CN104214903A - 基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，包括以下步骤：1）建立实体模型；2）对实体模型进行网格划分建立网格模型；3）设定数值模拟气流分布的模型参数和变量参数；4）预设各冷却塔负压；5）设定计算的边界条件与初始条件；6）计算初始化，采用有限体积法进行数值模拟计算，得到数值模拟计算结果；7）提取并统计各冷却塔进风量，当计算进风量大于额定进风量时，降低预设负压，当计算进风量小于额定进风量时，提高预设负压；8）重返步骤5），当计算进风量等于额定进风量时，进入步骤9）；9）计算整个空气流动行程的压降；10）选定冷却塔风机型号。该方法可避免冷却塔进风量分布不均，便于进行冷却塔风机选型。

Description

基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法

技术领域

本发明主要涉及暖通空调领域，尤其涉及一种基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法。

背景技术

冷却塔是暖通空调系统的重要组成部分，其作用是将携带余热的循环水在塔内与空气进行热交换，把水的热量传输给空气并散入大气，对循环水进行降温。冷却塔运行性能的好坏直接影响着空调系统制冷制热的效果。

影响冷却塔运行性能的因素包括空气湿球温度、空气流量、水量、冷却塔的布置等，其中冷却塔的布置位置与方式是影响冷却塔运行性能好坏非常关键的因素之一。冷却塔一旦布置不合理，将导致湿热空气返混，从而严重影响着冷却塔运行性能。所以，为了降低冷却塔湿热空气返混，冷却塔通常放置通风良好的室外，如楼顶或地面，并要求排风口、进风口通畅。

然而，冷却塔放置于楼顶或地面，将产生很大噪音同时影响建筑物整体美观。近年来，人们对城市环境日益关注，冷却塔越来越多地被置于专门的靠外墙的制冷机房或建筑转换层等相对较封闭的空间内；另外随着单体建筑物建筑面积的增大，所需冷却塔的数量越来越多。当大量的冷却塔被布置在一个半闭式空间内，就会造成靠近半闭式空间进风口的冷却塔进风量过大，而居于半闭式空间中部的冷却塔进风量过小，冷却塔风机选型难以确定，冷却塔运行效率低。这些问题造成冷却塔不能在额定工况下高效运行，从而直接影响着整个空调系统制冷制热的效果。

目前，室外冷却塔布置单纯依靠工程经验来进行，并取得很好的冷却效果。但对于半闭式空间内冷却塔群的布置如果单纯依靠工程经验来进行布置以及采用室外冷却塔群布置设计方法，将会使部分冷却塔运行性能恶化，从而影响整个空调性能运行效果，因此必须寻找另外一种半闭式空间内冷却塔群布置方案以及提高冷却塔群运行性能的优化方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可避免靠近半闭式空间进风口的冷却塔进风量过大、居于半闭式空间中部的冷却塔进风量过小，便于进行冷却塔风机选型的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，包括以下步骤：

1）根据所述半闭式空间的结构尺寸、所述空调冷却塔群的布置方式与结构尺寸建立基于半闭式空间的空调冷却塔群实体模型；

2）对所述实体模型进行网格划分建立网格模型；

3）设定数值模拟所述半闭式空间内气流分布的模型参数和变量参数，所述模型参数包括湍流模型参数和冷却塔处空气流动模型参数，所述变量参数包括离散压力参数、气流速度参数、湍动能参数与湍动能耗散率参数；

4）预设各冷却塔负压；

5）设定计算的边界条件与初始条件；

6）对所述计算进行初始化，采用有限体积法进行数值模拟计算，得到数值模拟计算结果；

7）提取并统计各冷却塔进风量，当计算所得的冷却塔进风量大于该冷却塔额定进风量时，则降低该冷却塔的预设负压，当计算所得的冷却塔进风量小于该冷却塔额定进风量时，则提高该冷却塔的预设负压；

8）重新返回步骤5），当各冷却塔的计算所得冷却塔进风量等于该冷却塔额定进风量时，进入步骤9）；

9）计算所述半闭式空间的竖直风井入口到各冷却塔的压降，各冷却塔内压降以及各冷却塔出口至冷却塔排风箱出口的压降，得到从所述竖直风井入口经过各冷却塔至冷却塔排风箱出口整个空气流动行程的压降；

10）根据冷却塔进风量及压降选定冷却塔风机型号。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述模型参数还包括冷却塔排风消声器处空气流动模型参数和冷却塔除雾器处空气流动模型参数。

