大空间分层空调气流组织数值模拟及热舒适性分析研究
大空间分层空调气流组织数值模拟及热舒适性分析研究【摘要】本文结合工程实例介绍大空间空调系统的布置方案，利用star-ccm软件对典型大空间工程实例进行模拟分析，为大空间空调系统设计提供参考依据。
【关键词】气流组织；分层空调；star-ccm数值模拟
引言
近年来，随着我国经济的快速发展，高大空间建筑急剧增加（体育馆，展览馆大会堂音乐厅），大空间建筑中空调能耗占整个建筑能耗的37%[1]，目前对于改进室内空气品质和降低空调能耗，成为人们关注的焦点。针对大空间建筑高度较高，空调气流具有明显分层现象在垂直高度上梯度较大，同时还具有体积大、空调负荷大、能源消耗大等特点，使得节能问题相当突出[2]。因此，应采用合理的气流组织，使大空间建筑室内具有良好的热环境以节约能源。
分层空调是大空间建筑典型的空调方式，利用合理的气流组织，仅对下部空间（空气调节区域）进行空气调节，而对上部较大非空调区域进行通风排热。分层空调目前建筑工程领域中最为常见的一种技术手段[3]。经过多年的研究总结得出，在一些大空间建筑结构中这一技术的采用有着传统空调技术无可比拟的节能优势，是一个节省初期投资、运行费用和节能性能好的空调体系。故此这一技术在大型的公共空间采用极为常见，据有关研究显示，高大空间分层空调与全室空调相比，在夏季可实现节能30%[3]。本文通过
大型商业空调设计
大型商业空调设计 目录 一、大型商业的特点 二、大型商业空调使用特点 三、大型商业负荷特点 四、大型商业常见空调系统及选择要点 冷热源系统 冷冻水系统 末端系统：全空气系统、风机盘管系统、吊装空调系统 五、大型商业空调设计一般要点 六、大型商业空调设计流程 七、其他
一、大型商业建筑特点 功能多，一般有商铺、超市、大型百货、餐饮、共享空间等，有些还会有电影院、溜冰场、电玩城等。 单层面积大（是否分内外区） 立面要求较高（影响百叶的位置） 虽然有玻璃外墙，一般不能开启（不能考虑自然排烟） 一般会有内部中庭或公享空间（影响供热和末端系统设计） 有大型地下室，功能一般负一层会做商业，但面积一般不会超20000万平方，负二、负三及以下会做停车库和设备用房，（地下室通风进出口设置困难） 商业的繁荣程度受业主的经营与地理位置双重影响（影响冷负荷和热负荷）一般一层的繁荣程度最高，其次二层、负一层、再3、4、5递减，一层的商业价值最大（故一层一般不能考虑空调机房） 二、大型商业空调运行情况 因商业繁荣程度的不同，有较大的差异，商业好的情况下，需全年供冷，商业一般或差的情况下，需要供热，供热可能全天供热，也可能只需早上预热。 商业内有特别大的上下串通共享空间，且上面是玻璃预时，在冬季可能都需要早上预热。 供冷时间远长于供热时间。 冬季供冷需考虑冷却水低温保护，有时也可采用冷却水直接供冷，在成都由于室外空气相对温度大，室外平均气温也较高，直接供冷的意义一般（即不能提供较低的水温）。 三、大型商业负荷特点 正常情况下，冷负荷远大于热负荷。 室内冷负荷比重大，围护结构冷负荷比重小； 室内冷负荷受人员数量影响大。 围护结构热负荷远小于新风热负荷 室内灯光散热对冷热负荷影响都很大 四、大型商业常见空调系统及选择要点 1、冷热源系统 大型商业常见冷热源系统有：
高大空间气流组织的评价体系
高大空间气流组织的评价体系 李先庭 清华大学·2006.3.16 ——清华大学建筑节能学术周—— ——清华大学建筑节能学术周—— 目录 一、为什么要进行高大空间气流组织评价二、常见气流组织评价指标 三、气流组织评价指标的测量与数值计算四、现有指标存在的问题及其改进五、高大空间气流组织评价体系六、评价体系的应用七、总结与展望 一、为什么要进行高大空间 气流组织评价 ——清华大学建筑节能学术周—— 气流组织在室内环境创造中的作用 各种人工环境的创造最终是通过室内的气流组织实现的 ?不论是混合通风、转换通风、个性化送风?还是地板辐射采暖、冷却顶板供冷 ?最终都是要在室内形成合理的气流组织，以保障工艺需要和舒适性要求 气流组织不仅与环境品质密切相关，而且对能源效率影响很大 ?不同类型的气流组织，在满足同一对象的工艺需要和舒适性要求时，所需要的冷量或热量可能相差很大?气流组织对节能的贡献还没有被人们所重视 进行气流组织评价的重要性 在进行通风空调方案设计时，往往要比较不同气流组织的好坏，这种好坏比较就是对气流组织进行评价 由于传统技术的局限，这种比较往往很不全面，如传统的射流理论只能给出射流轴心速度和温差衰减、贴附长度等 随着计算流体力学（CFD）技术的发展，设计者可以在设计阶段对室内气流组织进行预测，可以对各种参数进行分析评价，从而可以选择既能保障工艺需要、满足人体舒适性、创造良好室内空气品质又节能的气流组织形式 高大空间气流组织评价的重要性 高大空间的建筑特点和使用特点 ?建筑高度高、墙地比大、围护结构多为轻型结构、顶灯布置较多——能耗大 ?体育场馆类建筑的比赛区和观众席空调参数不同、要求灵活可调性、使用时间不固定——满足工艺要求与舒适 高大空间气流组织的任务 ?体育场馆类建筑的比赛区与观众席的空调分区问题?比赛区域气流速度的控制问题 ?各部分的舒适性和室内空气品质保障?尽量减少能量消耗
空调房间气流组织数值模拟和优化课程
毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：热能与动力工程 题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2012 年 6 月2 日 毕业设计（论文）中文摘要
