CN102168923A - 人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置 - Google Patents

Abstract

一种人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置，利用喷头将水喷洒在树叶叶面时形成水雾、水膜及水滴时可大大增加与空气接触面积，提高蒸发传质散热和温差传导散热效果的原理，可使空调、制冷系统的冷却水有效降温。人造喷水冷却树可与景观水池、音乐喷泉、庭园绿化等设施组成既可为冷却水降温，又可美化建筑环境的装置。与目前大量使用的冷却塔相比，具有不需风机电耗、噪声低、可美化环境、可兼作消防水池、可回收空调凝结水、节水、节能等优点。

Description

人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置

本发明属于空调、制冷冷却水技术领域。

空调、制冷系统的冷却水用量很大，若升温后直接排放，不仅会引起对环境的热污染，还浪费宝贵的水资源，因此在实际工程中，通常采用可降低水温的冷却设备来循环利用冷却水。目前最为常用的冷却水降温设备是冷却塔，冷却塔主要通过蒸发及温差传热的过程来实现循环冷却水的降温。

本发明的目的在于提供可替代冷却塔的装置，该装置既能满足空调、制冷系统循环冷却水的降温要求，又能美化和改善建筑环境，为我国绿色生态城市的建设作出贡献。

本发明是通过如下技术措施来达到替换传统冷却塔为空调循环冷却水降温的目的：

1人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置的基本构造：

(1)内部设有冷却水管及各种出水喷头的人造树(以下称为人造喷水冷却树)；

(2)与建筑环境相协调的景观水池；

(3)人造树安装基座及人造消声植物。

(4)循环水进出水系统。

2发明所依据的技术原理：

(1)本发明装置能使循环冷却水降温所依据的原理：蒸发传质散热(最主要的散热方式，水蒸发为气体需要大量的气化潜热)和温差传导散热。

冷却水在装置中的降温过程描述如下：

不同种类的人造树树叶接受喷头喷出的水(33～37℃)后，在叶面上成水膜或水滴状，使得冷却水的表面积增大数倍，在室外空气(湿球温度低于水温)的自然吹动下，空气与水膜、水滴及水池水面形成热交换，由于蒸发传质散热、温差传导散热的作用而使水温降低；树叶的作用相当于冷却塔中的淋水填料，能增加水与空气的接触面积和延长接触时间。可根据循环水量的大小来配置树的棵数、树的高度、树叶的层数与密度、喷头的数量等。

冷却水在人造树中的流动状态：需要冷却的热水从喷嘴洒出，淋往上层叶面上形成水膜流动，大部分下坠后形成水滴再淋至下一层叶面形成新的水膜流动，如此循环至最下一层叶面脱离后成水滴状落下，其中一部分顺叶茎流至树枝及树干成水膜状下落至树根后流入池中，另一部分则先经过藤生植物，在掉入消声草皮后汇入集水池中。

循环冷却水的降温幅度可按3～6℃计算。

(2)喷头的类型可根据建筑物所在地的室外风速、温湿度及水池大小选用喷雾型、水膜型、及淋水型。

(3)由于该装置设在地面，建筑内地面以上的空调末端设备所产生的15～18℃(远低于降温后30～32℃的冷却水)的凝结水都可回收利用，既节水又节能。

(4)装置的散热量主要由二部分组成：

A蒸发散热量Qz

Qz＝γ·ξ(Pw-Pa)·F  (10³J/h)                (式1)

式中：Qz-蒸发散热量 (10³J/h)；

γ-水的汽化潜热     (10³J/kg)；

P_w-与水温相应的水面饱和水蒸气分压力(kPa)；

Pa-与水温相应的水面饱和水蒸气分压力(kPa)；

ξ-分压力差的蒸发散质系数[kg/(m²·h)]；

F-水与空气的接触面积(m²)。

B传导散热量Q_c

Q_c＝α·(tw-ta)·F  (10³J/h)                (式2)

式中：Q_c-传导散热量   (10³J/h)；

α-温差引起的传导散热系数[10³J/(m²·h·℃)]；

t_w-水的温度(℃)；

ta-空气温度(℃)；

F-水与空气的接触面积(m²)。

冷却塔存在的问题：

(1)目前空调、制冷系统循环冷却水降温所用的冷却塔，一般需放置在屋面或室外地面。冷却塔通常为圆形或长方形，由于冷却塔体型庞大，造型很难与建筑物的外观相协调，常常破坏建筑或小区外观，其高度受到严格控制。且机械通风型冷却塔的风机不仅耗电，其噪声常常对建筑周边用户形成较大干扰。因此其设置位置常常成为建筑师与暖通工程师难以处理的一个问题。

