郎俊

摘? ? 要：基礎設施建設是維持我國當前社會正常運轉的主要方式之一，因此基礎設施的施工工藝和相關技術也必須進行不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化，本文結合了CFD技術展開論述，分析該項技術在暖通空調制冷工程中的應用。本文首先簡述了該技術的概念及原理，其次分析了CFD技術在暖通空調制冷工程中的實際應用，意在通過本文的論述，進一步推動暖通空調制冷技術的優(yōu)化創(chuàng)新，使我國的基礎設施性能更為完善。

關鍵詞：CFD技術;暖通空調;制冷工程

1? 引言

暖通空調制冷技術主要是針對當前的居住環(huán)境進行溫度調控，為人們營造更加舒適的居住體驗，因此暖通空調工程可以與建筑系統(tǒng)融為一體，共同發(fā)揮各自的優(yōu)勢。伴隨著人們對于居住條件需求的不斷升高，暖通空調制冷工程具備著極為廣闊的發(fā)展前景，因此在制冷技術方面也需要不斷創(chuàng)新。CFD技術能夠憑借自身的特點，有效解決制冷工程研發(fā)過程中出現的相應問題，因此二者在技術方面有著較強的交互性。

2? CFD技術概述及原理

CFD技術又稱為流體動力學，與力學有著緊密的聯系，并且借助了當前的高科技技術、數學原理以及計算機系統(tǒng)，構建起數學模型，可以將流體運轉過程中產生的相關參數進行代入，從而計算出需要解決的問題，提供合理的解決措施?？偟膩碚f，CFD技術是建立在以計算機為核心的基礎上，針對流體流動過程中所產生的守恒控制情況等進行演算分析。

就暖通空調制冷工程領域來看，其中的液體流動流速通常在每秒幾米以下，這種流動狀態(tài)被稱為低速流動，同時系統(tǒng)內的流體溫度以及密度的變化浮動不大，因此又被稱作為不可壓縮流動。另外，空調系統(tǒng)大多數以對流換熱的形式，對室內的溫濕度進行控制，而室內的空氣流速更小，這與CFD技術掌控的領域有著極大的交互性，因此可以利用CFD技術調整暖通空調制冷工程中出現的一系列問題。能夠結合暖通空調制冷工程中的不同需求建立數學應用模型，通過數值算法進行求解，并且將結果可視化呈現。

3? CFD技術在暖通空調制冷工作中的應用

3.1? 構建流體分析模型

利用CFD技術在暖通空調制冷工作中進行優(yōu)化，首先要建立起空調系統(tǒng)的流體模型，主要利用了物理模型以及數學模型相結合的方式共同構建起工程模型，其中涉及到了流體的特征、設備參數以及運行狀態(tài)等;另外我國使用的大部分暖通空調的制冷系統(tǒng)均屬于湍流流動狀態(tài)，因此還需要結合流動狀態(tài)建立起湍流模型，來模擬空調運轉過程中的運行狀態(tài)。這個過程需要工作人員能夠提取空調的制冷參數，將其納入到模型中去，才可以使模型的構建更加的標準、科學，為后續(xù)的數值計算以及公式代入提供良好的基礎。

3.2? 進行數據收斂計算

暖通空調制冷系統(tǒng)在實際的運行過程中可能會受到諸多因素的影響，例如室內的整體溫度變化情況、人為操作因素等，這些條件的變化都會改變這種工作的狀態(tài)，因此在建立起相關的流體模型之后，可以利用收斂技術，對相關參數進行代入計算，收斂技術的使用是統(tǒng)籌了制冷過程中的諸多因素，考慮到所有的可能性并且將其影響程度減少到最小，主要可以分為多重網格計算方式以及殘差計算法。前者在實際應用的過程中能夠顯著提升計算效率，并且可以深入分析流體在運行過程中的運動狀態(tài)，在CFD技術應用的過程中較為廣泛;另外還可以利用平行計算的方式簡化計算流程，同樣具備較高的計算效率，并且能夠針對暖通空調制冷過程中產生的能源消耗進行分析，從而達到節(jié)能優(yōu)化。

3.3? 系統(tǒng)氣體流通優(yōu)化

暖通空調供冷供熱過程中，如果管道中的預處理氣體流通不暢，極有可能產生制冷/制熱效率低、空氣質量差等問題，也有可能出現室內外溫差較大的情況，將會嚴重影響人體舒適性，因此提升暖通空調制冷系統(tǒng)運行過程中的氣體流通狀態(tài)，也是工程施工過程中的難題之一。CFD技術可以有效檢測氣體的流通狀態(tài)，并根據室內的環(huán)境以及室外的氣流分布，合理的預測制冷/制熱氣流的分布情況。同時該項技術也可以結合室內的相關環(huán)境進行綜合分析，例如溫度、輻射制冷狀態(tài)、濕度等，將所有干擾因素所形成的結果進行整合，提供制冷運行優(yōu)化方案，這不僅能夠有效解決空調制冷過程中的空氣流通問題，也可以進一步提升制冷的效率，保證室內的溫度符合正常的舒適性標準。

