1.本發(fā)明涉及一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，屬于能源技術領域。

背景技術：

2.很多工業(yè)過程、商業(yè)中心及數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生大量熱量，如果不及時排熱降溫，輕則產(chǎn)生舒適性問題，重則影響產(chǎn)品及服務質量，更嚴重地甚至可能會引發(fā)安全事故。通常，可采用中、大型空調系統(tǒng)實現(xiàn)降溫控濕。而在使用中、大型空調系統(tǒng)的同時，往往也會在其冷凝側伴隨使用冷卻塔。冷卻塔是一種由電力驅動的、利用循環(huán)水和空氣的接觸和蒸發(fā)吸熱來實現(xiàn)對空調系統(tǒng)冷凝管路降溫排熱的設備。

3.隨著近年來制冷技術的飛速發(fā)展，例如磁懸浮離心式壓縮機的研發(fā)應用，空調系統(tǒng)的主機功耗在總體能耗中的比例逐漸降低。但冷凝散熱部分，因風機、水泵的效率提升幅度并不大，使得其在總體能耗中的比例逐漸提高。以集中式空調系統(tǒng)為例，其冷卻水系統(tǒng)消耗的能量約占總功耗的1/4(《制冷與空調》2021,21(4):66)。冷卻塔與大自然冷空氣的熱交換效率、散熱途徑流暢度是決定中央空調整個系統(tǒng)運行效率的最關鍵因素之一(《廣州通信技術，2020,40(7):71》)。對于數(shù)據(jù)中心而言，空調系統(tǒng)能耗約占總能耗的40％～50％(《建筑節(jié)能》2020,18(11):28)。某通信公司的數(shù)據(jù)中心僅冷卻塔一項電費已超過60萬元/年(《智慧建筑》2020(5):35)。我國每年用于冷卻塔的電能約400億kwh(《科技經(jīng)濟導刊》2019,27(9):81)，降低冷卻塔的能耗，具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

4.當前市售冷卻塔的主力產(chǎn)品多為定轉速、需勤維護型產(chǎn)品，對于變運行工況的適應能力不強，導致可節(jié)能潛力很大。近年來，領域內的冷卻塔節(jié)能升級改造與研發(fā)思路，多是朝著更替或加裝節(jié)能型零部件、降低結構復雜度、提高系統(tǒng)可靠性、遠程診斷等方向發(fā)展。從總體節(jié)能效果來看，仍需要進一步的發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

5.為解決現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，在使用前進行防水性能檢測，檢測合格方可使用，保證冷卻塔的正常運行。

6.本發(fā)明的技術方案是：一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，包括如下四項聯(lián)合實施的措施：降低驅動風機能耗、降低機械傳動損失、降低風道流阻、提高環(huán)境檢測能力，客戶層面的軟、硬件兼容性完善。

7.所述降低驅動風機能耗，具體為：使用轉速在50rpm～500rpm間可動態(tài)調節(jié)的永磁同步電動機取代冷卻塔中常用的三相異步電動機來驅動風機，所述永磁同步電動機的永磁體內嵌于由硅鋼合金堆疊而成轉子鐵芯之中，具有防渦流損耗能力、能夠克服致命的掃堂短路問題；降低電機熱損耗，采用新設計的集中繞組、端部無相間搭接結構，降低端部發(fā)熱量至少30％；以及采用環(huán)氧灌封加浸漆二次處理技術，有效裹覆繞組，熱傳導增強至少8％；所述降低機械傳動損失，具體為：增設專用變頻器，可在輸出頻率10hz～200hz范圍內動態(tài)調節(jié)電機轉速，電機轉速50rpm～500rpm，使得冷卻塔電能消耗與機組負荷及環(huán)境溫度間良

好匹配；所述降低風道流阻，具體為：設計電動機雙層密封結構，并增涂電動機防水防腐涂層，性能不低于ip56等級，防止因外界環(huán)境高溫、潮濕、水質等環(huán)境因素帶來的性能衰減。

8.所述永磁同步電動機與冷卻塔風機直連。

9.所述永磁同步電動機為內置式，距離出口風最大下沉距離50cm，縮短永磁同步電動機與風機之間的傳動軸。

10.所述提高環(huán)境檢測能力，具體為：實施多測點、互校驗的檢測技術，所述多測點包括6

?

10個溫度監(jiān)測點，2個濕度監(jiān)測點，2

?

4個壓力監(jiān)測點，3

?

6個流量監(jiān)測點，2

?

4個電流監(jiān)測點，2個液位監(jiān)測點，2個振動監(jiān)測點，2個噪音監(jiān)測點，所述檢測點將動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時反饋給中央控制系統(tǒng)下位機，如果同類型檢測數(shù)據(jù)的誤差在5％

?

