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开启式中庭建筑冬季空调气流组织的CFD模拟研究

作　者: 于建伟
导　师: 张欢
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 中庭地板辐射采暖空调气流组织热舒适性节能
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 349次
引　用: 3次
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内容摘要

中庭建筑的“温室效应”和“烟囱效应”使中庭空间具有独特的热环境,空调系统设计较复杂,目前我国尚缺乏各种空调设计方案在该类建筑中的应用实例。因此,本文出于这一目的,结合天津市行政许可服务中心原设计的冬季空调系统及改进的地板辐射采暖加空调送风的采暖系统,利用Fluent公司推出的专业软件Airpak2.1对两种不同采暖方案的热舒适性与气流组织特点进行了模拟研究,并对研究结果进行分析比较,以期研究结果能对实际工程设计具有指导价值。本文首先以天津市行政许可服务中心为研究对象建立数值模型。通过现场测试获得模拟所需的边界条件和实际的气流组织数据,然后将测试条件下的模拟结果与实测数据进行对比,验证了模型的正确性。接着对冬季空调在最不利工况下进行了模拟分析。之后从提高人的舒适性和节能方面考虑,提出了地板辐射采暖加空调的改进采暖方案,对此种采暖方案在最不利工况下进行了CFD模拟,并将两种采暖方案的模拟结果进行对比分析。最后应用EnergyPlus能耗模拟软件对两种采暖方案的能耗进行了模拟。具体内容如下:(1)首先对行政许可服务中心建立数值模型,为了验证数值模型的正确性,对该建筑进行了现场实验测试,并将部分测试结果作为数值模拟的边界条件,比较模拟结果与测试结果,比较结果表明建立的数值模型是正确的。(2)利用上述数值模型,对冬季空调在最不利工况下进行模拟。并在此基础上,分析了在该空调方式下,室内气流组织分布特征和热舒适性状况,以期能够为以后在中庭空调系统设计和改造时提供实用的参考依据。(3)由于中庭建筑热环境的独特特点,从提高热舒适性和节能方面考虑,对该建筑提出了地板辐射采暖加空调的改进方案,对其在最不利工况下进行了CFD模拟研究,并在此基础上,分析了在该采暖方式下冬季室内气流组织分布特征和热舒适性状况,然后将两种采暖方案的模拟结果进行了对比分析。(4)以行政许可服务中心为研究对象,应用EnergyPlus能耗模拟软件对冬季空调和地板辐射采暖加空调两种空调方式进行了能耗模拟,给出了两种空调方式的能耗模拟结果,并进行了详细的分析,以期通过对比两种采暖方式的能耗,找出更加节能的设计方案。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 中庭建筑的特征  9-10
  1.2 暖通空调技术在中庭建筑中的应用  10-12
  1.3 CFD在暖通空调领域的应用  12-14
    1.3.1 CFD可以解决的问题  12-13
    1.3.2 CFD研究的发展方向及存在问题  13
    1.3.3 国内外研究动态  13-14
  1.4 本课题研究对象和研究方法  14
  1.5 本论文架构  14-16
第二章中庭及相通大厅的CFD数值模型的建立  16-25
  2.1 建筑及空调系统简介  16
  2.2 物理模型  16-17
  2.3 数学模型  17-21
    2.3.1 控制方程  17-20
    2.3.2 单值性条件  20-21
  2.4 计算方法及求解过程  21-24
    2.4.1 计算方法  21
    2.4.2 控制方程的处理方法  21-22
    2.4.3 网格生成  22-23
    2.4.4 因变量的分布假设及收敛原则  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章中庭及相通大厅CFD模拟的实验验证  25-40
  3.1 测试目的  25
  3.2 测试内容  25
  3.3 测试仪器  25-26
  3.4 测试时间及测试条件  26-27
  3.5 测试方案及结果  27-33
  3.6 测试条件下的CFD模拟结果及分析  33-35
  3.7 CFD模拟结果与实测结果的比较  35-39
  3.8 本章小结  39-40
第四章冬季空调的CFD模拟研究  40-48
  4.1 现有气流组织形式模拟的内容及目的  40
  4.2 边界条件  40
  4.3 模拟的结果及后处理  40-47
    4.3.1 人体舒适性的评价指标  40-41
    4.3.2 空气质量评价（平均空气龄）  41
    4.3.3 模拟结果分析  41-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章地板辐射采暖加空调的CFD模拟研究  48-61
  5.1 辐射采暖相关介绍  48-51
    5.1.1 辐射采暖的概念  48
    5.1.2 辐射采暖的分类  48-49
    5.1.3 辐射采暖的优点  49
    5.1.4 地板辐射采暖的温度场、速度场特点  49-51
  5.2 改进方案构想  51-52
  5.3 边界条件  52
  5.4 模拟结果及后处理  52-59
    5.4.1 平均辐射温度与作用温度  52-54
    5.4.2 模拟结果分析  54-59
  5.5 不同采暖方式的模拟结果的比较  59-60
  5.6 本章小结  60-61
第六章两种不同空调方式的能耗模拟研究  61-70
  6.1 EnergyPlus软件的简述  61-64
    6.1.1 EnergyPlus软件的计算思路  61-63
    6.1.2 气象数据的获得  63-64
  6.2 能耗模拟模型的建立  64-66
    6.2.1 几何模型  64
    6.2.2 围护结构参数  64-66
  6.3 两种采暖方式的能耗对比  66-69
  6.4 本章小结  69-70
第七章结论与展望  70-71
  7.1 结论  70
  7.2 展望  70-71
参考文献  71-74
发表论文和科研情况说明  74-75
致谢  75

开启式中庭建筑冬季空调气流组织的CFD模拟研究

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