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空調通風作用是什麼?大空間的空調負荷怎麼計算?靠這個“工具”

图片说明:空調通風作用是什麼?大空間的空調負荷怎麼計算?靠這個“工具”,。

背景分析十年來,會展業所呈現出的經濟輻射作用日益明顯,其特有的自身與其它行業收入 1:9 的連帶效應 ( 即會展行業收入 1 元錢,其它相關行業如餐飲、住宿、旅遊等可收入 9 元以上 ) 更是被各地政府所推崇。據商務部中國會展經濟研究中心統計,截至 2007 年全國各地展館數量已經突破250 個,“十五”末期可供展覽面積為 320 萬 m2,“十一五”末期可供展覽面積將超過 500 萬 m2。此同時,展覽建築正在呈現出高度更高、體型更大的發展趨勢,而這給展廳室內空調通風設計帶來的困難也不斷增加。樹上鳥教育暖通設計在線教學杜老師。展廳內的空調通風設計不同於其他類型的建築,具有以下特點:①展廳空間高大,人員密度高。②展廳內空調屬舒適性空調,一般隻要求人們活動的范圍即距地面約 1.5~2m 左右的高度內具有較好的舒適度即可。③展廳室內垂直和水平溫度分佈較難控制,容易造成室內溫度分佈不均現象。④展廳內人員為流動狀態,即使局部氣流速度稍高對人員也不會有不舒適感。(1)常見的氣流組織方式1)側送風方式側送風方式,是展廳采用最廣泛的一種空調送風方式,其中采用噴口送風方式最為常見。若要求送風覆蓋范圍超過30m,則可考慮噴口在高度上分層佈置,較高的噴口用來滿足距離較遠的人員區,較低的噴口則用以控制近距離內的送風要求。大型展廳如跨度很大,兩側對噴射程亦不夠,一種解決方法是將噴口佈置在頂棚網架內;另外一種解決方法是在展 廳內配合室內裝飾佈置若幹個空調送風柱,噴口沿送風柱周長佈置,向四周送風,以形成輻射狀射流,既可解決遠距離送風的困難,又可維持分層空調節能的優點。噴口應選擇可調型,以便冬夏季的轉換,適時調節噴口送風角度。2)上送風方式上送風方式,是指將送風口安裝在展覽大廳的頂棚或上部網架內,回風口設在周邊側墻或頂棚上。由於展廳空間高大,適用的風口主要有噴口和旋流風口。旋流風口具有風量大、送風深且廣、噪聲低、送風流型可調、人員區風速易控制、阻力特性穩定等特點,因而被很多新建展廳所采用。從使用效果上來講,上送風方式是比較好的,它能將處理好的空氣均勻送到各個部位,以滿足不同區域所需的空調參數。但它的缺點是:將懸浮於上部的熱和污濁空氣帶入人員區,比其他方式更耗費能源。3)下送風方式下送風方式,是指將送風口安裝在地面上,直接向室內人員送風,回風口設在頂棚或側墻上部。其優點是:空氣直接送至人員區,空氣品質好;避免瞭將燈光和屋面負荷的對流部分帶入空調區域,減少瞭設計負荷和空調設備,節省瞭能耗;人員區溫度場和速度場均勻,舒適感強。其缺點是:風口數量多,地下管道佈置較為困難;室內清潔工作較難處理;風口占用地面面積,並難於適應展位位置經常變化的要求。(2)調研資料通過實地考察調研與文獻調研,瞭解國內不同地區展廳空調氣流組織設計情況。表 1~2 為調研資料。目的意義有較大空調區域展廳,當采用一定的送風形式時,噴口的安裝位置、出口風速以及入射角度不同,將對整個展廳的氣流組織產生較大影響;當采用不同送風方案時,氣流組織形式也會有很大的不同。本文通過對某大型展廳不同送風形式的比選,研究噴口安裝高度、間距以及噴口直徑、出口風速等主要影響因素,提出使送風可以較為均勻地送到人員活動區、滿足展廳內溫度和風速舒適性要求的空調通風策略。負荷計算(1)室內空氣設計參數及有關指標 相關指標見表3。(2)計算結果相關計算結果見表4。 (3)繪制焓濕圖焓濕圖見圖1,室內送風參數見表5。模型分析(1)幾何尺寸的選取模型選取以及簡化過程,應在不影響結果準確性的前提下以消耗最少計算機、時間、人力資源的原則進行物理建模及簡化。考慮本項目內部空間較為規則,先選取具有代表性的一跨作為研究對象,並判斷對其最終結果的影響。