办公环境隔板式工位空调气流组织数值模拟与送风系统的性能研究分析

摘要

工位空调较传统空调而言，能够提供更好的热舒适性和更高的空气品质，并能在一定程度上降低建筑能耗。隔板工位空调是工位空调中的一种，它适用于开放式大办公空间，其风口置于不同工位之间的隔板上，距离使用者较近，因此对于隔板工位空调而言，其风口的形式将直接影响到工位空调系统的性能。而送风量、送风温度和背景空调送风参数的选择也会对隔板工位空调的舒适性、节能性产生很大的影响。 本文以典型办公建筑的工位空调为研究对象，以数值模拟与实验测量为主要研究手段，研究了办公建筑中工位空调系统的气流组织和微环境评价。利用CFD商业软件FLUENT，研究了工位空调单独运行和背景空调与工位空调联合运行下的人体舒适性、能量利用系数以及个人暴露率。在人工环境室内模拟实际的办公间，搭建一套隔板空调系统实验台进行送风性能的实验，研究了隔板系统的送风特性，并将实验结果与模拟结果做了对比分析，从而验证了模拟实验的可行性与准确性。 对现代办公建筑办公区域的布置形式及空调的分类形式做了调查，将变风量送风形式应用于工位送风系统中，详细研究了变风量形式在工位送风系统应用中各环节的控制方法及依据。按典型办公建筑建立数学模型，通过计算各部分耗电量，对工位送风系统与传统送风系统的运行能耗进行比较，得到了工位送风系统较传统定风量系统节能22～35％这一结论。 文中通过实验研究、数值模拟及模型分析，得出一些规律性的结论，为预测、分析、评价采用工位空调形式房间的气流分布奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章绪论

1.1研究的背景和意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2工位空调的国内外研究概况

1.2.1工位空调的历史发展

1.2.2工位空调形式的研究

1.2.3热舒适性方面的研究

1.2.4工位空调在改善室内空气品质方面的研究

1.2.5节能研究

1.3目前仍需解决的问题

1.4研究内容与研究方法

第二章射流理论与工位末端设计

2.1射流送风基础

2.1.1等温自由射流

2.1.2非等温自由射流

2.1.3受限射流

2.2气流组织的评价

2.2.1速度场和温度场

2.2.2换气效率与排污效率

2.2.3热舒适性指标

2.2.4能量利用系数

2.2.5室内气流分布的舒适要求

2.3现代化办公楼的使用及负荷特点

2.3.1使用特点

2.3.2建筑特点

2.3.3负荷特点

2.4送风参数的确定

2.4.1送风量的确定

2.4.2送风温度的确定

2.5工位空调的末端装置

2.5.1风口设计

2.5.2末端控制装置的分类

第三章单独使用工位空调的气流组织模拟

3.1 CFD理论基础

3.1.1数值解法求解问题的基本思想

3.1.2 FLUENT商业软件介绍

3.1.3κ-ε两方程模型

3.1.4数值算法求解

3.2隔板送风的物理模型及其计算方法

3.2.1物理模型的建立

3.2.2数学模型及简化假设

3.2.3模拟工况

3.3模拟结果分析

3.3.1温度场模拟结果及分析

3.3.2速度场模拟结果及分析

3.3.3人体舒适性模拟结果及分析

3.3.4污染物分布模拟结果及分析

3.3.5不同射流角度对室内流场分布的影响

3.4小结

第四章工位空调与背景空调联合运行下气流组织的数值模拟

4.1送风物理模型及计算方法

4.1.1物理模型的建立

4.1.2数学模型及简化假设

4.1.3边界设置

4.1.4模拟工况

4.2模拟结果分析

4.2.1温度场模拟结果及分析

4.2.2速度场模拟结果及分析

4.2.3人体舒适性模拟结果及分析

4.2.4污染物分布模拟结果及分析

4.3联合运行与单独运行模拟结果的对比分析

4.3.1温度场与能量利用系数

4.3.2污染物浓度与个人暴露率

4.4小结

第五章环境参数模拟结果的实验验证

5.1实验内容简介

5.2试验测试仪器与设备

5.2.1热风速仪

5.2.2微电脑数字压力计

5.2.3标准毕托管

5.2.4热电阻测温装置

5.3实验方法

5.3.1送风量的测定

5.3.2工位区测点布置及其测量方式

5.3.3实验数据的处理

5.4.实验结果及与模拟结果的对比

5.4.1温度场对比

5.4.2速度场对比

5.5小结

第六章办公楼工位空调的应用研究与节能分析

6.1现代办公建筑办公区域的布置形式及空调系统形式分类

6.1.1办公区域的布置形式

6.1.2空调系统形式分类

6.2变风量在工位空调系统中的应用

6.2.1变风量概述

6.2.2变风量应用于工位空调系统

6.2.3具有独立末端控制器的工位VAV系统各环节控制方法

6.3工位空调系统的能耗模型

6.3.1开放式办公空间物理模型及系统描述

6.3.2办公室内的负荷

6.3.3工作区能耗模型

6.3.4空气集中处理系统能耗模型

6.4工位空调系统的节能分析

6.4.1传统变风量空调系统能耗模型

6.4.2工位空调系统与传统变风量空调系统能耗对比及节能分析

6.5送风方式应用策略

6.6小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