1.冷却问题

在工业过程和工业设备中会遇到各种各样的冷却问题，如火电厂的冷凝器、冷却塔，化工设备中的洗涤塔，炼油厂的各种油品冷却器，大功率柴油机的润滑油冷却，大电机冷却等。表8-1为采用空冷系统的若干典型例子。

表8-1　采用空冷系统的若干典型例子

续表

空冷式换热器（简称空冷器）是以环境空气作为冷却介质，依靠翅片管扩展传热面积强化管外传热，靠空气横掠翅片管束后的温升带走管内热负荷，达到冷凝冷却管内热流体的目的。它在炼油、化工行业中是主要的工艺设备之一，故其研究备受重视，从其设计、制造、结构改进到其传热机理的研究与试验一直都在进行。

但从传热的角度分析，空气的热焓太低，其比热容仅为水的1/4，在冷却相同的热负荷时，需要的空气质量将是水的4倍。而且水冷比空冷的换热系数高得多，因此对于上述设备和装置的冷却问题，目前大多采用水冷的方式。但是水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，它首先应该用在生活和农业上。例如研究表明，生产1 t小麦需要耗费1000 t的水资源，生产1t玉米需要耗费接近1200 t的水资源，生产1 t稻米需要耗费2000 t的水资源。即使生产一个2 g重的32 M计算机芯片，折算起来也需要32 kg水。因此采用空冷是发展经济和节能的重要举措。

2.空冷与水冷相比较

随着工业的发展，水冷不但使能量消耗量不断增加，而且淡水的消耗量明显增长，大量地提供冷却淡水遇到了困难；此外水冷还存在着设备的腐蚀问题，如矿物质沉淀、水锈蚀等。更重要的是水冷会给环境带来污染，特别是化工中，一旦化工产品泄漏入水体，会造成严重危害，如松花江被污染就是一个典型的例子。即使是热水排入江河湖泊，也会造成所谓“热污染”。它会使水温升高，导致水中含氧量减少，妨碍鱼类生长，加速藻类繁殖，从而堵塞航道，破坏生态平衡。

此外水冷的运行费用也越来越高，因为它包括供水、过滤、废水处理或冷却水回收等费用。

为此人们越来越重视空冷技术应用，它包括采用间接空气冷却方式来回收冷却水，或采用直接空气冷却方式冷却设备。

总结起来，空冷的优点如下：

（1）对环境没有热污染和化学污染；

（2）空气可随意取得，只需很少的辅助设备和费用；

（3）选厂址不受限制；

（4）空气腐蚀性小，不需要除垢和清洗，使用寿命长；

（5）空气的压降仅有10～20 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa），故空气的操作费用低；

（6）空冷系统的维护费用，一般情况下仅为水冷系统的20％～30％；

（7）一旦风机电源被切断，仍有30％～40％的自然冷却能力。

空冷的缺点如下：

（1）由于空气比热容小，且冷却效果取决于干球温度，通常不能把工艺流体冷却到环境温度；

（2）大气温度波动大，风、雨、阳光，以及季节变化，均会影响空冷器的性能，在冬季还可能引起管内介质冻结；

（3）由于空气侧传热系数低，故需要的空冷器面积大；

（4）空冷器不能紧靠大的障碍物，如建筑物、大树，否则会引起热风循环；

（5）要求用特殊工艺制造的翅片管和风机；(www.daowen.com)

（6）有一定的噪声。

水冷的优点如下：

（1）水冷通常能使工艺流体冷却到低于空气温度2～3℃，且循环水在水塔中可被冷却到接近环境湿球温度；

（2）水冷对环境温度变化不敏感；

（3）水冷器结构紧凑，其冷却面积比空冷器冷却面积要小得多；

（4）水冷器可以设置在其他设备之间，如管线下面；

（5）用一般列管式换热器即可满足要求；

（6）无噪声。

水冷的缺点如下：

（1）对环境污染严重；

（2）冷却水往往受水源限制，需设置管线和泵站等设施；

（3）特别对较大的厂，选厂址时必须考虑有充足的水源；

（4）水腐蚀性强，需要进行处理，以防结垢和脏物的淤积；

（5）循环水压高（取决于冷却器和冷水塔的相对位置），故水冷能耗高；

（6）由于水冷设备多，易于结垢，在温暖气候条件下还易生长微生物，附于冷却器表面，常常需要停工清洗；

（7）电源一断，即要全部停产。

3.中国的水资源

目前全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5％，其中70％以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有86％的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26％。目前，全世界有1/6的人口，即10亿多人缺水。专家估计，到2025年世界缺水人口将超过25亿。

我国是一个严重缺水的国家。我国的淡水资源总量为2.8×1012 m3，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第4位。但是，我国的人均水资源量只有2300 m3，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。

2013年全国总用水量6.1834×1011 m3。其中，生活用水占12.1％，工业用水占22.8％，农业用水占63.4％，生态环境补水（仅包括人为措施供给的城镇环境用水和部分河湖、湿地补水）占1.7％。

2013年全国用水消耗总量3.2634×1011 m3，耗水率（消耗总量占用水总量的百分比）为53％。各类用户耗水率差别较大，农业为65％，工业为23％，生活为43％，生态环境补水为80％。2013年全国废污水排放总量7.75×1010 t。废污水排放总量是指工业、第三产业和城镇居民生活等用水户排放的水量，但不包括火电直流冷却水排放量和矿坑排水量。

2013年全国人均综合用水量456 m3，万元国内生产总值（当年价）用水量109 m3。