系及冷卻過程中熱量與含濕量的平衡而推導(dǎo)出的冷卻過程方程式。冷卻過程方程式的求解方法有多種。常有以下幾種計算法：

1. 辛普森近似積分法。

2. 梯形近似積分法。

3. 拋物線積分法。

4. 平均焓差法。

采用何種計算方法，應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)、性質(zhì)、條件、塔型、設(shè)計資料等決定。其中平均焓差法計算比較簡單，能滿足計算精度，不少試驗資料又多用此法整理，而且逆流塔、橫流塔均適用，故采用較多、應(yīng)用較普遍。平均焓差法在溫差（Δt ）小于15 ℃時，計算結(jié)果較為精確（不超過3 %～3.5 %）； 但在較大溫差時，相對誤差增大，可能達到10 %～ 60 %。

辛普森近似積分法和梯形近似積分法計算時，水溫差Δt 的溫度間隔劃分越小越能達到較高精度。當(dāng)計算條件*相同時，辛普森法較梯形法更為精確。但是當(dāng)Δt 較大、計算溫度間隔劃分過小時，這兩種方法計算過程均較繁瑣，因此相對采用較少。

拋物線積分法適用于各種溫差條件下的冷卻計算，計算方法也較簡便，其精確性被認(rèn)為僅次于辛普森法，相對誤差小。

經(jīng)驗計算法

經(jīng)驗計算方法是根據(jù)實際冷卻塔的試驗資料，按主要因素之間關(guān)系編制經(jīng)驗冷卻曲線或經(jīng)驗公式來進行計算。冷卻塔所需要的淋水面積計算以及冷卻塔與其他特征尺寸之間的比例關(guān)系等，都可以根據(jù)同樣結(jié)構(gòu)的冷卻塔實測經(jīng)驗曲線來表示。故這些曲線和公式都有其特定的使用條件。

變量分析法

變量分析法分為三個變量和兩個變量分析法。

1. 三個變量分析法（t 、θ、P q ）

取冷卻塔中淋水填料中某一微小高度dz （見圖6-1）進行分析，其相應(yīng)的體積為dv。

方程式（6-18）是按蒸發(fā)散熱量=空氣潛熱γ0X 的增加得來的。

方程式（6-19）是按總散熱量=水熱量的減少得來的。

因三個變量法要用三元一次聯(lián)立微分方程求解，而且是非線型方程，計算非常繁瑣和困難，因此一般不采用。

2. 兩個變量分析法（t 、i ）

兩個變量法是用參數(shù)焓（i ）來代替空氣溫度θ和分壓力P q 。在冷卻塔中，空氣參數(shù)雖然有兩個（θ和P q ），反映這兩個參數(shù)變化的還有空氣的相對濕度、含濕量X 等，都是反映空氣中“熱”的變化。麥克爾（Merkel）引用“焓”的概念，建立了焓差方程，利用焓差方程和水溫降低的熱量平衡關(guān)系，求解水溫t 和空氣焓i 。此法具有簡化計算的優(yōu)點，稱麥克爾法，國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，故主要介紹麥克爾的焓差法。

 冷卻塔的性能

冷卻塔不同類型的淋水裝置熱力特性和阻力特性是通過試驗測得的，一般采用經(jīng)驗式。

含濕量差容積散質(zhì)系數(shù)βxv 的求定

βxv 反映淋水裝置散熱能力，取決于填料的材料、 構(gòu)造、尺寸、布置、高度等，也與水力條件（淋水密度q）、空氣動力條件（風(fēng)量）、水溫（t）及氣象因素（θ·τ）等有關(guān)。

在塔的尺寸和填料一定時，βxv 是下列因素的函數(shù)：

式中　gk——空氣流量密度gk =γmWm（kg／（m2·s））；

γm——冷卻塔內(nèi)平均空氣密度，γm =0.98γ1（kg／m3 ）在機械通風(fēng)冷卻塔計算中用γ1代替γm已滿足精度；

γ1——進冷卻塔空氣密度（kg／m3）；

Wm——淋水裝置整個斷面上的空氣風(fēng)速（m／s）；

q——淋水密度（kg／（m2·s））；

A、m、n——試驗常數(shù)，取決于淋水裝置構(gòu)造、形式及尺寸等。

系數(shù)A和冪數(shù)指數(shù)m、n 對于一定的淋水裝置來說是常數(shù)，見表6-3、表6-4。設(shè)計中應(yīng)考慮設(shè)計條件與試驗條件的差別，盡可能采用與設(shè)計塔條件相同或相似的實際使用塔的測定資料進行設(shè)計。當(dāng)缺乏實際塔的測定資料時，常采用試驗塔的試驗資料設(shè)計，但應(yīng)對試驗塔的試驗資料進行修正，修正系數(shù)可取0.8～1.0 ，視試驗塔與設(shè)計塔的具體不同條件而定。

