CFD软件在某博物馆礼仪大厅空调设计中的应用

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-2-3 11:09:39 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:软件

成功的设计是工程达到最佳效果的关键,因此设计方案尤为重要。目前,际高公司拥有从英国购买的专门用于通风空调系统的CFD大型流体计算分析、模拟动力软件——flovent可以很好的解决此问题。

Flovent是用于区域空调温度、速度分布情况及送风气流组织动态模拟的大型计算流体动力软件。利用该软件,在整个空调系统施工之前,可以对典型的空调区域进行气流组织、温度场、压力场、速度场进行模拟,通过模拟,一方面可以为业主提供最优化的末端系统配置方案;另一方面由于模拟是在工程施工前完成,最大限度的减少了日后变更所产生的损失,降低了施工成本。

同时,优化方案的目的不仅可以保证整个系统具有良好的空调效果,而且可以使工程投资最合理。

1 夏季模拟条件

1.1 边界条件:

  

 

内墙

 

北立面玻璃幕墙

 

北立面陶砖保温

 

礼仪大厅上空天窗

屋面

 

Temperature(℃)

 

25

 

33.2

 

33.2

 

33.2

 

33.2

 

Radiant Temperature(℃)

 

25

 

33.2

 

33.2

 

33.2

 

33.2

 

Heat Transfer coefficient W/m2K

 

10

 

18.6

 

18.6

 

18.6

 

1.1

 

1.2 通风空调参数:

送风口分布在礼仪大厅两侧(共12个),其中靠近礼仪大厅正门侧两个风管分别设置三个风口,其余风管分别设置两个风口。两个回风口分布置在礼仪大厅靠近入口侧。

 

 

Volume Flow Rate (m3/h)

 

Jet Angle(m)

 

Diffuser Length(m)

 

Diffuser width

 

(m)

 

Jet Thichness(m)

 

Temperature

 

(℃)

 

Radiant Temperature(℃)

 

Heat Transfer coefficient(W/m2 K)

 

 

送风口

3500

 

0

 

0.75

 

0.25

 

0.03

 

13

 

13

 

18.7

 

回风口

22400

 

0

 

4

 

0.4

 

0.005

 

25

 

25

 

10

 

1.3 室内负荷:

室内负荷主要考虑人体与照明,所输入人体按照80W/人、1人/10 m2;此方案中照明及装饰灯具分布为假设条件,在中部设置宫廷灯6盏、立式灯柱4盏、在8米高的位置上均匀布置60只45瓦射灯。输入总照明按80W/m2进行分配。

Total source(KW)

20

 

20

 

20

 

20

 

40

 

40

 

1.6

 

1.6

 

1.6

 

1.6

 

PositionX(m)

 

21.5

 

21.5

 

13.5

 

13.5

 

17.5

 

17.5

 

9.5

 

9.5

 

25.5

 

25.5

 

PositionY(m)

 

8

 

8

 

8

 

8

 

8

 

8

 

0

 

0

 

0

 

0

 

PositionZ(m)

 

24

 

28

 

24

 

28

 

17

 

33

 

5

 

54.8

 

5

 

54.8

 

Size X(m)

 

1

 

1

 

1

 

1

 

0.8

 

0.8

 

0.5

 

0.5

 

0.5

 

0.5

 

Size Y(m)

 

3

 

3

 

3

 

3

 

2.5

 

2.5

 

12

 

12

 

12

 

12

 

Size Z(m)

 

1

 

1

 

1

 

1

 

0.8

 

0.8

 

0.05

 

0.05

 

0.05

 

0.05

 

 

2 冬季模拟条件

2.1 边界条件:

  

 

内墙

 

北立面玻璃幕墙

 

北立面陶砖保温

 

礼仪大厅上空天窗

屋面

 

Temperature(℃)

 

20

 

-12

 

-12

 

-12

 

-12

 

Radiant Temperature(℃)

 

20

 

-12

 

-12

 

-12

 

-12

 

Heat Transfer coefficient(W/m2K)

 

10

 

18.6

 

18.6

 

18.6

 

1.1

 

 

2.2 通风空调参数:

送风口分布在礼仪大厅两侧(共12个),其中靠近礼仪大厅正门侧两个风管分别设置三个风口,其余风管分别设置两个风口。回风口分布在礼仪大厅靠近入口侧(共2个)。

 

 

Volume Flow Rate (m3/h) Jet Angle(m) Diffuser Length(m) Diffuser width(m) Jet Thichness(m) Temperature(℃) Radiant Temperature(℃) Heat Transfer coefficient(W/m2 K)

送风口

3500 30 0.75 0.25 0.03 25.2 25.2 18.7

回风口

22400 0 4 0.4 0.005 20 20 10

2.3 室内负荷:

室内负荷主要考虑人体与照明,所输入人体按照1人/10 m2、80W/人;输入照明与夏季相同。

3 模拟结果分析

从模拟效果图上我们可以看出,夏季人员所处区域为21.5—26.5℃;冬季人员所处区域为19.5—22.5℃。并且从夏季温度模拟面上我们可以看出,除靠近天窗处为28℃以上外,其余各处21——26.5之间;冬季温度模拟面,靠近天窗处为24℃——25℃,人员所处区域除靠近风口处为20℃——22℃,其余部分均处于19.5℃--21℃之间。下面分别取三个高度1.5米、4米、12.5米不同六点作为模拟点,具体位置及温度分布列表如下 (Y方向为高度方向、X为东西方向、Z为南北方向)。

 

 

LocationX(m)

LocationY(m)

LocationZ(m)

Temperature(夏)

 

Temperature(冬)

 

1

 

4

 

1.5

 

12

 

21.5

 

19.6

 

2

 

4

 

1.5

 

26

 

23.6

 

20.4

 

3

 

4

 

1.5

 

43

 

23.3

 

20.1

 

4

 

20

 

1.5

 

8.5

 

23.8

 

19.4

 

5

 

20

 

1.5

 

29

 

22.8

 

20.1

 

6

 

20

 

1.5

 

47

 

25

 

20

 

7

 

8

 

4

 

12

 

27.7

 

22.1

 

8

 

8

 

4

 

26

 

26.8

 

21.5

 

9

 

8

 

4

 

43

 

24.9

 

21.5

 

10

 

24

 

4

 

8.5

 

28.1

 

22.1

 

11

 

24

 

4

 

29

 

25.5

 

21.5

 

12

 

24

 

4

 

47

 

25

 

21.5

 

13

 

10

 

12.5

 

14

 

24.7

 

21.4

 

14

 

10

 

12.5

 

28

 

24.3

 

20.2

 

15

 

10

 

12.5

 

45

 

25

 

20.2

 

16

 

26

 

12.5

 

10.5

 

24.7

 

20.3

 

17

 

26

 

12.5

 

31

 

24.2

 

20.2

 

18

 

26

 

12.5

 

49

 

25

 

20.1

 

从以上数据可以看出:夏季时,高度为1.5米处,平均温度为23.3℃; 高度为4米处,因受假设宫廷灯的影响平均温度增至26.3℃; 高度为12.5米处,平均温度为24.65℃。冬季时,高度为1.5米处,平均温度为19.9℃; 高度为4米处,因受假设宫廷灯的影响平均温度增至21.7℃; 高度为12.5米处,平均温度为20.4℃。


图(1)

通过图(1)我们可以看出:

① 在0-6米高处,温度区间为20-26℃。靠近风口处温度较低,个别近灯光处局部温度升高,但升高幅度不大;

② 在6-24米高处,温度区间为25-28℃。其中靠近宫廷灯处温度升高明显,从图中明显可以看出,代表温度的颜色由黄色变成红色并非是渐变的;

③在24-34米之间,温度大于28℃,且靠近天窗处温度逐渐升高;


图(2)

图(2)为图(1)的其中一个面,通过图(2)我们更能清晰的看清温度在各个高度上的渐变过程:

① 由于北立面上部围护结构为玻璃,因此图(2)左上部温度相对较高。随着由外向内,图(2)中的红色区域在逐渐减少,是由于内部受外围护结构影响逐渐在减小。但由于天窗的存在,即使最靠近内区部分还是有超过28℃的区域存在。

② 在接近大厅门口处的人员活动区(0-26米处),由于此处设置风口数量较多,温度为21-24℃;而在距离大厅门口处26-56米处的活动区,此处设置风口数量比较入口处少,温度为23-26℃。

③ 靠近外墙处,即使围护结构并不为玻璃,但由于受外界条件影响,仍有很少部分空间温度较高。


图(3)

由图(3)可以看出,24℃等温面都处于人员活动区。


图(4)

由图(4)我们可以看出,整个空间高度24米以下温度范围为20-23℃。高于24米以上的空间温度在23-25℃之间。近风口处温度相对较高。关于这一点我们可以在图(5)上更清晰的看出。


图(5)

由图(5)可以看出在距离风口较近处温度渐变最明显,逐渐远离风口温度在逐渐降低。

在人员活动区,温度大都处在20℃。

在高度为24米以上处,形成了几个温度面。并且温度面的趋势为逐渐升高(21.5、22.5、23.75、25)。而受外界条件影响,靠近围护结构面处突下降。

4 结论

通过对博物馆夏季及冬季温度分布面及气流组织模拟可以看出,该设计气流组织效果较好,人员均处于温度适宜区。



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