毕业设计（论文）外文摘要 Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimization Abstract Airflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning. The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization. Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulence model;Temperature field;Velocity field.
体育馆类高大空间的气流组织设计难点及对策
体育馆类高大空间的气流组 织设计难点及对策 赵 彬 李先庭 马晓钧 彦启森 (清华大学建筑学院建筑技术科学系) 摘 要 文中讨论了体育馆类高大空间气流组织的主要形式及设计难点,并从工程应用的角度给出了相应对策:指出用计算流体动力学(CFD)的方法进行体育馆类高大空间的气流组织设计具有很大优势,并提出了利用CFD进行高大空间气流组织设计的思路。 关键词 体育馆 高大空间 气流组织 计算流体动力学(CFD) THE DIFFICU LT Y AN D SOL UTION OF IN DOOR AIRFLOW PATTERN DESIGNING FOR G YMNASIUM ZHAO Bin L I Xianting MA Xiaojun YAN Qisen (Dept.of Building Science,Tsinghua University,Beijing,CHINA,100084) ABSTRACT The paper presents the main types of airflow pattem gymnasium and discusses the difficulty of designing airflow pattem inside large of this type.Then anew idea of airflow pattem designing based on CFD is proposed,while an example is showed with it. KE Y WOR DS airflow pattern,CFD,gymnasium 1 引言 随着我国经济建设的迅速发展,国力不断增强,我国的体育事业也随之蓬勃发展。尤其是近年来,我国体育健儿在国内外赛场屡创佳绩,同时广大群众也积极参与全民健身活动,不断追求健康向上的高素质生活。在这种背景下,我国对各类体育设施,特别是体育馆建设的投入不断加大。体育场馆的高速建设,为我国建筑业,包括空调行业提出了更高的要求。尤其是2001年7月13日北京申办2008年奥运会获得圆满成功,北京更提出了“新北京,新奥运”的口号。另一方面,随着可持续发展战略在中国的实施,建筑能耗问题已成为人们关注的热点。体育馆建筑属于大空间建筑,体积大、维护结构传热量大、人员灯光密集,空调负荷较大,因此,设计合理的气流组织,以使得馆内空气分布满足比赛和观众的要求,同时又保证空调系统能耗较低就具有重要的意义。这也与我国承诺的“绿色奥运”的思想紧密相连。为此,如何快速、准确地合理设计体育馆类高大空间的气流组织形式就成为一个重要的问题。下面将介绍不同体育馆类建筑的主要气流组织方式及气流组织设计的难点,并提出可能的解决方案。 2 体育馆类建筑的气流组织形式简介 通风空调室内的气流组织,是指其中的气流流形以及空气的各物理量的分布,如温度、速度、湿度以及污染物浓度等。对于体育馆类建筑,其空调气流组织主要有如下形式: 2.1 侧送风方式 侧送风方式是体育馆比赛大厅采用得最广泛的一种气流组织形式,其中采用喷口侧送方式最为常见。体育馆比赛大厅无论规模大小,通常都具有空间大、比赛场地位置低、观众席逐渐升高的“碗型”特征,并且风口离空调区域(特别是比赛区)较远。因此采用侧送方式能够充分利用这一特点,喷口送风射流长、流量大。这种气流组织方式可使空调区域温度均匀靠近喷口的后排观众基本处于回 第2卷 第2期 2002年4月 制冷与空调 REFRIGERA TION AND AIR-CONDITION IN G Vol.2,No.2 April2002
如何进行大空间暖通空调系统的设计
浅论如何进行大空间暖通空调系统的设计 摘要：本文对如何进行大空间暖通空调系统的设计进行了详细的阐述，从而使大空间的暖通空调系统能够充分满足相应的湿度以及清洁度的要求。为了能够在大空间建筑内部设置完善的通风和空调设备，需要对整个暖通空调系统进行合理的设计。作者充分结合了多年来的工作，进而针对大空间暖通系统的相关问题进行了有效地解决。 