謝輝優(yōu) 湯本霖 蔣輝華 李承泳

深圳達實智能股份有限公司

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大型公建不斷涌現(xiàn)，各個地區(qū)空調(diào)建筑廣泛采用電制冷主機，無可避免的需要用到冷卻塔。有些隱患問題也隨之而來，例如冷卻塔排出的濕熱空氣在低溫或高濕的環(huán)境中，水蒸氣會發(fā)生冷凝而形成白霧，對周圍環(huán)境造成不良影響。同時冷卻塔群之間由于間隔較近造成回流現(xiàn)象增加了運行能耗，進而造成運行成本的增加。

1 工程概況

本項目是達實智能大廈的改擴建工程，位于深圳市南山區(qū)，項目包括一座原有大樓及一棟新建塔樓，原有大樓作為新建塔樓的裙樓。新建塔樓地上共40層，地下4層，建筑面積超過8萬m2，地上塔樓建筑高度200 m，設(shè)計及實施為：雙標準（綠色建筑設(shè)計標準、綠色建筑運營標準）、三認證（美國LEED-CS認證鉑金級、中國綠色建筑認證三星級、深圳綠色建筑認證鉑金級）的綠色建筑。總冷量3200 RT，本專業(yè)配套冷凍機的冷卻水系統(tǒng)設(shè)計，其冷卻設(shè)計總水量為2880 m3/h，選用方形橫流式冷卻塔16臺，單臺水量180 m3/h。

2 冷卻塔的選型

冷卻塔的選型計算受諸多因素的影響[1]，稍有疏忽就會造成能耗的增加，甚至影響整個空調(diào)系統(tǒng)的正常運行。

1）主導(dǎo)風(fēng)向?qū)鋮s塔效率的影響

在夏季，我國大多數(shù)地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向都是偏南風(fēng)。如果冷卻塔進風(fēng)方向與本地主導(dǎo)風(fēng)向基本吻合的話是最理想的布置形式。有時受場地限制，冷卻塔進風(fēng)方向與本地主導(dǎo)風(fēng)向甚至是基本垂直的。達實智能大廈項目冷卻塔的布置滿足進風(fēng)方向與深圳本地主導(dǎo)風(fēng)向基本一致的條件。冷卻塔組合長度越長，空氣自然風(fēng)速越小，風(fēng)向與冷卻塔進風(fēng)口夾角越小，對后排冷卻塔的進風(fēng)越不利。對于主要靠對流降溫的機械通風(fēng)冷卻塔來講，降溫效果也就越差。在這種情形下，應(yīng)盡量減小冷卻塔的組合長度，且中間留有0.6～0.8倍冷卻塔寬度的間隙，以改善氣流冷卻條件。

2）冷卻塔進出水溫差與制冷主機制冷效率影響

達實智能大廈項目冷卻塔設(shè)計參數(shù)：進口水溫37℃，出口水溫32℃，室外濕球溫度28℃。根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理可知，制冷效率隨著制冷機冷卻水的進口溫度降低而增大。為保證較高的制冷效率，應(yīng)盡量使冷卻水的進口溫度降低。冷卻水進口溫度過低時需要大幅提升冷卻塔的冷卻能力，這樣不但會增大初始投資，也可能造成整個系統(tǒng)的能耗增加。

3 冷卻塔白煙的產(chǎn)生和消除機理

冷卻塔產(chǎn)生的白煙即為冷卻塔排氣與室外空氣混合產(chǎn)生的白霧[2]，其產(chǎn)生機理如圖1所示。假設(shè)排出冷卻塔空氣狀態(tài)點為I，外界空氣狀態(tài)點為O，混合點為M，隨著濕熱空氣從冷卻塔中排出與環(huán)境空氣混合，在焓濕圖上M點從I延IO線移動至O。在焓濕圖上，若M點經(jīng)過飽和區(qū)，即混合過程線與飽和空氣線相交，則水蒸氣冷凝成水珠，產(chǎn)生白霧現(xiàn)象。

圖1 冷卻塔白煙產(chǎn)生機理的焓濕圖

圖2 冷卻塔不白霧產(chǎn)生的焓濕圖

消除白煙機理如圖2所示。若混合過程線與飽和空氣線不相交，則水蒸氣不會發(fā)生冷凝。要達到這個效果需要提高I點的溫度。

達實智能大廈項目根據(jù)深圳市氣象條件選用防白煙型方形橫流冷卻塔。根據(jù)氣象資料可知，深圳市夏季室外空氣相對濕度一般在80%以上，室外平均溫度在28℃以上，選用防白煙型方形橫流冷卻塔可以有效防止白煙的出現(xiàn)。

