对暖通空调系统的初步认识（带你了解CFD技术在暖通空调中的应用）

您是否对空气状况一筹莫展？

您是否期望有双眼睛可以让空气不再透明？

您是否期望让温度湿度一览无余？

这一周的内容就给大家展示CFD这个眼镜，让您感受带上眼镜之后看到的气流世界。

随着社会的发展和科技的进步，CFD仿真模拟技术广泛应用在各个领域，并取得的效果日益明显，尤其是在建筑暖通空调的应用上，不断的被人们所重视，使用也越来越广泛。

一、CFD技术

CFD是英文Computaional Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称，是一门用数值计算方法直接求解流动主控方程(Euler或 Navier Stokes方程)以发现各种流动现象规律的学科。

简单地说，CFD相当于在计算机中做虚拟实验，模拟实际的流体流动情况。其基本原理是利用计算机求解流体流动的各种偏微分方程组，得出流体流动的流场在区域上的离散分布从而模拟流体流动情况。

二、CFD技术在暖通空调领域的应用

在暖通空调工程中，CFD作为一种模拟仿真技术得到了越来越广泛的应用。它主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动传热、传质等情况。可用于解决以下几类暖通空调工程的问题：

1. 通风空调房间的气流组织设计

在室内空调设计中应用CFD技术，可以在设备安装之前进行有效的气流组织模拟，借助CFD预测模拟空调房间的气流分布详细情况，从而指导设计。空调房间通常又可分为：普通建筑空间，如住宅、办公室、高大空间等；特殊空间，如洁净室、客车、列车及其它需要空调的特殊空间。

图1 办公室内气流流线图

图2 车厢内气流矢量图

空调房间内合理的气流组织能有效地消除热湿负荷，提高人的舒适度。在人活动环境中，遇到季节性传染病高发时，良好的空气组织可以有效的降低传染率，在疾病控制方面也是极为重要的一点。

中源广科曾遇到这样一个案例：

某工厂连续两年，在冬季出现高发的严重集体感冒的问题。由于该工厂生产环节涉及锰元素，厂家请了一家专业的检测公司来检测公司的环境，都没检查出任何超标的元素。后来经过我方的气流组织优化有效的解决了该公司的病菌传播的问题。就传播原因来说，医学和生物学上有时候我们无法判定最根本的原因是什么，但是，良好的气流组织可以很好的提前预防这些问题。而我们所做的工作，仅仅是调整一些排布，对气流组织进行优化，从传播上控制疾病的传播。

2. 建筑外环境分析设计

建筑外环境对建筑内部居住者的生活有重要的影响，建筑小区二次风、小区热环境等问题日益受到人们的关注。建筑外环境的气流组织优化，在节能上的作用是非常显著的。在具有良好的外部风环境的地区,风压可作为实现自然通风的主要手段。自然风力资源与气象条件紧密结合，可以通过科学的规划来转废为用的。我们只需要调整空调与通风口布置，将自然能量为我所用，就可以大大减小空调和通风的功率需求。如果不去考虑，很多时候我们可能还需要提供更多的能量来抵御自然能量对我们的干扰。采用CFD可以方便地对建筑外环境进行模拟分析，从而设计出合理的建筑风环境。而且，通过模拟建筑外环境的风流动情况，还可进一步指导建筑内的自然通风设计等。

图3 建筑物的外部流线图

图4 建筑物外部的风速流向图

3. 室内空气品质研究

利用CFD技术研究室内空气品质问题，主要是通过模拟得到室内各个位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度等参数，从而评价通风换气效率、热舒适和污染物排除效率等。

图5 室内气流速度云图

直观的空气运行状态，更好的方便我们和空气和谐相处。我们人类的生活工作环境与空气是一个整体，即使人类再强大也不能强大到不需要空气的地步。将空气融入到设计，是人与自然和谐发展非常重要的一步。而CFD技术作为辅助技术，是一双眼睛，通过这双眼睛空气的运行秘密都展露无遗。

4. 建筑设备性能的研究改进

暖通空调工程的许多设备，如风机、蓄冰槽、空调器等，都是通过流体工质而工作的，流动情况对设备性能有着重要的影响。暖通空调工程的许多设备内的流动和传热也是HAC领域中常见的问题。通过CFD模拟计算设备内部的流体流动情况，可以研究设备性能，从而改进其工作，降低建筑能耗，节省运行费用。

图6 排风柜整体气流流线图

使用CFD的最大意义就是节省实验成本与预测结果。如果可以保证模拟的精度，就可以减少大量的实验，而且做一些现实中不可能完成的实验或者事先不能做的实验。

中源广科正是基于高大上的计算流体动力学（CFD），自主研究开发了一款针对客户需求进行气流分析的辅助软件-Clabso模拟软件。本软件基于计算流体动力学（CFD）的结果可以呈现出结构内部的气体流动的详细情况，可以替代成本昂贵的风洞实验来验证设计和改进设计。相对于其他CFD软件而言操作简单易懂，使用起来只需要关注于产品的设计参数本身，不需要了解复杂繁复的CFD原理。与此同时，本软件将核心的计算部分剥离出来部署到强大的计算服务器上，保证了仿真结果的可靠性。

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