冷却塔处空气流动模型参数、冷却塔排风消声器处空气流动模型参数和冷却塔除雾器处空气流动模型参数均设定为多孔介质区域流动模型参数。

在进行步骤2）时，用四面体网格与六面体网格混合对所述实体模型进行网格划分。

在进行步骤3）时，所述湍流模型参数采用k-e双方程模型。

在进行步骤3）时，所述离散压力参数、气流速度参数离散采用二阶迎风格式。

在进行步骤5）时，所述竖直风井的入口设定为大气压力边界条件，所述冷却塔的空气入口设定为负压边界条件，所述冷却塔排风箱出口设定为大气压力边界条件，所述半闭式空间的各墙壁处设定为无滑移壁面边界条件。

所述基于半闭式空间的空调冷却塔群实体模型包括半闭式空间、竖直风井、冷却塔、冷却塔排风管、冷却塔排风箱、冷却塔排风消声器、冷却塔除雾器、供水总管和回水总管。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，采用计算流体力学方法数值模拟半闭式空间内气流分布，对冷却塔进风量进行优化，可避免靠近半闭式空间进风口的冷却塔进风量过大、而居于半闭式空间中部的冷却塔进风量过小，从而使冷却塔进风量都达到额定进风量，确保冷却塔在额定的工况下高效地运行；同时，冷却塔进风量及压降选定冷却塔风机型号，避免盲目进行冷却塔风机选型。

附图说明

图1是本发明基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法的流程示意图。

图2是本发明基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法应用实例的结构示意图。

图中各标号表示：

1、半闭式空间；11、竖直风井；2、冷却塔；21、冷却塔排风管；22、冷却塔排风箱；23、冷却塔排风消声器；24、冷却塔除雾器；3、供水总管；4、回水总管。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1和图2示出了本发明的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法实施例，该方法包括以下步骤：

1）根据半闭式空间1的结构尺寸、空调冷却塔群的布置方式与结构尺寸建立基于半闭式空间的空调冷却塔群实体模型，采用Solidwork三维造型软件建模，生成STEP文件；

2）采用ICEM CFD软件对实体模型进行网格划分建立网格模型，生成msh文件；

3）在ANSYS FLUENT软件中读入所述的三维网格模型并用该软件设定数值模拟半闭式空间1内气流分布的模型参数和变量参数，模型参数包括湍流模型参数和冷却塔2处空气流动模型参数，变量参数包括离散压力参数、气流速度参数、湍动能参数与湍动能耗散率参数；

4）预设各冷却塔2负压，本实施例设为-140Pa；

5）设定计算的边界条件与初始条件；

6）对计算进行初始化，采用有限体积法进行数值模拟计算，得到数值模拟计算结果；

7）提取并统计各冷却塔2进风量，当计算所得的冷却塔进风量大于该冷却塔2额定进风量时，则降低该冷却塔2的预设负压，当计算所得的冷却塔进风量小于该冷却塔额定进风量时，则提高该冷却塔2的预设负压；

8）重新返回步骤5），当各冷却塔2的计算所得冷却塔进风量等于该冷却塔额定进风量时，进入步骤9）；

9）计算半闭式空间1的竖直风井11入口到各冷却塔2的压降，各冷却塔2内压降以及各冷却塔2出口至冷却塔排风箱22出口的压降，得到从竖直风井11入口经过各冷却塔2至冷却塔排风箱22出口整个空气流动行程的压降；

10）根据冷却塔进风量及压降选定冷却塔风机型号。

本发明的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，采用计算流体力学方法数值模拟半闭式空间1内气流分布，对冷却塔进风量进行优化，可避免靠近半闭式空间1进风口的冷却塔2进风量过大、而居于半闭式空间1中部的冷却塔2进风量过小，从而使冷却塔进风量都达到额定进风量，确保冷却塔2在额定的工况下高效地运行；同时，冷却塔进风量及压降选定冷却塔风机型号，避免盲目进行冷却塔风机选型。

本实施例中，基于半闭式空间的空调冷却塔群实体模型包括半闭式空间1、竖直风井11、冷却塔2、冷却塔排风管21、冷却塔排风箱22、冷却塔排风消声器23、冷却塔除雾器24、供水总管3和回水总管4。

本实施例中，模型参数还包括冷却塔排风消声器23处空气流动模型参数和冷却塔除雾器24处空气流动模型参数，冷却塔2处空气流动模型参数、冷却塔排风消声器23处空气流动模型参数和冷却塔除雾器24处空气流动模型参数均设定为多孔介质区域流动模型参数。

本实施例中，在进行步骤2）时，用四面体网格与六面体网格混合对实体模型进行网格划分。

本实施例中，在进行步骤3）时，湍流模型参数采用k-e双方程模型，离散压力参数、气流速度参数离散采用二阶迎风格式。

本实施例中，在进行步骤5）时，竖直风井11的入口设定为大气压力边界条件，冷却塔2的空气入口设定为负压边界条件，冷却塔排风箱22出口设定为大气压力边界条件，半闭式空间1的各墙壁处设定为无滑移壁面边界条件。