為此,作者進行瞭 9m 寬模型與 36m 寬模型對氣流組織的敏感性分析。在分析過程中,應保證邊界條件、湍流模型、收斂判定條件以及網格尺寸的一致(圖2)。邊界條件:展位佈置 3×3×2.5m;送風口間距為9×9m,每排共計 12 個;回風口高度 0.5m。送風口標高 32~35m 不等;每個風口風量為 3 645m3/h;送風速度 9.27m/s。1)模型9m 寬相關模型見圖3,面積分佈見表6。2)模型36m 寬相關模型見圖4,面積分佈見表7。3)小結結論:36m 寬與 9m 寬模型相比,小於 26℃面積范圍相差 4%,26~27℃面積范圍相差 5%,27~28℃面積范圍相差 5%,大於 28℃面積范圍相差 4%。建議:采用 36m 寬模型作為計算模擬單元。(2)湍流模型與壁面函數1)湍流模型比較目前采用比較多的模型是 RANS 模型,而在 RANS中,應用比較多的是兩方程模型。包括:標準 k-ε 方程、RNGk-ε 方程、Realizable k-ε 方程。其中標準 k-ε 方程在以前的模擬中應用最廣泛。但近年來好多學者發現在使用標準方程時對湍動能的預測會有所偏差,因而,很多學者使用修正系數進行修正,提高瞭湍動能及粘性系數的預測精度。另有研究學者開始研究和使用 RNG k-ε 方程和Realizable k-ε 方程兩種湍流模型。2)壁面方程和近壁面模型通常,有兩種方法為近壁面區域建模,其中一種方法被稱為“壁面方程”的半經驗公式來解決,壁面方程的運用能夠很好地修正湍流模型,從而解決壁面的存在對流動的影響。另一種方法是湍流模型被修正,從而使壁面處受粘性力影響的區域也能用網格劃分來解決,這種方式被成為“近壁面模型”法,圖 5、6 表示這兩種方法的比較。對於大多數高雷諾數的流動,壁面方程法能充分節省計算資源。因為在近壁面粘性力影響區域,由於變量的變化太快,因而不需要解決。這種方法經濟、實用而且有較高的精度,對於這種流動模擬,是一個很好的處理方法。然而壁面方程法運用在低雷諾數流動區域卻並不理想,其所依賴的壁面方程的假設不再成立,在這種情況下,需要用“近壁面模型”來解決粘性力影響區域的流動。3)小結綜合上述分析,湍流方程采用 RNG k-ε 方程,壁面采用壁面函數法進行處理,網格在壁面處應滿足壁面函數,第一個網格節點應佈置在 y+=30 附近處。(3)輻射模型1)輻射模型光學深度( αL)是確定選擇輻射模型較好的指標。P-1模型一般都用於光學深度 >1 的情況。若光學深度 >3,Rosseland 模型計算量更小而且更加有效。DTRM 和DO 對於任何的光學深度都適用,但是,它們計算量也更大。因此,如果問題允許的話,應盡可能的選擇具有“光學深度限制”的 P-1 或 Rosseland 輻射模型。對於光學深度較小的問題,隻有 DTRM 和 DO 模型時適用的(圖7)。2)角系數計算在熱源設置上,大部分為對流換熱與輻射換熱,對流主要發生在人員活動區,而輻射換熱中部分輻射熱量投射到屋頂被屋頂吸收,部分輻射熱量被周圍物體吸收。輻射換熱中投射到屋頂的百分比可通過地面與屋頂之間的角系數近似得到(圖8)。由上述計算可知地面對屋頂的角系數為 0.198;地面對外墻的角系數約為 0.04。因此認為輻射熱量中有19.8% 的熱量投射到屋頂,8.3% 的輻射熱量投射到外墻壁面。3)小結綜合上述討論,在本文中應考慮輻射模型,並采用S to S 模型進行模擬計算。(4)噴口模型大空間空調通風房間一般都是通過噴口的射流來實現送風和室內空氣的混合,以達到空調通風的目的。根據空間射流基本公式、回風口計算公式可以看出,送風口對氣流組織的影響遠比回風口要大。因而,為瞭能正確的預測室內空氣溫度和速度的分佈情況,我們應以合理的數學模型來描述噴口入流邊界條件。1)噴口模型(1) 傳統模型,如圖9所示,傳統模型將風口處理成簡單的開口,風口的出風速度按照公式 V=L/A 計算。