外部気流:冷却塔周辺気流解析

解析の概要

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断面温度分布

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表面風速分布と冷却塔熱排気

冷却塔ショートサーキット解析

 夏季においては建物と熱排気施設との位置的関係によっては、排気がそのまま吸い込まれてショートサーキットを起こし、熱交換効率が著しく低下する場合があります。そのような状況を回避するため、熱排気の位置関係を最適化する事が重要です。

上記画像の説明
 建物後流側に冷却塔群を設置しているため、大きな渦流が発生しショートサーキットを起こします。邪魔板設置等による対策が有効です。

解析の詳細


      風速分布+ベクトル図 [風向きNW]


      ボリュームレンダリング図(38℃)
      [風向NW]


      風速分布+ベクトル図  [風向きSE]


      ボリュームレンダリング図(38℃)
      [風向SE]

       高層ビルでに冷却塔・チラーをどこに付設するかは昔からの古くて新しい問題です。
      冷却塔・チラーは空気を吸い込みやすい開放空間で稼動するよう設計されているのに、意匠デザイナーや施主さんなどの景観上好ましくないという意向で、いろいろなものに囲われたりピットの中に設置されるケースが大半です。周囲の空間が狭い悪条件で冷却塔を正常に動かす事を要求される設備屋さんは大変です。本解析の場合では、複数の冷却塔が5階レベルに設置されているのですが、夏季に頻度の高い風向に対しこのケースの場合は冷却塔の設置場所が後流渦(Wake)の中に入ってしまう関係で、冷却塔の一部はショートサーキットを起こします。すなわち冷却塔が自身の暑い排気を吸い込んでしまい、極端に冷却効率が悪くなってビル内の空調機器に冷気を供給できなくなります。対策としては、邪魔板を設置して冷却塔自身の暑い排気を吸い込まないようにした事でこのケースは難を逃れましたが、ろくな検討もされず冷却塔を設置してエネルギー的なムダを余儀なくされているビルは多いと言えます。また、週辺に高層ビルが立った事により冷却塔の稼働条件が悪化した事例もありますが、このような場合もCFDによる熱気流解析による検討は非常に有効です。

・解析の目的
 建築設備に関する熱流動機器は、その特性や挙動が不明なものが多い。冷却塔もその一つであるが、冷却塔の各セルの構造や流動条件・熱的条件を詳細に設定することにより、熱流動状態をかなり正確に再現する事が可能である。本解析では、高層建物周辺の気流状態、及び仕様の異なる冷却塔を複数配置させた場合の各セルから放出した熱気の外気温度分布への影響について検討するために、外部風を考慮した冷却塔熱流動解析を行った。
・解析モデル
 本解析では、冷却塔各セルから放出した熱気の外気温度分布への影響について検討するため、冷却塔各セルを詳細に作り込むと共に、冷却塔が設置されている高層建物およびその周辺建物までモデル化している。解析条件については、季節は夏季とした。冷却塔各セルの吹出し・吸込みおよび熱放出、外部風 (風向SE・NW、風速5m/sec、外気温33℃) を考慮した設定となっている。モデルの総格子数は、123×168×69=1,425,816である。
  • ・解析結果
     最上部に、風向NW・SEについて風速分布+ベクトル図およびボリュームレンダリング図(38℃)を示す。 風向SEでは、冷却塔からの排熱が北側道路方面に流れ、高層建物への影響が少ない様子がみられる。それに対して、風向NWでは、冷却塔からの排熱が高層建物に沿って上昇しており、高層建物への影響が大きい様子がみられる。なお、解析条件を変更することによって、その他の風向・風速や外気温についても検討することが可能である。
                       
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