标准办公室热环境数值模拟

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大空间建筑室内热环境的数值模拟

大气压力１０２ａ室内设计干球温度２０．６Ｐ；５℃，相对湿度５％；０冬
季室外计算干球温度一９℃，冬季室外最冷月相对湿度４％，５室外
平均风速３ｍ／，ｓ大气压力１２０Ｐ，内设计干球温度２０．４ｋａ室２℃ ，
８
６
４
２
＿豢～＿爨
４４３３
・２１１・
１４℃ ，内设计冷负荷为９Ｗ，负荷指标为３３Ｗ／，室０ｋ冷０ｍ２总送于室内空气的流动，但不利于室内污染物的直接排除。致｝董
风量为２０／。顶送、排风散流器的尺寸均为３０ｒｍ × ２００ｍ３ｈ顶６ｆ３．分层空调工况室内热环境的数值模拟ｌ２
刷机。房间西墙、南墙为内墙，他墙为外墙，有门均为内门。其所所建立厂房的物理模型如图１所示。枷ｌ渤粥暑抛 § ｍ躺甓；糯ｓ；ｍ枷；｝｛姒姗猫
Ｏ
１Ｏ
ｂｋ＝２５ｍ温度场
４．９１ｅ＋００
０
相对湿度５％＿。房间长３．宽９０ｍ，０２ｊ３０ｍ，．吊顶高度７８ｍ，．建
筑面积为２７ｍ２９。
２数值模拟
２．物理模型１根据厂房的建筑尺寸建立三维立体模型，以东、高度、南作为坐标的．，，向。吊顶布置两排风口，２Ｙ方７北侧为送风口，侧为南
１０ｘ０６００２００×１Ｏ０８

基于Airpak的办公室热环境CFD模拟研究

CFD simulation and study on office thermal environment of Airpark
Y ANG Hui ,ZHANG Huan , Y OU Shi2jun
( School of Environmental Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072 ,China)
0 引言
随着经济发展速度的不断提高 , 人们对室内环境质量的要求也不断提高 , 而办公室作为工作人员长时间停留的公共场所 , 应满足健康、舒适、能源有 [3 ] 效利用和环境保护等方面的要求。暖通空调系统设计如何在节能、环保的前提下满足上述条件也是个值得关注的问题。目前 , 计算机大容量化和高速度化以及计算流体力学 ( Computational Fluid Dynam2 ics ,简称 CFD) 的发展 , 使空调设计中逐步采用 CFD 技术来预测气流组织、热舒适性、优化设计方案成为可能。本文利用 Fluent 公司推出的 Airpak2. 1 这一专业软件 ,对天津大学 24 楼某办公室的空调、采暖运行进行模拟研究 , 预测、验证其制冷、采暖工况下的速度、温度、人体热舒适性 , 并与实测数据进行比
模拟中使用的模型常数 C1ε , C2ε , C3ε , C μ ,σ k, σ ε ,σ ε, C μ , c k 分别为 :
C1ε = 1 . 44 , C2ε = 1 . 92 , C3ε = 1 ,σ ε= k = 1 . 0 ,σ
能量 :1 × 10 - 6 循环类型
1. 3 , C μ= c μ = c k = 0 . 09
较 ,表明模拟值和实测值具有良好的一致性。

某办公室热舒适环境数值模拟

—89—《装备维修技术》2021年第7期某办公室热舒适环境数值模拟王方林（中创博瑞建设工程有限公司，四川成都 610000）摘要：办公室热舒适环境对人员办公效率影响作用十分明显，而合理的通风气流组织形式是改善室内热舒适环境的一个重要举措。

为了获得较好的室内气流组织形式，利用专业的通风模拟软件Airpak，模拟仿真了特定通风条件下某办公室特定高度平面内的温度场、速度场、PMV、PPD、平均空气龄。

分析了一定通风环境下，办公室的热舒适环境，提出了改善办公室热舒适环境的一些建议。

关键词：Airpak；通风；热舒适环境；数值模拟1 引言办公室是现代各企事业单位员工的主要工作场所，室内空气环境对员工的身体健康及工作效率的影响作用十分明显，而办公室通风环境的好坏是影响室内环境的一个重要因素。

因此，对室内气流通风气流组织环境的模拟意义重大。

本文利用国内外比较流行的最新版本的通风模拟软 Fluent Airpak3.0对某办公室气流组织进行模拟仿真。

Airpak3.0是国际比较流行的通风设计CFD 模拟软件，其应用包括住宅通风、建筑外部扰流、工业通风、矿井通风、运输通风等诸多领域。

Airpak3.0可以对平均空气龄、PMV 、PPD 以及温度场等进行模拟。

使用Airpak3.0模拟仿真，可使通风设计更合理，缩短设计周期，减少设计成本，降低设计风险。

Airpak3.0的模拟步骤主要为：物理模型的建立、网格划分、数值求解、模拟后处理。

2 物理模型建立本次以某典型办公室为例，其模型如图1所示，室内设两个办公桌，两台电脑，办公人员两人。

办公室尺寸：长5m （对应X 轴），宽4m （对应Z 轴），高3m （对应Y 轴），室内设施及人员的相关参数如表1所示。

图1 物理模型表1 室内设施及人员相关参数名称尺寸（m ）气流温度（℃）气流速度（m/s ）产热功率（w ）进气口散流器0.2×0.313.50.85窗口 3.6×1.1630.9墙式取暖器1.2×0.1×0.21500人0.4×0.35×1.175电脑10.4×0.4×0.4108电脑20.4×0.4×0.4173荧光灯（6盏）0.2×1.2×0.15343 数值模拟建立3.1边界条件室内热源的发热功率如表1所示，室内的初始压力为101325pa ，相对湿度为50%，气流密度为1.225kg/m 3；室外环境温度为20℃。

办公室室内空气品质及热舒适模拟

通风）、空气温度分布及污染物浓度，而且准确度合理，所需内存少，ｋｅ模型收敛速度的１。【是－０倍２３边界条件＿通过实测得到夏季某日室外空气温度为３１℃ ，
内走廊温度为２８℃ ；地板、面及屋面均设为绝热边墙
量通风空调房间空气新鲜程度与换气能力的重要指
标。某点空气龄越小，空气越新鲜，气品质越好。则空
图５为各断面平均空气龄（ａＡｅｆｉ分布云图。ＭｅｎｇＡｒｏ）Ｙ＝．ｍ与ＹＩ处工作区平均空气龄为３０Ｉ１＝．ｍ７３～
气环境有利于保障产品质量、高生产效率。办公室提
２模型建立和初始条件确立
２１物理模型．．
本文对该办公室进行了简化，立了图１示物建所理模型，其尺寸ＬＷｘ＝．ｍｘ．ｍｘ其他主要￣Ｈ７２４５３ｍ，物体尺寸见表１。
在ＹＩ１ｍ处为０１．９ｍ／；在ＹＩ处为＝．．～Ｏ２ｓ＝．ｍ７０１．ｓ均小于《内空气质量标准》．～０２ｍ／，５室中所规定
图２各断面温度分布
Ｆｉ．ｍｐｅａｕｅｄｓｂｔｏｔａｈｓｃｉｎｇ２Ｔｅｒｔｒｉｔｕｉｎａｃｅｔｉｒｅｏ
２
Ｄｉｔｎｅｍｓａｃ／
图３过点（．，，．）３０２Ｏ垂直线上的温度分布５
Ｆｇ３Ｔｍｐｒｔｅｄｓｉｕｉｎａｖｒｉｌｉｅｉｏｎ（．，，．１ｉ－ｅｅａｕｉｒｔｅｔａｌａｉｔ５０２０ｒｔｂｏｔｃｎｖｐ３

