鄧少慧

中核工程咨詢(xún)有限公司 北京 100044

1 主控室空調(diào)系統(tǒng)介紹

K2項(xiàng)目主控室空調(diào)系統(tǒng)在正常工況下采用新風(fēng)加回風(fēng)的混合方式運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)置2x100%（一用一備）并聯(lián)的空調(diào)處理機(jī)組，當(dāng)運(yùn)行機(jī)組故障時(shí)，備用機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)。空調(diào)機(jī)組包括預(yù)過(guò)濾器、高效過(guò)濾器、電加熱器、冷卻器、加濕器、離心風(fēng)機(jī)等元件。當(dāng)室內(nèi)冷負(fù)荷變化時(shí)，主控室空調(diào)系統(tǒng)采用定風(fēng)量、變冷凍水流量的控制方式。因?yàn)橐笾骺厥乙恢笔翘幱谖⒄龎海虼俗冿L(fēng)量控制模式不適合本系統(tǒng)。機(jī)組中的冷卻盤(pán)管、電加熱器、電加濕器的運(yùn)行受溫濕度傳感器控制?？赏ㄟ^(guò)回風(fēng)的溫、濕度來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)的溫、濕度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的作用而不用改變送風(fēng)量。

2 Airpak簡(jiǎn)介

Fluentairpak是CFD技術(shù)的一個(gè)系統(tǒng)分析軟件，它基于有限容積法，具有自動(dòng)化的非結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成能力。它可以準(zhǔn)確的模擬通風(fēng)系統(tǒng)的空氣流動(dòng)、空氣品質(zhì)、傳熱、污染和舒適度等問(wèn)題，可以計(jì)算出不同空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)氣流組織形式下室內(nèi)的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、速度場(chǎng)空氣齡場(chǎng)、污染物濃度場(chǎng)、PMV場(chǎng)、PPD場(chǎng)等，以對(duì)房間的氣流組織、熱舒適性和室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)。從而可以減少設(shè)計(jì)成本，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)周期[1]。

3 物理模型

3.1 邊界條件

側(cè)送側(cè)回的幾何模型是根據(jù)設(shè)計(jì)文件0712XNINTC01KKX83181900CNPE03DD通風(fēng)系統(tǒng)布置圖（A版，DES，雙語(yǔ)版）而建立。上送側(cè)回的幾何模型是參照C2項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件電氣廠房暖通竣工圖PC2-08-042-01中送回風(fēng)口的形式和布置而建立。即將C2項(xiàng)目主控室的上送風(fēng)方案平移至K2項(xiàng)目的主控室中，目的是在同等的條件下來(lái)對(duì)兩種氣流組織方式進(jìn)行分析。

主控室設(shè)計(jì)風(fēng)量為7500/h，分為12個(gè)送風(fēng)口送風(fēng)，則每個(gè)送風(fēng)口的送風(fēng)量為625/h，取送風(fēng)溫度為20℃，設(shè)定送風(fēng)速度為2m/s．房間微正壓值取10Pa[2]。根據(jù)設(shè)計(jì)，回風(fēng)口為10個(gè)。

根據(jù)公式Q=3600·A·s，其中Q為風(fēng)量，單位/h；A為送風(fēng)口橫截面積，單位m2；s為送風(fēng)風(fēng)速，單位m/s?？傻妹總€(gè)送風(fēng)口面積為A=625/（3600x2）=0．09m2。側(cè)送風(fēng)選用雙層百葉送風(fēng)口，上送風(fēng)選用方形散流器送風(fēng)口（同C2項(xiàng)目）。按每小時(shí)換氣次數(shù)為4次計(jì)算，則每小時(shí)回風(fēng)量為Q=4·V=4x23．7x15．3x5=7252，其中V為主控室空間體積，單位。設(shè)回風(fēng)速度為1．3m/s，則可根據(jù)公式Q=3600·A·s，其中Q為回風(fēng)量，單位/h；A為回風(fēng)口橫截面積，單位m2；s為回風(fēng)風(fēng)速，單位m/s。計(jì)算出每個(gè)回風(fēng)口面積A=7252/（10x3600x1．3）=0．15m2。

3.2 數(shù)學(xué)模型

空調(diào)送風(fēng)口的送風(fēng)過(guò)程，是具有一定動(dòng)量、能量和初始速度的送風(fēng)射流通過(guò)風(fēng)口或散流器進(jìn)入室內(nèi)，通過(guò)巻吸室內(nèi)空氣并與之發(fā)生摻混，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)量交換和能量交換的過(guò)程。當(dāng)出口雷諾數(shù)Re大于30時(shí)，射流可以認(rèn)為是紊流射流的。因此，本文的兩種送風(fēng)方式造成的空氣流動(dòng)都是屬于湍流流動(dòng)。流體流動(dòng)要遵守質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律。控制方程為：

連續(xù)性方程：

能量守恒方程：

式中：cp是比熱容；T是溫度；k為流體的傳熱系數(shù)；ST為流體的內(nèi)熱源及由于粘性作用流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能的部分，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)ST為粘性耗散項(xiàng)。

上述各守恒定律的控制方程都可以表示成以下的通用形式[3]：

其中標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型具有較高的計(jì)算精度，在穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢(shì)也使得該模型具有較廣的應(yīng)用范圍。其公式包括湍流動(dòng)能方程k和擴(kuò)散方程ε：

