华泰证券研发及培训中心项目改善冷却塔散热的措施_李秋.pdf

ANSYSFLUENT分析软件是当今世界 CFD仿真领域最为全面的软件包之一，具有广泛的物理模型，能够快速准确的得到 CFD分析结果1。因此，本文利用 ANSYSFLUENT分析软件，模拟冷却塔进排风热湿空气流场，依据该模拟结果，分析比较改善冷却塔散热的二种措施，找出最优改善方法。1 工程概况华泰证券研发及培训中心项目位于南京市江心洲生态科技岛北部，西至中新大道，北至绿水街，东至科技路，南至发展五路。该项目由 A、B两分区组成，总用地面积 53593.82，地上总建筑面积约为 168396，地下建筑面积约为 97100，主要功能包含办公、培训、酒店及园区配套设施等，其中 1#3#为办公塔楼，4#为酒店，5#7#为园区配套。为提高建筑面积的利用率，节约占地面积，减少对建筑外观影响和避免噪音，项目冷却塔全部布置在 1#办公塔楼屋面，这导致冷却塔散热通风空间不足，存在性能衰减，给后期中央空调系统安全运行带来隐患。2 冷却塔布置现状及工况评价2.1 布置现状开式横流冷却塔的水流从塔顶垂直落下，空气水平流动通过填料层，空气与水流正交进行热质交换，二个侧面进风，顶部排风，填料浸入水槽，避免落水声，应用较为广泛2。闭式冷却塔使工作流体在密闭的盘管内流动不与外界空气相接触，热量通过管壁与外部的喷淋水进行热交换，最终实现工作流体降温的设备3。相比同规格的开式冷却塔，闭式冷却塔增加换热盘管，体积增大 40%左右，风机功率也相应增大4。该塔杜绝杂物和水质污染对管路和冷却设备的腐蚀，使用寿命增加一倍，避免换热效率降低，无需经常停机保养，可连续运转，增强系统可靠性，特别适用于数据机房的水冷空调及厨房冷库等要求连续运转的场所。由于冷却塔长期运行，存在水质结垢、填料老化、风机皮带松弛等影响，冷却塔设计选型时需要考虑一定富裕，方法一是按照设计冷却水量乘以1.21.3 系数进行选型，方法二是按照设计湿球温度提高 1选型5。同时单台冷却塔规格过大会增加噪声，且风机尺寸大不宜检修，一般单台最大冷却塔控制 400500m3/h 较合理。依据上述原则，华泰证券研发及培训中心项目办公部分空调冷源选用 2 台 2150RT 离心制冷机组和 2 台 550RT 磁悬浮离心制冷机组，对应 10台 500m3/h 低噪声开式横流冷却塔。酒店部分空调冷源选用 3 台 450RT 离心制冷机组，对应 3 台408m3/h 低噪声开式横流冷却塔。1#办公塔楼研发数据机房的精密空调冷却塔选用 2 台 75m3/h 低噪声闭式冷却塔。冷却塔应布置在空气畅通，且进排风口无遮挡的场所，一般要求冷却塔四周围挡进风面风速应小于 2m/s6。冷却塔的进风与排风之间应避免形成气流短第 30 卷 第 1 期Vol30 No1鄂州大学学报Journal of Ezhou University2023 年 1 月Jan.2023doi:10.16732/ki.jeu.2023.01.035华泰证券研发及培训中心项目改善冷却塔散热的措施李 秋（南京河西新城建设发展有限公司 设计部，江苏 南京 211100）摘要:在公共建筑的中央空调系统中，冷却塔是常用设备之一。为了节约占地面积、减少对建筑外观的影响和避免噪音，一般冷却塔设备都布置在主楼或裙房的屋面，并且在屋面四周设置一定高度的女儿墙等围挡进行遮挡，同时屋面还需要布置很多其他机电设备，这就造成屋面冷却塔散热空间不足，导致冷却塔性能衰减。华泰证券研发及培训中心项目冷却塔全部布置在 1#塔楼屋面，散热空间不足，存在性能衰减，利用 ANSYS FLUENT 分析软件模拟热湿空气流场，分析比较改善冷却塔散热的二种措施，找出最优改善方法。关键词:冷却塔；散热措施；性能衰减中图分类号：TP31文献标识码：A文章编号：1008-9004（2023）01-0100-03收稿日期：2022-11-01作者简介：李秋（1984-），男，注册公用设备工程师，研究方向：暖通空调。第 1 期李 秋：华泰证券研发及培训中心项目改善冷却塔散热的措施路，必要时可以在排风口处加装导风筒，长度不超过 2m，可以减少回流和降低噪音。冷却塔宜单排布置，当必须多排布置时，相邻排距不小于 4m或 1 倍的塔宽，且不小于冷却塔的进风口高度的 4 倍。冷却塔进风百叶侧水平距墙不小于 4m，且不应小于冷却塔进风口高度的 2 倍，非进风百叶侧检修距离不小于 1m，顶排风口高度不小于四周围挡高度。如果不能满足上述距离要求，具体需要做气流组织模拟分析。冷却塔不应布置在餐饮油烟、锅炉烟气、以及其他废气排放口附近7。华泰证券研发及培训中心项目 10 台 500m3/h低噪声开式横流冷却塔、3 台 408m3/h 低噪声开式横流冷却塔和 2 台 75m3/h 低噪声闭式冷却塔全部布置在 1#办公塔楼屋面，冷却塔四周及顶部安装空间无法满足上述布置要求。2.2 工况评价按照民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736-2012，南京地区夏季空调室外计算干球温度 34.8，夏季空调室外计算湿球温度28.1，夏季室外平均风速 2.6m/s8，冷却塔的总风量为 3400000m3/h。