博物馆“盒中盒”类复杂高大空间空调系统CFD模拟研究

摘要

随着现代建筑设计思想的发展,新建的大空间建筑不仅尺度庞大,且造型复杂,依靠传统的经验进行空调系统的设计,难以满足各方面的要求。因此,在空调设计之初,需要利用计算机模拟技术对建筑的负荷、气流组织、温度场、舒适性指标等进行预测。本文出于这一目的,结合天津市中北镇博物馆待建项目,根据博物馆内复杂高大空间(中庭)的特点,选择地板辐射+新风联合工作系统和分层空调系统两种空调方案进行初步的设计计算,利用Fluent软件对两种方案在冬夏季最不利工况下的热舒适性和气流组织进行了模拟研究,并对模拟结果进行分析和比较,以期研究成果能够对实际的工程设计具有指导价值。
　　 本文以博物馆复杂高大空间(中庭)为研究对象建立模型,介绍了CFD技术的计算原理和方法,为模拟研究提供理论支持。在对地板辐射+新风联合工作系统和分层空调系统两种空调方案进行初步设计计算的基础上,分别对两种方案进行了模拟研究和评价分析。地板辐射+新风联合工作系统作用于复杂高大空间,冬季工况下具有显著的节能效果。辐射地板仅需提供室内计算热负荷30％的热量,便可满足室内设计参数的要求且有很好的热舒适性,室内人员不满意率仅为5％。同时,该系统在夏季工况下也能满足舒适性要求,且地板不结露。分层空调系统作用于复杂高大空间时,夏季工况下具有很好节能效果,节能约30％。本文又针对冬季工况下,不同送风下倾角时的室内热环境进行分析比较。结果表明在该初步设计的送回风口相对位置和风速条件下,下倾角为30°时的气流组织为最佳。所得结论为复杂高大空间类建筑空调系统的方案选取、气流组织预测和热舒适性设计等提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 高大空间的概述和特征

1.1.1 高大空间的概述

1.1.2 高大空间建筑的特征

1.1.3 盒中盒类中庭(共享空间)的特征

1.2 暖通空调技术在复杂高大空间的应用

1.2.1 常见的气流组织形式

1.2.2 空调方式和气流组织对室内环境和负荷的影响

1.3 计算流体力学(CFD)在暖通空调设计中的应用

1.4 国内外研究现状

1.5 本课题的研究对象和研究方法

1.6 本论文的研究构架

第二章 数学模型的建立

2.1 物理模型

2.2 数学模型

2.2.1 控制方程组

2.2.2 辐射模型的选择

2.3 计算方法及求解过程

2.3.1 Fluent软件介绍

2.3.2 方程的离散

2.3.3 计算的方法

2.3.4 网格的生成

2.3.5 因变量的分布假设及收敛原则

2.4 本章小结

第三章 地板辐射+新风联合工作系统的CFD模拟研究

3.1 地板辐射系统的介绍

3.1.1 低温地板热辐射

3.1.2 地板辐射供冷

3.2 地板辐射+独立新风系统的设计计算

3.2.1 低温地板辐射供热+独立新风系统的设计计算

3.2.2 地板辐射供冷+独立新风系统的设计计算

3.3 地板辐射+独立新风联合工作系统夏季工况的模拟

3.3.1 地板辐射+独立新风联合工作系统夏季工况模型的建立

3.3.2 边界条件的确定

3.3.3 CFD模拟相关参数的确定

3.3.4 模型网格的生成

3.3.5 夏季工况下的模拟结果及分析

3.4 地板辐射+独立新风系统联合工作系统冬季工况的模拟

3.4.1 地板辐射+独立新风系统联合工作系统冬季工况模型的建立

3.4.2 边界条件的确定

3.4.3 CFD模拟相关参数的确定

3.4.4.模型网格的生成

3.4.5 冬季工况下的模拟结果及分析

3.5 本章小结

第四章 分层空调系统的CFD模拟研究

4.1 分层空调方案的设计计算

4.1.1 分层空调及使用范围

4.1.2 分层空调负荷计算

4.1.3 分层空调气流组织

4.2 分层空调系统夏季工况的模拟

4.2.1 夏季工况模型的建立及初始条件的确定

4.2.2 CFD模拟相关参数

4.2.3 模型网格的生成

4.2.4 夏季工况下的模拟结果及分析

4.3 分层空调系统冬季工况的模拟

4.3.1 冬季工况模型的建立及初始条件的确定

4.3.2 CFD模拟相关参数

4.3.3 模型网格的生成

4.3.4 冬季工况下的模拟结果及分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录1

附录2

致谢