现代民用建筑空调系统与设计

●第二种方案的模拟结果
办公室内空气的流线图
X=0m平面的速度矢量图
X=0m平面的温度云分布图
由流线图可知，气流在室内上部某些区域会形成强烈的湍流运动。越 往上走，流速越大。 由速度矢量图可知，冷空气在人体周围扩散的速度较慢，人体也不会 感到强烈的吹风感。 由温度云图可知，温度主要分布在23℃到26℃之间，满足人体舒适度 的要求，上部的某些区域温度偏高，在26℃以上。人和电脑周围的温度会 比其它区域的空气温度略高一些。
CFX软件对三种方案进行数值模拟分析和比较。研究过程如下： (1)数字模拟基本理论与方法；
3 空调系统的组成
中央空调系统由主机系统和末端系统组成，主机系统包 括冷源装置、热源装置，末端系统包括空气处理与输配送装 置。 现代民用建筑空调系统在进行设计时，既要对主机系统 进行分析，也要对末端系统的设置进行考虑，这样才能达到 较好的节能效果。主机系统主要对压缩机进行选型，末端系 统可以用ANSYS CFX进行仿真模拟。 (1)数字模拟基本理论与 方法；
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监测点坐标
方案一的监测点分布情况
方案二的监测点分布情况
方案三的监测点分布情况
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监测点热力学温度
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监测点摄氏温度
方案一的室内监测区域的温度分布在22℃到23℃之间，并且23℃居多，温度的整体分布比较均匀。 方案二的室内监测区域温度在22℃到26℃之间，且在大部分24℃到25℃之间，少部分在22℃和23℃之间， 温度几乎分层分布，而且由下而上温度有增高的趋势。 方案三的室内检测区域温度在21℃到22℃之间，在人体办公区域和主要活动区域温度分布是很均匀的。 由此看来方案三的制冷效果更好一些，能效比更高一些，在末端部分选择方案三更节能一些。
t=22℃等温面分布图
t=23℃等温面分布图
t=24℃等温面分布图
室内上部区域由于受到风机盘管送风冷气的影响，导致温度偏低，处 在22℃以下。整个室内空气环境中大部分区域的温度是处在23℃和24℃之 间只有风机盘管的送风区域温度偏低外，其它区域的温度分布都比较均匀。 由于大多数人活动的的高度范围是在1.8m以下，大部分活动区域的温 度在23℃左右，说明空调达到了较好的制冷效果，满足人体舒适度的要求。 由于人体和电脑也是热源，会有热量散发，所以导致人体和电脑周围很小 的范围内的温度分布在24℃左右，比其它区域偏高1℃左右。
2 空调系统的分类
• 按空气处理设备的集中程度可以分为集中式空调系统、半集中式空调系统和分 散式空调系统。
• （1）集中式空调系统，由空气初、中效过滤器与热湿处理设备（风机、冷却 器、加热器、加湿器）组成空调箱（空调机），置于空调机房，并用管道与空 调室进风口的静压箱及箱内的高效过滤器连接组成的系统。通常说的“中央空 调”就是“集中式空调系统”。 • （2）半集中式空调系统，除有集中的空调机房的空气处理设备处理部分空气 外，还有分散在被调节房间的空气处理设备，对其室内空气进行就地处理，或 对来自集中处理设备的空气再进行补充处理，如诱导器系统、风机盘管系统。 • （3）分散式空调系统又称局部空调系统，是指将空气处理设备分散在各个被 调节的房间内的系统。空调房间使用各自的空调机组，空调机组把空气处理设 备、风机以及冷热源都集中在一个箱体内，接上电源，即可对房间进行空气调 节，如家用分体式空调，柜式空调等。
t=21℃等温面分布图
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t=22℃等温面分布图
t=23℃等温面分布图
t=24℃等温面分布图
●三种方案检测点的选择
检测点的选取方式图
检测点的线框图
检测点的立体图
本文选择12个监测点来测量室内的温度，12个监测点选择的位置都在 人员活动的主要区域。 三维立体空间的坐标原点O在右边墙壁的正中心位置，x轴表示宽度，y 轴表示长度，z轴表示高度。
