一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法，包括：S10根据室内热环境设计初始方案，获取室内热环境的边界条件和初始条件；S20计算室内基本温度场；S30判断室内基本温度场是否满足设计目标温度，如果满足，则将热环境设计初始方案作为最终方案；如果不满足，则进入步骤S40；S40利用CFD模型计算各单一源项温度场；S50确定待修正的负荷；S60根据待修正的负荷，对空气调节方案进行修正，使得室内基本温度场符合设计要求。本发明专利技术方法通过计算单一热因素作用下的温度分布，定量地确定需要修正的热量，有效的使空调负荷达到设计要求，避免实际应用中出现局部区域过冷或过热的情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑物室内热环境
，具体来说，涉及一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法。技术背景大型建筑空间日益增多，室内热环境变得复杂，空气调节方案的设计不仅需要使负荷满足室内热环境的需要，同时，还需要在实际运行后使得各区域满足舒适性要求、卫生要求以及能耗要求。目前常用的设计手段仅将计算流体力学(文中简称：CFD)作为数值解析工具，边界条件和初始条件是根据负荷和设计标准得到的，虽然满足热平衡方程，但实际空间由于热源、设备等分布不均，易出现部分区域符合密度高，而另一些区域温度偏低的情况，加之温度差异带来压力差引起空气流动，实际形成的热环境会比设计预期更为复杂。对于大型建筑空间，如：商场、影院、剧场、航站楼等，在进行空调设计时会对建筑空间进行区域划分，不同的区域可能采取不同的热环境设计方案，每个区域的空调负荷也存在差异。仅仅满足热平衡的设计不能解决合理的负荷分配问题。如果将CFD计算出的基本温度场作为优化设计方案的依据对方案进行修正，而不是将之作为最终结果，就可以在设计过程中就将实际使用中会出现的问题提前考虑。由于大空间建筑结构复杂多样，如果需要在建设之前进行实验研究，就需要建立风洞模型、建筑室内模型，使得研究过程复杂资金投入大，提高了设计成本。由于直接根据实验结果进行的尝试性改善，效果不一定最优，结果精度也不能完全保证，因此在设计之初预测的结果以及针对结果进行的完善可以最大程度减少投入并提高精度，同时得到优化的方案。传统的利用CFD辅助优化设计过程的思路，是在判断各项参数不满足预期要求的情况下反复修改模型并再次计算，直到输出的结果满足预设值时停止计算循环并输出最终方案。在这些反复的修改和计算中，每一次CFD计算都是完整进行的，且每一次修改的依据不具有针对性，需要花费较长的时间。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法，可以提高室内热环境的分析效率，同时对待修正负荷进行定量分析，使得室内热环境的设计方案经过一次调整即可满足设计要求。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法，该分析方法包括以下步骤：S10根据室内热环境设计初始方案，获取室内热环境的边界条件和初始条件；S20将初始条件和边界条件输入CFD模型中，计算室内基本温度场；S30判断室内基本温度场是否满足设计目标温度，如果满足，则将热环境设计初始方案作为最终方案；如果不满足，则进入步骤S40；S40利用CFD模型计算各单一源项温度场；S50根据各单一源项温度场，确定待修正的负荷；S60根据待修正的负荷，对空气调节方案进行修正，使得室内基本温度场符合设计要求。作为优选例：所述的步骤S40具体包括：S401判断是否将室内划分分区域空调系统，如果是，则进入步骤S402；如果否，则进入步骤S403；S402设室内有n个分区域空调系统，对任一分区域m，利用CFD模型计算每个分区域负荷在该分区域m形成的温度ti-m,i＝1、2、···、n，m是整数，且2≤m≤n；S403将室内温度初始条件设为设计目标温度，将单一热源或单一冷源作为源项，将源项的边界条件输入CFD模型，其余热因素设为绝热或发热量为零，利用CFD模型分别计算各源项温度场。作为优选例：所述的步骤S40中，热因素包括热源和冷源；热源包括人体、照明、设备、围护结构和供热末端；冷源包括送风和供冷末端。作为优选例：所述的S402中，计算每个分区域负荷在该分区域m形成的温度具体包括：将室内温度初始条件设为设计目标温度，依次将各分区域内所有的热因素作为该分区域的一源项，将该区域的源项的边界条件输入CFD模型，其余分区域的热因素设为绝热或发热量为零，利用CFD模型分别计算该分区域负荷在分区域m形成的温度。作为优选例：所述的S50具体包括：S501判断是否将室内划分分区域空调系统，如果是，则进入步骤S502；如果否，则进入步骤S503；S502设分区域m的设计目标温度为tm-0，计算各分区域负荷在该分区域m的温度ti-m与该分区域设计目标温度的温差Δti-m,如式(1)所示：Δti-m＝ti-m-tm-0式(1)计算各分区域空调供冷或供热的热量流入分区域m的热量，如式(2)所示：Qi-m＝CMmΔti-m式(2)其中：Qi-m表示分区域i空调供冷或供热的热量流入分区域m的热量，i＝1、2、···、n，m≤n，C表示空气比热,Mm表示分区域m的空气质量，当Mm为正数时，表示热量流入，当Mm为负数时，表示冷量流入；根据式(3)确定分区域m待修正的负荷ΔQm：S503设室内设计目标温度为t0，将步骤20)获取的基本温度场与设计目标温度进行比较，找出基本温度场中不满足设计目标温度的区域r，然后分别计算各热因素i'在区域r形成的温度ti'，r，i'＝1、2、…、s，r＝1、2、···、w，其中，s为室内的热因素总数，w为基本温度场中不满足设计目标温度的区域总数；依据式(4)计算出热因素i'在区域r形成的温度与设计目标温度t0的温差：Δti',r＝ti'.r-t0式(4)依据式(5)计算出区域r待修正的负荷：其中，C表示空气比热,ρ表示空气密度，Vr表示区域r的体积。