上述模型的基础上，根据计算参数设置边界条件，计算分析冷却塔散热通风工况，见图 1，图 2。图 1 高湿度与流线分布图图 2 垂直切面流场分布图从图 1 可以看出中间区域存在热回流。从图2可以看出进排风之间存在局部短流情况。各冷却塔模块的整体进风湿球温度约 30，高出环境湿球温度 1.4。图 3 垂直切面流场分布图（加导风筒）从图3可以看出进排风之间局部短流情况有了改善。各 冷 却 塔 模 块 的 整 体 进 风 湿 球 温 度 约29.6，高出环境湿球温度 1.0。预计酒店冷却塔性能衰减 19%。预计研发数据机房冷却塔性能衰减 23.2%。预计办公冷却塔性能衰减 16.6%。从上述 ANSYS FLUENT 分析软件计算模拟结果可知：相比原始工况，增加导风筒后冷却塔性能衰减幅度减少 30%左右。3.2 增加导风筒+四周围挡增开百叶为进一步减少冷却塔性能衰减幅度，考虑增加导风筒的同时，在屋面四周围挡处增开百叶，增加空气流通，减少短流情况。增加导风筒+四周围挡增开百叶后，气流组织模拟结果见图 4：图 4 垂直切面流场分布图（增加导风筒+四周围挡增开百叶）预计酒店冷却塔性能衰减 27%。预计研发数据机房冷却塔性能衰减 32.8%。预计办公冷却塔性能衰减 23.8%。从上述 ANSYS FLUENT 分析软件计算模拟结果可知：冷却塔全部布置在 1#塔楼屋面，散热通风空间不足，存在 20%30%的性能衰减。3 改善措施3.1 增加导风筒由于冷却塔顶部排风口低于顶部格栅和太阳能板，导致中间区域存在热回流，和进排风之间存在局部短流的情况，所以考虑在冷却塔顶部排风口处加装导风筒，其高度不低于顶部格栅和太阳能板最高处。增加导风筒后，气流组织模拟结果见图3：101鄂州大学学报第 30 卷规，也要完善成本管理体系，推动管理理念创新，树立精细化成本管控意识，加强风险防控，提前化解可能出现的风险。参考文献：1史育童,刘永青,闫帅,等.BIM技术在 EPC 工程总承包项目中的实践应用J.建筑技术,2021(11):1405-1408.2安慧,黄艾,黄进,等.基于总承包商的水电工程 EPC 项目利益相关方协调度测评研究J.数学的实践与认识,2021(3):39-49.3陈昱宇,赖源,周鑫,等.EPC项目基于设计建造周期 BIM交互系统的创新管理J.施工技术,2020(S1):1421-1424.4叶浩文,李张苗,刘程炜.装配式建筑 EPC 总承包项目管理原则及实施建议J.施工技术,2020(5):128-131.（责任编校：钟宇）（上接第 90 页）从图 4 可以看出进排风之间局部短流情况有了很大改善。各 冷 却 塔 模 块 的 整 体 进 风 湿 球 温 度 约28.8，高出环境湿球温度 0.2。预计酒店冷却塔性能衰减 3.7%。预计研发数据机房冷却塔性能衰减 4.5%。预计办公冷却塔性能衰减 3.2%。从上述 ANSYSFLUENT分析软件计算模拟结果可知：相比原始工况，增加导风筒+四周围挡增开百叶后冷却塔性能仅衰减3%5%。相比仅增加导风筒的方案，冷却塔性能衰减幅度减少80%左右。4 结语冷却塔是中央空调系统的重要组成部分，其散热性能的好坏直接影响制到制冷机组的 COP大小和运行费用多少，甚至关系制冷机组的正常运行9。改善冷却塔散热的常用措施主要有四周围挡增开百叶、增加导风筒、增大冷却塔选型和增加新风送入。针对华泰证券研发及培训中心项目，可供实施的措施只有四周围挡增开百叶和增加导风筒。本文研究应用 ANSYSFLUENT分析软件计算模拟温湿度流场分布的方法，分析比较上述二种改善冷却塔散热的措施。结果显示：二种措施均可改善冷却塔散热问题，四周围挡增开百叶措施改善效果更好，同时由于增加导风罩施工安装便捷，成本不高，所以建议同时使用增加导风筒+四周围挡增开百叶的方案。参考文献：1曾彪,李博.空调冷却塔对周边建筑的影响分析J.建筑,2019(24):69-71.2焦经纬.机械通风式冷却塔流场及回流率分析D.东北大学,2020.3王俊杰.高层建筑冷却塔选型校核及气流组织模拟J.上海节能,2018(5):343-347.4马旭升,刘建华,刘小芳.冷却塔设计热力性能的确定及CFD 模拟软件在冷却塔设计中的工程实践J.建筑节能,2017(12):8-11.5李昌,伍学智,罗世闻,等.半闭式空间内冷却塔群周围气流组织模拟分析J.建筑热能通风空调,2017(5):75-77+53.6吕楠,王超,祝贺,等.冷却塔周围气流特性的 CFD 模拟和优化分析J.建筑热能通风空调,2014(1):72-74.7邵凯,赵兰萍,徐鑫祥.闭式冷却塔换热盘管数值模拟J.发电与空调,2012(6):70-74.8胡鸣.冷却塔布置及热工性能模拟J.发电与空调,2012(2):39-43.9彭小勇,范晓樯.复杂建筑环境中冷却塔风环境的数值模拟J.建筑热能通风空调,2004(3):61-63+74.（责任编校：朱立文）102