在循環冷卻水系統中，降低水溫的設備或構筑物稱為冷卻設備或冷卻構筑物，也可稱為循環水冷卻設施。

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

1. 密閉式循環水冷卻系統

密閉式循環冷卻水系統中，水密閉循環，并交替冷卻和加熱，不與空氣直接接觸。其主要設備為密閉式冷卻塔，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，從而使管內的熱水得到冷卻。

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

2. 敞開式循環冷卻水系統

敞開式循環冷卻水系統，根據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（自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔）等。

這里對水面冷卻構筑物的冷卻池（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，通過蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱來降低水溫。但主要是蒸發散熱，其次是對流傳熱，輻射散熱很小，有時忽略不計。

水面冷卻構筑物包括熱水排放口、取水口和冷卻水面。設計水面冷卻構筑物時，應考慮熱水排入對環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的海域不應用于水面冷卻；江、河、湖泊、水庫等地面水水體的環境水溫變化，應符合國家標準《地面水環境質量標準》（GB 3838）的規定。

影響水面冷卻的因素為：

（1）水域范圍內的地貌、水文、水面面積、水源、幾何形狀、生態。

（2）氣溫、相對濕度、水面綜合散熱系數、風向、風速、自然水溫等。

（3）熱水排水口與取水口工程平面布置、形式、尺寸及設計深度。

（4）排入水域的熱負荷。

（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理論公式、經驗公式、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散熱的冷卻理論為基礎，根據傳熱和傳質的關系及冷卻過程中熱量與含濕量的平衡而推導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，應根據設計任務、性質、條件、塔型、設計資料等決定。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、應用較普遍。平均焓差法在溫差（Δt ）小于15 ℃時，計算結果較為精確（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。當計算條件*相同時，辛普森法較梯形法更為精確。但是當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，其精確性被認為僅次于辛普森法，相對誤差小。

經驗計算法

經驗計算方法是根據實際冷卻塔的試驗資料，按主要因素之間關系編制經驗冷卻曲線或經驗公式來進行計算。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系等，都可以根據同樣結構的冷卻塔實測經驗曲線來表示。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，其相應的體積為dv。

方程式（6-18）是按蒸發散熱量=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，空氣參數雖然有兩個（θ和P q ），反映這兩個參數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系，求解水溫t 和空氣焓i 。此法具有簡化計算的優點，稱麥克爾法，國內外廣泛應用，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，一般采用經驗式。

含濕量差容積散質系數βxv 的求定

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

在塔的尺寸和填料一定時，βxv 是下列因素的函數：

式中　gk——空氣流量密度gk =γmWm（kg／（m2·s））；

γm——冷卻塔內平均空氣密度，γm =0.98γ1（kg／m3 ）在機械通風冷卻塔計算中用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速（m／s）；

q——淋水密度（kg／（m2·s））；

A、m、n——試驗常數，取決于淋水裝置構造、形式及尺寸等。

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

冷卻塔的設計與計算

冷卻水量

冷卻水量Q 是設計的主要資料之一和設計的主要對象，決定冷卻塔塔體的大小，因此應盡可能地統計準確。按要求，一般為±5 %，但多數是留有適當余地，以適應水量增加的需要。

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、采用的通風方式和填料等。應由生產工藝根據水所冷卻的設備和產品的特性，經熱工計算后確定。zui重要的是確定生產工藝過程的*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，對生產或產品造成不利影響。

氣象參數

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. 風速（m／s）、風向。

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之一，各地的氣象參數不同（卻θ與τ不同）。故按不同的地方（區）冷卻塔設計采用的θ和τ也不同。相同的是：θ與τ均以近期連續不少于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。

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，以便按經驗公式（或圖表）計算容積散質系這些計

冷卻塔設計計算內容

冷卻塔的設計計算內容應包括熱力計算、配水系統水力計算、通風阻力計算及塔體結構計算等。由于塔體結構（主要是鋼結構）專門由搞結構工程技術人員設計計算，故這里不進行討論。

熱力計算

熱力計算的任務

1. 已知水負荷和熱負荷，在特定的氣象條件下，根據冷卻要求，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構的淋水裝置容積。

2. 已知冷卻塔的各項條件，驗收在給定的水負荷、熱負荷及氣象條件下，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Δt ≥ 15 ℃時，為滿足精度，可采用近似積分法計算。

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

理論計算與經驗計算的過程和計算公式的應用。