10％之間，或數(shù)據(jù)相互矛盾，即相對誤差＞10％，則立即報告?zhèn)鞲衅鞒鲥e；如果同類型檢測數(shù)據(jù)能相互佐證校驗，即相對誤差≤5％，則可作為實施自動調控的數(shù)據(jù)依據(jù)，實現(xiàn)機組輸出與負荷需求間的動態(tài)匹配運行。

11.所述客戶層面的軟、硬件兼容性完善，包括保質保量地布局參數(shù)監(jiān)測儀器儀表、提供計算機和手機雙平臺的基于面向對象化理念所設計的上位機人機交互界面、以及協(xié)調匹配下位機控制邏輯與控制程序執(zhí)行器件；建立云數(shù)據(jù)平臺，通過無線傳輸技術，利用云消息通道將實時檢測數(shù)據(jù)

?

客戶端

?

客服端鏈接起來，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻塔運行處于高能耗模式，甚至是產(chǎn)生安全隱患，能及時發(fā)出預警，要求及時進行人工干預、調正。

12.本發(fā)明的有益效果是：能夠降低冷卻塔的運行能耗；能夠降低冷卻塔的結構復雜度；能夠提高冷卻塔的使用舒適度。

附圖說明

13.圖1為一種使用內置永磁同步電動機驅動風機的冷卻塔頂部圖；

14.圖2為一種使用外置三相異步電動機驅動風機的冷卻塔頂部圖；

15.圖3為一種永磁同步電機內永磁體

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硅鋼片

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空氣槽

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轉軸對應關系示意圖。

16.圖中：1、冷卻塔體，2、冷卻塔上端蓋，3、出風口整流罩，4、永磁同步電動機，5、上托架，6、風機葉片，7、直連結構，8、電纜線，9、三相異步電動機，10、電機上罩，11、皮帶套，12、連接軸，13、永磁體，14、硅鋼合金片，15、楔形隔熱空氣槽，16、轉軸。

具體實施方式

17.下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明：

18.實施例1

19.圖1示出一種使用內置永磁同步電動機驅動風機的冷卻塔三維結構。

20.通過聯(lián)合實施以下四項核心措施：包括降低驅動風機能耗、降低機械傳動損失、降低風道流阻、和提高環(huán)境檢測能力，再輔以軟、硬件兼容性完善，從而實現(xiàn)機組節(jié)能的目的。

21.所述降低驅動風機能耗措施：使用轉速在50rpm～500rpm間可動態(tài)調節(jié)的永磁同步電動機1來驅動風機，調節(jié)精度為2.5rpm。所述永磁同步電動機的轉子由轉子鐵芯、永磁體13、轉軸16、隔熱空氣槽15等組成。所述轉子鐵芯是由百組硅鋼合金片14堆疊而成，永磁體13內嵌于轉子鐵芯14之中。其結構附圖3所示。該結構的特點在于：其一，能防止產(chǎn)生渦流損耗；其二，可保證磁鋼不與定子的交變磁場直接接觸，降低退磁風險；其三，可有效保護磁

鋼，避免外部磕碰沖擊對磁鋼造成損傷，且即使磁鋼出現(xiàn)崩裂等問題，也不會引起致命的掃膛短路問題，從而確保電機在較長的使用壽命周期內能效不顯著衰減。所述永磁同步電動機4還具有雙層密封結構，增涂電動機防水、防腐涂層。在40℃潮濕環(huán)境中，向電動機實施噴淋自來水，電動機沒有進水現(xiàn)象，其轉速、能效均未出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。對所述電動機實施降低熱損耗技術，包括采用新設計的集中繞組、端部無相間搭接結構，降低端部發(fā)熱量45％以上；以及采用環(huán)氧灌封加浸漆二次處理技術，有效裹覆繞組，增強熱傳導10％。為所述永磁同步電機增設專用變頻器，可在頻率10hz～200hz范圍以最高分辨率1hz實施輸出頻率調節(jié)，從而對應地，電動機轉速在50rpm～500rpm范圍內以2.5rpm的最高調節(jié)精度予以響應。所述變頻器安置于冷卻塔機組落地式控制柜內，其輸入電路與控制系統(tǒng)下位機通過屏蔽電纜線連接，其輸出電路與永磁同步電機電源盒內對應接線柱連接。通過永磁同步電機與變頻器的配合使用，可以展現(xiàn)出風機調速精度高、調速比大、運轉平穩(wěn)等特點。此外，永磁同步電動機在變頻器的配合下可實施軟啟動，啟動噪音降低10分貝。以上所述各措施同時實施時，以本實施案例中所選用的30kw永磁同步電動機為例，在環(huán)境濕球溫度28℃條件下，相教于同功率傳統(tǒng)三相異步電動機，永磁同步電機全負荷運轉的節(jié)能效果約15％。