(2)传统冷却塔的风机需要配电线路与电机，有引起火灾烧毁冷却塔甚至建筑物的隐患，因此其塔体材料必须采用阻燃型，故其造价往往较高。

(3)由于造型难看需要隐蔽，冷却塔所处的位置常因通风不好而影响冷却效果。

(4)传统冷却塔的风机在运行中要消耗一定的电力；

(5)易飘水而造成冷却水的损失。

人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置除了为空调、制冷系统的循环冷却水降温的基本作用外，还具备如下优点：

(1)不需风机电耗，噪声低；

(2)造型优美、布置方式灵活，树的高度与数量可根据景观要求灵活调整；

(3)可根据冷却量的大小，增减树叶叶面的层数与数量；

(4)可与音乐喷泉、夜间灯光等组合，适应环境的整体美化要求；

(5)一池两用，有较好的经济性。集水池的蓄水量一般都可按大于消防水池的要求设计，因此可兼作消防水池；另外，集水池建在冷却树的周围，可有效收集下落或因风吹飘落的水滴。

(6)由于集水池设在地面，建筑内地面以上的空调末端设备所产生的15～18℃(远低于降温后30～32℃的冷却水)的凝结水都可倚靠重力经管道回收后，集中引至集水池出水口处进入循环冷却水系统，既节水又节能。

(7)由于水池、喷水装置及绿树造型能起到美化、改善建筑环境和营造绿色生态建筑的作用，对当前推行绿色生态城市的建设，具有良好的意义。

附图1是人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置的剖面示意图

图中：[1]为人造喷水冷却树；[2]为冷却水进水管；[3]为冷却水出水管；[4]为水过滤器；[5]为安装底座；[6]为支墩；[7]为水池壁；[8]为水池水面；[9]为喷泉设备；[10]为池边景观植物(真树)。

附图2是人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置的俯视示意图。

附图3人造喷水冷却树大样图。

图中：[1]为树干；[2]为树叶；[3]为冷却水进水干管；[4]为冷却水进水支管；[5]为顶置旋转喷头；[6]为安装在树枝中的喷头；[7]为消声用藤生植物；[8]为消声草坪。人造喷水冷却树为本装置的核心部件。其中，树干、树叶、消声用藤生植物及消声草坪均为人造植物产品，水管、喷头、控制阀门等是隐蔽安装。喷头的类型可以结合散热量、景观造型和树形及树叶叶面等特点，选择水膜型、喷雾型、或喷洒水滴型。

人造喷水冷却树、集水池、安装支座、冷却水进出水管及出水过滤器为基本构件。人造喷水冷却树位置处于集水池中部，集水池的大小与深度可根据循环冷却水的流量及景观要求确定；池中的配套喷泉设备与池边景观植物(真树)也是根据景观设计要求确定，但不是必需构件。

本发明的实施可按下列要求进行：

(1)根据空调、制冷系统的冷却水量及进出水温差确定散热量；

(2)根据散热量、气象参数与景观设计要求确定人造喷水冷却树的造型(树的种类)、数量、树高、树叶面积大小数量及层数(根据实际试验获得的各种人造树叶面的热力特性和阻力特性资料，编制成经验冷却曲线及公式进行计算)、冷却水进干管与支管管径、喷头类型与数量；

(3)根据景观面积、冷却水量、室外风速、风向、人造喷水冷却树的数量确定集水池的尺寸、形状、深度、出水过滤器要求、各构件的安装位置；

(4)根据人造喷水冷却树的数量确定安装支座及其安装方式；

(5)人造喷水冷却树的树干(含冷却水干管)、及树枝(含支管)需在工厂组装完成，喷头及树叶可在现场安装。树型建议选择树叶面较宽大、水膜易形成的大叶榕树、菩提树或芭蕉树等；

(6)根据景观设计要求确定池中的配套喷泉设备与池边景观植物(真树)；

(7)整体景观的平、剖面布置可参照附图1与附图2进行设计。

Claims (2)

1.一种人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置，其特征是将冷却水管、喷头及控制阀内置于人造树中构成人造喷水冷却树，并与集水池、安装支座、冷却水进出水管及出水过滤器等构件组成景观组合型空调、制冷冷却水冷却降温装置。

2.根据权利要求1所述的人造喷水冷却树景观型冷却水组合装置，其特征是以人造喷水冷却树为主体，可与景观水池、音乐喷泉、庭园绿化等设施组成既可为冷却水降温，又可美化建筑环境的装置。

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