办公室变风量地板送风内、外区热迁移研究

3.0 牛悦 2024-11-11 6 4 3.69MB 57 页 15积分

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摘要

地板送风作为一项逐渐成熟的空调系统，具有风口布置灵活、节能、空气品

质高及良好的热舒适性等特点，在现代办公楼宇中应用广泛。但变风量地板送风

系统在应用中也存在一定的问题，如静压箱内空气洁净度相对较差，控制系统仍

不够完善，风口附近人员具有一定的吹风感以及送风噪音等。本文对办公室变风

量地板送风系统的内、外区热迁移特性进行了实验和模拟研究，并得到办公室变

风量地板送风内、外区热迁移机理。

首先，通过实验测定了单个旋流风口射流规律，并依据实验数据，对利用 CFD

建立的三种旋流风口模型进行了评价，确定了符合实验数据的旋流风口模型。其

次，进行房间内多个旋流风口和格栅风口送风实验，测定房间三处位置温度和速

度，并将测量结果与建立的房间多风口模型模拟结果进行比较，确定房间多风口

模拟的可靠性。最后进行深化模拟，得到了冬、夏两季节外区送风参数不同时，

内、外区热迁移情况，通过分析模拟数据，得到了办公室变风量地板送风内、外

区热迁移机理。

计算结果表明内、外区从风口出风到 1.1m 处温度变化曲线趋势相近时，热迁

移总量最小。夏季工况，外区维持温度比室内维持温度低，外区送风温差 3℃条件

下，热迁移量达到最小后不再发生较大变化。从整体来说，夏季满足外区环境，

外区以小风量大温差送风热迁移量较小。而冬季工况，外区维持温度比室内维持

温度低，外区送风温差 6℃条件下，热迁移量最小。

关键词：旋流风口模型内、外区热迁移数值模拟变风量地板送

风

ABSTRACT

As increasing maturity, Under Floor Air Distribution (UFAD), which has a series

of features, such as agile with tuyere layout, energy saving, high quality of air and good

thermal comfort is applied in the modern office frequently. With the application of

UFAD, more and more problems gradually appear, such as supply air cleanliness in

static pressure box, human body feeling a draft, supply air noise, controlling system

with PLC needed to be improved etc. Through the experiment and simulation,

VAV-UFAD which has internal area and external area will be researched to get the laws

of the heat transfer rate.

First, the jet regular pattern of swirl diffusers can be measured by experimental

determination. The model for CFD of swirl diffuser can be determined by comparing

data of CFD simulation and experiments. Second, data of several positions will be

measured by experiments. Then make sure the reliability of the CFD by comparing data

of CFD simulation and experiments. Finally many more simulations will be needed to

analysis the laws of the heat transfer rate of VAV-UFAD which has internal area and

external area. The factors of the heat transfer rate need to be found out to avoid heat

mixing loss.

The calculation results show that: the heat transfer rate reaches a minimum when

the temperature of internal area is lower than the one of external area in summer in

Shanghai region, especially the difference in temperature between the supply air and

external area is 3℃. On the whole, under the condition of thermal comfort, the heat

transfer rate will be low with small supplying air volume but large temperature

difference in external area in summer. The heat transfer rate reaches a minimum when

the temperature of internal area is lower than the one of external area in winter in

Shanghai region, especially the difference in temperature between the supply air and

external area is 6℃.

Key Word: Swirl Diffuser Model, Internal& External Area Heat

Transfer, Numerical Simulation, VAV-UFAD

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ...................................................... 1