室内热湿环境的数值模拟与实验的比较研究

图１模型房间的结构
２ＣＤ模拟Ｆ
２１物理模型的简了如下对简化假设：
维普资讯
第２卷第４期１２００７年１２月
制冷与空调
ＲｅｒｇｒｔｎａｄＡｉｎｉｏｉｇｆｉｅａｉｎｒｏＣｏｄｔｎｎｉ
Ｖ１１０２Ｎｏ４＿．．
Ｄｅ２０．２１１ｃ．０７１～２３
ｉｄｏｅｎｆｌｆｈａｉｇａｄｖｎｉｉｎＨｏｖＬｔｅｅａｅｓｖｒｌｐｏｌｍｓｅｉｔｉｈＤｉｌｔｎｕｈａｅｓｍｐｉｃｔｎｏｅｔｎｅｔａｏ．ｗｅｅｒｅｅａｒｂｅｘｓｎｔｅＣＦｓｍｕａｉ，ｓｃＳｔｉｌａｉｆｌｔｈｒｏｈｉｆｏｍｏｅ，ｅｓｔｐｏｏｄｒｃｎｉｏａｄＳｎｏｔｅｓｍｕａｉｎｎｅｓｔｅｖｒｅｙｅｐｒｎｓＴｈｓｐｐｒｉｂｕｅｄｌｔｅｕｆｂｒｅｏｄｔｎｎＯｏ，ｓｉｌｔｅｄｏｂｅｆｄｂｘｅｍｅｔ．ｉａｅｓａｏｔｔｈｉ，ｈｏｉｉｉｈ
模拟存在着一定程度的简化以及设置边界条件等原因，因此需要实验验证。本文就是对某学校实
验室进行了模拟，并与实验数据进行了比较，最终得出了建立的模型是可靠的结论。【关键词】数值模拟：送风口；气流组织中图分类号：Ｔ３Ｔ３文献标识码：ＡＵ８／Ｐ

空间热环境三维紊流流动的数值模拟与研究

第３３卷第５期
陈子木，等：基于ＧＩＳ的土地规划管理信息系统设计
５３
．３空间数据与属性数据的连接制，如对现状数据的修正、规划指标的调整等，管理员可以２动态地设置受限用户对系统功能的使用权限。土地利用数据包括海量的空间数据和丰富的属性数据，土地管理及规划编制过程需要同时用到两种数据内
２．６％～４０．７％。
Ｉ４］ＲｏｄｉＷ．Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｈｙｄｒａ —
从上表可以看出，实验测试结果与模拟计算结果基本
吻合。温度分布实测结果均比模拟结果较大，在距南墙２ｍ【２］陶文栓．数值传热学（第二版）．［Ｍ］西安：西安交通大学出版社，处实测温度与模拟温度误差较小，在距南墙２５ｍ处实测温２００１．
２土地利用数据库设计
２．１空间数据库设计
容，故系统应能动态地调用空间数据和与之对应的属性数
据。这里本文设计一种指针表连接方法，即定义一个链接空间数据库与属性数据库的指针表，准确记录所有空间数空间物理数据库采用层次模型组织方式。系统空间数当需要用到这些数据时系统可据库的设计的主要任务是设计如何管理该行政区的背景据与属性数据的信息索引，地图数据。根据地理信息分类的基本原则，按照要素类分以根据指针表完成两种数据的快速调用。层，将性质或特征相同或相近的地理要素放在同一图层，３结语从而实现数据的分层显示，同时方便了对地理数据的查找和管理。系统中主要涉及到的地理数据大概包括行政边土地规划管理信息系统是当前及未来科学管理土地信息、合理编制土地规划的有效手段，它以地理信息系统界、居民地、道路、河流、耕地等。２．２属性数据库设计的方式实现了空间数据与属性数据的高效组织与管理。本采用Ｐｏｗｅｒｄｅｓｉｇｎｅｒ进行数据库的设计。先用概念设计文设计的系统集成了组件式ＧＩＳ、数据库技术和网络技术，对土地利用规划管理信息系统从系统总体设计、数据模型将所有的表设计好，然后生成物理设计模型，最后运实现了土地信息的行生成的ｓｑｌ文件将设计好的表添加到数据库中去。这里，库设计到系统实现等流程进行了阐述，土地利用属性数据的编码原则需遵循以下几个方面：科学管理，并使得土地的规划实施更加规范化、合理化，能 ①唯一性原则：即一个地类代码对应唯一的地类对够为相关部门提供有效的参考依据。象，保证地类编码的唯一性； ②合理性原则：编码需结合国家提供的地类分类体参考文献：系，保证二者之间的相关性和编码的完备性；１】李小建．经济地理学［Ｍ】．北京：高等教育出版社，２００４． ③可扩性原则：编码不应只是刚好满足当前规划工［［２］李满春，任建武，陈刚，等．ＧＩＳ设计与实现ｑ．北京：科学出版社，作，必须留有足够的备用代码，以适应扩充的需要；２００７． ④简单眭原则：代码结构不宜太长，层次要分明，结构

某办公室夏季热舒适性数值模拟与实测分析

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｍｆｏｒｔｏｆｔｈｅｏｉｃｆｅｗａｓｂｒｏｕｇｈｔｏｕｔ，ａｎｄｓｏｍｅｕｓｅｆｕｌｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｕｍｅｉｃｒａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｒｌｃｏｍｆｏｔ，ｒＰＭＶ－ＰＰＤ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｆｅｌｄｔｅｓｔｏｆｔｈｅｏｕｔｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｙｔａｎｄｗｉｎｄｓｐｅｅｄｏｆａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，ｔｈｅＣＦＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｎｏｉｃｆｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄ．Ｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｙｔｏｆｈｅｔａｉｒ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＭｅａｓｕｒｅｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｕｍｍｅｒＴｈｅｒｍａｌＣｏｍｆｏｒｔｉｎａｎ０仟ｉｃｅ
ＷＡＮＧＨａｎ — ｑｉｎｇ，ＫＡＮＧＬｉａｎｇ — ｑｉ，ＬＩＤｕａｎ — ｒｕ，ＹＡＮＧＲｏｎｇ — ｇｕｏＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

办公室室内温度分布模拟(fluent)

办公室室内温度分布模拟(fluent)
随着现代办公室空间的不断发展和改进，人们对办公室温度舒
适性的关注也日益增加。

为了提供一个理想的工作环境，室内温度
分布模拟成为一种有用的工具。

本文将介绍办公室室内温度分布模
拟的原理和优势。

原理
办公室室内温度分布模拟利用计算流体力学（CFD）方法来预
测室内空气的温度分布。

这种方法基于一系列数学模型和经验参数，可以模拟室内空气的流动、传热和湿度变化。

通过模拟不同气流条
件下的温度分布，我们可以评估办公室的热环境，并提出改进建议。

优势
办公室室内温度分布模拟具有以下优势：
1. 预测温度分布：通过模拟，我们可以获得不同位置的温度分
布图，了解办公室各个区域的热环境差异。

这有助于确定是否存在
温度不均匀或过热的区域。

2. 评估热舒适性：通过模拟室内空气流动和传热，我们可以计算热舒适性指标，如平均辐射温度和风速。

这样可以评估办公室的热环境是否符合舒适性标准。

3. 系统优化：模拟还可以用于分析不同空调系统的效果。

通过调整气流供应和回风设备等参数，我们可以优化空调系统，提高能源效率和热舒适性。

4. 节约成本：通过模拟室内温度分布，我们可以评估不同节能措施的效果。

这有助于选择合适的节能措施，减少能源消耗和运营成本。

结论
办公室室内温度分布模拟是一种有用的工具，可以帮助我们评估和改进办公室的热环境。

通过模拟不同气流条件下的温度分布，我们可以提高办公室的热舒适性，并实现能源节约和成本降低的目标。

建议在设计办公室时，考虑使用室内温度分布模拟来优化工作环境。

《全空气空调系统室内热湿环境数值模拟与热舒适性研究》

《全空气空调系统室内热湿环境数值模拟与热舒适性研究》一、引言随着科技的不断进步，空调系统已成为现代建筑中不可或缺的设施之一。

全空气空调系统以其高效、灵活的特点，广泛应用于各类建筑中。

然而，为了确保室内环境的舒适性，对全空气空调系统进行热湿环境的数值模拟和热舒适性研究显得尤为重要。

本文将探讨全空气空调系统室内热湿环境的数值模拟方法，并分析其对热舒适性的影响。

二、全空气空调系统概述全空气空调系统是一种以空气为介质进行温度调节的空调系统。

它通过新风系统和回风系统的配合，实现室内外空气的交换和温度调节。

全空气空调系统具有灵活性强、处理能力强、能满足多种环境需求等优点，广泛应用于各类建筑中。

三、室内热湿环境数值模拟为了研究全空气空调系统对室内热湿环境的影响，本文采用数值模拟的方法。

首先，建立室内外环境的物理模型，包括建筑结构、空调系统布局等。

然后，利用计算流体动力学（CFD）技术对室内热湿环境进行模拟。

通过设定不同的参数（如温度、湿度、风速等），观察室内热湿环境的分布和变化情况。

四、模拟结果分析根据数值模拟结果，我们可以得出以下结论：1. 温度分布：全空气空调系统能够有效地调节室内温度，使温度分布更加均匀。

然而，在局部区域（如角落、遮挡处）仍可能出现温度偏高或偏低的情况。

2. 湿度分布：全空气空调系统对湿度的调节作用显著。

在湿度较高的环境中，通过合理的空调设置，可以有效地降低室内湿度，提高居住舒适度。

3. 风速分布：风速对热舒适性具有重要影响。

适当的风速可以改善室内通风状况，提高居住者的舒适度。

然而，过高的风速可能导致人体感到不适，因此需合理控制风速。

4. 热舒适性：综合考虑温度、湿度和风速等多个因素，全空气空调系统能够显著提高室内热舒适性。

然而，不同人群对热舒适性的需求存在差异，因此需根据实际情况进行个性化调节。

五、个性化调节与优化策略针对不同人群对热舒适性的需求，全空气空调系统应采用个性化调节与优化策略。

地板采暖办公室内热环境的数值模拟

地板采暖办公室内热环境的数值模拟
张雪梅;王如竹;翟晓强
【期刊名称】《供热制冷》
【年(卷),期】2006(000)011
【摘要】选用经典k-ε两方程模型,通过Airpak软件对室内热环境进行数值模拟,并用实验测量值进行验证,再用已验证的模型对采暖室内热环境进行进一步的模拟,将不同地板温度下的模拟结果进行比较,针对该办公室提出合理的采暖方案。

