复合式空调系统的数值模拟研究

张英琛　隋学敏

摘 要 利用CFD软件对运用辐射供冷/置换通风空调系统的房间进行了房间气流的数值模拟，得到了辐射供冷条件下不同冷板位置室内气流的温度场，以及温度梯度对于其热舒适性的影响。结果表明，复合式空调系统创造了相较于传统空调系统更舒适的热环境。

关键词 辐射供冷 置换通风 CFD模拟 温度场

中图分类号：TU831 文献标识码：A

0引言

随着城市化建设的不断发展，人们物质文化生活水平的逐渐提高，自我保护意识加强，他们对室内空气的品质（IEQ）也提出了更高的要求。近年来，我国建筑能耗日益增长，暖通空调部分能源消耗占建筑运行全部能量的30%～60%之多，因此，我们提出了辐射供冷与置换通风相结合的新型空调系统。室内负荷由二者共同承担，不需要供给更低温度的冷冻水，在冷冻水制取方面为低品位能源的使用创造了条件。

本文将通过建立相关的几何模型并利用CFD模拟软件来研究复合式空调系统房间内的气流组织分布，分别对不同冷板位置时辐射式复合空调系统的室内热环境进行模拟，并对其形成的温度场作出评价分析。

1数值模拟

采用了standard k-€%^湍流模型结合壁面函数法来解决近壁区的流动计算问题。求解方式采用segregated，离散格式采用一阶迎风格式，其中，压力、动量、温度、粘性、体力、k、e的欠松弛因子分别为：0.3、0.7、1.0、1.0、0.1、0.5、0.5。

网格单元结构可分为四面体、五面体及六面体网格，网格生成分为结构化与非结构化网格。因为模型均为四面体，结构简单，形状固定，因此面网格选用四边形网格，体网格选用六面体网格。面网格划节点距离为0.05，体网格节点距离为0.1，得到大约4272654个网格。房间采用辐射供冷/置换通风的复合式空调系统，分别将辐射板设于顶板、东内墙及地面，送风口位于西内墙左下角。内墙的传热系数设为0.43W/（m2·k），外窗为3W/（m2·k）。

2模拟结果与分析

下图分别为冷板铺设于不同位置室内0.1m处及X=2.25m处温度场分布云图，风速为1.6m/s。（见图1、图2、图3、图4）

3结论

（1）采用1.6m/s的送风速度时，辐射冷板的敷设位置对室内不同高度的温度场影响较小，0.1m处的温度梯度均在1.3℃左右。在Z=0.1m处，下送风系统中，无论辐射板的位置在顶板、地板，人员所在区域（人体脚踝处高度）平面温度差在1.2～1.5℃左右，温度分布较为均匀。人体无不适感。由于辐射换热占比较大，地板供冷时，在纵向垂直断面处，人员工作区域内最高温度为25.57℃，最低温度为24.39℃，垂直温度差为1.18 ℃。侧墙供冷时，最高温度为25.6 ℃，最低温度为24.35 ℃，垂直温度差为1.25 ℃。房间上部温度低，下部温度高，符合热舒适性要求；

（2）人体、计算机等热源的散热量对室内气流组织分布和舒适度影响较大；

（3）负荷较小时，无论辐射冷板的位置被置于顶板、墙壁或者地面，均能满足室内热舒适性要求，从工程施工与系统设计方面考虑，地板辐射供冷系统较顶板辐射供冷系统更加简单，需求费用相对较低，因此从此种角度考虑地板辐射供冷更有优势，更易被广泛推广。负荷较大时，复合式空调系统能满足室内热舒适度并能有效防止结露。

参考文献

[1] 刘九五，连之伟，王月梅.CFD在暖通空调系统中的应用现状与发展[J].建筑热能通风空调，2010（6）：1-6.

[2] 高治国.置换通风条件下地板辐射供冷的热环境数值模拟[D].山东建筑大学，2013.

[3] 韩占忠.Fluent流体工程仿真计算实例与分析[M].北京理工大学出版社，2009.

[4] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.