1.1 课题背景意义 ................................................... 1

1.2 国内外的研究情况 .............................................. 2

1.3 课题研究的主要内容及研究方法 .................................. 3

1.3.1 主要内容 ................................................... 3

1.3.2 技术路线 ................................................... 4

1.3.3 研究方法 ................................................... 5

第二章 VAV-UFAD 内、外区系统 ......................................... 6

2.1 内、外区的划分 ................................................. 6

2.2 VAV-UFAD 内、外区系统 .......................................... 7

2.3 VAV 风机动力型 VAV 末端装置 .................................... 9

2.4 地板散流器 ..................................................... 9

2.4.1 内区旋流风口 ............................................... 9

2.4.2 外区格栅风口 .............................................. 10

2.5 分区空调负荷计算 .............................................. 10

2.6 本章小结 ...................................................... 12

第三章 VAV-UFAD 内、外区热迁移实验研究 .............................. 13

3.1 实验系统及末端装置 ............................................ 13

3.2 实验测量仪器 .................................................. 14

3.3 风口发烟及气流组织实验 ........................................ 15

3.3.1 测量概述 .................................................. 15

3.3.2 测量结果 .................................................. 17

3.4 区域实验 ...................................................... 17

3.4.1 内、外区实验概述 .......................................... 17

3.4.2 测量结果 .................................................. 18

3.5 结果分析 ...................................................... 18

3.6 本章小结 ...................................................... 19

第四章 VAV-UFAD 内、外区热迁移数值模拟 .............................. 20

4.1 旋流风口数值模拟 .............................................. 20

4.1.1 旋流风口模型描述 .......................................... 21

4.1.2 旋流风口送风湍流模型的选定 ................................ 22

4.1.3 数值计算处理 .............................................. 22

4.1.4 旋流风口数值模拟结果 ...................................... 22

4.1.5 旋流风口模型分析结论 ...................................... 23

4.2VAV-UFAD 内、外区热迁移数值模拟实验工况 ........................ 25

4.2.1 模拟概述 .................................................. 25

4.2.2 实验工况模拟结果 .......................................... 26

4.2.3 区域模拟结果分析 .......................................... 26

4.3 本章小结 ...................................................... 27

第五章 VAV-UFAD 内、外区热迁移数值模拟深化 .......................... 28

5.1 夏季工况 ...................................................... 28

5.1.1 内区情况 .................................................. 28

5.1.2 外区维持温度影响 .......................................... 29

5.1.3 外区送风参数影响 .......................................... 32

5.2 冬季工况 ...................................................... 37

5.2.1 内区情况 .................................................. 37

5.2.2 外区维持温度影响 .......................................... 38

5.2.3 外区送风参数影响 .......................................... 41

5.3 计算结果分析与总结 ............................................ 45

5.4 本章小结 ...................................................... 48

第六章总结 ........................................................ 49

6.1 全文总结 ...................................................... 49

6.2 展望 .......................................................... 50

参考文献 ........................................................... 51

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ..................... 53

致谢 .............................................................. 54

第一章绪论

1.1 课题背景意义

目前中国建筑能源消耗已占全国能源消耗总量的30%并持续上升，空调能源消

耗占40% -60%，因此提高建筑空调运作效率，降低空调系统能耗已经成为一个紧

迫的问题[1]。国家“十二五”规划纲提倡绿色、低碳、节能等发展理念，建筑节能及

室内健康成为建筑环境行业后续优化与发展的两大主题[2]。

随着我国现代咨询服务、软件开发、金融商贸等行业的迅速发展，其工作场

所——现代化办公楼越来越多。其特性与传统办公楼有很大区别，建筑体积量大、

平面面积大且进深深。为了适应智能化布线和空调风管系统的布置，建筑层高通

常较高一般在4m以上，吊平顶下净高在2.7m以上。由大量电脑、网络及其他辅助

办公设备组成的办公自动化系统，以及带有各种通讯网络设施的通讯自动化系统

都会占用大量的空间，产生大量的设备发热量[3]。

变风量地板送风系统一方面满足了现代化办公楼节能、高效化的要求，另一

方面解决了办公自动化系统对建筑空间的需求[4]。地板静压箱在节能方面具有很大

的优势同时便于建筑改造。大开间敞式办公司的空调负荷内、外区分区特性鲜明，

所以在空调设计时如果能进行合理的分区，就可以保证末端合理准确选型和稳定

运行的高效节能[5]。而内、外分区的问题就是经常出现的内、外区气流混合的现象，

包括旁通和循环会导致直接的热混合损失。尤其是内、外区控制精度差、送风条

件设置不合理时，会产生很大的混合热损失，对空调系统节能极为不利。

内、外区送风条件不同，内区内、外区热迁移受外区影响。内、外区混合损

失和得益的区别在于内、外区的气流迁移所导致的后果。混合损失是内、外区的

迁移气流造成彼此间的冷或热负荷，造成热中和，加剧制冷或制热的机器负担，

产生大量能量的浪费。而混合得益是内、外区的迁移气流能够产生彼此需要的冷

热负荷，从而可以减轻彼此的空调负担，节约冷热量[3]。本课题从产生混合损失的

原因出发，通过控制送风参数，获得内、外区热迁移规律，尽可能减少混合损失，

创造条件使其转化为混合得益，从而减少甚至避免混合热损失，减少能耗。

随着变风量地板送风在国内的研究及应用越来越多，尤其在办公楼的运用。

研究地板送风房间外区影响下的内区空气迁移规律以及内外分区间的气流混合热

迁移损失规律，为变风量地板送风系统的内、外区设计、控制和实际运行提提供

科学依据。

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摘要：

摘要地板送风作为一项逐渐成熟的空调系统，具有风口布置灵活、节能、空气品质高及良好的热舒适性等特点，在现代办公楼宇中应用广泛。但变风量地板送风系统在应用中也存在一定的问题，如静压箱内空气洁净度相对较差，控制系统仍不够完善，风口附近人员具有一定的吹风感以及送风噪音等。本文对办公室变风量地板送风系统的内、外区热迁移特性进行了实验和模拟研究，并得到办公室变风量地板送风内、外区热迁移机理。首先，通过实验测定了单个旋流风口射流规律，并依据实验数据，对利用CFD建立的三种旋流风口模型进行了评价，确定了符合实验数据的旋流风口模型。其次，进行房间内多个旋流风口和格栅风口送风实验，测定房间三处位置温度和速度，并将...

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