大空间建筑气流组织分析及监测系统研制

摘要

大空间建筑在建筑功能方面有着其他建筑无法替代的优点,其大跨度,高屋面提供的大尺寸空间为人们在室内进行大型集会、展览、运动提供了条件。但这些优点同时也带来了弊端:大空间内气流组织难以设计,空调系统高负荷引起巨大能量消耗,不合理的空调运行方式降低能源利用率。本文将CFD(计算流体动力学)技术应用于大空间建筑空调系统的评价体系,利用室内零方程模型及标准κ-ε模型对深圳高科技会展中心A展厅现有的空调方式进行了数值模拟。通过分析模拟结果,从温度场、速度场及PMV(预测平均评价)等方面对A展厅的空调系统进行了全面的评价。鉴于CFD理论发展并不完善的现状,本文采用实测验证的方法对上述计算结果进行分析。通过对比模拟结果与实地测量的参数,可以得出结论:利用CFD对大空间建筑室内气流组织进行分析,在趋势性上有良好的表现,但存在部分区域与实际值差别较大的问题。本项目在实验验证阶段,搭建了一套分布式空气参数监测系统。该系统依靠无线通讯技术,首创了一种可实时描述空间内气体状态参数场的方法,以实现与CFD数值模拟结果的无差别对比。通过集成多种电子传感器,系统可将气体的多种状态参数一次采集完成。通过RS232通讯接口,系统采集的数据可利用VB6.0编写的上位机程序进一步处理,实现数据的实时显示、保存功能。本文所做工作为CFD指导、评价大空间建筑空调系统设计的可行性提供了实验依据。监测系统的开发是IAQ(室内空气品质)监测方法上的一种有益尝试,为解决类似的测试问题提供了参考。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 大空间建筑特点概述

1.2.1 建筑特点

1.2.2 设计难点

1.3 课题应用技术发展现状

1.3.1 CFD 技术简介

1.3.2 CFD 在暖通空调中的应用

1.3.3 现代测试技术

1.4 本文主要工作

第二章 大空间建筑室内气流组织介绍

2.1 大空间建筑

2.2 空调系统划分

2.3 常见气流组织方式

2.4 评价方法

2.4.1 空气龄

2.4.2 换气效率

2.4.3 PMV-PPD

2.5 对空气污染物的影响

2.5.1 污染物含量和排空时间

2.5.2 排污效率

2.6 本章小结

第三章 CFD 模型建立与分析

3.1 基础理论

3.1.1 控制方程

3.1.2 紊流理论

3.2 建立模型

3.2.1 模拟对象简介

3.2.2 CFD 模型

3.2.3 划分网格

3.3 数值求解

3.3.1 计算参数

3.3.2 控制方程的处理方法

3.4 计算结果及分析

3.5 本章小结

第四章 监测系统研制

4.1 系统研发背景

4.2 系统构成

4.3 系统的搭建与调试

4.3.1 硬件设计

4.3.2 软件设计

4.3.3 仪器的标定

4.4 本章小结

第五章 实际测试与CFD 对比分析

5.1 测试方案

5.2 对比与分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文