(2)基本模型,該模型將風口簡化成一個矩形的開口,該矩形的長寬比與原風口的長寬比相同,即他們是相似的,開口面積取風口的實際入流有效面積。(3) 湍流發展模型,實際上球形噴口出風斷面射流速度分佈並不均勻,即沿斷面徑向存在速度梯度。而在傳統模型與基本模型中把噴口的入流速度假設成為均勻分佈,並設置噴口斷面平均速度作為噴口入流邊界條件。為瞭更好的描述噴口速度的斷面分佈以及噴口出口斷面的湍流強度,提出瞭湍流發展模型。所謂的湍流發展模型,即是在噴口斷面上沿入流方向反方向拉伸一段直徑等於入流斷面的直管段,該直管段與實際工程的送風管道有相同的粗糙度(圖 10)。2)噴口模型與射流經驗公式的比較以某型號球型噴口為例,出口斷面直徑 230mm,噴口風量 2 568m3/h,出口速度 14m/s,水平等溫自由射流表8,圖 11~16)風口入流邊界條件的描述,若能保證入流的質量和動量與實際一致,當可保證一定出流條件下等溫自由射流在湍流充分發展主體段的特性保持不變。3)小結考慮到網格的生成以及計算時間、資源的合理性配置,本文噴口模型均采用傳統模型進行分析計算。(5)噴口計算(1) 側送風噴口射流公式:根據噴口側送射流公式計算噴口射流核心軌跡(圖 17,18)。(2) 噴口垂直向下送風公式:通過垂直向下送風公式計算垂直射流長度及冬季送風可及性(表9)。(6)收斂判定一般情況,若同時滿足以下3點則認為計算結果收斂:(1) 殘差減小到預先設定值;(2) 質量守恒、能量守恒;(3) 流場中有代表性監視點的值不發生變化或沿一固定值上下波動。分析計算(1)氣流組織計算由於展廳空間大而高,氣流之間相互影響較大,因而不同的氣流組織所產生的人員區(1.5m 高)溫度速度分佈不盡相同。本文以某大型展廳為例,計算瞭幾種不同工況下的氣流組織,得出瞭不同氣流組織下的溫度分佈面積比例,並推薦瞭幾種不同的不同氣流組織設計方案,指引暖通空調設計(表 10)。(2)計算結果(以夏季為例)圖 19~26 為采用不同送風方式速度剖面圖。(3)不同送風方式溫度滿足百分比相關數據見表 11。小結由分析可知,展廳在空場狀態下側送風即可滿足室內溫度設計要求,但考慮到展廳實際運營情況,結合現場調研,發現展廳展板對氣流的影響不可忽視。因而在今後展廳類建築氣流組織研究中,應將展廳展板對氣流組織的影響考慮其中。不同送風形式推薦方案如下:(1) 若采用側送風形式。側送噴口 7/14m 安裝,送風 量 49m3/m2h,夏季送風溫度 14 ℃,冬季送風溫度19℃。(2) 若采用側送 + 中間四排 35m 頂送風形式。側送噴口 6.5/11m 安裝,頂送噴口 35m 安裝,送風量 49m3/m2h,夏季送風溫度 14℃,冬季送風溫度 19℃。(3) 若采用側送 + 中間兩排 35m 頂送風形式。側送噴口 8/14m 安裝,頂送噴口 35m 安裝,送風量 49m3/m2h,夏季送風溫度 14℃,冬季送風溫度 19℃。(4) 若采用側送 + 中間兩排 25m 頂送風形式。側送噴口 6/12m 安裝,頂送噴口 25m 安裝,送風量 49m3/m2h,夏季送風溫度 14℃,冬季送風溫度 19℃。(5) 若采用頂送風形式。頂部風口標高 32~35m 不等,送風量 49m3/m2h,夏季送風溫度 14℃,冬季送風溫度19℃。結語本文隻針對氣流組織進行瞭文獻或實地的調研以及CFD 模擬,未進行模型試驗,未針對實際運行情況進行實地測試。在今後的研究工作中,應將對其進行模型試驗或是實地測試,並與模擬結果進行對比以修正模擬模型,以便今後更好的指導模擬、設計工作。#暖通#免責聲明:轉載內容僅作學習交流之用,所述觀點不代表本號立場其版權歸屬原作者,如有侵權,聯系本號刪除空調負荷計算你真的會瞭?大空間的負荷怎麼計算?經典實例教會你

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