146 低温送风空调系统气流组织的模拟分析

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1、低温送风空调系统气流组织的模拟分析中铁第四勘察设计院集团有限公司李森生湖北省建筑科学研究设计院丁云摘要：本文以一个采用低温送风技术的工程为实例，采用phoenics3.6.1软件对实例中低温送风房间的气流组织做CFD模拟，获得房间的温度、速度及舒适度值，依据气流组织评价标准对模拟结果进行数据分析得到：原设计室内温度场、速度场较均匀，室内的平均温度、舒适度满足设计标准，气流组织设计较合理，投入能量利用系数平均值β=1.00。回风口的回风速度对低温送风射流影响较大，造成回风温度高于室内平均温度，经济性能欠佳，并依据分析结果，对原设计给出建议。关键词：低温送风气流组织

2、数值模拟合理性空调系统设计的好与坏，主要有两个评判标注：一个是设计房间的气流组织与舒适度是否满足人体的要求；二是在此基础上的系统节能与环保性。本文以一个采用低温送风技术的工程为实例，针对施工设计的方案，对一个房间的气流组织进行CFD数值模拟，从而验证原设计的合理性，并对此提出优化方法。1气流组织评价指标[1]1.1技术指标1）速度不均匀系数KV对于工艺性空调，除了要求在工作区内所有点的速度平均值满足设计要求外，还要求工作区的速度不均匀系数满足设计要求。引入“速度不均匀系数”KV。（1-1）式中，N—测点数；Vi—工作区任意一点速度；Vp—N个测点的速度算术平均值

3、；—速度的均方根差。2）有效温度差(△ET)及空气分布特性指标(ADPI)对于舒适性空调来说，则用人的舒适感作为评价标准。人的舒适感觉与众多因素有关，评价标准也可以多样。相对湿度在较大的范围内(30%~70%)对人体的舒适性影响较小，可以主要考虑空气温度与风速对人体的综合作用。即引入有效温差与室内温度与风速的关系：（1-2）式中，△ET—有效温差；ti,tn—工作区某点的空气温度和给定的室内温度，℃；Vi—工作区任意一点速度，m/s。根据有关舒适性实验和计算的综合结果，可以认为△ET=-1.7~+1.1之间，多数人是感觉舒适的。空气分布特性指标(ADPI)定义为

4、满足规定风速和温度要求的测点数与总测点数的比之，即：（1-3）ADPI全面反映了空调区气流组织带来的影响，ADPI越高，空调区内逗留人员对环境感到满意的人越多。一般情况下应使ADPI≥80%。1.2经济指标气流组织的任务是以一定形式送进房间一定数量的经过处理成某种状态下的空气，用以消除室内一定量的某种有害物质使工作区空气的某些参数值和波动范围达到设计要求。因此，作为评价气流组织的经济指标，就可以反映投入能量的利用程度。为此，引入“投入能量利用系数”β。（1-4）式中，to—送风温度；tp—排风温度；tn—工作区设计温度。当β=1.0时，表明送风经过热交换吸收余热

5、后达到室内温度，并进而排除至室外；当β>1.0时，表明送风吸收部分余热达到室内温度，且能控制工作区的温度，而排风温度可以高于室内温度，经济性好；当β<1.0时，表明投入的能量没有被完全利用，往往是由于气流短路造成，经济性差。2低温送风空调房间气流组织模拟2.1模型建立[2]以图1.1为模型对象。该工程为武汉某单位新建生产科研综合楼水源热泵加冰蓄冷、变风量、变水流量、大温差空调系统，是武汉市节能示范工程，正处于施工阶段。图1.1低温送风空调房间末端设计模型房间为综合楼二楼的一个设计室。该房间的尺寸为26×10×3m，三个回风口尺寸为0.8m×0.3m。回风口为常见

6、的铝合金单层百叶，低温诱导送风口DID600-G-C/1200×593,一次风量225m3/h。只有带窗的墙为外墙，其他均为内墙，内墙绝热。房间全热负荷约40kW，最终的送风温度为11℃，总的送风量为7425m3/h。模型详见图1.2。模拟软件采用phoenics3.6.1版。空调房间的送、回风过程是湍流流动过程。因此，在数值分析中采用合适的湍流模型十分重要。k-ε湍流模型是比较成熟，而且适合大多数场合流场数值分析的湍流模型。故采用k-ε湍流模型描述房间中的气体流动过程。图1.2送风空调房间气流组织模拟模型为了简化问题，作如下假设：①空调室内空气为不可压缩，空气

7、物性为常数，室内空气为辐射透明介质；②流动为稳态湍流；③考虑重力因素，对于浮升力的作用，采用Boussinesq密度假设；④忽略由流体粘性力做功引起的耗散热；⑤不考虑漏风的影响，认为室内空气除出口外都密封完好；⑥室内热源除设备、人员散热外，其他热源包括建筑得热、照明负荷都按照一定的比例分散到地面、吊顶以及外墙上。外墙的对流换热系数考虑为30W/m2.℃，地面与吊顶空间分别按照5W/m2和20W/m2的辐射换热系数考虑（吊顶内20W/m2的照明热量均考虑到吊顶传热部分）。控制方程为紊流的能量守恒方程、动量守恒方程，连续性方程。在Z轴设置g=-9.8m/s2的重力加

8、速度，取一个标准大气压，