4 冷卻塔噪聲測定

隨著城市的發(fā)展進步以及人們環(huán)境理念的提升，人們對聲環(huán)境質(zhì)量的要求日益提高，冷卻塔噪聲污染越來越受到公眾關(guān)注。在環(huán)境影響評價工作中，冷卻塔的選型、設(shè)置位置、降噪措施等都會對周圍聲環(huán)境產(chǎn)生重要影響[3]，因此，民用建筑中冷卻塔噪聲評價應(yīng)重點考慮以上因素，最大程度地降低噪聲污染。

4.1 噪聲來源

冷卻塔噪聲源主要有：風(fēng)機進排氣噪聲，淋水噪聲，風(fēng)機減速器和電動機噪聲，冷卻塔水泵，配管和閥門噪聲。其中以前兩者為主要噪聲成分，排氣口噪聲比進氣口噪聲約高10 dB(A)。由相關(guān)分析知，冷卻塔出風(fēng)口的噪聲影響最大，為防治重點。

4.2 達實智能大廈冷卻塔噪聲測定

圖3為噪聲測量點位置，表1為測定的噪聲值。

圖3 冷卻塔噪音值測量點位置

根據(jù)相關(guān)資料[4]顯示，在無任何遮擋措施下，冷卻塔噪聲會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。持續(xù)的高分貝噪聲有可能破壞人的聽覺器官及神經(jīng)系統(tǒng)，長期處于強噪聲環(huán)境下，人會出現(xiàn)記憶力減退、失眠等癥狀，因此，需要采取相應(yīng)的降噪措施。達實智能大廈在冷卻塔選型時就特別注重噪音對周邊環(huán)境的影響，選用超低噪音冷卻塔，并要求單臺風(fēng)機噪音：≤54.5±2 dB(A)（測量點：距CT腳高1.5 m，進風(fēng)側(cè)10 m遠）。根據(jù)住宅樓所在區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量標準[5]，冷卻塔噪聲衰減至住宅樓處應(yīng)滿足相應(yīng)的標準值，標準值見表2。

表1 噪音值表（dB(A)）

表2 環(huán)境噪聲限值（dB(A)）

根據(jù)以上測定值可以得出，達實智能大廈冷卻塔噪聲滿足1類功能區(qū)類別。

5 冷卻塔氣流組織數(shù)值模擬

達實智能大廈冷卻塔總的布置原則是利用建筑物的形體特點，區(qū)分冷卻塔的進風(fēng)和排風(fēng)，避免進排風(fēng)氣流的短路。為了驗證冷卻塔布置的結(jié)果，設(shè)計中利用CFD進行氣流速度場的模擬。

5.1 網(wǎng)格劃分

根據(jù)總平面圖紙中給出的輪廓做相應(yīng)的簡化處理。計算區(qū)域的選取以不影響冷卻塔邊界氣流流動為準，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗并做模擬試算后，確定設(shè)置外場計算尺寸為116 m×62 m×40 m（長×寬×高）。網(wǎng)格劃分如圖4～5所示：

圖4 計算區(qū)域網(wǎng)格劃分

圖5 冷卻塔及周圍網(wǎng)格劃分

5.2 模擬結(jié)果

模擬結(jié)果如6所示。從模擬結(jié)果可以看出，進風(fēng)和排風(fēng)可以避免短路，從而保證冷卻塔的使用效果。

圖6 冷卻塔CFD氣流組織模擬

6 總結(jié)

本文根據(jù)達實智能大廈案例闡述了高效冷站冷卻塔選型，防白煙，噪音防治及氣流組織在設(shè)計時需要注意的因素及解決的問題。在冷卻塔選型及防白煙時需要結(jié)合當?shù)貧庀髼l件，如全年主導(dǎo)風(fēng)向和室外空氣溫濕度，才能較大限度降低能耗。冷卻塔的氣流組織對其冷卻能力有較大影響，如設(shè)計不善造成回流現(xiàn)象嚴重將時冷水機組冷卻水進水溫度升高，使機組能效降低，在設(shè)計時一定要根據(jù)實際情況合理布置，防止冷卻塔出風(fēng)回流。