22.所述降低機械傳動損失措施：本發(fā)明所使用的永磁同步電機4的優(yōu)選轉速范圍300rpm～500rpm，剛好與冷卻塔對風機轉速需求匹配，因而可將永磁同步電動機4與冷卻塔風機通過直接結構7直接相連。于是，便可取消減速皮帶傳動裝置。而且相應地，也一并取消了皮帶套12、皮帶輪、減速軸承、軸承座及連接軸12。所述直連方法能有效避免機械傳動效率損失，傳動效率可提高8％，運轉噪音降低2分貝。還能夠因減少使用零件而降低制造和維護過程所帶來的能耗。

23.所述降低風道流阻措施：本實施案例中電動機安裝位置是距離出口風下沉20cm處的上托架5上。對上托架5進行強度分析，結果顯示上托架5的變形量僅為1/1600，遠優(yōu)于標準要求的1/300。內置式電動機結構相比于外置式電動機結構的益處是：位于冷卻塔出風口整流罩3正上方的皮帶傳動裝置被取消、上托架5也由外置改為內置，因而可直接減少空氣流動通道上的風阻，相同功率時電動機功耗降低10％。進一步地，因皮帶傳動裝置被取消、上托架5也由外置改為內置，此時覆蓋在出風口整流罩3上的遮網(wǎng)的網(wǎng)孔分布地更加均勻，從而使得出風的發(fā)散問題有效得到控制。此外，電動機內置后，不再需要專門設置電動機保護罩10，降低制造和維護過程所帶來的能耗。

24.所述提高環(huán)境檢測能力措施：本實施案例中采用了多參量、多測點、互校驗的檢測技術，準確掌握冷卻塔內運行情況、冷卻塔外大氣情況以及二者的匹配情況。所述溫度檢測點布置6個(熱電阻，

±

0.15℃)，其中3監(jiān)測點布置在被冷卻介質換熱器的入口、中間段和出口位置；另外3個被布置在冷卻塔體1迎風面、出風口整流罩3側壁、以及冷卻塔填料區(qū)。所述濕度檢測點2個(

±

3％rh)布置在冷卻塔體1迎風面和冷卻塔填料區(qū)。所述流量監(jiān)測點3個，布置在被冷卻介質管路中(液相，

±

1.5％)、冷卻塔風道中(氣相1個，

±

2.5％)以及水管中(液相，

±

1％)。所述壓力傳感器1個(

±

2.5％)布置在冷卻塔體1迎風面和冷卻塔出風口外。所述電流檢測點2個(

±

2％)，布置在電動機電源線上以及變頻器輸出電纜線上。所述液位檢測點1個(

±

5mm)布置在水箱內。所述振動監(jiān)測點1個(

±

5％)，布置在機組基座上。所述噪音傳感器1個(

±

1db)布置冷卻塔體距離基座約100cm處。將所有監(jiān)測點傳感器獲取的動態(tài)數(shù)據(jù)實時反饋給中央控制系統(tǒng)下位機。所述的中央控制系統(tǒng)下位機選用的是s7

?

200可編程

控制器加em系列數(shù)采集模塊，位于冷卻塔機組落地式控制柜內，其向上與中央控制系統(tǒng)上位機(一體式工業(yè)計算機，ppc

?

3150s)連接，向下與繼電器和交流接觸器相連接，繼電器和交流接觸器再與用電器相連接。

25.當白天環(huán)境濕球溫度28℃，夜間濕球溫度最低達到20℃條件下，相較于三相異步電動機24小時滿負荷運行，如果30kw永磁同步電動機能在夜間低負荷運轉，則機組節(jié)能效果最大可達40％。而且，進一步根據(jù)夜間壞境溫度變化，配合溫控情況下，能降低夜間噪音15分貝。

26.所述需輔以軟、硬件兼容性完善：其特征在于客戶層面與客服層面的聯(lián)動機制。所述客戶層面的軟、硬件兼容性完善包括保質保量地布局參數(shù)監(jiān)測儀器儀表、提供計算機和手機雙平臺的基于面向對象化理念所設計的上位機人機交互界面(組態(tài)軟件)、以及協(xié)調匹配下位機控制邏輯(梯形圖語言編制)與控制程序執(zhí)行器件。所述客服層面的軟、硬件兼容性完善是指建立云數(shù)據(jù)平臺(可通過平臺云數(shù)據(jù)中心，保存5年以上或更長時間的設備運行數(shù)據(jù)，且隨時可瀏覽查看。保障數(shù)據(jù)的安全性)，通過先進無線傳輸技術(5g技術+遠程監(jiān)控)，利用云消息通道將實時檢測數(shù)據(jù)

?

客戶端

?