关键词：大空间背景；建筑特征；暖通空调 abstract: this paper described on how to design a large space of hvac system are in detail, so that the hvac system in large space can fully satisfy the corresponding requirements of humidity and cleanliness. in order to improve the ventilation and air conditioning equipment is arranged in the interior of large space building, need to carry on the rational design of the hvac system. the author combines the work over the years, to effectively solve the problem of large space and related to hvac system. key words: large space building hvac background; features; 中图分类号：tu96+2 文献标识码：a文章编号： 随着我国社会经济的快速发展，我国在大空间领域的研究也在逐渐加深，但与国外相关技术相比还有着较为明显的差距。国外在经济发展过程中建设了大量的公共建筑，在追求优质环境的同时，也
室内气流组织数值模拟与舒适度分析
室内气流组织数值模拟与舒适度分析 摘要：分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的室内空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟，并对其结 果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。 结果表明，分层空调和置换通风是室内中较好的气流组织方式。 关键词：室内；气流组织；速度场；温度场；数值模拟；热舒适 引言 传统空调系统的气流组织是以送风射流为基础的，通过反复迭代检查温度和 速度。最后，找到合理的回风方案和参数。空调房间内的供气射流大多是多个非 等温湍流射流，一般设计方法是基于单股等温紊流射流的规律，射流约束修正系数、射流重合度和非等温射流的修正系数。介绍。这种方法忽略了很多其他因素，如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等，因此必然有一定的误差，在某些 情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于空间空调系统的气流组织设计，是不合适的。 空间空调系统的气流设计没有成熟的理论和实验结论。主要研究方法是将气 流的数值分析与模型相结合。由于气流的数值分析涉及到各种可能的内部扰动、 边界条件和初始条件，所以可以完全反映房间内的气流分布，从而确定气流的最 佳方案。 1室内空气流动的有限元数值模拟 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动，直接模拟尚不现实。在 解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设： 1）室内空气为低速不可压缩气体，且符合 Boussinesq 假设； 2）室内空气流动为准稳态湍流流动； 3）忽略能量方程中粘性效应引起的能量耗散。 2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.1研宄对象 本文的研宄对象为有内热源、尺寸为12 mX &4 mX5.0 m（长X宽X高）的长 方体建筑模型（如图1所示），风口设在外墙侧。人员和设备由于不断放出热量，对室内气流分布特性有重要影响，将其视作内热源处理。内热源模型为0.4 mX 1.2 mX 1.3 m（长X宽X高）的长方体。在内热源模型内部不求解控制方程，把它的内表面视作速度为0的壁面。考虑模型的对称性，取一个空调送风单元（3 mX 4.2 mX 5.0 m）进行模拟计算分析。本文主要讨论0.1 m和1.1m高度的情况，这 两个平面之间的区域可以代表工作区。 2.2边界条件的处理 室内温度设定为（26±2）°C，内墙的温度设定为26°C，外墙为26.5屋顶为26°C。人体和设备的发热功率之和为600 W。本文应用有限元的非统一网格，在 人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密，在壁面附近采用壁面函 数法。非线性方程组由FIDAP（流体力学有限元软件包）的求解器通过迭代求解。 2.3常用送回风方式下室内气流组织模拟及气流分布特性评价
大空间分层空调
分层空调 1 分层空调技术介绍 分层空调指使高大空间下部工作区域的空气参数满足设计要求的空气调节方式。分层空调方式就是以送风口中心线作为分层面,将建筑空间在垂直方向分为2 个区域,分层面以下空间为空调区域,分层面以上空间为非空调区域。如图1 所示。 图1 分层空调示意图 分层空调的空调区的冷负荷由 2 大部分组成,即空调区本身得热形成的冷负荷与非空调区向空调区热转移形成的冷负荷。热转移负荷包括对流与辐射2 部分。当空调区送冷风时,非空调区的空气温度与内表面温度均高于空调区,由于送风射流卷吸作用,使非空调区部分热量转移到空调区直接成为空调负荷即对流热转移负荷。而非空调区辐射到空调区的热量,被空调区各个面接收后,其中只有以对流方式再放出的部分才转为空调负荷即辐射热转移负荷,夏季由于太阳辐射热作用到各外围护结构中,屋盖的内表面温度最高,而地板的内表面温度往往就是最低的,非空调区各个面( 包括透过窗进入空调区的) 对地板的辐射热占辐射热转移热量Q f的70% ～80%。 采用分层空调与全室空调相比,可显著地节省冷负荷、初投资与运行能耗。按国内的实验与工程实际运用,一般可节省冷量在30% 左右。因此,对于高大空间建筑中,房间高度≥10 m,容积＞10 000m3的建筑,采用分层空调这种方式就是非常适宜的。 近些年来,随着我国大型展览、会议场所与航空、铁路、陆路交通枢纽建设的大力发展,出现许多高大空间建筑,这些建筑中需要空调的区域仅为下部工作区域,可利用合理的分层空调技术实现高大空间节能。