四川 · 成都
能源与动力工程学院
2 空调系统的分类
• 按承担室内热湿负荷所用的介质进行分类。
• （1）全空气系统，是指空调房间里面的负荷全部靠处理过以后的 空气来承担的空调系统。
• （2）全水系统，是指空调房间里面的负荷全部都由水作为介质来 承担的空调系统。它无法较好地解决通风的问题，所以无法独立运 用。无新风的风机盘管系统就是属于全水系统。 • （3）空气-水系统，是指空调房间里面的负荷不仅依赖于空气，又 得依靠水作为介质来承担的空调系统，如常规空调系统、辐射供冷_ 置换通风系统。 • （4）制冷剂系统，是指空调房间里面的负荷由制冷剂来承担的空 调系统，如分散式空调系统。
第八讲 现代民用建筑空调系统与设计
主讲教师：周龙
2015年10月13日
西藏 · 林芝
电气工程学院
1 概述
随着社会经济的不断发展，人们对生活品质的要求也逐渐提 高，越来越多的人使用空调来改善室内生活环境，空调的主要功
能是更新和处理室内空气，也就是改变室内空气的四度—温度、
湿度、洁净度、流动速度，而空调的使用会产生大量的能耗，大 约占建筑总能耗的40%以上，因此现代民用建筑空调系统的设计 应节能为目标。
t=21℃等温面分布图
t=22℃等温面分布图
t=23℃等温面分布图
t=24℃等温面分布图
t=25℃等温面分布图
t=26℃等温面分布图
●第三种方案的模拟结果
办公室内空气的流线图
X=0m平面的速度矢量图
X=0m平面的温度云分布图
气流由上而下竖直流入室内，与人体、电脑等热源相遇后发生热量交 换，接着向四周发生扩散运动，从而改变室内的空气环境，室内区域大部 分空气的温度分布比较均匀，由于大多数人活动的的高度范围是在1.8m以 下，温度主要分布在21℃到22℃之间，说明空调系统达到了较好的制冷效 果，满足人体舒适度的要求。由于人体和电脑是热源，会不断向四周发热 量，所以人体和电脑四周的温度会偏高一点。整个室内空间只有顶部少部 分区域以及人体和电脑四周温度偏高一点，大概在23℃到24℃之间。
四川 · 成都
能源与动力工程学院
●边界条件的设置
入口边界的设置
出口边界的设置
墙体壁面边界的设置
人体表面边界的设置
电脑表面边界的设置
地面边界的设置
●第一种方案的模拟结果
办公室内空气的流线图
X=0m平面的速度矢量图
当气流从两侧进入时会发生一系列的碰撞现象，最后形成强烈的湍流 流动，这样使冷气流向四周均匀地扩散，使不同温度的空气之间进行热量 交换，以便改善室内空气的温度环境。室内下部的流速比较小，使人体不 会有被吹风的感觉。而在房间的上部由于两侧风机盘管送风气流的作用， 使流速比较大，很多气流聚集在排风口，导致排风口的流速变得很大。
吸热，从而降低冷冻水的温度，最后冷冻水就进入水冷式的风机
盘管中吸收热量，如此连续循环，所以室内热量被不断排至室外 。
5 典型实例
● 末端系统的三种物理模型（本课题是针对空调制冷系统的研究）
方案一
方案二
方案三
第一种方案在Y轴两侧的上方中间采用2台风机盘管；第二种方 案是在Y轴两侧的下方中间采用2台风机盘管；第三种方案采用2台风 机盘管安装在房间的顶部，且风机盘管出风口外边缘距离左右墙壁 的距离均为1.275米。
4 空调系统的制冷原理
制冷原理
• 空调制冷系统原理如图所示，通常所说的主机就是冷水机组，它
包括蒸发器、冷凝器和压缩机。制冷剂被压缩机压缩后进入冷凝 器中，被冷却水冷却后变成了液体，制冷剂液化放出的热量几乎 全部被冷却水全部带走，并最终通过冷却塔最终排入大气中。来 自冷凝器的液体制冷剂经过节流阀过后，进入蒸发器中进行蒸发
2 研究方法
● 三种模型的网格生成图
方案一：风机盘管在上方
方案一
方案二
方案三
本文也采用四面体网格单元进行网格划分,本文使用ICEM CFD对 两种物理模型进行网格的划分。三种方案模型的最大尺寸为200mm， 进口面的网格尺寸为10mm, 出口面的网格尺寸为10mm, 电脑表面的 网格尺寸为10mm,人体表面的网格尺寸为10mm, 地面的网格尺寸为 100mm，课桌表面的网格尺寸为125mm。