1、 用用CFDCFD方法对冬季空调房间进行气流组织模拟与优化方法对冬季空调房间进行气流组织模拟与优化 指导教师：指导教师：钱钱 宇宇 陆恩锡陆恩锡 设设 计计 者：者：康英姿康英姿 罗向龙罗向龙20052005年年3 3月月 1.1.设计任务设计任务 湖南省长沙市湘雅医院的一栋旧办公楼加设中央空调系湖南省长沙市湘雅医院的一栋旧办公楼加设中央空调系统，夏天供冷，冬天供热。运行后发现冬季室内温度不统，夏天供冷，冬天供热。运行后发现冬季室内温度不均匀，室内工作人员不舒适。要求：均匀，室内工作人员不舒适。要求：n 用用CFDCFD方法对冬季空调房间的气流组织进行模拟，得到方法对冬季空调房间的气流组织进行
2、模拟，得到温度场与速度场。温度场与速度场。n 找出存在的问题，提出改进方法。找出存在的问题，提出改进方法。n 对改进后的冬季空调房间进行气流组织的模拟。对改进后的冬季空调房间进行气流组织的模拟。2.2.概述概述 2.1 2.1 基本设计资料基本设计资料 （1 1）地点：湖南省长沙市湘雅医院办公楼）地点：湖南省长沙市湘雅医院办公楼（2 2）室外设计参数）室外设计参数n 夏季：夏季：n 空调干球温度：空调干球温度：35.8 35.8 n 空调湿球温度：空调湿球温度：27.7 27.7 n 室外平均风速：室外平均风速：2.62.6m/sm/sn 冬季：冬季：n 空调干球温度：空调干球温度：-3 -3
3、 n 室外平均风速：室外平均风速：2.82.8m/sm/s（3 3）室内设计参数室内设计参数n 冬季：冬季：n 室内干球温度：室内干球温度：202011n 室内相对湿度为室内相对湿度为50501010（4 4）设计规范）设计规范n 采暖通风与空气调节设计规范采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-2003GB50019-2003n 民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ 26-95JGJ 26-952.1 2.1 基本设计资料基本设计资料 2.2 2.2 空调工程概述空调工程概述 湖南省长沙市湘雅医院办公楼，湖南省长沙市湘雅医院办公楼，3 3
4、层，建于层，建于8080年代初，原设计未考虑设置集年代初，原设计未考虑设置集中空调。中空调。20022002年进行改造，加设中央空调系统，空调系统形式为风机盘管新风。年进行改造，加设中央空调系统，空调系统形式为风机盘管新风。新风不承担室内的冷（热）负荷，由专门的新风机组处理到室内状态点后，新风不承担室内的冷（热）负荷，由专门的新风机组处理到室内状态点后，送到每间办公室。送到每间办公室。新风量依据满足室内空气品质的原则确定。新风量依据满足室内空气品质的原则确定。风机盘管承担室内全部的负荷，夏季制冷，冬季供热。风机盘管承担室内全部的负荷，夏季制冷，冬季供热。风机盘管采用卧式暗装型。风机盘管采用卧式
5、暗装型。送风方式采用双层百叶风侧送，回风采用单层百叶下回。送风方式采用双层百叶风侧送，回风采用单层百叶下回。2.32.3算例选择算例选择 本模拟选择本办公楼中最本模拟选择本办公楼中最代表性的房间进行模拟，空代表性的房间进行模拟，空调平面图如右图所示。房间调平面图如右图所示。房间内安装了两台风机盘管。内安装了两台风机盘管。3.3.模型建立模型建立 3.1 3.1 几何模型几何模型 设计对象的物理模型如图所示，房间的尺寸：设计对象的物理模型如图所示，房间的尺寸：8.28.2m m5m5m3.3m3.3m（长宽高），如下图所示。长宽高），如下图所示。3.2 3.2 数学模型数学模型 在本设计中采用在
6、本设计中采用k k（k k为紊流动能，为紊流动能，为紊流耗散率）模型。它是目前在房间空气为紊流耗散率）模型。它是目前在房间空气流动中最普遍采用的模型，对暖通空调领域多种流型的计算结果显示，该模型优于其流动中最普遍采用的模型，对暖通空调领域多种流型的计算结果显示，该模型优于其他模型他模型。0iiux1ijjijiijjjjiuuugtupvvxxxxxTe jvtjjpjpu TqkTvxxcxcjjtiitjjkjjjju KuvuuKvvxxcxxxx221jjtiijjjjjjuuvuuCvCC KxxcxxxxK（1 1）连续性方程：）连续性方程：（2 2）动量方程：）动量方程：（3 3