【总页数】4页(P26-28,36)
【作者】张雪梅;王如竹;翟晓强
【作者单位】上海金茂英泰设施管理有限公司;上海交通大学制冷与低温工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU832
【相关文献】
1.基于airpak的夏季柜式空调机办公室内热环境数值模拟分析 [J], 李杨;郁文红;王福林
2.地板采暖和风机采暖室内热环境的对比研究 [J], 张雪梅;王如竹
3.地板采暖房间室内热环境及节能分析 [J], 邱林;游旻昱
4.基于Airpak软件的工作室室内热环境数值模拟 [J], 戎传亮
5.冷空气幕加侧送方式影响室内热环境的数值模拟——一种新型室内送风方式探索[J], 刘泽勤;夏雪娇;郭宪民
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高层办公建筑标准层的CFD模拟分析

高层办公建筑标准层的CFD模拟分析Part I CFD技术在建筑设计中的应用1.什么是CFDCFD是计算流体力学英文Computer Fluid Dynamics的简称，是一种计算机模拟技术，包括各种物理模型的模拟计算，应用于各个领域，航空航天、家电行业、骑车工程、生物医学、化工、暖通空调、水利、船舶、采矿技术、能源，等等。

船舶工程航空汽车（图片摘自网络）在计算流体动力学方面，对于建筑设计的意义较大。

CFD技术能对室内室外风环境、热环境、声环境的提供很多难以预测的评价分析，从而为下一步的优化设计提供理性的参考。

随着国家今年来对环境保护资源节约的逐渐重视，建筑行业内也逐渐开始重视绿色建筑的设计与研究。

2.CFD 在建筑领域的应用CFD出现于1933年，英国人首次运用手摇计算机数值求解了二维粘性流体偏微分方程。

于1974年首次被用于模拟房间内的空气流动，但是只是服务于暖通空调专业。

随后的几十年间，在建筑设计领域的运用越来越广，如今已经成为建筑师和空调工程师分析问题时很重要的一种工具了。

CFD如今在建筑领域中的应用主要有两方面：1.室外环境的模拟分析一般在做小区规划时运用得较多，现在城市热岛效应、小区热气候等问题越来越受人重视，人们对居住的环境要求也原来越高了。

因此，设计者在做小区规划时，用CFD对区域尺度建立模型，进行模拟，为避免不好的环境效果提供理论依据。

流程图摘自《基于CFD风热环境模拟的小区规划方案研究》——齐静反复调整，追求更佳。

2.室内环境的模拟分析首先建立需要分析的对象模型，根据所建立的模型，利用CFD 软件对室内热环境进行模拟计算，得出了室内温度场及速度场的分布情况图，分析图纸，对照建筑热舒适设计指标，找出不利因素，并修改方案，优化设计。

摘自《广东地区某建筑夏季室内热环境的CFD 仿真评价》3.CFD分析的基本过程通常，CFD模拟分析可以分为以下几个步骤：◆建立模型◆划分网格◆前处理设置◆收敛（求解）◆后处理——结果可视化即出图，常见的建筑风环境相关的图有：速度矢量图、流线图，压力云图，空气龄，污染物浓度分布图等，还能生成相应的动画。

基于Airpak的办公室热环境数值模拟分析

基于Airpak的办公室热环境数值模拟分析贡欣; 蒋琴华【期刊名称】《《土木建筑工程信息技术》》【年(卷),期】2019(011)006【总页数】9页(P113-121)【关键词】热环境; 气流组织; 热舒适; 模拟分析【作者】贡欣; 蒋琴华【作者单位】华东建筑设计研究院有限公司上海 200041【正文语种】中文【中图分类】TU17引言表1 办公室围护结构传热系数Table 1 Office envelope heat transfer coefficient外墙传热系数W/(m2·K)内墙传热系数W/(m2·K)楼板传热系数W/(m2·K)外窗传热系数W/(m2·K)内门传热系数W/(m2·K)0.551.451.882.82.33室内气流速度、温湿度都是人体热舒适的要素，污染物的浓度是室内空气品质的一个重要指标。

因此，要使房间内人群工作区成为一个温湿度适宜、空气品质优良的环境，不仅要有合理的系统形式及对空气的处理方案，还必须有合理的气流分布[1]。

计算流体力学分析方法是国内外公认的室内气流组织设计和评价最简便的方法[2]。

通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法研究室内热环境已成为现代通风空调工程研究规划和设计中的课题之一[3]。

本文采用Airpak软件强大的可视化后处理功能，全面综合评价办公室两种空调送风方案下的工作区空气的温度、湿度、速度和空气品质。

1 工程概况及设计参数1.1 建筑概况该建筑是武汉市某35层办公楼，其中1-6为层裙房，层高4.5m， 7-35层为主楼，层高4.2m，总建筑面积约76 000 m2，办公建筑面积约52 800 m2，由于建筑楼层较多，且每层空调布局基本相同，选取第8层办公室为例进行分析，办公室长为9m，宽为8m，外墙均采用玻璃幕墙，房间有2扇2 100mm×1500mm的内门。

空调房间室内热环境的三维数值模拟及实验研究

空调房间室内热环境的三维数值模拟及实验研究摘要：本文针对在规划和设计阶段如何正确而详细地预测和评价室内气流组织及温度分布的问题，以一个空调房间作为模拟计算的研究对象。

通过建立相应的数学物理模型，利用CFD模拟计算软件PHOENICS 对空调房间的室内热环境（空气温度、流速）进行了数值模拟，得出了空气温度、流速的分布图，并对模拟房间进行了实验测试，对模拟结果与实测结果进行了分析、比较。

分析结果表明模拟值与实测值的吻合度很好，这表明所建立的模型是正确的，模拟结果是可信的。

关键词：计算流体力学数值模拟 PHOENICS 实验测试数值分析0 引言计算流体动力学简称CFD(Computational Fluid Dynamics)，是随着计算机技术而出现的一门新学科。

它运用流体动力学的基本原理，通过建立数学物理模型，根据提供的合理的边界条件和参数，可以对空调区域内气流的速度场、温度场、压力场等进行模拟计算。

而室内空气的速度场、温度场又是空调房间室内气流组织设计及空调房间室内舒适环境评价的基础。

建筑室内的气流分布和温度分布是体现舒适和卫生的空气环境的主要指标之一。

如果能够在规划和设计阶段即可正确而详细的预测和评价室内气流组织及温度分布，不仅可以实现现代暖通空调系统的优化设计和运行管理，提高室内热舒适性和室内空气品质，而且对系统乃至整个建筑物的节能也具有重要的指导意义。

在国外，CFD数值模拟技术已被广泛应用在工程领域，成为设计上不可缺少的技术手段；而在国内CFD技术的研究和应用也已逐步受到重视。

本文就是利用CFD模拟计算软件PHOENICS，对立柜式空调房间的温度场、速度场进行预测和分析，并通过实验测试加以比较验证。

1. 房间简介模拟计算的空调房间为本学院的一个多媒体会议室，房间大小为11m×7.8m×3.6m，位于学院主体楼一层的北侧，除北墙为外墙外，其余都为内墙，南面两个门朝向走廊，北面有三个窗户，模拟时门、窗都是关闭的。

