现代民用建筑空调系统及设计

1、电气工程学院电气工程学院第八讲第八讲 现代民用建筑空调系统与设计现代民用建筑空调系统与设计西藏西藏 林芝林芝20152015年年1010月月1313日日 主讲教师：周龙主讲教师：周龙 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，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、温度、湿度、洁净度、流动速度，湿度、洁净度、流动速度，而空调的使用会产生大量的能耗，大而空调的使用

2、会产生大量的能耗，大约占约占建筑总能耗的建筑总能耗的40%40%以上，因此以上，因此现代民用建筑空调系统的设计现代民用建筑空调系统的设计应节能为目标。应节能为目标。1 1 概述概述 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

3、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。2 2 空调系统的分类空调系统的分类能源与动力工程学院能源与动力工程学院四川四川 成都成都 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

4、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。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；2 2 空调系统的分类空调系统的分类 中央空调系统由主机系统和末端系统组成，中央空调系统由主机系统和末端系统组成，主机系统包主机系统包括冷源装置、热源装置，末端系统包括空气处

5、理与输配送装括冷源装置、热源装置，末端系统包括空气处理与输配送装置。置。 现代民用建筑空调系统在进行设计时，现代民用建筑空调系统在进行设计时，既要对主机系统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进行分析，也要对末端系统的设置进行考虑，这样才能达到，这样才能达到较好的节能效果较好的节能效果。主机系统。主机系统主要对压缩机进行选型主要对压缩机进行选型，末端系，末端系统统可以可以用用ANSYS CFXANSYS CFX进行仿真模拟。进行仿真模拟。 (1)数字模拟基本理论与方法；3 3 空调系统的组成空调系统的组成4 4 空调系统的制冷原理空调系统的制冷原理制冷原理 空调制冷系统原理如图

6、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。方案一方案一方案二方案二方案三方案三 第一种方案在第一种方案在Y Y轴两侧的上方中间采用轴两侧的上方中间采用2 2台风机盘管台风机盘管；第二种方第二种方案是在案是在Y Y轴两侧的下方中间采用轴两侧的下方中间采用2 2台风机盘管

7、台风机盘管；第三种方案第三种方案采用采用2 2台台风风机盘管机盘管安装在房间的顶部安装在房间的顶部，且风机盘管出风口外边缘距离左右墙壁，且风机盘管出风口外边缘距离左右墙壁的距离均为的距离均为1.2751.275米米。5 5 典型实例典型实例方案一：风机盘管在上方方案一：风机盘管在上方方案一方案一方案二方案二方案三方案三 本文也采用四面体网格单元进行网格划分本文也采用四面体网格单元进行网格划分, ,本文使用本文使用ICEM CFDICEM CFD对对两种物理模型进行网格的划分。三种方案模型的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最大尺寸为200mm200mm，进口面的网格尺寸为进口

8、面的网格尺寸为10mm, 10mm, 出口面的网格尺寸为出口面的网格尺寸为10mm, 10mm, 电脑表面的电脑表面的网格尺寸为网格尺寸为10mm,10mm,人体表面的网格尺寸为人体表面的网格尺寸为10mm, 10mm, 地面的网格尺寸为地面的网格尺寸为100mm100mm，课桌表面的网格尺寸为，课桌表面的网格尺寸为125mm125mm。能源与动力工程学院能源与动力工程学院四川四川 成都成都 2 2 研究方法研究方法 办公室内空气的流线图办公室内空气的流线图 X=0m X=0m平面的速度矢量图平面的速度矢量图 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当气流从两侧进入时会发生

9、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，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。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。 t=22 t=22等温面分布图等温面分布图 t=23

10、t=23等温面分布图等温面分布图 t=24 t=24等温面分布图等温面分布图 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，处在在2222以下。整个室内空气环境中大部分区域的温度是处在以下。整个室内空气环境中大部分区域的温度是处在2323和和2424之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。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由于大多数人活动的的高度范围是在1 1.8m.8m以下以下，大部分活动区域的温，大部分活动区域的温度在度在2

11、323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。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的范围内的温度分布在2424左右，比其它区域偏高左右，比其它区域偏高1 1左右。左右。 办公室内空气的流线图办公室内空气的流线图 X=0m X=0m平面的速度矢量图平面的速度矢量图 X=0m X=0m平面的温度云分布图平面的温度云分布图 由流线图可知，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。越气流在室内上部某

12、些区域会形成强烈的湍流运动。越往上走，流速越大。往上走，流速越大。 由由速度矢量图速度矢量图可知，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感到强烈的吹风感。 由温度云图可知，由温度云图可知，温度主要分布在温度主要分布在2323到到2626之间之间，满足人体舒适度满足人体舒适度的要求，上部的某些区域温度偏高，在的要求，上部的某些区域温度偏高，在2626以上。以上。人和电脑人和电脑周围的温度会周围的温度会比其它区域的空气温度略高一些。比其它区域的空气温度略高一些。 t=23 t=23等温面分布图等温面分布图 t=22 t=22等温面

13、分布图等温面分布图 t=21 t=21等温面分布图等温面分布图 t=24 t=24等温面分布图等温面分布图 t=25 t=25等温面分布图等温面分布图 t=26 t=26等温面分布图等温面分布图 办公室内空气的流线图办公室内空气的流线图 X=0m X=0m平面的速度矢量图平面的速度矢量图 X=0m X=0m平面的温度云分布图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

14、的温度分布比较均匀，由于大多数人活动的的高度范围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是在1.8m1.8m以以下下，温度主要分布在，温度主要分布在2121到到2222之间，说明空调系统达到了较好的制冷效之间，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，大概在分区域以及人体和电脑四周温度偏高一点，大概

15、在2323到到2424之间。之间。 t=22 t=22等温面分布图等温面分布图 t=21 t=21等温面分布图等温面分布图 t=23 t=23等温面分布图等温面分布图 t=24 t=24等温面分布图等温面分布图 检测点的选取方式图检测点的选取方式图 检测点的线框图检测点的线框图 检测点的立体图检测点的立体图 本文选择本文选择1212个监测点来测量室内的温度，个监测点来测量室内的温度，1212个监测点选择的位置都在个监测点选择的位置都在人员人员活动的活动的主要区域主要区域。 三维立体空间的坐标原点三维立体空间的坐标原点O O在右边墙壁的正中心位置，在右边墙壁的正中心位置，x x轴表示宽度，轴表示宽度，y y轴表示长度，轴表示长度，z z轴表示高度。轴表示高度。 监测点坐标监测点坐标 方案一的监测点分布情况方案一的监测点分布情况 方案二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方案三的监测点分布情况 监测点热力学温度监测点热力学温度 方案一的室内监测区域的温度分布在方案一的室内监测区域的温度分布在2222到到2323之间，并且之间，并且2323居多，温度的整体分布比较均匀。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方案二的室内监测区域温度在2222到到2626之间，且在大部分之间，且在大部分2424到到2525之间，少部分在之间，少部分在2