客服端鏈接起來，一旦傳感器發(fā)聵的數(shù)據(jù)經(jīng)主機判斷可能是冷卻塔運行處于高能耗模式(通過機載中央控制系統(tǒng)判斷)，甚至是產(chǎn)生安全隱患(通過客服數(shù)據(jù)平臺判斷故障原因)，能及時發(fā)出預警(可第一時間通過pc端、移動客戶端獲取故障信息)，要求及時進行人工干預、調正(保障對客戶服務的及時性)。

27.將以上所有節(jié)能方法耦合，實施案例1的經(jīng)濟性分析結果如下：以一臺30kw電機、一臺45kw電機全年24小時運轉的冷卻塔為例。如果使用傳統(tǒng)的冷卻塔，其電費約為52.56萬元/年；而實施本發(fā)明所述的節(jié)能方法后，其電費約為36.79萬元/年。每年可節(jié)約電費15.77萬元。實際機組正式運行半年未出現(xiàn)故障。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。技術特征：

1.一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下四項聯(lián)合實施的措施：降低驅動風機能耗、降低機械傳動損失、降低風道流阻、提高環(huán)境檢測能力，客戶層面的軟、硬件兼容性完善。2.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，所述降低驅動風機能耗，具體為：使用轉速在50rpm～500rpm間可動態(tài)調節(jié)的永磁同步電動機取代冷卻塔中常用的三相異步電動機來驅動風機，所述永磁同步電動機的永磁體內嵌于由硅鋼合金堆疊而成轉子鐵芯之中，具有防渦流損耗能力、能夠克服致命的掃堂短路問題；降低電機熱損耗，采用新設計的集中繞組、端部無相間搭接結構，降低端部發(fā)熱量至少30％；以及采用環(huán)氧灌封加浸漆二次處理技術，有效裹覆繞組，熱傳導增強至少8％；所述降低機械傳動損失，具體為：增設專用變頻器，可在輸出頻率10hz～200hz范圍內動態(tài)調節(jié)電機轉速，電機轉速50rpm～500rpm，使得冷卻塔電能消耗與機組負荷及環(huán)境溫度間良好匹配；所述降低風道流阻，具體為：設計電動機雙層密封結構，并增涂電動機防水防腐涂層，性能不低于ip56等級，防止因外界環(huán)境高溫、潮濕、水質等環(huán)境因素帶來的性能衰減。3.根據(jù)權利要求2所述的一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，所述永磁同步電動機與冷卻塔風機直連。4.根據(jù)權利要求2所述的一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，所述永磁同步電動機為內置式，距離出口風最大下沉距離50cm，縮短永磁同步電動機與風機之間的傳動軸。5.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，所述提高環(huán)境檢測能力，具體為：實施多測點、互校驗的檢測技術，所述多測點包括6

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10個溫度監(jiān)測點，2個濕度監(jiān)測點，2

?

4個壓力監(jiān)測點，3

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6個流量監(jiān)測點，2

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4個電流監(jiān)測點，2個液位監(jiān)測點，2個振動監(jiān)測點，2個噪音監(jiān)測點，所述檢測點將動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時反饋給中央控制系統(tǒng)下位機，如果同類型檢測數(shù)據(jù)的誤差在5％

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10％之間，或數(shù)據(jù)相互矛盾，即相對誤差＞10％，則立即報告?zhèn)鞲衅鞒鲥e；如果同類型檢測數(shù)據(jù)能相互佐證校驗，即相對誤差≤5％，則可作為實施自動調控的數(shù)據(jù)依據(jù)，實現(xiàn)機組輸出與負荷需求間的動態(tài)匹配運行。6.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，所述客戶層面的軟、硬件兼容性完善，包括保質保量地布局參數(shù)監(jiān)測儀器儀表、提供計算機和手機雙平臺的基于面向對象化理念所設計的上位機人機交互界面、以及協(xié)調匹配下位機控制邏輯與控制程序執(zhí)行器件；建立云數(shù)據(jù)平臺，通過無線傳輸技術，利用云消息通道將實時檢測數(shù)據(jù)

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客戶端

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客服端鏈接起來，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻塔運行處于高能耗模式，甚至是產(chǎn)生安全隱患，能及時發(fā)出預警，要求及時進行人工干預、調正。

技術總結

本發(fā)明公開了一種冷卻塔的節(jié)能優(yōu)化方法，屬于能源技術領域。包括如下四項聯(lián)合實施的措施：降低驅動風機能耗、降低機械傳動損失、降低風道流阻、提高環(huán)境檢測能力，客戶層面的軟、硬件兼容性完善。本發(fā)明的有益效果是：能夠降低冷卻塔的運行能耗；能夠降低冷卻塔的結構復雜度；能夠提高冷卻塔的使用舒適度。能夠提高冷卻塔的使用舒適度。

技術研發(fā)人員：高敬璞 魏軍 周穎 任超 于同山 劉媛媛

受保護的技術使用者：大連斯頻德環(huán)境設備有限公司

技術研發(fā)日：2021.07.02

技術公布日：2021/11/2