基于airpak的夏季柜式空调机办公室内热环境数值模拟分析

基于airpak的夏季柜式空调机办公室内热环境数值模拟分析李杨;郁文红;王福林【摘要】基于airpak软件对夏季柜式空调3种送风角度(水平角度、向上45°角和向上60°角)下办公室内热环境进行了三维数值模拟,得到3种工况下室内气流组织的流场和温度场分布特点.采用PMV、PPD和空气龄评价指标对室内热舒适性及空气品质进行对比分析.模拟结果表明在向上45°角送风的情况下,房间内各个工位总体热舒适性最好.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2017(029)002【总页数】9页(P122-130)【关键词】气流组织;热舒适性;空气龄;PMV;PPD【作者】李杨;郁文红;王福林【作者单位】北方工业大学土木工程学院,100144,北京;北方工业大学土木工程学院,100144,北京;清华大学建筑学院,100084,北京【正文语种】中文【中图分类】U83随着人们生活水平的提高，炎热的夏季，空调已经变成必需品．但在使用的同时，也可能带来一些不必要的困扰，例如强烈的吹风感，局部空气龄较大，污染物聚集等．为了创造一个舒适的室内热环境，利用CFD(Computational Fluid Dynamic)软件模拟室内气流组织环境，分析气流组织的速度场，温度场，PMV，PPD值和空气龄等，为室内布置提供参考[1-4]．目前应用较多的CFD商用软件主要有FLUENT，STAR-CD，PHONEICS等，他们的功能全面，可用于求解工程中各种较复杂的问题，其中FLUENT下的airpak软件是专为HVAC领域服务．Airpak 具有强大的可视化后处理能力，能够生成速度矢量、云图和粒子流线动画，描绘气流的实时运动情况．模拟结束后，还可提供强大的数值报告，从而对房间的气流组织、热舒适和室内空气品质进行全面综合评价[5]．1 物理数学模型以及边界条件本次研究的办公室内空调为立柜式空调，置于门口墙角，出风口百叶可以上下活动．因办公室布局所限，在靠近空调前方的两个工位风感很强，冷感明显．远离空调靠近窗户位置稍微偏热．所以希望通过软件模拟，在不改变现有办公室布局的情况下，通过调整送风口百叶的角度来达到办公室内的各个工位热舒适性良好，进而改善各个工位办公人员的办公效率．1.1 物理模型根据该办公室的实际建筑模型与室内设备分布，建立如图1所示的数值模拟物理模型．该房间的几何尺寸为：长×宽×高=7.5m×7.2m×3.3m．室内有8个人，每个人在自己的半开式小隔间内各有1台台式计算机，1个小立柜．室内还有1个大书柜，6盏日光灯和1台立柜式空调(海尔：KFR-120LW/L)，受房间尺寸和布局及配管长度限制，空调放置在房间西北角．1.2 数学模型在数学模型上，本文采用普渡大学陈清焰教授提出的零方程模型(Zero Equation model)[6]．所谓零方程模型，是指不需要微分方程而是用代数关系式把湍流粘性系数与时均值联系起来的模型[7]．零方程模型相对双方程κ - ε湍流模型处理室内问题更容易收敛并节约计算资源[8-9]．采用有限体积法作为离散方法，为了简化问题作以下假设[10]：图1 空调办公室三维物理模型1)室内空气流低速流动，可视为不可压缩流体且符合Bossinesq假设；2)流动为稳态流动；3)室内空气为辐射透明介质；4)不考虑门的影响；5)不考虑漏风影响，认为房间气密性良好．根据以上假设其控制方程为：式中ρ为空气密度；μ为速度矢量；φ为因变量，可以表示速度矢量分量、温度等流体参数；Γφ为对应φ的扩散系数；Sφ为源项．1.3 网格划分采用六面体网格，X,Y,Z方向的网格单元最大尺寸为0.375m，对送、回风口，温度梯度变化较大的地方进行网格加密．空调送风口截面网格情况如图2所示．图2 空调Y-Z截面网格分布情况1.4 边界条件空调室内空气不可压缩且密度符合Bossinesq假设，房间内空气流动为稳态湍流，忽略门、窗的漏风影响[11]．夏季空调室外计算温度取30℃．室内热源主要考虑人员、电脑和灯具散热．PMV-PPD计算按照人员静坐情况，人体新晨代谢率取58W/m2(1met),不计人体对外做功，服装为夏季一般着装，短袖、衬衫加短裤，服装热阻取0.08m2·K/W(0.5c lo)[12]．空气温度、辐射温度、相对湿度、空气速度根据数值模拟计算结果取值．数值模拟计算边界条件见表1．表1 数值模拟计算边界条件名称数量尺寸模型类型边界条件取值房间1间7.5m×7.2m×3.3mroom定温外墙:40℃内墙:28℃南窗户2扇1.2m×1.7m3.2m×1.7mwalls定温32℃门1扇1.1m×2mPartitions绝热—人员8人1.73m×0.3m×0.2m(坐姿)Persons定热密度1met电脑8台0.4m×0.25m×0.2mBlocks定热流量150W/台日光灯6盏1.2m×0.15m×0.2mBlocks定热流量40W/盏柜子9个0.9m×1.85m×0.4m(1个)0.55m×1.5m×0.6m(8个)Blocks绝热—隔板16块1.8m×1.1mPartitions绝热—房间的南墙为外墙，考虑太阳辐射的影响．模拟送风水平角度，向上倾斜45度角和向上倾斜60度角时室内气流组织形式．3种情况下出风口速度为4.2m/s，送风温度为9.3℃，相对湿度为87%．2 数值模拟计算结果对比分析测得空调出风口的横截面为0.22m×0.46m，出风口平均高度为1.7m，平均风速为4.2m/s，温度为9.3℃，相对湿度为87%．在出风口百叶在水平、45度和60度角时，选取截面Y=0.1m(脚踝高度)和Y=1.1m(人体静坐时脖子处高度)的温度场、流场、PMV-PPD及空气龄分布图．为了便于分析，各个工位编号如图3所示．表2为人体感觉舒适的温湿度风速分布范围．图3 房间工位分布表2 人体适宜温、湿度和风速环境参数温度/℃湿度/%风速/(m/s)冬季18～2530～80<0.2夏季23～2830～60<0.3最舒适方案19～2440～50<0.22.1 速度模拟结果表3为在各个工位选取的一系列参考点，表4表示在水平角度下室内各个工位在0.1m和1.1m高度处实测风速值．表3 风速坐标参考点位置工位参考位置X方向Y方向Z方向14.60～3.31.026.50～3.31.036.30～3.34.146.30～3.35.953.40～3.34.163.40～3.35.971.70～3.34.181.70～3.35.9表4 水平角度各工位0.1m，1.1m高度风速工位风速/(m/s)高度为0.1m高度为1.1m10.020.0420.010.0230.340.3540.200.1050.020.6260.030.1070.100.5780. 330.65图4 水平角度Y方向下1～8工位速度图5 水平角度房间Y=0.1m平面速度分布图6 水平角度房间Y=1.1m平面速度分布图7 45°角Y方向下1～8工位速度变化图8 45°角下房间Y=0.1m平面速度分布图9 45°角下房间Y=1.1m平面速度分布图10 60°角Y方向下1～8工位速度变化图11 60°角下房间Y=0.1m平面速度分布图12 60°角下房间Y=1.1m平面速度分布从图4～图6可以看出，水平角度送风时，1、2、3、4和6号工位在人员工作区速度基本处于0.25m/s以下，在5、7和8号工位在人员脚踝(Y=0.1m)区风速不大，约在0.25m/s左右，但在工作区风速比较大，尤其是7号工位在脖子(Y=1.1m)区域风感强烈，接近1.1m/s，5和8号工位脖子区域风速比7号小，在0.5～0.7m/s之间．在水平角度送风时，5、7和8号工位风感强烈，不舒适．将模拟结果与表5的实测数据对比分析，发现两者数据比较吻合，都是在5、7和8工位处的风速比较大，超出人体舒适度范围，其它工位风速基本处于人体可接受范围内．所以通过模拟分析得出的结果具有可靠性，在此基础上，再对向上45°角和向上60°角送风这2种工况进行模拟分析．