蒸發(fā)式冷卻塔的合理排布是大型制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的內(nèi)容,冷卻塔在運(yùn)行時(shí)需要大量空氣, 工程設(shè)計(jì)中既要保證周圍有充足的空間來(lái)滿足冷卻塔的熱工要求, 又要考慮減小對(duì)周邊環(huán)境的影響, 這兩者如何能有機(jī)結(jié)合是冷卻塔設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

工程概況

本工程位于上海市中心, 由兩棟超高層塔樓、一棟高層酒店以及配套裙房組成, 裙房共6 層, 連接兩棟塔樓。共有14 臺(tái)蒸發(fā)式冷卻塔設(shè)置在裙房屋面, 單臺(tái)散熱量為1784 kW( 高速) / 1070 kW( 低速) , 排風(fēng)量為118 m3 /s, 循環(huán)水量為300 L/s,設(shè)備A 聲級(jí)噪聲為75dB。

冷卻塔布置的設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目冷卻塔系統(tǒng)的特點(diǎn)是:

1) 設(shè)備數(shù)量眾多, 但排布空間有限;

2) 蒸發(fā)式冷卻塔需要大量進(jìn)、排風(fēng), 為滿足制冷效果需減小空氣回流的影響;

3) 機(jī)組運(yùn)行噪聲高, 需限制其對(duì)周邊建筑的影響;

4) 排熱量高, 需防止產(chǎn)生大量的“白煙”( 飄逸的水汽) 。上述幾點(diǎn)之間相互關(guān)聯(lián)又互相制約, 下面就以如何合理解決以上幾點(diǎn)的思路來(lái)進(jìn)行論述。

解決空氣回流、干擾問(wèn)題

濕空氣對(duì)冷卻塔的影響分為回流和干擾兩部分, 回流是指從冷卻塔排出的熱濕空氣混入冷卻塔的進(jìn)風(fēng)中, 干擾是指進(jìn)塔空氣中混入部分其他塔中排出的熱濕空氣。這兩種情況都將使進(jìn)入塔內(nèi)空氣的比焓增加, 冷卻塔本身的冷卻效果降低。為*大限度地減少回流, 就要綜合考慮周圍的建筑、機(jī)組自身性能和主導(dǎo)風(fēng)向等多種因素。

1.模型建立

為滿足整個(gè)項(xiàng)目制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求, 在工程設(shè)計(jì)中對(duì)屋面冷卻塔室內(nèi)通風(fēng)速度場(chǎng)分布和室外周邊環(huán)境進(jìn)行了CFD 模擬計(jì)算, 以保證工藝性通

風(fēng)設(shè)計(jì)的合理性。

1. 1 模擬計(jì)算選用AirPak 數(shù)值軟件, 模擬工況分為: 1) 在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí), 冷卻塔室內(nèi)速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)分布; 2) 室外風(fēng)環(huán)境以及冷卻塔所在建筑整體進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)是否存在回流、干擾現(xiàn)象。

1. 2 模擬工況模型、模擬參數(shù)的設(shè)置。圖1, 2 為14 臺(tái)冷卻塔參照CAD 圖搭建的設(shè)計(jì)工況下CFD 模擬計(jì)算用的物理模型。

表1 為模擬參數(shù), 參照有關(guān)冷卻塔進(jìn)、出風(fēng)口壓差計(jì)算值, 并考慮消聲器、防 “白煙”盤管對(duì)冷卻塔性能的影響后, 以冷卻塔1 為例, 設(shè)定進(jìn)、排風(fēng)口參數(shù)。

2 模擬計(jì)算結(jié)果

1) 通過(guò)對(duì)冷卻塔室內(nèi)通風(fēng)速度場(chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算, 在設(shè)計(jì)工況( 風(fēng)量118m3 /s) 下, 同時(shí)考慮了各種可能的因素對(duì)冷卻塔性能的影響, 發(fā)現(xiàn)冷卻塔運(yùn)行性能可達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2) 在考慮了室外氣象條件和建筑周邊環(huán)境后, 發(fā)現(xiàn)由于冷卻塔通風(fēng)系統(tǒng)中排風(fēng)口( 正壓) 與進(jìn)風(fēng)口( 負(fù)壓) 之間存在壓力差, 同時(shí)受到室外風(fēng)環(huán)境的影響, 在進(jìn)、排風(fēng)口之間易發(fā)生氣流回流現(xiàn)象。氣流回流量與進(jìn)、排風(fēng)口之間的壓差成正比, 與阻力成反比, 即Q = f ( △p /λ) 。若壓差改變, 或改變風(fēng)口之間的沿程或局部阻力λ, 氣流回流量Q將隨之變化。由表2 測(cè)試結(jié)果可知, 回流量受室外氣象條件和建筑周邊環(huán)境的影響明顯, 需要加大出風(fēng)口的風(fēng)速和調(diào)整出風(fēng)口風(fēng)向。

3 改進(jìn)方法

如果加大出風(fēng)口的風(fēng)速, 設(shè)備的功率將進(jìn)一步提高, 消聲器也將增大, 這樣冷卻塔的效率就沒(méi)法保證; 由于空間有限, 調(diào)整出風(fēng)口風(fēng)向也較難實(shí)現(xiàn)。

*終設(shè)計(jì)采用了取消進(jìn)風(fēng)消聲器, 更改出口消聲器為錐形出口消聲器, 同時(shí)再增加一個(gè)進(jìn)風(fēng)面的方法來(lái)解決這一矛盾。進(jìn)風(fēng)消聲器的取消雖然增大了一些室內(nèi)場(chǎng)的噪聲,但是卻使兩臺(tái)設(shè)備之間有了更大的進(jìn)風(fēng)空間, 從而保證了進(jìn)風(fēng), 同時(shí)也避免了進(jìn)一步增大風(fēng)機(jī)功率。錐形出口消聲器使出風(fēng)更具流線性, 保證排出的空氣高于周邊建筑和設(shè)備, 使回流減至*少。增加一個(gè)進(jìn)風(fēng)面使得室外場(chǎng)的空

氣能更均勻地進(jìn)入室內(nèi)場(chǎng), 減少形成渦流的可能性。圖3 是14 臺(tái)冷卻塔改進(jìn)后CFD 模擬計(jì)算用的物理模型。表3 為改進(jìn)后的邊界條件設(shè)置。表4 為改進(jìn)后的測(cè)試結(jié)果。

4 解決對(duì)周邊建筑的噪聲問(wèn)題

冷卻塔噪聲的產(chǎn)生取決于該建筑的空調(diào)負(fù)荷以及室外的濕球溫度,設(shè)計(jì)選擇了上海氣象站7月份的氣候資料,此月是溫度*高、空調(diào)負(fù)荷*大的階段。

4. 1 共有14 臺(tái)風(fēng)機(jī), 每臺(tái)帶有3 個(gè)雙速電動(dòng)機(jī),依據(jù)建筑空調(diào)負(fù)荷和濕球溫度的變化, 有幾種高、低速風(fēng)機(jī)的組合方式, 為盡量減少能源消耗和達(dá)到較低的噪聲級(jí)別, *有效的控制方法是先啟動(dòng)足夠多的風(fēng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)直到滿足要求的回水溫度為止,如果溫度再升高, 就再開啟1 臺(tái)風(fēng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)所有風(fēng)機(jī)都低速運(yùn)行仍然不能滿足空調(diào)負(fù)荷要求時(shí), 則每次轉(zhuǎn)換1 臺(tái)風(fēng)機(jī)到高速運(yùn)行, 直到滿足要求為止。