现状存在的问题就是分层空调技术应用不普以及有些做法值得商榷。如,分层空调在满足空调区使用要求的各项参数下,分层高度h1越低越节能,有些建筑借用冬季地板辐射采暖的设备满足高大空间空调制冷,辐射地面温度比全空气系统对流换热时的温度低,空气就是辐射的近似透明体,这样采用辐射供冷处理高大空间空调没有分层高度,同时会加大空调制冷的能耗。 在高大空间中,利用合理的气流组织仅对大空间下部(或上部)的空间即工作区进行通风空调,而对上部(或下部)的大部分空间不进行空调,非空调区与空调区以大空间腰部喷口送风形成的射流层作为分界线。大空间建筑分层空调适用的气流组织形式主要有四种:1) 带空气幕的双侧对喷下部排风;2)双侧对喷上、下部排风;3)双侧对喷上、下部排风中部一次回风;4)双侧对喷上、下部排风中部送新风。 这种技术应用的基本原则就是:1)供冷时,冷风只送到工作区,此外利用室外空气或回风以分隔形成上部非空调空间,或用于满足消防排烟之需;2)在供暖时,送风温差宜小,且应送到工作区。有条件时与辐射供暖相结合。采取这些措施后,空调负荷可减少30%~40%。在分层空调的设计中,气流组织非常重要,它直接与空调效果有关。能否保证工作区的温度分布均匀,得到理想的速度场,达到分层空调的效果与节能的目的,很大程度上取决于合理的气流组织。只要将空调区的气流组织得好,使送入室内的空气充分发挥作用,就能在满足工作区空调要求的前提下,最大限度地降低分层高度,节约空调负荷,减小空调设备容量并节省设备运转费用。 2 常见的气流组织形式 通风空调室内的气流组织,就是指其中的气流流形以及空气的各物理量的分布,如温度、速度、湿度以及污染物浓度等。气流组织的方式归结起来主要取决于送风口与回风口的位置与形式,即送、回风方式。常见的空调送、回风方式可分为如下几种形式: 1)侧送下回方式。侧送方式就是大空间建筑采用的最广泛的一种气流组织形式,它就是将送风口设在大厅侧墙上部,冷风(或热风)由送风口送出,气流吹过一定距离后转折下落到工作区后以较低的速度流过整个工作区,由设置于同侧下部的回风口排出。根据空间跨度大小,分单侧送风单侧回风方式与双侧送风双侧回风方式。侧送方式中,以喷口侧送最为常见。除了喷口送风外,侧送方式还包括百叶侧送,但由于有噪声与“脑后风”等,百叶侧送只作为辅 助送风方式被采用。 2)上送下回方式。上送下回方式,就是将送风口安装在建筑的顶棚或上部网架空间内,将回风口设在下部侧壁上,空气自上而下送至人员活动区,然后由回风口抽走,其送风形式包括散流器、喷口、旋流风口、条缝与孔板送风等。从使用效果上讲,上送下回方式就是比较好的。它能把处理好的空气均匀送到各个部位,以满足不同区域的空调要求。但上送风也存在着诸多不足:空调区域包括了建筑内的上部空间,冷(热)负荷较大,能耗高,送风量比喷口侧送大25%～30%左右。 3)下送上回方式。这种气流组织的方式就是由下部(如地板或侧墙下部)送风,由空调房间上部回、
空调房间室内气流组织模拟(fluent)
模型[1] m s，送风温如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 度为25℃，壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLUENT。启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317
a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图： 下面说一说Pressure-based和Density-based的区别：
a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力 修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动 也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法； b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解 的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent 具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太 完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来 处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC， PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现 的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。 