从图7～图9可以看出，向上45°角送风时，房间内气流组织没有较大扰动，人员静坐办公状态下的工作区风速分布均匀，脚踝和脖子区域的风速基本都在0.3m/s 以下．因为斜向上送风，5～8号工位上部区域风速较高，但对下部工作区没有太大影响．从图10～图12可以看出，在向上60°角送风，送风气流主要集中在靠近空调侧的前方区域，导致在1、2、3、4和7工位区域风速较低，均小于0.25m/s，5、6、8工位在脚踝区的速度均小于0.2m/s，但是在脖子区域风速超过0.3m/s，接近0.4m/s，在这些区域，脖子会有轻微的吹风感．2.2 温度模拟结果图13 水平角度Y=0.1截面温度分布图14 水平角度Y=1.1截面温度分布表5 水平角度各工位0.1m，1.1m高度温度工位温度/℃高度为0.1m高度为1.1m124.424.3225.024.8324.924.8425.025.0521.821.9623.924.0721.621.382 1.122.9图15 45°角Y=0.1截面温度分布图16 45°角Y=1.1截面温度分布图17 60°角Y=0.1截面温度分布图18 60°角Y=1.1截面温度分布从图13和图14得出，在水平送风角度时，工位5、7、8处脚踝附近温度在22℃左右，脖子区域温度在21℃左右，其他工位的温度基本维持在24～25℃之间，1、2号工位靠近墙角，易形成局部涡流，温度会较其他工位稍高一点．表5为水平送风角度下各工位在0.1m和1.1m高度实测温度值，分析模拟结果与实测数据发现二者也比较吻合，所以模拟结果是可靠的，可继续用此方法分析其他送风角度下的室内温度分布．从图15和图16得出，45°角向上送风时，3、4和7工位脚踝处的温度在23～24℃之间，脖子区域温度在22℃左右，其他工位的脚踝温度在24.5～25.5℃之间变化，脖子区域温度24℃左右．与水平角度相比，此种送风角度下，室内工作区的对应点温度稍高，但在热舒适范围内．从图17和图18得出，60°向上送风时，房间内温度普遍偏高，脚踝处温度在26℃左右，7、8号工位一侧因为冷空气下沉原因，温度在25℃左右．在人员静坐时脖子区域温度在24.5～25.5℃之间，在1、2号工位气流容易形成死角，温度最高．2.3 PMV-PPD模拟结果图19 水平角度Y=1.1m截面PMV值分布图20 水平角度Y=1.1m截面PPD值分布图21 45°角Y=1.1m截面PMV值分布图22 45°角Y=1.1m截面PMV值分布图23 60°角Y=1.1m截面PPD值分布图24 60°角Y=1.1m截面PMV值分布根据ISO7730规定，-0.5<PMV<0.5，PPD≤10%人体感觉舒适．从图19～图24可见，在45°角时房间内PMV值基本处于-0.3～0.5之间，PPD值也在可接受范围内，约在4%～8%之间．水平角度时在5、7和8号工位的PMV值偏低，在-1.5～-1之间，PPD值偏高，在40%～50%之间．这个区域PMV-PPD评价不高，主要是因为此区域风速过大，风感强烈，冷感明显．在60°角送风时房间1～3号工位冷风不易送达，温度偏高，导致PMV值较高，在1.5左右，所以PPD值也相应偏高．综合考虑45°角度热舒适度高，人员的不满意百分比较低．2.4 空气龄模拟结果从图25～图27看出，在60°角送风时房间内的空气龄最大，其中在1、2工位附近因为该区域速度小，温度高，通风换气能力弱，空气得不到及时的更新，空气龄普遍在660秒以上．其他区域空气龄稍低一些，但总体来看空气龄偏大．水平角度送风比45°角时通风换气效率高，特别是在5、7和8工位区域风速高，通风换气效果较好．虽然45°角时室内通风换气效率不如水平角度时好，但差距不大，能满足室内人员对空气品质的要求．图25 水平角Y=1.1m截面空气龄分布图26 45°角Y=1.1m截面空气龄分布图27 60°角Y=1.1m截面空气龄分布2.5 最佳方案在水平角度、45°角和60°角的送风角度下，房间内速度场、温度场、PMV、PPD 和空气龄对比研究，发现在45°角向上送风的情况下，房间内各个工位热舒适性较好．在人员静坐状态时的工作区，脚踝区域和脖子区域不会存在风速超标，风感强烈的情况；温度场分布也较均匀，PMV和PPD值也符合热舒适标准要求；房间内通风换气效率虽然不是最好的方案，但也算良好，在可接受范围内．综上，在不改变房间内现有布局的情况下，只需要将空调的送风口百叶调至向上45°角出风，即可保证室内的热舒适性．3 结语本文利用Airpak软件，对夏季立柜式空调3种送风角度(水平角度、向上45°角和向上60°角)下办公室内热环境进行了三维数值模拟．在不改变现有办公室工位布局的情况下，通过对3种送风状态下的室内气流组织的速度场、温度场、PMV指标、PPD指标和空气龄分布进行对比分析．送风角度的改变，对气流组织的分布有很大影响．当风口百叶水平角度时，冷风水平送到空调前方人员工作区的脖子位置，冷感风感强烈，不能正常进行工作．当风口朝斜上方送风，冷风不会直达工作区，人员处在冷风下沉的回流区，整体感觉更好．综合多方面的因素考虑得出在向上45°角送风时房间内各个工位的风速、温度和空气品质等较好，满足工作人员高效工作对环境热舒适性的要求．虽然软件模拟在边界设置、参数选择上还不能完全代表实际情况，但数值模拟成本低，能模拟较复杂的情况，在一些大型项目上，还是经济有效的．参考文献【相关文献】[1] Nielson P V. Prediction of airflow and comfort in air-conditioned spaces[J].ASHRAE transactions 81,1975(11):247[2] Baker A J, Kelso R M, Gordon E B, et al. Computational fluid dynamics: A two-edged sword[J].Ashrae Journal,1997,39(8)[3] CHEN Q Y, SREBRIC J. A procedure for verification, validation, and reporting of indoor environment CFD analyses[J].HVAC & RRESEARCH, APRIL 2002，8(2)：201-216[4] SREBRIC J, CHEN Q Y. An example of verification, validation and reporting of indoor environment CFD analyses[J].ASHRAETRANSACTIONS，2002,108(2)[5] Fletcher C A J, Mayer I F, Eghlimi A, et al. CFD as a building services engineeringtool[J].Int J Arch Sci,2001,2(3):67-82[6] 陶文铨.数值传热学[M].西安：西安交通大学出版社，2001[7] Srebric J, Chen Q Y, Glicksman L R. Validation of a zero-equation turbulence model for complex indoor airflows[J].Ashrae Transactions,1999,105(2):414-427[8] 赵彬，李先庭，彦启森.用零方程湍流模型模拟通风空调室内的空气流动[J].清华大学学报，2001,41(10)：109-113[9] 陈晓春，朱颖心，王元.零方程模型用于空调通风房间气流组织数值模拟的研究[J].暖通空调，2006,36(8)：19-24[10] SV帕塔卡.传热与流体流动的数值计算[M].张政，译.北京：科学出版社，1984：13-18[11] 狄育慧，王善聪.利用Airpak模拟室内气流组织的误差分析[J].西安建筑科技大学学报，2013，45(1),72-78[12] 黄寿元，赵伏军，李刚.基于Airpak的夏季空调室内热环境数值模拟研究[J].湖南科技大学学报，2011,26(2)：11-17。