過往項目中，對于高大空間如何合理設計室內末端空調設備以及風口布置，主要根據設計師的項目經驗而得。尤其冬季供熱情況下，外界條件影響因素非常大。比如商場中庭，辦公大堂，酒店宴會廳等高大空調，不僅受到熱空氣始終浮于上方，同時還要受到由于井道，電梯等“煙囪效應”，以及出入口冷風滲透影響室，對于諸多影響因素，無法量化。引入CFD模型后，在建立3D空間模型的同時還可以加入其他影響因素進行綜合分析。通過對室外空氣的溫濕度，滲入位置，以及空氣流速的輸入可以通過數學模型將室內空間分別從X，Y，Z方向切成無數個平面和立面，進行有效分析。一般人體感官高度大約在1.5m水平面，對于溫濕度的研究范圍也主要集中于人體可以感受到的高度，通過CFD技術的介入，可以更有效的將空調設計進行量化，通過模擬后的數據選用合適的設備以及送風參數控制室內溫濕度，同時也可以避免“送風死角”造成局部空間滿足不了設計要求。

隨著時代的發(fā)展，建筑方面的美學要求越來越高，室外空調設備的安裝在很大程度上無法融入建筑師的要求，尤其是空調系統(tǒng)中的冷卻塔布置。冷卻塔的正常工作，需要足夠的進行風條件，合理環(huán)境溫濕度，這些都要有合理的安裝空間支持。如何提供相應的條件，在以往的設計過程中更多的依靠設備供應商技術人員的經驗，無法提供量化的數據。在CFD技術誕生并引入空調設計后，這個問題得到了有效地解決。室外的溫度，濕度以及風速是一組量化數據，風機的風量、設備進出口風速以及填料的換熱面積也都是量化數據，當詳細的數據通過計算模型后，能夠模擬環(huán)境條件并推導出詳細尺寸。因此，很大程度上解決了上述問題的矛盾。

2012年南京某五星級酒店設計項目，酒店宴會廳前廳面積約300m2狹長型，頂部由內向外超過45o角度向上傾斜延申至外玻璃幕墻，最低點7m，最高點超過15m且高點側緊貼幕墻。由于幕墻面積非常大，因此夏季顯熱負荷非常大，冬季傳熱損失也非常大。室內精裝設計師為體現室內裝飾效果，在前廳中間區(qū)域高空垂吊了幾盞超大水晶燈，這給空調風口的布置帶來了巨大挑戰(zhàn)。

首先，圍護結構負荷較大，室內空間也很大;其次，由于斜頂，風口布置有效位置較少;最重要的是南京當地冬季室外溫度低于0℃，采暖要求非常高，高大空間容易集聚熱空氣于上空，對人的活動區(qū)域很難進行覆蓋。針對上述各種問題，通過CFD技術建模，對不同風口安裝位置做了嘗試，同時對合理的射流風速及溫度展開模擬，限定吊燈區(qū)域的最高風速（避免風速過高，造成水晶吊頂吹動而引起的噪音）。經過軟件模型的計算，按照設計條件對該區(qū)域的氣流以及溫度場分析，最終解決了設計問題。經安裝調試后的測試，基本與CFD模擬的結論一致，很大程度上簡化了設計工作并且加強了設計的準確性。

3.4? 完善空調制冷設備

空調系統(tǒng)運行過程中，制冷的效率和質量也會受到系統(tǒng)硬件設備的影響，我們可以將制冷系統(tǒng)看作是整體暖通空調中的運行主體，那么硬件空調設備則是支撐主體正常運行的核心。如果硬件設備的運行效率降低，或者出現性能方面的問題，便會直接影響空調系統(tǒng)的制冷質量。從流體力學的角度來看，空調硬件設備的設計以及安裝必須要符合流體的運行原理。例如風機系統(tǒng)、空調硬件裝置等，因此，CFD技術可以應用在解決空調系統(tǒng)硬件問題領域。首先系統(tǒng)可以通過已經建成的運行模型來合理判斷流體的運行狀態(tài)是否發(fā)生了變化，同時也可以根據運行狀態(tài)的改變來定位性能下降的系統(tǒng)設備，并且將相關性能的缺陷數據進行計算，制定出優(yōu)化措施。

例如，空調系統(tǒng)的風機設備可能在長時間的運行過程中出現性能下降的情況，因此可以利用CAD軟件呈現出風機設備運行的平面圖，將平面圖中所呈現出的相關數據代入到CFD技術的數學模型中，利用流體的動態(tài)運行以及網格功能，定位低性能運轉的因素，同時也可以執(zhí)行不同模塊的分工計算，能夠有效縮短計算時間，并且提升計算的精準度。在檢查出設備的性能缺陷之后，可以針對缺陷的等級進行判斷并提出不同的解決方案。

4? 結束語

綜上所述，暖通空調制冷技術并不局限于物理學境遇，在制冷過程中所產生的氣體及液體流動均與液體動力學有關。目前行業(yè)內，CFD技術對室內外進行溫度場，濕度場，風速場研究應用已經非常廣泛，無論在數據中心動環(huán)研究，冷卻塔的安裝空間研究，甚至于醫(yī)院項目中空氣齡的研究，都有了極大推進作用，對設計師合理量化的規(guī)劃室內氣流組織，給予了極大設計依據。在上述類型的項目中其實都有一個共同的特點，若空間環(huán)境無法達到設計要求，則可能造成系統(tǒng)無法正常運行，室內局部環(huán)境污染等重大影響。因此，充分發(fā)揮CFD技術的優(yōu)勢，結合初期的建模、中期的數據演算以及后期的結果顯示，來進一步研究暖通空調制冷過程中的相關問題并且提出解決方案，同時，也能夠全面推進暖通空調科學制冷工程的發(fā)展，不僅可以為人類營造良好的環(huán)境，也可以進一步推動我國基礎設施科學創(chuàng)新優(yōu)化的前進腳步。

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