CFD

CFD的商场空调系统设计方案研究穆婧瑜

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都611130）

摘要：阐述高大建筑空间中，经验性空调系统设计方法的局限性。提出了对作用空间进行CFD分析的设

计方法。在某建筑空间的空调系统设计中，建立了气流仿真流场模型，并按照双侧供风方案展开了气动性能仿真和现场数据采集。结果显示，该设计方案下的气体流动性能较好，能够满足设备节能和人体舒适性要求。

关键词：空调系统CFD分析节能舒适性

高大建筑空间，往往人员密度大且流动频繁，气流条件复杂等特点。因此，对室内的空调系统的设计提出了较高的要求。空调系统的合理化设计，除了能够有效地节约能源外，还必须满足内部人员的健康性和舒适性要求。可见，空调系统的设计方案合理与否，对于建筑空间里面的作业人员而言，具有重要的意义。

目前，空调系统的主要设计方法[1]为：根据建筑的空间面积，结合经验首先确定空调供风口的位置，然后再选择空调的性能参数（如功率、温度以及作用面积等）。然而，不同建筑物的特点是不相同的，而该方法将相似建筑物的设计经验进行类比，容易导致相同的空调系统设计方案与空间特点不匹配（比如面积相同的空间，有可能存在墙体材料、地区气象条件等方面的差异），从而无法达到预期的效果。因此，结合建筑空间的自身特点，对其进行CFD气动性能分析，有利于提前了解空间气流概况，并以此来确定空调供风口的位置和选择合适的空调类型，达到合理化设计的目的。1仿真模型的建立

以西南地区某综合楼第一层的空调系统为设计对象。选择夏季为计算条件，选择当地的气象条件为仿真依据，对空间内部的气流运行条件进行数值计算。该空间作为商场使用，形状接近于规则的长方体，为简化计算，取模型尺寸为20m×12m×10m。由于该空间尺寸很大，单一的送风口提供的冷气，除需要较大的设备功率外，还存在难以全面覆盖整个空间形成良好循环的问题，故本设计采用对称送风原则，即在建筑空间的左右两端设置送风口。此外，由于人员活动的区域主要是在空间下方，上方空间进行温控的意义不大。从节能的角度而言，气流无需作用于过高的位置。故取值6.3m为送风高度，仿真流场模型，如图1所示。2数值计算

完成空调系统流场模型的建立后，下一步操作是对整个流场进行数值计算。假设室外温度为35℃，建筑墙体辐射系数为5.67，两边送风条件相同，入口气体性质设置为射流。

2.1连续性方程的确定

图2速度分布图1空调系统流场模型

在计算中，假设单位时间内，该建筑空间有一气体微元，流过该微元的流体质量改变了，则可以认为，改变的质量等于气体流入或流出的值。所以连续性方程表达式：

¶r¶(ru)¶(rv)¶(rw)+++=0

¶t¶x¶y¶z

y、z上的速度矢量。2.2湍流总能量方程

（1）

式中:ρ为液体或气体密度；u、v、w为气体在坐标x、

在数值计算中，内部气流的运动同样满足湍流动量方程，表达式为：

¶ærö¶ærö¶(p+gh)（2）çui÷+çuj*÷=-¶tè2ø¶xjè¶xi2ø式中：γ为液体或气体重度；p为气流压强；h为气流高度。

2.3计算结果后处理

通过数值计算，得到了该设计方案下，建筑内部空间的速度、压力以及温度分布规律，如图2~4所示。

设计与研究

37图3温度分布

图4压力分布

由图2可知，气流作用区域主要在空间下方。从供风口以射流的形式进入空间。当气流进入空间后，将会和空间内的空气发生叠加作用。结果是原先在空间中低速运动的空气速度增加。对称射流行至中心线附近，方向逐渐发生变化，最终在底层区间流出，形成两条对称的循环回路。

由图3可知，在空调运行稳定后，整个空间的温度基本恒定，约26℃左右；故从温度调节而言，基本满足人体舒适度要求，系统运行结果较好。

由图4可知，气流进口压强为正值，在循环过程中，空间下方均产生了一定的负压。但是，从数值上来看，正负压的压差极小，故该因素不会造成人体舒适度下降。

综上所述，从仿真结果来看，该空调系统设计方案满足要求。

3现场数据测试对比

目前，该建筑空间空调系统已按上述设计方案施工完毕，并投入使用。故为验证仿真结果，本文选取7月某天为测试对象，已知当日中午室外平均温度为34.5，空调的设定温度为25，主要针对温度和压力进行试验。左右半区分别选择6个测点，如图5所示。

试验流程为：（1）确定各测点的位置坐标；（2）待空调达到恒温，自动停机时，用温度计和压力传感器进行各测点数据采集；（3）记录各测点数据，并与仿真数据对比。

测试结果如图6~7所示。

图5测点布置

离散点温度检测数据35）30℃25（布20左半区温度分布（℃）分15右半区温度分布（℃）度温1050123456离散点序数图6温度试验数据

离散点压强分布0.00E+00123456）-1.00E+01aP（-2.00E+01左半区压强分布情况布（Pa）分右半区压强分布情况强-3.00E+01（Pa）压-4.00E+01-5.00E+01离散点序号图7压力试验数据

由图6~7可知，现场测试的温度和压强值总体来说，与仿真结果比较接近。数值计算和实测偏差，这是一个合理的误差范围[4]。故对该空调系统的数值计算结果正确，且该系统的设计较为合理。4结论

通过对某建筑的空间进行空调系统气动性能数值计算和现场测试可知，该设计方案下，室内气流的速度、温度以及压力状态都比较良好，温度调整时间很短，节能效果甚佳。因此，日后可在更多实际工程中采用空调系统设计方法，以求达到更好的使用效果。

参考文献

[1]罗继杰.节能减排———暖通空调(设计)行业面临的机遇和挑

战[J].暖通空调，2012，42（1）：1-7.

[2]王旭、胡洪、王莉君等.基于有限元法2MW水平轴风力发电

机叶片模态分析[J].机械制造，2015，53（1）：9-11.

[3]王旭、李萍.不同湍流模型下水轮机蜗壳CFD仿真精度的

分析[J].中国农村水利水电，2015，（6）：1-5.

[4]惠米清.关于空调系统设计的节能问题[J].陕西发展和改

革，2010，（2）：44-46.

MallAirConditioningSystemDesignSchemeofCFD

MUJingyu

（ChinaElectricPowerConstructionGroup,ChengduSurveyandDesignInstituteCo.,LTD,Chengdu611130）

Abstract:Thispapertalkedaboutthelimitationofdesignairconditioningsystemintallbuildingspace,putforwardthedesignmethodofCFDanalysis.Inthedesignofairconditioningsystem,airflowfieldsimulationmodelisestablished,accordingtothedoublesideforthewindonthesceneoftheaerodynamicperformancesimulationanddatacollection.Resultsshowedthatthedesignschemeofthegasflowperformanceisgood,andcanmeettherequirementsofenergysavingandhumancomfort.

Keywords:CFDanalysis,airconditioningsystemofenergy

conservation,comfort