办公建筑室内环境数值模拟

办公建筑室内环境数值模拟周勃;宋胜波;董立国【摘要】为了研究不同送风方式对某办公建筑会议室室内温度场、污染物浓度场及速度场的影响,利用实际测量的会议室尺寸数据建立数学模型,以监测到的相关参数作为软件模拟的边界条件,通过CFD软件对会议室采用不同送风方式进行数值模拟.分析和比较不同送风方式对会议室内温度场、污染物浓度场和速度场的影响,得出顶送风方式下温度处于23.7~25℃之间,甲醛浓度基本低于0.1 mg/m3,风速大部分处于0.013~0.093 m/s之间.结果表明,顶送风方式的送风效果优于侧送风方式.%In order to study the effect of different air supply modes on the indoor temperature field,pollutant concentration field and velocity field in the conference room of an office building, the mathematical model was established based on the size of conference room obtained with the actual measurement, the relevant monitored parameters were taken as the boundary condition of numerical simulation, and the conference room under different air supply modes was simulated with the CFD software. The influence of different air supply modes on the temperature field, pollutant concentration field and velocity field in the conference room was analyzed and compared. It is found that the temperature under the top air supply mode is between 23.7 and 25℃, the formaldehyde concentration is basically less than 0.1 mg/m3, and the wind speed is mostly between 0.013 and 0.093 m/s. The results show that the effect of top air supply mode is superior to that of side air supply mode.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P213-218)【关键词】会议室;温度场;甲醛;速度场;CFD软件;数值模拟;顶送风;侧送风【作者】周勃;宋胜波;董立国【作者单位】沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870;特灵空调系统(中国)有限公司,沈阳110013【正文语种】中文【中图分类】TU111.1随着我国经济的不断发展，人们对室内空气品质的要求不断提高.大量分析表明，人的一生中有超过80%的时间是在室内度过的[1]，室内空气品质的优劣与人类健康密切相关，因此，选择合适的送风方式对办公类建筑室内热舒适性和空气品质的控制特别重要.近些年来，计算流体力学(CFD)技术在室内环境模拟方面得到了重大发展[2-6].利用计算流体力学技术进行数值模拟具有投资费用少和所用时间短等特点.关于甲醛污染物分布情况前人做了许多工作[7-9].本文以沈阳市某办公类建筑中一会议室为研究对象，利用计算流体力学技术对会议室内环境进行数值模拟，在不同送风方式下对室内温度场、污染物(甲醛)浓度场和速度场分布情况进行了数值分析.1 物理模型和数学模型1.1 物理模型会议室在不同送风方式下物理模型如图1、2所示，其空间结构为：长度为X=7.5 m，宽度为Y=6.8 m，高度为Z=2.7 m，北墙为外墙，东、南、西墙为内墙.窗户在北墙上，窗户尺寸为高×宽=1.7 m×0.9 m.本文着重分析同侧上送风下回风和顶送风下回风两种不同送风方式对室内环境的影响情况.模拟工况中，人员、桌子、送风口和回风口尺寸等相关参数如表1所示.图1 侧送风房间的几何模型Fig.1 Geometrical model for side air supply room 图2 顶送风房间的几何模型Fig.2 Geometric model for top air supply room 1.2 数学模型本文使用CFD软件进行数值模拟，计算过程中不考虑空气与室内各面摩擦情况，会议室内空气为稳态湍流，不可压缩且符合Boussinesq假设，采用标准的k-ε模型.会议室内通风的数学模型控制方程包括连续性方程、动量方程和能量方程[10]，其表达式如下所示.表1 室内人员、桌子、送风口、回风口的相关参数Tab.1 Relevant parameters for indoor personnel，desk， air supply outlet and return air inlet m名称长度X宽度Y高度Z人员(坐)0.40.351.20人员(站)0.40.351.75桌子1.50.400.80顶送风风口0.50.50-侧送风风口0.50.20-回风口0.50.20-连续性方程：(1)动量方程：(2)能量方程：(3)由于本文模拟了污染物(甲醛)从桌子表面向会议室内扩散的过程，应用到组分传输模型，因此，控制方程还应包括组分质量守恒方程，其表达式为(4)2 模拟结果及分析影响室内空气品质的因素有很多，包括送回风口的位置、数量、形式以及送风口的风速和送风温度等.本文主要研究影响会议室内热舒适性和空气品质的主要因素，即送风口位置的变化对会议室内温度场、污染物(甲醛)浓度场和速度场的影响.本文截取Z=1.2 m(距离地面1.2 m为会议室内人员正坐时呼吸区域的高度)和X=3.75 m截面来分别显示会议室水平面和立面上温度、污染物(甲醛)浓度和风速的分布情况，通过对比分析选择出相对较好的空调系统送风方式.2.1 不同送风方式对室内温度场的影响图3～6分别为侧送风方式和顶送风方式下Z=1.2 m、X=3.75 m截面处的温度场分布情况.由图3可知，侧送风情况下Z=1.2 m截面上温度场分布相较顶送风方式下差异性较大，局部区域温度低于23 ℃，会议室内人员会有明显冷感；靠近北墙一侧由于受室外温度影响，温度分布趋于均匀.由图4可知，顶送风情况下室内温度较均匀，会议室内活动区域温度保持在23.7～25 ℃的范围内，室内舒适性较好.虽然存在局部区域温度低于23 ℃，但范围较小，对整体的影响不会太大.由图5、6可知，采用侧送风方式，在X=3.75 m截面上会议室内西墙附近温度较低，会议室后排就坐的人员会有明显的冷感，不满足ISO7730中规定的当人在固定位置从事轻工作时，有效温度为23～26 ℃的要求.而顶送风方式下，由于送风口直接将空气送至教室中间，因此，送风口下方部分区域温度会稍低一些.由于顶送风情况下会议室内温度大部分处于23.9～25.5 ℃范围之内，因此满足室内舒适性要求.图3 Z=1.2 m侧送风温度分布Fig.3 Temperature distribution under sideair supply mode with Z=1.2 m图4 Z=1.2 m顶送风温度分布Fig.4 Temperature distribution under topair supply mode with Z=1.2 m2.2 不同送风方式对室内污染物(甲醛)浓度场的影响室内甲醛污染带来的危害已经越来越被人们所熟知[11].图7、8分别为侧送风和顶送风方式下在Z=1.2 m截面处的甲醛污染物浓度分布情况.由图7可知，人员在会议室开会时的呼吸区域和其他局部区域内甲醛污染物浓度均未超过0.1 mg/m3，室内甲醛污染物浓度满足《室内空气质量标准》(GB/T18883)规定的室内空气中甲醛含量不得超过0.1 mg/m3限值的情况.由于侧送风方式空气在送达西墙后出现下沉，室内空气循环扰动从而带动局部甲醛污染物运动，因此，可以明显看出会议室内西墙附近区域内甲醛污染物浓度值低于东墙侧污染物浓度值.由图8可知，顶送风方式下Z=1.2 m截面上甲醛污染物浓度分布情况相对优于侧送风方式，室内污染物浓度最高1.055×10-7 mg/m3，且相对高浓度区域较侧送风要小.两种送风方式下靠近北墙一侧甲醛污染物浓度明显高于靠近南墙一侧，这是因为北墙一侧与室外空气接触，有热量透过北墙传入室内，从而加速了室内靠近北墙一侧桌子内污染物(甲醛)的散发.图9、10分别为侧送风和顶送风方式下在X=3.75 m截面处的甲醛污染物浓度分布情况.从图中可以看出，两种送风方式基本上均能够满足室内空气中对甲醛污染物含量的要求.由于甲醛污染物是从桌子表面散发出来，因此从图中可知桌子表面甲醛浓度较大，随着与桌面距离的不断增大，甲醛浓度逐渐减少. 图5 X=3.75 m侧送风温度分布Fig.5 Temperature distribution under sideair supply mode with X=3.75 m图6 X=3.75 m顶送风温度分布Fig.6 Temperature distribution under topair supply mode with X=3.75 m图7 Z=1.2 m侧送风甲醛浓度场Fig.7 Formaldehyde concentration under sideair supply mode with Z=1.2 m图8 Z=1.2 m顶送风甲醛浓度场Fig.8 Formaldehyde concentration under topair supply mode with Z=1.2 m图9 X=3.75 m侧送风甲醛浓度场Fig.9 Formaldehyde concentration under sideair supply mode with X=3.75 m本文对室内甲醛污染物浓度的模拟结果与前人对室内空气中甲醛污染物浓度的监测和调查结果进行了比较[12-13]，结果基本吻合.2.3 不同送风方式对室内速度场的影响会议室工作区域内送风速度分布情况的好坏是衡量热舒适性的一个重要指标.如果工作区域内气流运动速度过快，不仅会影响工作区域内温度的分布，而且会使人有明显吹风感，但是会提高甲醛的稀释速度.图11～14分别为两种送风方式下Z=1.2 m、X=3.75 m截面处的风速分布情况.图10 X=3.75 m顶送风甲醛浓度场Fig.10 Formaldehyde concentration under topair supply mode with X=3.75 m图11 Z=1.2 m侧送风速度场Fig.11 Velocity field under side air supplymode with Z=1.2 m图12 Z=1.2 m顶送风速度场Fig.12 Velocity field under top air supplymode with Z=1.2 m在侧送风方式下，气流从侧送风口射出沿射流方向送至人员工作区域，由图11可知，由于气流速度随输送距离的增加逐渐减小，再加上受重力影响，在气流到达西侧墙体时送风速度普遍小于0.089 84 m/s，Z=1.2 m截面上最大风速为0.251 5m/s，工作区域内风速均小于0.3 m/s，符合空调室内有关速度的设计要求.为了与侧送风方式下室内的速度分布情况进行对比，本文截取了顶送风方式下Z=1.2 m 截面模拟图.顶送风情况下气流从送风口直接送至会议室内人员工作区，工作区域内气流的速度处于0.026 74～0.147 1 m/s之间，远远低于0.25 m/s，符合ASHRAE国际标准.由图13、14对比分析可以得出，X=3.75 m截面上顶送风方式下送风速度更为均匀且均小于0.3 m/s.图13 X=3.75 m侧送风速度场Fig.13 Velocity field under side air supplymode with X=3.75 m图14 X=3.75 m顶送风速度场Fig.14 Velocity field under top air supplymode with X=3.75 m两种不同送风方式下室内温度场、污染物(甲醛)浓度场及速度场的数值对比如表2所示.表2 不同送风方式下不同参数值的对比Tab.2 Comparison in different parameter values under different air supply modes送风方式最高温度值℃最低温度值℃最大污染物浓度值(mg·m-3)最小污染物浓度值(mg·m-3)最大风速值(m·s-1)最小风速值(m·s-1)顶送风30.5522.250.11830.056710.26010.01791侧送风30.5521.650.11830.046350.19550.013373 结论本文利用计算流体力学技术模拟沈阳市某办公类建筑中一会议室内不同送风方式下的温度场、污染物(甲醛)浓度场和速度场，并对模拟结果进行比较分析，得出以下结论：1) 顶送风情况下所得室内温度场分布绝大部分处于23.7～25 ℃之间，满足夏季室内人员舒适度要求.但侧送风方式会造成会议室内西墙附近温度偏低，局部区域内温度低于23 ℃，不利于会议室内工作人员的思考和注意力的集中.2) 会议室采取顶送风和侧送风两种送风方式都未出现会议室内局部区域甲醛污染物浓度超出限值0.1 mg/m3的情况，在顶送风方式下Z=1.2 m截面上甲醛污染物浓度最高为1.055×10-7 mg/m3，相比较而言顶送风方式下室内甲醛浓度分布较为均匀，顶送风更有利于维持室内良好的空气品质.3) 侧送风与顶送风两种送风方式下室内风速均小于0.3 m/s，但顶送风方式下会议室内空气流速更趋于均匀，室内风速基本处于0.013～0.093 m/s之间，会议室内人员感觉更舒适.综上所述，会议室内采用顶送风方式可更好地为室内人员创造舒适良好的环境. 参考文献(References)：【相关文献】[1] 张寅平.室内空气质量控制：新世纪的挑战和暖通空调人的责任 [J].暖通空调，2013，43(12)：1-7.(ZHANG Yin-ping.Indoor air quality control：the challenges and responsibilities of HVAC researchers in the new century [J].Journal of HV&AC，2013，43(12)：1-7.)[2] 刘婷婷.某数据机房气流组织模拟及运行优化 [J].暖通空调，2015，45(3)：71-75.(LIU Ting-ting.Air distribution simulation and operation optimization for a data room [J].Journal of HV&AC，2015，45(3)：71-75.)[3] 王烨，张文霞，胡文婷.室内环境参数对室外气象参数瞬时变化的动态响应研究 [J].重庆大学学报，2015，38(3)：8-14.(WANG Ye，ZHANG Wen-xia，HU Wen-ting.Dynamic response study of the indoor environmental parameters for variable outdoor meteorological conditions [J].Journal of Chongqing University，2015，38(3)：8-14.)[4] 吕洁，张琼，周勃，等.自然通风作用下计算机房夏季热环境数值模拟 [J].沈阳工业大学学报，2016，38(1)：115-120.(LÜ Jie，ZHANG Qiong，ZHOU Bo，et al.Numerical simulation of summer thermal environment in compu-ter room under action of natural 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Army，2008，26(1)：35-36.)[13]崔凯杰，古金霞，侯瑞，等.室内空气甲醛污染状况及其影响因素分析 [J].南开大学学报(自然科学版)，2013，46(2)：28-31.(CUI Kai-jie，GU Jin-xia，HOU Rui，et al.Indoor air pollution of formaldehyde and its affecting factors analysis [J].Acta Scientiarum Naturalium University Nankaiensis，2013，46(2)：28-31.)。