基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。 -湍流模型，Define/Models/Viscous。 ③流动模型设置。这里使用的是kε -模型，这种模型应用较多，计算量适中， a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε 有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效 果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算 要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。 b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。其应用较多，计算量小， 有较高的精度。适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾 和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。
高大空间空调方案
工厂，仓库，超级市场和其他的高大建筑对通风的要求给室内空调系统提出了特殊的挑战。但是，具有完美适应性的HVAC 系统成功地解决了这一问题 Dipl.-Ing. (FH) Stephan Eder 高大的室内空间和厂房车间有时候会出现建筑辅助设备（BSE： building services equipment ）适应性方面的问题，这主要是由两个不同的原因造成的。第一个原因是显而易见的：因为常规的通风系统是为相对较小的建筑空间设计的。第二个原因则是跟据空间使用的多样性而定。一个超级市场与药品仓库相比需要完全不同的通风要求，一个展览大厅比起一个造纸车间来也会需要另外的通风系统。而且，这些建筑的用途也在越来越频繁的变换，他们今天也许是在生产螺丝钉，而明天则用于举办文化活动。我们生产的室内空调系统正在努力的来满足这样的需求。 图一：巨大的空间对建筑物通风系统的运转提出了更高的要求 中央系统和分散系统的解决方案 在设计过程中要特别注意不同系统中的主要区别，这一点是非常重要的。在中央空调系统的情况下，空气会被集中在一个巨大的处理单元内统一处理然后再通过管道系统进行分配。而在分散系统中，若干个独立的单元会被固定在室内的相应位置，而这被证明是非常适合厂房和其他的高大建筑的解决方案。他与设备集中的中央系统解决方案相比具有更高的灵活性，并且通过对实例的研究和对计算结果的比较，分散系统在成本上通常更经济。早期的分散式通风系统主要被应用在工业领域，但是在今天，更加的先进的设计和更灵活的适应性使得我们可以将他们应用在大型的展览馆，超级市场和其他要求“舒适感”的大厅或车间。 分散式室内空调系统普及的原因是他与高大建筑出色的匹配性，例如：一个单层建筑物，具有至少4米的净空高度和最小100平米的地板面积。根据建筑的大小尺寸和具体的通风要求，能够使用不同的分散式单元来为特殊要求提供最佳的解决方案。
深圳机场旅客卫星厅空调气流组织的CFD模拟分析
152 0 1 9 年 6 月 第2期(第38卷总147期) []摘要 民用机场航站楼空间高大、部分空间上下连通，对室内环境的舒适度要求高；本文通过CFD在深圳机场旅客卫星厅空调气流组织中的模拟研究，分析得出冷气下沉以及室外停机坪对航站楼二次辐射的不利因素是导致室内空间冷量不足的主要原因，该模拟分析结果对航站楼的优化设计具有重要的指导意义。 []关键词 高大空间；计算流体力学；分层空调；冷气下沉；停机坪二次辐射 [][] 中图分类号 TU831 文献标志码A doi ：10.3969/J .ISSN. 1005-9180.2019.02.004 何 花 （广东省建筑设计研究院，广州 510370） 深圳机场旅客卫星厅空调气流组织的CFD 模拟分析 收稿日期：2019-4-8 作者简介：何花（1970-），女，学士，教授级高级工程师，主要从事暖通空调设计，E -mail :465929976@qq .com ；广东省建筑设计研究院Abstract ：Civil airport terminal has a large space with upper and lower parts connected, which requires a high comfort level of indoor environment. By the CFD simulation of air distribution in air-conditioning in the Satellite Hall of Shenzhen airport, this article concludes that the main reasons for unsufficient cooling of indoor space are the disadvantages of the sink of cold air and the secondary radiation on the terminal from the outdoor apron. The CFD simulation results have significant