冷卻塔的設(shè)計與計算

冷卻水量

冷卻水量Q 是設(shè)計的主要資料之一和設(shè)計的主要對象，決定冷卻塔塔體的大小，因此應(yīng)盡可能地統(tǒng)計準(zhǔn)確。按要求，一般為±5 %，但多數(shù)是留有適當(dāng)余地，以適應(yīng)水量增加的需要。

冷卻水溫（Δt ）

進冷卻塔的熱水溫度為t 1 ，經(jīng)冷卻后的出塔水溫為t 2 ，則水的冷卻溫度Δt =t 1 -t 2 。Δt 的大小決定于塔的形式和大小、采用的通風(fēng)方式和填料等。應(yīng)由生產(chǎn)工藝根據(jù)水所冷卻的設(shè)備和產(chǎn)品的特性，經(jīng)熱工計算后確定。zui重要的是確定生產(chǎn)工藝過程的*溫度t 0和冷卻塔出水溫度t 2 ，如果t 0 確定后，選擇較低的t 2 值，則可使熱交換設(shè)備尺寸減小，而使冷卻塔尺寸增大；如果增大t 2 值或t 2 值不變，增大t 0 -t 2 值，則使t 0 值升高，對生產(chǎn)或產(chǎn)品造成不利影響。

氣象參數(shù)

1. 干球溫度θ（℃）。

2. 濕球溫度τ（℃）或相對濕度。

3. 大氣壓力P （m m H g 或atm ）。

4. 風(fēng)速（m／s）、風(fēng)向。

5. 冬季zui低氣溫。

空氣干、濕球溫度是冷卻塔熱力計算的主要依據(jù)之一，各地的氣象參數(shù)不同（卻θ與τ不同）。故按不同的地方（區(qū)）冷卻塔設(shè)計采用的θ和τ也不同。相同的是：θ與τ均以近期連續(xù)不少于5 年，每年zui熱時間的3 個月頻率為5 %～10 %的晝夜平均θ與τ作為依據(jù)。

淋水填料的試驗與運行資料

主要是淋水填料的熱力特性和阻力特性，以便按經(jīng)驗公式（或圖表）計算容積散質(zhì)系這些計

冷卻塔設(shè)計計算內(nèi)容

冷卻塔的設(shè)計計算內(nèi)容應(yīng)包括熱力計算、配水系統(tǒng)水力計算、通風(fēng)阻力計算及塔體結(jié)構(gòu)計算等。由于塔體結(jié)構(gòu)（主要是鋼結(jié)構(gòu)）專門由搞結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員設(shè)計計算，故這里不進行討論。

熱力計算

熱力計算的任務(wù)

1. 已知水負(fù)荷和熱負(fù)荷，在特定的氣象條件下，根據(jù)冷卻要求，確定冷卻塔的淋水面積及所需要的淋水裝置的冷卻表面積或一定結(jié)構(gòu)的淋水裝置容積。

2. 已知冷卻塔的各項條件，驗收在給定的水負(fù)荷、熱負(fù)荷及氣象條件下，冷卻后水的溫度或淋水密度。

熱力計算的基本方法

熱力計算分為理論計算法和經(jīng)驗計算法兩種。理論計算法按冷卻過程方程式求解，方法有：近似積分法、梯形近似積分法、拋物線積分法和平均焓差法。主要是近似積分法和平均焓差法。如第6 章所述，這兩種熱力計算方法已作了較為詳細(xì)的論述，包括橫流塔的平均焓差法熱力計算方程，并附有熱力計算實例。在水溫差Δt ＜ 15 ℃時，可采用平均焓差法計算，當(dāng)Δt ≥ 15 ℃時，為滿足精度，可采用近似積分法計算。

經(jīng)驗計算方法是根據(jù)實際的試驗資料，主要是各種淋水裝置（填料）的熱力特性和阻力特性，編制成經(jīng)驗冷卻曲線及公式進行計算。

理論計算與經(jīng)驗計算的過程和計算公式的應(yīng)用。