蒸發(fā)式冷卻塔的合理排布是大型制冷系統(tǒng)設(shè)計中一項重要的內(nèi)容,冷卻塔在運行時需要大量空氣, 工程設(shè)計中既要保證周圍有充足的空間來滿足冷卻塔的熱工要求, 又要考慮減小對周邊環(huán)境的影響, 這兩者如何能有機結(jié)合是冷卻塔設(shè)計的關(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 臺蒸發(fā)式冷卻塔設(shè)置在裙房屋面, 單臺散熱量為1784 kW( 高速) / 1070 kW( 低速) , 排風量為118 m3 /s, 循環(huán)水量為300 L/s,設(shè)備A 聲級噪聲為75dB。

冷卻塔布置的設(shè)計思路

本項目冷卻塔系統(tǒng)的特點是:

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、排風, 為滿足制冷效果需減小空氣回流的影響;

3) 機組運行噪聲高, 需限制其對周邊建筑的影響;

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的思路來進行論述。

解決空氣回流、干擾問題

濕空氣對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風中, 干擾是指進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、機組自身性能和主導(dǎo)風向等多種因素。

1.模型建立

為滿足整個項目制冷系統(tǒng)的設(shè)計要求, 在工程設(shè)計中對屋面冷卻塔室內(nèi)通風速度場分布和室外周邊環(huán)境進行了CFD 模擬計算, 以保證工藝性通

風設(shè)計的合理性。

1. 1 模擬計算選用AirPak 數(shù)值軟件, 模擬工況分為: 1) 在設(shè)計工況下運行時, 冷卻塔室內(nèi)速度場、壓力場分布; 2) 室外風環(huán)境以及冷卻塔所在建筑整體進風和排風是否存在回流、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 臺冷卻塔參照CAD 圖搭建的設(shè)計工況下CFD 模擬計算用的物理模型。

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

2 模擬計算結(jié)果

1) 通過對冷卻塔室內(nèi)通風速度場分布進行計算, 在設(shè)計工況( 風量118m3 /s) 下, 同時考慮了各種可能的因素對冷卻塔性能的影響, 發(fā)現(xiàn)冷卻塔運行性能可達到設(shè)計標準。

2) 在考慮了室外氣象條件和建筑周邊環(huán)境后, 發(fā)現(xiàn)由于冷卻塔通風系統(tǒng)中排風口( 正壓) 與進風口( 負壓) 之間存在壓力差, 同時受到室外風環(huán)境的影響, 在進、排風口之間易發(fā)生氣流回流現(xiàn)象。氣流回流量與進、排風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, 需要加大出風口的風速和調(diào)整出風口風向。

3 改進方法

如果加大出風口的風速, 設(shè)備的功率將進一步提高, 消聲器也將增大, 這樣冷卻塔的效率就沒法保證; 由于空間有限, 調(diào)整出風口風向也較難實現(xiàn)。

*終設(shè)計采用了取消進風消聲器, 更改出口消聲器為錐形出口消聲器, 同時再增加一個進風面的方法來解決這一矛盾。進風消聲器的取消雖然增大了一些室內(nèi)場的噪聲,但是卻使兩臺設(shè)備之間有了更大的進風空間, 從而保證了進風, 同時也避免了進一步增大風機功率。錐形出口消聲器使出風更具流線性, 保證排出的空氣高于周邊建筑和設(shè)備, 使回流減至*少。增加一個進風面使得室外場的空

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

4 解決對周邊建筑的噪聲問題

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

4. 1 共有14 臺風機, 每臺帶有3 個雙速電動機,依據(jù)建筑空調(diào)負荷和濕球溫度的變化, 有幾種高、低速風機的組合方式, 為盡量減少能源消耗和達到較低的噪聲級別, *有效的控制方法是先啟動足夠多的風機低速運轉(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 臺風機低速運轉(zhuǎn)。當所有風機都低速運行仍然不能滿足空調(diào)負荷要求時, 則每次轉(zhuǎn)換1 臺風機到高速運行, 直到滿足要求為止。