guidance in the optimal design of the terminal. Keywords : Large Space ；CFD ；Delaminated Air-Conditioning ；Sink of Cold Air ；Secondary Radiation from the Outdoor Apron. CFD Simulation of The Air Distribution in the Satellite Hall of Shenzhen Airport HE Hua （The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province , Guangzhou 510370） 0 引言 民用机场航站楼属于公共交通建筑，具有空 间高大、上下垂直连通情况复杂、人员密度高、 停留时间长、舒适度要求高等特点，如何设计合 理的空调气流组织、营造舒适的室内热环境，成 为暖通空调专业首要的技术重点。目前多采用计 算流体力学（CFD）来解决高大空间的空调气流组织、热环境问题。1 工程概况深圳机场旅客卫星厅工程总建筑面积约23.5万平方米，建筑最高点高度为27.65m，地上4层，地下1层。地下1层主要为行李机房、捷运站台及设备管沟；首层主要为远机位候机厅、办 文章编号：ISSN1005 - 9180 (2019) 02 - 0015 - 05
一种大空间分层空调的设计方法及其应用
11 摘要：本文探讨并应用了一种基于多区热质平衡模型的分层空调设计方法。多区热质平衡模型包括多股射流速度重合与流量、垂直壁面换热与流动、表面热平衡、区域热质平衡等子模型。该方法从研究多股平行非等温射流的特性以及大空间垂直温度分布特点入手，其计算条件为相应的室外计算参数、空间几何尺寸、围护结构传热特性以及内部已知散热源，计算过程包含了传导、对流和辐射的三传耦合。通过模型的求解，可以得出相应的设计参数，如空调负荷、空调送风量、喷口的尺寸与数量等。在稳态条件假设下，与原有的分层空调设计方法进行了比较，指出了原有方法的不足之处。 关键词：热质平衡模型分层空调稳态假设 1 分层空调技术背景 1.1 技术发展 近年来，大空间建筑在工业和民用场合出现越来越多，分层空调技术在各类大空间建筑中应用也更加广泛。分层空调作为一种特殊的气流方式，于20世纪60年代最早出现在美国，后又在日本、中国等开始大量应用[1]。分层空调一般可以定义为：在大空间两侧或单侧腰部设置送风喷口，下部同侧均匀设置回风口，运用多股平行非等温射流将空间隔断为上下两部分，仅对下部空调，形成“空调区”，对上部通风形成“非空调区”。 国外学者曾对分层空调气流进行了模型试验，并试图对分层空调进行理论解析，但其结论很难应用于实际工程[2]。20世纪80年代，中国建筑科学研究院对分层空调进行了大量的模型试验，提出了“分层空调气流组织计算方法”、“分层空调热转移负荷计算方法”等[2, 3]，成为目前国内大空间建筑分层空调设计的主要参考依据。此后，又有人采用CFD技术、简易能量平衡模型等手段对分层空调横向隔断气流以及室内温度分布进行了研究，特别是对垂直温度分布特点的研究已成为进一步解决大空间建筑节能和良好热舒适环境的重要途径，文献[4]结合国内外研究现状，综述了近些年CFD模型、能量平衡法、实验手段等方面的重要进展。 1.2 存在问题 就目前来看，关于多股平行非等温射流的理论已较为成熟，从实验、解析到数值模拟都有一些研究成果[2, 5, 6]。然而，对于分层空调气流下负荷的解析计算以及能耗的分析还有待进一步的深入研究。文献[2,3]虽然系统给出了分层空调的设计方法和过程，但仍然缺乏理论依据，有不少地方是值得商榷的，比如，在确定非空调区温度时，采用以下方法： （1） 式中，为空调区计算温度，由工艺确定；为非空调区计算温度；为屋盖下空气温度或
大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析
大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析 发表时间：2019-04-30T10:40:18.810Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王雷谢恩 [导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉 430040 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。结果表明,分层空调和置换通风是大空间建筑中较好的气流组织方式。 关键词：大空间建筑；气流组织；速度场；温度场；数值模拟 引言 常规空调系统气流组织的设计是以送风射流为基础,通过反复迭代对温度和速度进行校核,最后找到合理的送回风方案和参数。空调房间的送风射流大多属于多股非等温受限湍流射流,而一般的设计方法是在单股等温湍流送风射流规律的基础上,引入射流受限、射流重合和非等温射流修正系数,这种方法忽略了很多其他因素,如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等,因此必然有一定的误差,在某些情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于高大空间空调系统的气流组织设计,是不合适的。