北京地区办公建筑供暖系统的数值模拟

北京地区办公建筑供暖系统的数值模拟冯涛;李迅;丁德平【期刊名称】《土木建筑与环境工程》【年(卷),期】2013(0)S1【摘要】应用能量平衡原理,建立建筑物热损失方程和供热量方程,从而推导出室外温度和室内温度、供水、回水温度的数值模型,建立了北京地区某办公建筑供暖系统数学模型。

利用自动气象观测站获得的24h逐时的室外温度实况数据,对2012年2月1日至29日期间的供、回水温度进行数值模拟,并与该办公大厦实况值进行对比分析。

检验结果表明,供、回水温度模拟值随着室外温度的变化而发生明显的变化,并且与室外温度呈反比例关系,相关系数为-0.95,室内温度模拟值始终维持在设计温度附近上下波动。

此外,供热量的模拟值与实况值具有较一致的变化趋势,随着室外气温的升高,模拟的供热量能够随着下降,供热量的模拟值要比实况值低,能够节约近8%的供热量。

上述情况表明该供暖系统数学模型的模拟效果较好。

【总页数】5页(P181-185)【关键词】能量平衡原理;数值模拟;供暖系统;供水温度;回水温度【作者】冯涛;李迅;丁德平【作者单位】北京市气象服务中心【正文语种】中文【中图分类】TU832【相关文献】1.太阳能-地源热泵联合供暖系统数值模拟研究 [J], 宋宗伟;厚彩琴;许兰广2.北京地区太阳能供暖系统集热器最佳倾角模拟分析 [J], 崔俊奎;陈文婷3.北京地区办公建筑间歇供暖模拟与分析 [J], 徐宝萍;郝玲;付林;狄洪发4.地面辐射供暖系统混水器内部温度场数值模拟 [J], 展群群;刘学来;李永安5.电磁供暖系统中电磁感应加热器性能数值模拟 [J], 张夕明;李光岩;唐建峰;毛宁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

CFD技术对室内热环境的数值模拟

CFD技术对室内热环境的数值模拟汪晓华1,李　超2(1.内蒙古轻化工业设计院有限责任公司;2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特　010000) 摘　要:采用CFD技术中的Fluent软件对某建筑物室内冬季采暖热环境进行了数值模拟,通过对不同热源温度下,室内不同高度处温度场的分析,提出了满足规范要求和人体舒适度要求的热源温度。

为相关系统的采暖设计提供了参考。

关键词:CFD;Fluent;热环境;数值模拟中图分类号:T U831.2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0121—03 现代人们的工作压力越来越大,室内的工作时间也越来越长。

因此舒适的室内热环境,对工作人员的身体健康和工作效率有很大的影响。

同时,适宜的室内温度也是建筑节能考虑的重要因素。

在传统的暖通空调设计与分析方法已不能满足现代建筑的要求的情况下,采用CFD技术进行暖通空调的辅助设计、相关节能分析及系统的优化运行越来越受到研究人员的青睐[1]。

江向阳[2]利用CFD仿真软件对广东地区某一使用风机盘管的夏季空调建筑室内温度场、速度场进行模拟仿真,得出了夏季空调情况下该建筑的室内温度场和气流组织分布,结果分析表明,其室内平均温度及送风温差满足《公共建筑节能设计标准》。

李司秀等[3]使用了CFD软件对某体育场观众区和赛场进行了三维数值模拟,分析模拟的结果表明:观众区和赛场气流组织是满足设计要求的,温度、速度、PMV、PPD、空气龄均较为合适。

采用CFD技术对北方某建筑物室内冬季暖风环境进行了数值模拟,为室内采暖系统的设计及合理布局提供了依据。

1　计算方法采用CFD模拟软件Fluent对室内的热环境进行模拟。

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包,在国内外有广泛的应用,只要是涉及流体、热传递及化学反应等工程问题,都可以用Fluent进行计算。

它可以准确模拟采暖通风过程中空气的流动、热量的传导、污染物的输移等物理现象。

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标准办公室热环境的数值模拟摘要：办公室是目前工作人员停留时间较长的场所，文章采用cfd技术，对标准办公室在不同气流组织与空调工况下的热环境进行数值模拟,以便为提高办公室的热舒适性设计提供参考依据。

关键词：办公室；cfd；数值模拟中图分类号： c931.4 文献标识码：a 文章编号：numerical simulation of thermal environment on standard officeli xiaofei, cheng haifenganhui architecture design institute of anhui university of architecture and industryabstract: office as a place for missionary staying, in order to supply some references in improving thermal comfort of office place, simulated the standard office under different air flow and air conditioning circumstances by using cfd technology.key word: office; cfd; numerical simulation0 前言随着办公建筑的大量兴建和人们对室内空气品质要求的提高，办公室室内空气的热舒适性变的更加重要。

