文档介绍：火车站候车厅冬季分层空调CFD模拟研究
华中科技大学陈龙刘显晨徐玉党
摘要本文利用AIRPAK软件建立了某火车站候车厅的冬季分层空调模型,针对冬季工况下的空调系统运行方案选取了两种典型的设计工况进行了数值模拟, 最终得到了两个设计工况下的室内温度场分布和速度场分布的模拟结果。通过结果分析,认为分层热风供暖应用于火车站候车厅中是一种比较合理的气流组织方式,能够减弱垂直温度梯度,减小冬季供暖负荷。对于冬季分层空调供暖的节能目标的实现一方面可以通过减弱垂直温度梯度从而减小冬季热负荷,另一方面可以通过提高送风温差、减少送风量从而减少系统风机能耗。在实际系统运行时可以根据实际情况灵活选择不同的气流组织方案,最终达到更优的节能效果。
关键词数值模拟 AIRPAK 候车厅分层空调
引言
火车站候车厅属于高大空间建筑,大空间建筑一般具有空间高大,空调和供暖负荷较大且热环境难以保证的特点。大空间的气流和温度分布一般会呈现出变化较大的分布特点,特别是垂直方向上有着明显的温度梯度,这种垂直温度梯度是由于空气密度差导致热对流而引起的,无论夏季和冬季都会存在。
大空间的空调和供暖负荷的大小是会受到垂直温度梯度影响的,如果能够使夏季室内温度梯度加强而冬季减弱,就可以减小大空间的空调和供暖负荷,而合理的气流组织是可以决定垂直温度梯度的大小的,因此,对火车站候车厅这种高大空间采用合理的气流组织,对实现室内良好的热环境并节约能源有着重要意义,特别是在强调建筑节能的今天[1]。
火车站候车厅的冬季供暖是利用夏季空调系统进行暖风供暖来实现的。暖风供暖时,由于浮力作用,热空气上升,冷空气下沉,会加剧空间的垂直温度梯度,为了尽量减小这种温度梯度,需要采用垂直分区供暖,即分层空调供暖方式。
目前,火车站候车厅的空调系统设计一般都采用了分层空调的气流组织方式,但候车厅内的送、回风口的布置都是以夏季工况为初始设计依据的,因此,有必要对分层空调在冬季的气流组织的效果进行相关模拟,来验证系统在冬季能否保证室内良好的热环境并实现节能目标。本文以某火车站的候车厅为例,。
候车厅模型的建立
物理建模
候车厅内,北侧为东西对称的两个服务房间,房间四周墙壁上侧均匀分布着球形喷口,房间下部设有回风口,候车厅南侧均匀排列着7个风柱,风柱结构如图1所示。候车厅中部安排有座椅,为人员主要聚集区。
通过CFD软件建模工具对候车厅进行建模,得到整个候车厅的物理模型,局部放大效果如图2所示,整体建模效果如图3所示。

图1 风柱结构示意图图2 候车厅模型示意图图3候车厅模型局部放大示意
模拟参数
冬季热负荷一般采用稳态传热的计算方法,通过该方法计算得到候车厅围护结构的边界条件,如表1所示。
表 1通过围护结构热负荷计算表
围护结构
屋顶
楼板
北外墙
南外墙
热流密度W/㎡
16

根据《铁路旅客车站建筑设计规范》,冬季普通候车厅内设计温度为16℃。本文提出了两种可行性较强的冬季送风工况,通过分析比较模拟结果,得出系统冬季气流组织的相关结论,并提出优化改进方案。两方案的具体参数如表2所示。
表 2 两种模拟方案的送风参数表
方案
系统运行
送风温差
送风速度
送风角度
工