对于高大空间空调系统的气流组织设计,目前尚无成熟的理论和实验结论,主要研究手段是将气流数值分析和模型相结合。由于气流数值分析涉及室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因此能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于确定最优的气流组织方案。 1大空间气流组织的研究意义 对于现代的工艺空调车间，不但要满足工艺方面的要求，而且还要营造良好的室内人工环境。在生产过程中必须保证生产工艺所要求的温度、风速、湿度，为生产提供条件，同时也要求提供合适的新风量，保证一定的洁净度和噪声标准，为工作人员提供良好的工作环境。在各类工艺空调建筑内，空气调节是实现这些人工环境的最佳手段。在大空间空调中，经过处理的空气由送风口进入，与室内空气进行热湿交换，经过回风口排出。空气的进入与排出，必然引起室内空气的流动，而不同的空气流动状况有不同的空调效果，合理组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流动速度等能更好地满足工艺要求，符合人们的舒适感觉。由此可见，大空间气流组织直接影响室内的空调效果，是关系到工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及洁净度和人们舒适感觉的重要因素，是空气调节的重要环节，对其进行研究己口渐成为一项重要的课题。 2大空间建筑室内气流组织有限元法数值模拟 2.1物理模型假设 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动,直接模拟尚不现实。在解决实际问题时,需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设:1)室内空气为低速不可压缩气体,且符合Boussinesq假设;2)室内空气流动为准稳态湍流流动;3)忽略能量方程中由于黏性作用引起的能量耗散。4）控制方程求解与罚函数的采用应用K-ε两方程模型模拟湍流,加上连续性方程、动量方程、能量方程组成控制方程组。方程组中空气密度ρ=1.1941kg/m3,黏度μ=1.81×10-5Pas,6个经验系数的取值如下:Cμ=0.09,C1=1.44,C2=1.92,σT=0.9～ 1.0,σK=1.0,σε=1.3。对流场控制方程用有限元法求解。为防止病态方程组出现,本文采用罚函数法。罚函数模型是压力速度模型的变形形式,把连续方程作为罚函数约束导入动量方程从而消去压力项,得到只有速度项的动量方程,即令p=-λp(v)(1)式中λp是罚参数。在求解其他变量之前,将压力从全部未知量中消去,这将减少求解未知量的数目。压力在其他变量求出后重新求得。 2.2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.2.1下送风方式(置换通风)室内气流组织模拟 置换通风气流组织的影响因素很多,例如热源的大小和位置、送风温度以及障碍物的高度和位置等。由于长方体内热源模型的假设不能很好反映置换通风的流动特点,所以在此将内热源简化为一个处于房间底部正中间的面积为0.4m×0.4m的面热源,热源温度为40℃。为了模拟热源气流的上升,假设送风速度为0.3m/s,考虑冷气流的特点,假定地面温度为22℃,其余边界条件与前文相同。置换通风的送风温差一般为2～4℃,本文取4℃,则送风温度为22℃,送风速度为0.25m/s,送风口尺寸为1.0m×0.5m。尺寸为1.0m×0.5m的回风口布置在屋顶靠近置换装置的一侧,回风速度为0.35m/s。模拟显示z=0.1m断面上平均温度为22.66℃,平均速度为0.025m/s。 2.2.2边界条件的处理 室内温度设定为(26±2)℃,内墙的温度设定为26℃,外墙为26.5℃,屋顶为26℃。人体和设备的发热功率之和为600W。本文应用有限元的非统一网格,在人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密,在壁面附近采用壁面函数法。非线性方程组由FIDAP(流体力学有限元软件包)的求解器通过迭代求解。 2.3五种送回风方式室内气流分布特性评价 对舒适性空调来说,评价标准不外乎舒适性和经济性两个方面,前者是对气流在工作区形成的温度场、速度场能否满足人员的卫生和舒适要求的评价,后者则考虑为消除工作区的余热,送风的耗冷量是否最低。对气流组织性能有多种评价指标,如温度不均匀系数kt,速度不均匀系数kv,符合给定条件测点比例数F,以及能量利用系数η等。 3送回风参数对地面附近温度场和速度场的影响 前面我们对子午胎车间在冬夏两季最不利情况下进行了气流组织模拟预测，并对其设计效果进行了评价，结果表明原来的设计将使车间内冬季温度偏高，夏季温度偏低，不利于节能。这一章中我们将对夏季最不利工况进行研究，模拟预测子午胎车间在不同送风参数和回风口高度下的温度场和速度场，对比分析找出最佳送风参数和回风口高度，力图得出同类大空间车间的设计规律。 4结论 从流场情况看,上送风的几种形式中,百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调有相似的气流流动规律,但分层空调较为节能;喷口送风工作区平均温度、速度均较低,垂直温差、不均匀系数均较小,能量利用系数较大;散流器顶送下回方式气流在整个空间的分布较均匀,可较好地减少内热源对周围环境的热影响(z=1.1m平面上最高温度值比其他方式小),但其平均速度较大,在风口下部的人有吹风感;百叶
