新標準下冷水機組與冷卻塔選型及匹配方法探討

冷卻塔是利用空氣和水的直接或間接接觸來冷卻水的裝置。水與空氣的直接接觸稱為濕(或開式)冷卻塔,水與空氣的間接接觸稱為干(或閉)冷卻塔。本文主要討論了常用的濕式冷卻塔。
為了使冷水機組與冷卻塔匹配運行,有兩種方法:一是根據(jù)冷水機組的冷卻水進出口溫度標準選擇冷卻塔,二是根據(jù)冷卻塔的進出口溫度標準選擇冷水機組。
注:(1)選用方形橫流塔,填料系數(shù)相同,各型號設計條件相同。
(2) 冷卻塔模型對應的冷卻水量為進出水溫度37/32℃,濕球溫度28℃時的處理量。
顯然,增加冷卻塔的型號需要很大的成本:初期投資的增加、未來維護成本的增加、安裝面積的增加或安裝面積的不足,使得項目無法實施。由于冷卻水溫度還受當?shù)厥彝饪諝鉂袂驕囟鹊南拗?,有時即使采取“雙塔”措施,也不能滿足冷水機組冷卻水進水溫度30℃的要求。
如采用方法2,則按冷卻塔進出水溫度標準選用冷水機組。當冷負荷不變,冷卻水流量和進出水溫差不變時,冷卻水出口水溫(32℃)高于冷水機組的標準工況值(30℃),從而降低冷水機組的效率。制冷量達不到樣品的標示值,制冷機在正常的可變條件下運行。
我們來分析一下制冷量的變化。以本工程應用廣泛的蒸汽壓縮制冷循環(huán)為例,如圖1所示,1-2-3-4-1為飽和循環(huán)過程;實際循環(huán)為1'-2'-3'-4'-1'再生循環(huán)(為簡單計算,假設蒸發(fā)器和冷凝器的過程壓力相等,考慮一定的吸力過熱和絕熱節(jié)流)。其中1-1'過程過熱,兩個狀態(tài)點壓力相同,記為P1=P1';1'狀態(tài)點溫度T1'過熱;1'-2'為絕熱壓縮過程,記為等熵壓縮;2'-2-3-3'為冷凝器制冷劑等壓冷卻冷凝;3-3'是過冷的;3-4和3'-4'是絕熱節(jié)流過程,記錄為H3=H4和H3'=H4'。
實際循環(huán)的單位質量冷卻能力由熱功率計算,如下所示:
不同制冷劑的單位質量制冷量不同。當制冷劑為R22、R123、R134a、R407C和R410A時,冰箱的空調條件為:蒸發(fā)溫度5℃,蒸汽過熱溫度15℃。當制冷劑為R717時,冰箱空調條件為:蒸發(fā)溫度5℃,蒸汽過熱溫度10℃。
查飽和制冷劑的熱力學性質表(或壓焓圖),得到冷凝溫度下飽和液體的比焓H3;查飽和制冷劑的熱力學性質表(或壓焓圖),得到蒸發(fā)溫度下(如標準條件下為5℃時)的飽和蒸汽壓力P1;檢查過熱蒸汽的熱力學性質表(或壓力焓圖),由P1’=P1和T1’=過熱蒸汽溫度得到H1’。