作为优选例：所述的S60中，对空气调节方案进行修正具体包括：改变风口位置、风口数量、送风温度、辐射板面积方式中的一种或组合。作为优选例：所述的S10中，边界条件包括围护结构参数、送风量、送风温度、送风速度、回风量、回风温度、辐射板的供冷量、辐射板的供热量或冷辐射板的设置温度；初始条件包括围护结构初始温度、室内初始温度、室内初始湿度。有益效果：与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：本专利技术分析方法可以提高室内热环境的分析效率，同时对待修正负荷进行定量分析，使得室内热环境的设计方案经过一次调整即可满足设计要求。现有技术中，当判断出室内基本温度场不满足设计目标温度时，将根据经验方法，对初始条件和边界条件进行修正，或反复利用CFD计算室内温度场，直到其满足设计目标温度。与现有技术相比，本专利技术实施例的方法，在判断出室内基本温度场不满足设计目标温度时，不需要反复利用CFD计算，而是利用CFD计算出的各单一热因素作用下的温度场，并确定待修正的负荷。用待修正的负荷值，容易实现对空气调节方案的修正，使得其满足设计要求。本专利技术实施例不需要反复利用CFD进行计算，也不需要利用经验值进行参数修正，大大减少了计算量，提高了分析效率。同时，对待修正的负荷为定量分析，对空气调节方案进行更加准确的修正，提高了分析精度。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下附图可对本专利技术作进一步详细描述，其中：图1为本专利技术的流程框图。图2为本专利技术实施例1的基本工况下的室内温度分布图；图3(a)为本专利技术实施例1中，室内照明单独作用的室内温度场；图3(b)为本专利技术实施例1中，内部热源单独作用的室内温度场；图3(c)为本专利技术实施例1中，新风送风口单独作用的室内温度场；图3(d)为本专利技术实施例1中，冷辐射板单独作用的室内温度场。图4为本专利技术实施例1改变冷辐射板位置后的室内温度分布图；图5为本专利技术实施例2的基本工况下的温度分布图；图6(a)为本专利技术实施例2中，分区1中冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法，其特征在于：该分析方法包括以下步骤：S10根据室内热环境设计初始方案，获取室内热环境的边界条件和初始条件；S20将初始条件和边界条件输入CFD模型中，计算室内基本温度场；S30判断室内基本温度场是否满足设计目标温度，如果满足，则将热环境设计初始方案作为最终方案；如果不满足，则进入步骤S40；S40利用CFD模型计算各单一源项温度场；S50根据各单一源项温度场，确定待修正的负荷；S60根据待修正的负荷，对空气调节方案进行修正，使得室内基本温度场符合设计要求。

【技术特征摘要】
1.一种利用CFD模型对室内热环境的分析方法，其特征在于：该分析方法包括以下步骤：S10根据室内热环境设计初始方案，获取室内热环境的边界条件和初始条件；S20将初始条件和边界条件输入CFD模型中，计算室内基本温度场；S30判断室内基本温度场是否满足设计目标温度，如果满足，则将热环境设计初始方案作为最终方案；如果不满足，则进入步骤S40；S40利用CFD模型计算各单一源项温度场；S50根据各单一源项温度场，确定待修正的负荷；S60根据待修正的负荷，对空气调节方案进行修正，使得室内基本温度场符合设计要求。2.按照权利要求1所述的利用CFD模型对室内热环境的分析方法，其特征在于：所述的步骤S40具体包括：S401判断是否将室内划分分区域空调系统，如果是，则进入步骤S402；如果否，则进入步骤S403；S402设室内有n个分区域空调系统，对任一分区域m，利用CFD模型计算每个分区域负荷在该分区域m形成的温度ti-m,i＝1、2、···、n，m是整数，且2≤m≤n；S403将室内温度初始条件设为设计目标温度，将单一热源或单一冷源作为源项，将源项的边界条件输入CFD模型，其余热因素设为绝热或发热量为零，利用CFD模型分别计算各源项温度场。3.按照权利要求2所述的利用CFD模型对室内热环境的分析方法，其特征在于：所述的步骤S40中，热因素包括热源和冷源；热源包括人体、照明、设备、围护结构和供热末端；冷源包括送风和供冷末端。4.按照权利要求2所述的利用CFD模型对室内热环境的分析方法，其特征在于：所述的S402中，计算每个分区域负荷在该分区域m形成的温度具体包括：将室内温度初始条件设为设计目标温度，依次将各分区域内所有的热因素作为该分区域的一源项，将该区域的源项的边界条件输入CFD模型，其余分区域的热因素设为绝热或发热量为零，利用CFD模型分别计算该分区域负荷在分区域m形成的温度。5.按照权利要求2所述的利用CFD模型对室内热环...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雨佳，刘金祥，张恺，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32