空调卧室空气环境的数值模拟

空调房数学建模与仿真

科学技术创新2020.12空调房数学建模与仿真郭安柱马永志（青岛大学机电工程学院，山东青岛266071）1概述随着我国经济的快速发展，人民生活水平也在不断提高，空调已经是家家户户必备的产品。

众所周知，空调房系统是一个具有高度的非线性、滞后性的复杂系统[1]，房间温度受到各种因素的影响，各种因素对房间温度的影响程度不一，为了探究外界因素对房间温度的影响，更好的通过空调系统对房间温度进行调节，利用集总参数法建立了空调房系统的动态数学模型，采用Matlab/Simulink 对系统进行模拟仿真。

2模型建立2.1物理模型的建立文章物理模型的原型为青岛某一办公室，其室内结构布局如图1所示，办公区被分隔为三部分，整个办公区长6.2m ，宽4m ，高3m 。

整个办公区采用全空气空调系统，送风形式为侧送风。

图1青岛某办公室平面结构图2.2数学模型的建立空调房为一个非常复杂的热力学系统，具有惯性大、影响因素多、高度的非线性等特点[1]，想要准确的描述其热力学特征非常困难，为了方便建模和求解，本文在实际的空调房热力学模型的基础上提出了以下假设[2]：（1）房间温度场分布均匀，即房间各个点的温度一样；（2）不考虑房间中其他因素对温度场的影响，仅考虑几个主要的热源；（3）与室内进行热交换的围护结构主要为墙体，不考虑其他结构如窗户等对室内温度的影响且室内无阳光直接照射；空调房空气温度对象建模：根据能量守恒定律，空调房内空气储热量的变化率等于单位时间内空调房得到的能量减去空调房失去的能量[3]，则空调房能量守恒的计算公式为：式中，h s 为空调房送风焓值，J/Kg ；h a 为空调房空气焓值，J/Kg ；ρa 为空气密度，Kg/m 3；V a 为空调房室内空气体积，m 3；G s 为送风量，Kg/s ；Q w 为室内围护结构与空气的对流换热量，W ；Q b 为空调房内人体与空气之间的换热量，W ；Q o 为室内其他热源如电灯和电子设备的产热量，W ；K wa 为墙体与空气之间的对流传热系数，W/（m 2·K ）；A b 为墙体与室内空气之间的对流换热面积，m 2；T w 与T a 分别为墙体内表面与室内空气温度，K ；τ为时间，s ；人体与空气之间的换热量由三部分组成，分别是人体通过呼吸作用、辐射作用和自然对流与空气之间的换热量。

机房空调在变环境温度下的数值模拟与实验研究

机房容积的发热量约为１６～２Ｗ… ）且在一６２２，
ＭａｒＬｂｒｔｙｏｅｇｒｉｉｊ，ｉｊ０１４ＣｉａｊａｏａｒｆｆｅａｏｉＴａｉＴａｉ３０３，ｈ）ｏｏＲｒｔｎｎｎｎｉｎｎｎ
Ａｂｔａｔｙｓｕｙｎｃｉｅｒｏａｒｃｎｉｏｅｎｅｈｈｎｅｘｅｍｅｔｌｔｍｐｒｔｒ，ｔｉｐｐｒｃｍｂｎｄｅ — ｓｒｃ：ＢｔｄｉｇｍａｈｎｏｍｉｏｄｔｎｒｕｄｒｔｅｃａｇｄｅｐｒｎａｅｅａｕｅｈｓａｅｏｉｅｘｉｉｐｒｎａｅｅｒｈａｄＭａｌｂｓｌｔｎｐｏｒｍｍｉｇｆｅｏａｉｇｔｅｓｍｕａｅａａａｄｔｅａｔａａａｕｄｒｄｆｒｎｅｉｍｅｔｌｓａｃｎｔｉａｉｒｇａｒａｍｕｏｎ．Ａｔｒｃｍｐｒｈｉｌｔｄｄｔｎｈｃｕｌｄｔｎｅｉｅｅｔｎｏｅａｉｇｍｏｅ．ｔｅｅｒｒｐｒｅｔｇｓａｏｔ１％．Ｔｅｓｕｙｆｕｄｔａｔｏｄｎｅｉｉｌｔｔｍｐｒｔｒｅｕｔｎｏｏｐｒｔｄｎｈｒｏｅｃｎａｅｉｂｕ０ｈｔｄｏｎｈｔｗｉｌｃｎｅｓｒａｒｎｅｅｅａｕｅｒｄｃｉｆｆｍＩｏｒ
高４％。以及所选模型中存在的问题，析了出现问题的原因，７分为机组进一步优化打下良好基础。关键词：机房空调；变环境温度；数值模拟；实验研究；偏差