7、）能量方程：）能量方程：（4 4）紊流脉动动能方程：）紊流脉动动能方程：（5 5）紊流能量耗散率方程：）紊流能量耗散率方程：3.33.3边界条件边界条件 本模拟不考虑人员对气流流场的影响，人体的散热本模拟不考虑人员对气流流场的影响，人体的散热量，灯光及办公电脑等的散热量作为冬季房间的安量，灯光及办公电脑等的散热量作为冬季房间的安全系数，不计入房间的热负荷。北外墙以及西外墙全系数，不计入房间的热负荷。北外墙以及西外墙存在热损失，南墙及东墙按绝热壁面考虑。存在热损失，南墙及东墙按绝热壁面考虑。送风口、送风口、新风口以及渗透风口按速度入口考虑。新风口以及渗透风口按速度入口考虑。四、模拟结果与分析四、
8、模拟结果与分析 为了综合反映整个房间的气流分布情况，本设计选取了几个比较典为了综合反映整个房间的气流分布情况，本设计选取了几个比较典型的断面进行考虑：型的断面进行考虑：n z z0.10.1米处，是脚踝处位置；米处，是脚踝处位置；n z z1.11.1米处，是人坐姿时呼吸带高度；米处，是人坐姿时呼吸带高度；n z z1.61.6米处是考虑人站姿时的呼吸带高度；米处是考虑人站姿时的呼吸带高度；n z z2 2米是人站立时头顶的舒适情况。米是人站立时头顶的舒适情况。这四个断面用于考察在不同的垂直高度的平面上，是否会出现过大这四个断面用于考察在不同的垂直高度的平面上，是否会出现过大的温差，是否会出现
9、不舒适现象。的温差，是否会出现不舒适现象。4.14.1冬季空调房间的温度场和速度场冬季空调房间的温度场和速度场 4.1.14.1.1冬季空调房间的温度场冬季空调房间的温度场z=0.1mz=0.1m处温度场处温度场 z=1.1mz=1.1m处温度场处温度场 z=1.6z=1.6处温度场处温度场 z=2mz=2m处温度场处温度场 4.1.24.1.2冬季空调房间的速度场冬季空调房间的速度场 z=0.1mz=0.1m处速度场处速度场 z=1.1mz=1.1m处速度场处速度场z=1.6mz=1.6m处速度场处速度场z=2mz=2m处速度场处速度场问题问题 问题：v 温度场：除了离地面0.1米高的断面比
10、较均匀外，在离地面1.1米、1.6米、2米的断面上，温度都极不均匀，冬季空调房间内只有一半左右的区域温度高于设计温度20，其他的区域的温度都在14左右，局部地方的温度只有67。故，房间内的人员会感到不舒适。v 速度场：离地面0.1米高的断面的速度都小于0.2m/s，符合空调设计规范的要求（采暖通风与空气调节设计规范规定冬季舒适性空调房间的风速不应大于0.2m/s）。离地面1.1米高的断面的速度大部分地方小于0.2m/s，只有极少的地方速度达到0.3m/s。在离地面1.6米、2米的断面上，速度在0.30.6m/s的区域增加。速度场总的来说，与规范的规定值相差不大。v 冬季外窗的渗透风对室内温度场
11、影响很大，北向与西向墙及窗的热损失，也使得温度场在这两个墙壁附近分布不均匀。改进方法改进方法 改进方法：v 措施1：采取措施，使北向外窗的渗透风量减小一半，风口的布置不变。v 措施2：风机盘管以及风口布置位置改变，其中一组风机盘管以及送风风口移到靠近北外墙布置。如右图所示，北外窗的渗透风量不变。v 措施 3：采取措施使北外窗的渗透风量减小一半，同时又将送、回风口移近北外墙（窗）。新风、送回风的参数不变。4.24.2改进后，冬季空调房间的温度场与速度场改进后，冬季空调房间的温度场与速度场 4.2.1 4.2.1采取措施采取措施1 1后冬季空调房间不同断面的温度场后冬季空调房间不同断面的温度场 z
12、=0.1mz=0.1m处温度场处温度场 z=1.1mz=1.1m处温度场处温度场z=1.6mz=1.6m处温度场处温度场z=2z=2处温度场处温度场4.2.24.2.2采取措施采取措施1 1后冬季空调房间不同断面的速度场后冬季空调房间不同断面的速度场 z=0.1mz=0.1m处速度场处速度场z=1.1mz=1.1m处速度场处速度场z=1.6mz=1.6m处速度场处速度场z=2mz=2m处速度场处速度场结果分析结果分析采取措施采取措施1 1后，冬季空调房间的温度场温度场与速后，冬季空调房间的温度场温度场与速度场的改善情况如下：度场的改善情况如下：温度场：温度场在采取措施温度场：温度场在采取措施1