其中，Cu為常數(shù)。

模型中常數(shù)的取值為：Cε1=1．44，Cε2=1．92，Cu=0．09。

可以采用離散的數(shù)值解法對(duì)上述方程求解。Airpak采用有限體積法的區(qū)域離散化方法，將非線(xiàn)性偏微分方程轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)格單元上的線(xiàn)性代數(shù)方程，然后通過(guò)求解線(xiàn)性方程組，得出流場(chǎng)的解[4]。

有限體積法是對(duì)一般形式的控制微分方程在控制體積內(nèi)積分，也就是求解積分形式的守恒方程：

本文假定室內(nèi)空氣為低速不可壓縮流體；室內(nèi)空氣流動(dòng)為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)、紊流流動(dòng)；流體的紊流粘性具有各向同性；忽略能量方程中由于粘性作用引起的能量耗散。

4 模擬結(jié)果與分析

因?yàn)閅=1．2m處高度是操縱員坐姿工作時(shí)的高度，而Z=7．5m處是主控室操縱區(qū)的中間部位，且為最大的縱切面處位置。所以分別選取（X=0，Y=1，Z=0）方向，Y=1．2m處橫切面和（X=0，Y=0，Z=1）方向，Z=7．5m處縱切面來(lái)研究。

分析高度1．2米處，即人體坐姿工作高度處的水平面上的速度分布圖。可以看出側(cè)送側(cè)回的風(fēng)速分布很均勻，且在主控室大部分區(qū)域均在理想風(fēng)速值0．25m/s左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)文件在主操作區(qū)域的氣流速度不超過(guò)0．25m/s的要求。而上送側(cè)回的風(fēng)速分布不均勻，在12個(gè)送風(fēng)口正下方區(qū)域風(fēng)速都較大，且到達(dá)人體頭部的最大風(fēng)速達(dá)到了0．45m/s。雖然可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范人體可接受風(fēng)速0．6m/s，但會(huì)有一定的吹風(fēng)感，不符合設(shè)計(jì)文件在主操作區(qū)域氣流速度不超過(guò)0．25m/s的要求。

從主操作區(qū)（X=0，Y=0，Z=1）方向，Z=7．5m處豎直切面的速度分布圖，可以很明顯的看出側(cè)送側(cè)回的送風(fēng)方式在主操作區(qū)的流速很均勻。這是因?yàn)槿梭w處于回流區(qū)，所以流速會(huì)很小且均勻，人體會(huì)感覺(jué)很舒適。而上送側(cè)回的送風(fēng)方式，氣體流速在豎直方向變化很大，主操作區(qū)風(fēng)速很不均勻，人體處于氣流直流區(qū)，吹風(fēng)感會(huì)很明顯。

從上送風(fēng)的速度分布可以看出，沿風(fēng)口方向是氣體流速變化最大的方向，選取沿吹風(fēng)方向的切面可以看到送風(fēng)氣流的走向，由此可以找到送風(fēng)最不利區(qū)域。因此對(duì)于側(cè)送風(fēng)也應(yīng)選取一個(gè)沿側(cè)送風(fēng)方向的風(fēng)口處切面圖進(jìn)行分析，找出側(cè)送風(fēng)的最不利區(qū)域。選取房間中部風(fēng)口（X=1，Y=0，Z=0）方向，X=11．85m風(fēng)口處切面。

選取X=11．85m的風(fēng)口處切面，可以看出送風(fēng)沿風(fēng)口方向射向大空間，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)渦流區(qū)，這是冷風(fēng)沉降和工作區(qū)熱風(fēng)上揚(yáng)的結(jié)果。主工作區(qū)大部分處于回流區(qū)。渦流區(qū)氣流流速較大且冷風(fēng)下沉明顯，因此渦流區(qū)應(yīng)為側(cè)送側(cè)回送風(fēng)方式的最不利區(qū)域。最后將給出側(cè)送側(cè)回送風(fēng)方式的最不利分析。

5 溫度場(chǎng)比較

上送側(cè)回的送風(fēng)方式要比側(cè)送側(cè)回的送風(fēng)方式整個(gè)空間的溫度分布更均勻。因?yàn)樯纤偷乃惋L(fēng)口平均分布于整個(gè)屋頂，而側(cè)送的送風(fēng)口只在屋頂?shù)囊粋?cè)邊且風(fēng)口偏左布置，因此使得在主控室的西北角溫度較低。由此可以看出，送風(fēng)口的位置分布對(duì)送風(fēng)溫度的分布有很大影響。盡管如此，因?yàn)橹鞑僮鲄^(qū)處于回流區(qū)，因此主操作區(qū)的溫度分布還是很均勻的。

6 結(jié)語(yǔ)

在本文的送風(fēng)條件下，對(duì)側(cè)送側(cè)回送風(fēng)的最不利區(qū)域進(jìn)行了分析，結(jié)果表明氣流參數(shù)也可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此K-2項(xiàng)目主控室采用側(cè)送側(cè)回的送風(fēng)方式是可行的，這也驗(yàn)證了K-2項(xiàng)目主控室空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)方案初步設(shè)計(jì)的合理性。而上送側(cè)回的送風(fēng)方式由于到達(dá)人體的流速超出了設(shè)計(jì)值，因此是不可行的。因?yàn)橹骺厥铱偹惋L(fēng)量一定，若改變?cè)O(shè)計(jì)條件，增加送風(fēng)口數(shù)量，減小送風(fēng)速度，則上送側(cè)回的送風(fēng)方式也是可行的。