本实施例中，共设13台冷却塔2，其编号分别为301－313（如图2所示），提取与统计各冷却塔2的进风量，表1为设定各冷却塔负压为-140Pa时计算所得的各冷却塔进风量，从表中可以看出，各冷却塔进风量非常不均匀，靠近半闭式空间1进风口的冷却塔进风量过大，而居于半闭式空间1中部的冷却塔进风量过小。

表1 假定各冷却塔负压为-140Pa时计算所得各冷却塔进风量（m³/h）

	301	302	303	304	305	306	307	308	309	310	311	312	313
														进风量	43000	33000	42700	41600	36400	35300	35700	40700	41000	34900	35100	36100	40800

根据计算所得冷却塔进风量，调整各冷却塔2负压。当计算所得的冷却塔进风量大于冷却塔额定进风量时，则降低冷却塔的负压，每次降低幅度为2Pa；当计算所得的冷却塔进风量小于冷却塔额定进风量时，则提高冷却塔负压，每次提高幅度为2Pa。

重新设定冷却塔负压边界条件，重复循环步骤计算直至各冷却塔风量达到额定风量。表2为最终所得的各冷却塔2进风量，从表2可以看出，经过优化以后各冷却塔进风量均基本上达到冷却塔额定风量。

表2 优化设计后各冷却塔进风量（m³/h）

编号	301	302	303	304	305	306	307	308	309	310	311	312	313
														进风量	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230	38230

表3 优化设计后通过各冷却塔整个行程的空气压降（Pa）

编号	301	302	303	304	305	306	307	308	309	310	311	312	313
														压降	110	106	108	122	116	138	142	158	142	148	132	160	154

根据冷却塔进风量及压降即可选定冷却塔风机型号，避免盲目进行冷却塔风机选型。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (8)

1.一种基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）根据所述半闭式空间（1）的结构尺寸、所述空调冷却塔群的布置方式与结构尺寸建立基于半闭式空间的空调冷却塔群实体模型；

2）对所述实体模型进行网格划分建立网格模型；

3）设定数值模拟所述半闭式空间（1）内气流分布的模型参数和变量参数，所述模型参数包括湍流模型参数和冷却塔（2）处空气流动模型参数，所述变量参数包括离散压力参数、气流速度参数、湍动能参数与湍动能耗散率参数；

4）预设各冷却塔（2）负压；

5）设定计算的边界条件与初始条件；

6）对所述计算进行初始化，采用有限体积法进行数值模拟计算，得到数值模拟计算结果；

7）提取并统计各冷却塔（2）进风量，当计算所得的冷却塔进风量大于该冷却塔（2）额定进风量时，则降低该冷却塔（2）的预设负压，当计算所得的冷却塔进风量小于该冷却塔额定进风量时，则提高该冷却塔（2）的预设负压；

8）重新返回步骤5），当各冷却塔（2）的计算所得冷却塔进风量等于该冷却塔额定进风量时，进入步骤9）；

9）计算所述半闭式空间（1）的竖直风井（11）入口到各冷却塔（2）的压降，各冷却塔（2）内压降以及各冷却塔（2）出口至冷却塔排风箱（22）出口的压降，得到从所述竖直风井（11）入口经过各冷却塔（2）至冷却塔排风箱（22）出口整个空气流动行程的压降；

10）根据冷却塔进风量及压降选定冷却塔风机型号。

2.根据权利要求1所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：所述模型参数还包括冷却塔排风消声器（23）处空气流动模型参数和冷却塔除雾器（24）处空气流动模型参数。

3.根据权利要求2所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：冷却塔（2）处空气流动模型参数、冷却塔排风消声器（23）处空气流动模型参数和冷却塔除雾器（24）处空气流动模型参数均设定为多孔介质区域流动模型参数。

4.根据权利要求1所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：在进行步骤2）时，用四面体网格与六面体网格混合对所述实体模型进行网格划分。

5.根据权利要求1所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：在进行步骤3）时，所述湍流模型参数采用k-e双方程模型。

6.根据权利要求1所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：在进行步骤3）时，所述离散压力参数、气流速度参数离散采用二阶迎风格式。

7.根据权利要求1所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：在进行步骤5）时，所述竖直风井（11）的入口设定为大气压力边界条件，所述冷却塔（2）的空气入口设定为负压边界条件，所述冷却塔排风箱（22）出口设定为大气压力边界条件，所述半闭式空间（1）的各墙壁处设定为无滑移壁面边界条件。

8.根据权利要求1所述的基于半闭式空间的空调冷却塔群控制方法，其特征在于：所述基于半闭式空间的空调冷却塔群实体模型包括半闭式空间（1）、竖直风井（11）、冷却塔（2）、冷却塔排风管（21）、冷却塔排风箱（22）、冷却塔排风消声器（23）、冷却塔除雾器（24）、供水总管（3）和回水总管（4）。