13、 1后，有极大的改善。后，有极大的改善。速度场：比采取措施速度场：比采取措施1 1前略有改善，但效果不是很前略有改善，但效果不是很大。大。4.34.3改进后，冬季空调房间的温度场与速度场改进后，冬季空调房间的温度场与速度场 4.3.1 4.3.1采取措施采取措施2 2后冬季空调房间不同断面的温度场后冬季空调房间不同断面的温度场 z=0.1mz=0.1m处温度场处温度场 z=1.1mz=1.1m处温度场处温度场 z=1.6mz=1.6m处温度场处温度场z=2mz=2m处温度场处温度场4.3.24.3.2采取措施采取措施2 2后冬季空调房间不同断面的速度场后冬季空调房间不同断面的速度场 z=0.1
14、mz=0.1m处速度场处速度场 z=1.1mz=1.1m处速度场处速度场z=1.6mz=1.6m处速度场处速度场z=2mz=2m处速度场处速度场结果分析结果分析采取措施采取措施2 2后，冬季空调房间的温度场温度场与后，冬季空调房间的温度场温度场与速度场的改善情况如下：速度场的改善情况如下：温度场：温度场也有极大的改善，但改善程度温度场：温度场也有极大的改善，但改善程度略次于措施略次于措施1 1。速度场：比采取措施速度场：比采取措施2 2前略有改善，但效果不是前略有改善，但效果不是很大。很大。4.44.4改进后冬季空调房间的温度场和速度场。改进后冬季空调房间的温度场和速度场。4.4.1 4.4.
15、1采取措施采取措施3 3后冬季空调房间不同断面的温度场后冬季空调房间不同断面的温度场 z=0.1mz=0.1m处温度场处温度场 z=1.1mz=1.1m处温度场处温度场z=1.6mz=1.6m处温度场处温度场z=2mz=2m处温度场处温度场4.4.24.4.2采取措施采取措施3 3后冬季空调房间不同断面的速度场后冬季空调房间不同断面的速度场 z=0.1mz=0.1m处速度场处速度场 z=1.1mz=1.1m处速度场处速度场z=1.6mz=1.6m处速度场处速度场z=2mz=2m处速度处速度场场结果分析结果分析 采取措施采取措施3 3后，冬季空调房间的温度场与速度场的改善情况后，冬季空调房间的温
16、度场与速度场的改善情况如下：如下：温度场：温度场改善程度最大，基本可以认为在离地面温度场：温度场改善程度最大，基本可以认为在离地面2 2米米，人员的活动范围内，温度达到设计值，温度分布均匀。，人员的活动范围内，温度达到设计值，温度分布均匀。速度场：比采取措施速度场：比采取措施3 3前有改善，但还是有较少的区域速度前有改善，但还是有较少的区域速度在在0.30.30.50.5m/sm/s左右。左右。五、结论五、结论 1 1 冬季空调房间通过外窗冷风渗透的耗热量对室内的温度分布影响很冬季空调房间通过外窗冷风渗透的耗热量对室内的温度分布影响很大。要尽可能的减少通过外窗的渗透风量。大。要尽可能的减少通过
17、外窗的渗透风量。2 2 外墙的热损失对冬季空调的室内温度分布也有一定的影响，但影响外墙的热损失对冬季空调的室内温度分布也有一定的影响，但影响程度小于冷风渗透的。程度小于冷风渗透的。3 3 对夏季与冬季都要空调的房间，在布置风口时，要注意将风口靠近对夏季与冬季都要空调的房间，在布置风口时，要注意将风口靠近热（冷）损失大的外墙与外窗。热（冷）损失大的外墙与外窗。4 4 对采取的措施对采取的措施1 13 3，总的改善效果都很好，尤其措施，总的改善效果都很好，尤其措施3 3效果最好，效果最好，措施措施2 2次之。次之。5 5 鉴于该空调工程已经在运行，房间的风口布置改变涉及吊顶等的装鉴于该空调工程已经在运行，房间的风口布置改变涉及吊顶等的装修问题，推荐措施。修问题，推荐措施。6.6.建议建议 本专业应在建筑物在设计阶段介入，对建筑专业有关外墙本专业应在建筑物在设计阶段介入，对建筑专业有关外墙，外窗等的性能、形式等提出要求。，外窗等的性能、形式等提出要求。空调工程的设计，设计人员应在设计阶段进行符合实际工空调工程的设计，设计人员应在设计阶段进行符合实际工况的模拟。否则，容易导致空调效果不好，给业主造成不况的模拟。否则，容易导致空调效果不好，给业主造成不便和经济损失。便和经济损失。谢谢 谢谢
