谢勇
(奥意建筑工程设计有限公司，深圳 518031）
摘要：冷却塔的散热性能对整个空调系统起到十分重要的作用，本文选取一超高层建筑冷却塔安装过程中遇到的实际问题进行分析，着重探讨了因为幕墙的阻挡对冷却塔散热的不利影响，通过对冷却塔进风口及出风口的气流流线进行模拟，比较直观的反映出实际运行中可能会出现的进风口、出风口短路问题，通过CFD模拟论证为以后类似的工程问题提供一些解决思路。
关键词：CFD；冷却塔；超高层建筑
CFD analysis on cooling tower heat dissipation of high office building
XIE Yong
(A+E desgin ,Shenzhen 518031, Guangdong,China,)
［Abstract］The cooling performance of cooling tower plays a very important role in the whole air-conditioning system. In this paper, the actual problems encountered during the installation of cooling tower in a Super high-rise building are analyzed, and the adverse effects of the barrier of the curtain wall to the cooling tower heat dissipation are discussed. Through the simulation of the air flow lines of the inlet and outlet of the cooling tower, the short-circuit problems of the inlet and outlet may appear in the actual operation are more intuitively reflected, and some solutions to similar engineering problems are provided by CFD simulation.
［Key Words］ CFD ; cooling tower ; high-rise building;
1 前言
冷却塔是空调系统中的一个重要设备, 其运行性能的好坏直接影响空调系统的效果。冷却塔的布置是影响冷却塔性能的一个关键因素，一旦布置不当, 将导致湿热空气的返混。冷却塔通常应放在通风良好的室外，如楼顶或地面，并要求排风口、进风口通畅。但是放在楼顶或室外地面的冷却塔不仅产生很大噪音，而且影响建筑的整体美观。近年来, 人们对城市生活环境日益关注，因此很多冷却塔被放置在坑中、车库中等相对较封闭的空间内[1]。本工程在冷却塔施工安装的过程中，发现现场幕墙的高度太高，将冷却塔整个围合在屋顶一个相对狭小的空间内，参建各方均担心冷却塔的散热性能太差影响整个系统的空调能效。由于冷却塔所处环境的复杂性, 难以单纯依靠工程经验来进行分析判断。本文采用CFD 技术针对此实际工程进行了研究。
2 工程概况
本工程位于超高层办公楼云集的深圳福田中心区南区，是某证券股份有限公司在深圳建立的标志性总部大楼。大厦严格按照21世纪国际金融大厦标准进行设计，既表现出强烈的现代感又凸现中国文化的元素，集办公、会议、培训、证券交易、商务会所、展览展示等多种功能为一体，建成后将成为世界证券行业一流总部办公及深圳中心南区地标性建筑，总建筑面积81064.8m2，总空调面积为42992m2，总建筑高度为159.5m。整个建筑的外形轮廓如下图1所示。
3.2 本工程的分析模型以及网格形态如图2所示。模拟采用湍流模型中的标准k~e模型，标准k~e模型把紊流粘性与紊动能k、耗散率e相联系，建立起它们与涡粘性的关系，这种模型在工程上被广泛应用[4]。现假设室外空气流动为稳态的湍流气流流动，采用压力-速度修正算法（Simple）联立求解各离散方程。室外来流风速根据城市梯度风计算取 v=5.1m/s，三组冷却塔SC-B150-2-1、CEF-370A-1-1、 CEF-600A-3-1循环风量分别为82500m3/h、203500 m3/h、3x330000 m3/h。
由图5可知由于高幕墙的影响，冷却塔SC-B150-2-1进风口的空气一部分是来自出风口的高温、高湿空气，其余部分来自室外的新鲜空气，冷却塔自身的散热性能同样受到影响。
图6 CEF-370A-1-1冷却塔的出风口流线图
由图6可知，冷却塔CEF-370A1-1由于位置位于整个流场的下游，阻挡出风的幕墙相对较矮，出风口的空气绝大部分被带走，只有少量进入自身及旁边冷却塔的进风口，自身的散热性能没有受到排风的影响，同时冷却塔的排风也没有对其余两台冷却塔的运行产生影响。
图7 CEF-370A-1-1冷却塔的进风口流线图
由图7可知，CEF-370A-1-1冷却塔进风口的空气大部分是新鲜空气，而出风口的高湿空气绝大部分被带走，故其冷却效果较好，且对其他冷却塔的影响较小。
图8 CEF-600A-3-1冷却塔的出风口流线图
由图8可知，冷却塔出风口的高湿空气部分带走，部分被进风口重新吸入。由于后侧高幕墙的影响，气流处于背风阴影区，空气流动受到影响，故部分流线紊乱，越靠近模型右上侧幕墙高度越高，排风气流回旋越厉害，排风被卷入进风口越多，整体不利于冷却塔散热性能的发挥。
图9 CEF-600A-3-1冷却塔的进风口流线图
由图9可知，受高幕墙的影响导致气流回旋CEF-600A-3-1冷却塔进风口的空气相当大的一部分是来自排风出口的高湿空气，故其冷却效果较差。
5结论：
通过上述分析可知，冷却塔SC-B150-2-1因为进风口直接面向迎风面，空气大部分是新鲜空气，冷却效果不会有很大影响，另外由于冷却塔SC-B150-2-1正好位于的另外两台冷却塔的室外风来流风向上侧，加上高跨度玻璃幕墙对室外风的阻碍，其出风口的高湿空气几乎全部未被带走，而是少量回到自身的进风口，大部分进到另外两台冷却塔的进风口，对冷却塔的冷却效果会造成不利影响。冷却塔CEF-370A-1-1由于位于整个流场的下游，加上后侧幕墙高度相对较矮，整个散热的性能比较理想。冷却塔CEF-600A-3-1 同样位于整个流场的下游，再加上后侧幕墙太高，气流回旋比例比较高，散热性能不理想。
根据以上模拟分析结果可知，在冷却塔的选址和排布设计过程中，应该注意避免设计在进风面前后被阻挡的位置，建筑条件限制时应尽可能减低后侧遮挡物的高度以减少气流返混。冷却塔多排布置的时候，前排冷却塔的排风不可避免的影响后排塔，应尽可能单排布置，条件限制必须多排布置时，应避免平行迎风面多排布置。
[参考文献] (References)
[1] 杜国付，朱清宇，冯晓梅不利条件下冷却塔通风效果CFD模拟优化分析[ J ].建筑科学.2008, 06期
[2] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736—2012
[3] 建筑物理 [ M ]. 华南理工大学出版社, 2002
[4] 数值传热学2版 [ M ]. 西安交通大学出版社 2001
论文作者:谢勇
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年3月下
论文发表时间:2018/11/20
标签：冷却塔论文; 幕墙论文; 进风口论文; 气流论文; 空气论文; 性能论文; 出风口论文; 《中国住宅设施》2018年3月下论文;