高大空间空调系统
高大空间空调系统是由潍坊皓隆机械有限公司自主研发的新型的，针对高大空间这一特殊环境而研制成功的革新的空调设备，该系统是将新鲜舒适的空气从屋顶均匀分布到室内，改善所到区域的空气质量。 设和与5-30米的高大空间，产品广泛用于工业厂房、仓库、风机及机车维修中心、物流中心、大型体育馆、展览馆、汽车4S店、超市等高大空间场所。 皓隆机械是从事供热制冷行业多年的企业。立足供热制冷行业，锐意进取，在经营过程中，积极参与市场竞争，了解市场需求，全力更新及完善我们的技术和销售，得到了用户及同行的广泛好评。 多年来，通过精诚合作，通过同约克、日立、瑞好、罗百特、A.O.Smith、威能、贝雷塔、瑞恒等众多欧美日厂商的紧密合作，建立了以诚信为本的密切型合作关系，从而奠定了皓隆机械为国内广大客户实施大中型供热制冷工程项目的坚实基础，更为我公司在经营管理，设备安装上提供了良好的技术支持 业务范围涵盖供热制冷各领域，从高大空间空调系统、空调器及配件销售、安装、到机房空调设计、施工，大中型仓库、的设计、施工及工矿企事业单位大型空调设备配套及安装。其中尤以最为时尚的高大空间空调系统、制冷设备以及新风机组的制作安装为专长。 作为一家高度专业的供热制冷系统设备提供商，皓隆机械专业从事为别墅等高档住宅、大型厂房、体育场馆等大型建筑物，专业提供关于供热制冷的最佳解决方案，并同时提供世界一流的高大空间空调系统，为人们营造舒适健康的建筑环境。 本公司技术人员均经历了多项工程的实践，并随时了解和掌握当今技术的最新发展动态，从而为客户提供最有力的技术保障，从方案设计到设备选型，从供货到安装、调试，提供一条龙服务。我们的原则是为用户提供超前完整的解决方案和全方位的技术支持，我们的口号是“一切以顾客满意为标准”。 本公司积极开展售后服务工作，实行一条龙服务，本着"零担心服务"的原则，给所有用户以热情的关怀和主动的上门养护。同时在经营中培养了一批技术精湛的安装和维修队伍，为用户提供了热情、高质量的服务。我们将以饱满的工作热情回报您的关心与支持，并一如继往，视技术为生命，视服务为已任，立志成为中国供热制冷行业的典范。 远程射程强制循环均匀分布 传统的方式采用暖气片作放热设备，高大空间往往进深很大。暖气片自然对流，热空气自然上升，能辐射到的区域很小，远的地方都感觉不到暖气片的存在。改良后暖风机增加强制空气分布的功能，但风机选用和设备结构不足等因素导致热循环功能有限。 HOLONE高大空间专用空调吊装在屋顶，通过设备上部混风箱及其内部高效热交换器实现对空气的快速加热和混风均匀。利用设备顶部大风压的轴流风机强制热空气下送。从设备下方旋流风口喷射而出，热空气强力冲向地面，是工作区温度快速提升。 空气布送装置将热空气由上而下的均匀分布到空间各处，消除室内不良温度层。空气布送装置根据设备安装高度及制热、制冷等不同工况调节气体流速和送风角度，无须使用较大的空气流量即能温度要求，实现工作区域内无风感，在空间内工作人员感觉温暖、舒适。 明显的节能效果 靠自然对流放热为主的这种传统供暖方式造成热量聚集在建筑物顶部，对工作区温度无任何意义，聚集热量通过屋顶散失，造成热能浪费。并且该方式对供水温度要求很高，否则离暖气片稍远即感觉不到热空气存在。 HOLONE高大空间专用空调采用吸风式轴流风机，有效吸收聚集在顶部热量后下送到工作区，使热能再次得到利用。采用远程射流、强制循环方式，能将出口温度不高的热空气迅速送到工作区，对供水温度要求远低于传统采暖方式。使用者可根据现场环境要求调节供水温度，真正达到节能的目的。
南方地区开敞式大空间空调设计
南方地区开敞式大空间空调设计广州市设计院h t t p ://w w w .j z c k t .c o m
以长隆月亮演艺广场为例子，说明南方地区开敞式大空间空调设计的关键技术。如：室内外设计参数的确定、围护结构负荷的确定、气流组织等。 h t t p:/ /w w w.j z c k t.c o m
一、项目简介 月亮演艺广场为大空间开敞式建筑，其底部和屋顶均有大开口，气流组织复杂， 围护结构传热大，蓄热系数小，有一定的特殊性， 此类建筑的空调系统设计尚无先例。 在过渡季节以及夏季的一些时段可以不开空调,靠自然通风也能满足室内要求，相比封闭建筑的全年或全年大部分时间的供冷，该建筑的空调系统全年具有节能性。 建筑的围护结构造价大大低于封闭式大空间建筑围护结构的造价，具有一定的经济性。 对类似建筑的设计具有推广意义。h t t p ://w w w .j z c k t .c o m
图1-1 长隆月亮演艺广场剖面图 h t t p ://w w w .j z c k t .c o m
二、设计的目标： 采用全空气分层空调直流系统设计，将冷风送入观众区域，只保证室内底部热 舒适性，冷空气消除余热，变热后从室 内上部排出。 h t t p:/ /w w w.j z c k t.c o m
三、空调负荷的确定 室外参数的确定：? 长隆月亮演艺广场的表演时间段为正常每天19:30-21:00，? 依据全年正常运营日19:30-21:00这一时段的室外计算参数取全年最热月最热一周内19:00时温度最大值31.8℃为空调室外计算温度，此时湿度为73%。h t t p ://w w w .j z c k t .c o m