作为工作人员长期停留的公共场所，从暖通空调专业来说，应保持健康舒适的室内热环境。

随着计算机技术的发展，空调领域中利用cfd技术来模拟气流组织，热舒适性以及优化系统设计的应用越来越广泛。

本文采用cfd方法，对标准办公室不同气流组织和冬夏季空调工况进行了数值模拟，为以后办公建筑的空调设计提供参考依据。

1 数学模型1.1 室内零方程模型除了遵循三大守恒定律以外，本文的数学模型采用室内零方程喘流模型（indoor zero equation）。

室内零方程模型是在室内空气自然对流和混合对流的直接数值模拟dns (directly numerical simulation)结果的基础上提出的湍流模型[1]，该模型针对房间内非等温流rayleigh 数范围（2.6～3.0×1010），认为涡粘系数正比于流体密度、当地速度和距壁面最近之距离，比例系数由直接数值模拟的结果拟合而得(1)其中：为室内空气密度；为当地平均速度；l为长度标尺(取离壁面最近的距离)，0.03784为经验值。

该模型少求解2个微分方程，而仅求解关于质量、动量和能量守恒的5个微分方程，故计算最省时间。

1.2 boussinesq密度假设浮升力模型采用非线性boussinesq假设[2]：(2)2 几何模型及边界条件2.1 模拟对象及网格划分模拟对象为某标准办公室，办公室尺寸长、宽、高分别为5m、4m、3m，模拟条件为室内四个工作人员，坐姿模式，高度为1.1m；四台电脑，三盏灯具，送风口尺寸为0.8m×0.2m，回风口尺寸为0.9m×0.3m，南外墙上有外窗。

具体几何模型见图1所示，模型网格划分采用六面体结构化网格，在各个热源以及送、回风口处局部加密，见图2所示。

图1 模拟几何模型图2 网格划分2.2 边界条件的简化为方便计算，作如下简化和假设[3]：(1)室内空气流速低，可视为不可压缩流体且符合boussinesq 密度假设；(2)四面外墙仅南外有温差传热，设定为第一类热边界条件；南外窗同设为第一类边界条件，给定温度值，其余维护结构设为绝热；(3)人体、电脑和灯具采用第二类热边界条件，给定热通量，人员在办公环境下属于极轻活动，全热散热量取134w[4]，灯具取45w/台，电脑150w/台；(4)不考虑门空气渗透的影响；(5)考虑重力因素的影响，沿z向设定重力加速度的大小和方向[5]。

3 模拟结果与分析3.1 夏季工况模拟结果1.假定室外气温为36℃，气流组织为侧送侧回，送风口风速2.0m/s，送风温度为15℃（夏季工况1），取过房间中心线y=2m和人体脚踝以及站姿z=0.1m（脚踝面）、z=1.7m（站姿面）剖面来分析，模拟结果见图3所示，根据图3分析可知：（1）由图3可以看出：整个流场属于典型的侧送风贴附式射流，空气由送风口送出，起始端风速较大，沿射流方向下沉并且温度和速度缓慢衰减，在送风达到南外墙时折回经回风口排出，流场上部为紊流区，下部为单向流动区。

热源附近区域温度明显要高且对室内流场有显著的扰动作用，房间中心过道由于扰动较小，温度和速度均低于房间其他区域；室内存在温度梯度但分层现象不明显，总体来说，离送风口和回风口区域温度较低，外墙和外窗对温度场和速度场有明显的“排斥”作用。

（2）在假定的送风条件下，温度场在房间内变化较大，在整个人员工作区域（1.7m以下位置）温度处于25℃以下，脚踝处温度在21℃左右，地板到站姿面之间的温度梯度在3℃以下，人体的热感觉差异不明显；同时，速度场在房间的区域变化同样显著，过道、房间上部区域、热源、送回风口处温度值较高，脚踝面除过道处处在0.3m/s以下，站姿模式下除过道处都处在0.4m/s以下。

综合温度和速度分布，人体的热感觉较为舒适，符合现行规范舒适性空调活动区风速≤0.3m/s的规定[6]。

(a) y=2m室内速度场分布(b) y=2m室内温度场分布(c) z=1.7m室内速度场分布(d) z=1.7m室内温度场分布(e) z=0.1m室内速度场分布(f)z=0.1m室内温度场分布图3 夏季工况1模拟结果图2.调换送回风口的位置，设定送风温度18℃，送风风速1.5m/s （夏季工况2），模拟结果见图4所示，根据图4分析可知：（1）由图4得到：竖直方向上温度存在分层，下部区域温度低上部温度高；温度较高区域分布在南外墙和窗、热源、天花板处，温度低的区域处在房间的下部、过道处；热源和维护结构的传热对室内流场扰动较大；房间的热量被带到上部区域经回风口排出，有类似置换通风的作用；房间下部区域为速度场的单向流动区，送回风口、热源附近、过道的速度值较大。

（2）温度场竖直方向上存在热力分层，脚踝面在热源附近温度较高24℃左右，地板面到脚踝面的温度梯度很小，并且脚踝面0.1m 到人体坐姿高度1.1m的温差小于3k，满足国际标准的推荐值；其余区域温度在20.5℃以下；工作区域（1.7m以下位置）18℃-22℃之间。

从速度场显示可以看出，热源对速度场的影响比上侧送的效果更为显著；脚踝面的速度值不高于0.5m/s，站姿面（1.7m高度）则普遍在0.2以下，同样满足现行规范的要求，由此可以看出，送风口下置能改善室内的热舒适性环境。

（3）对比上侧送风口的工况可以看出，送风口下置，室内热量可以更为有效的排出室外，并且适当降低送风速度和升高送风温度同样能达到人体的热舒适性要求，因此在现有节能的背景下，在室内有多热热源并且工程条件允许的情况下应优先考虑采用下侧送风的气流组织模式并优化送风参数。

(a) y=2.0m室内速度场分布(b) y=2.0m室内温度场分布(c) z=1.7m室内速度场分布(d) z=1.7m室内温度场分布(e) z=0.1m室内速度场分布(f) z=0.1m室内温度场分布图4 夏季工况2数值模拟结果3.2 冬季工况模拟结果1.假定室外气温为-5℃，气流组织为上侧送同侧回，送风口风速1.5 m/s，送风温度为28℃（冬季工况1），分析方法同夏季工况，模拟结果见图5所示，根据图5分析可知：（1）由图5可得到：冬季上侧送风房间在竖直方向同样存在温度分层，热空气沿天花板与周围空气进行对流换热，从a和b可以看出，送风沿气流方向速度在逐步衰减并且在水平方向上没有下沉趋势，同时温度衰减的程度比速度要小；房间的热空气集中在上部区域，导致上部区域温度较高，但是由于不处于人员活动区对人体的热感觉无影响。

工作区的温度除靠近外窗的区域基本上处在17-22℃之间，沿z向的温度梯度较大；速度场基本类似夏季工况，在热源、外墙和窗、送风回口处速度值较大。

（2）脚踝面的温度集中在20℃左右(外墙附近除外)，与夏季工况相同，维护结构对整个室内的温度分布和速度分布有较为显著的影响，靠近外墙的区域影响最大；站姿面温度分布比较均匀，绝大部分区域保持22℃左右。

速度场无论在脚踝面或者是站姿面都在0.3m/s以下，相比送风速度相同的夏季工况2来说，整体的速度场要小得多，人体热感觉较为舒适。

(a) y=2m室内速度场分布(b) y=2m室内速度场分布(c) z=0.1m室内速度场分布(d) z=0.1m室内温度场分布(e) z=1.7m室内速度场分布(f) z=1.7m室内温度场分布图5 冬季工况1模拟结果图2.其余条件不变，送风温度设定为26℃（冬季工况2），模拟结果见图6所示，根据图6分析可知：降低送风温度，室内整体的温度有较为明显的下降，脚踝面温度集中分布在19℃，站姿面温度大约为21℃左右，人体的热舒适性同样较好，因此在室内多个热源存在的情况下，实际工程中应充分考虑热源的作用，合理的设计送风参数达到节能的目的。

(a) y=2m室内温度场分布(b) z=0.1m室内温度场分布(c) z=1.7m室内温度场分布图6 冬季工况2模拟结果图4 结论利用cfd软件，建立了标准办公室的数学模型和几何模型，模拟分析了冬夏季节不同工况室内的温度场和速度场分布，得到以下结论：（1）夏季上侧送风为典型的贴附式射流，温度沿送风方向衰减；下侧送风温度在竖直方向上存在着明显的温度分层，并且下侧送风比上侧送风排出室内热量的效果要好，对于多个热源存在的标准办公室，下侧送风相比上侧送风可以提高一定的送风温度或者降低送风速度从而达到节能的目的。

（2）冬季工况下多个热源存在的标准办公室，应充分考虑热源的作用，优化送风参数，结合当地的气象条件认真考虑空调末端是否需要辅助电加热。

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