中学教室空调气流组织的数值模拟研究

［摘要］针对相同室内条件、不同送回风口位置下的两种模型，运用暖通空调专用数值模拟软件Ａｒａ，ｉｒｐｋ对室内速度场、温度场进行了数值模拟计算。并根据模拟结果分析不同送回风口位置下的空气品质和人体热舒适，为教室等人员密集区域空调室内的气流组织形式优化设计提供了研究依据。［关键词］Ａｒａｉｋ软件；送回风口位置；教室空调；舒适性ｐ
ｄｓｇａｏｏｔｏｉｆｗｉｔｉｕｉｎｉｒｃｎｉｉｎｎｏｍ．ｅｉｎｎｄｃｍｆｒａｒｏｄｓｒｂｔｏｎａ — ｏｄｔｏｉｇＩｏｆｌｉＫｅｗｏｄｙｒｓ：Ｔｈｏｔｒｒｋ；ＬｃｔｏｉｉｅｄａｒｏｌｔＴｈｉ —ｃｎｉｉｎｏｌｓｒｏ；ＣｏｏｅｓｆｗａｅｏＡｉｆｐａｏａｉｎｏａｒｎｔａｉｕｔ；ｓｆｌｎｅｅａｒ— ｏｄｔｏｃａｓｏｍｆｆｔｍｒ
大的影响。例如在人员密集场所，人员呼出大量二角，房间的几何尺寸为８ｍ×５ ×３ｍｍ。在不改变房
氧化碳，当室内存有高水平的二氧化碳时，如果没问送、回风口的尺寸、形式、数量和送风口的送风
有合理的气流组织以及新鲜空气补给，就会使人产参数的情况下，仅通过改变送、回风口的位置来改
ｇｔｄｔｉｄｏｉｅｅｔｒｃｒｎｒａｉａｉｎｆｍｉｄｅｓｈｏｔｎａｄｃｓｒｏｆｒｔｅｎｍｅｉａｉｌｔｎａｒｅｅｗｏｋｎｄｆｒｎｕｒｔｏｇｎｚｔｓｏｄｌｃｏｌｓｄｉｌｓｏｍｏｕｒｌｓｍｕａｏ，ｉ — ｆｆｉａｅｏａａｈｃｉｐｋｗａｐｌｄｔｕｒａｌｉｌｔｅｉｄｒｖｌｃｔｆｌｎｅｉｄｒｔｍｐｒｔｒｅｄｗｉｈｉｔｅｈａｉｇａｓａｐｉｏｎｍｅｉｌｓｅｃｙｍｕａｅｔｎｏｅｏｉｅｄａｄｔｎｏｅｅａｅｆｌ，ｈｃｓｈｅｔｈｙｉｈｕｉｎｖｎｉｔｇａｄａｒｏｄｔｎｎｐｃａｐｒｏｅｎｅｉａｉｌｔｎｓｆａｅＡｒｑａｉｎｕａｏｙｃｍｏｔｎｅｅｔａｉｎｉｃｎｉｏｉｇｓｅｉｌｕｐｓｕｒｌｍｕａｉｏｔｒ．ｉｕｌｙａｄｈｎｂｄｏｆｒｕｄｒｈｌｎｉｍｃｓｏｗｔｍｔｅｃｎｉｏｉｅｎｏａｉｎｉｉｌｔｎｒｏｔｔｗｒｎｌｚｄＴｏｅｐｏｉｅｅｒｓａｃａｉｆｒｏｔｚｔｎｏｄｔｎｏｄｆｒｔｃｔｓｏａｒｎｅｄｉｆｅｌｏｆａｕｌｅｅａａｙｅ．ｈｓｒｖｄｄｔｅｅｒｈｂｓｓｏｐｉａｏｅｈｍｉｉ

办公室室内温度分布模拟(fluent)

办公室室内温度分布模拟(fluent)
随着现代办公室空间的不断发展和改进，人们对办公室温度舒
适性的关注也日益增加。

为了提供一个理想的工作环境，室内温度
分布模拟成为一种有用的工具。

本文将介绍办公室室内温度分布模
拟的原理和优势。

原理
办公室室内温度分布模拟利用计算流体力学（CFD）方法来预
测室内空气的温度分布。

这种方法基于一系列数学模型和经验参数，可以模拟室内空气的流动、传热和湿度变化。

通过模拟不同气流条
件下的温度分布，我们可以评估办公室的热环境，并提出改进建议。

优势
办公室室内温度分布模拟具有以下优势：
1. 预测温度分布：通过模拟，我们可以获得不同位置的温度分
布图，了解办公室各个区域的热环境差异。

这有助于确定是否存在
温度不均匀或过热的区域。

2. 评估热舒适性：通过模拟室内空气流动和传热，我们可以计算热舒适性指标，如平均辐射温度和风速。

这样可以评估办公室的热环境是否符合舒适性标准。

3. 系统优化：模拟还可以用于分析不同空调系统的效果。

通过调整气流供应和回风设备等参数，我们可以优化空调系统，提高能源效率和热舒适性。

4. 节约成本：通过模拟室内温度分布，我们可以评估不同节能措施的效果。

这有助于选择合适的节能措施，减少能源消耗和运营成本。

结论
办公室室内温度分布模拟是一种有用的工具，可以帮助我们评估和改进办公室的热环境。

通过模拟不同气流条件下的温度分布，我们可以提高办公室的热舒适性，并实现能源节约和成本降低的目标。

建议在设计办公室时，考虑使用室内温度分布模拟来优化工作环境。

用CFD方法对冬季空调房间进行气流组织模拟和优化方案

4.1冬季空调房间的温度场和速度场 4.1.1冬季空调房间的温度场
z = 0.1m处温度场
z = 1.1m处温度场
z = 1.6处温度场
z = 2m处温度场
4.1.2冬季空调房间的速度场
z = 0.1m处速度场
z = 1.1m处速度场
z = 1.6m处速度场
z = 2m处速度场
问题
➢ 温度场：温度场也有极大的改善，但改善程度略次于措施1。
➢ 速度场：比采取措施2前略有改善，但效果不是很大。
4.4改进后冬季空调房间的温度场和速度场。 4.4.1采取措施3后冬季空调房间不同断面的温度场
z = 0.1m处温度场
z = 1.1m处温度场
z = 1.6m处温度场
z = 2m处温度场
谢谢
❖ 冬季外窗的渗透风对室内温度场影响很大，北向与西向墙及窗的热损失，也使得温度场在这两个墙壁附近分布不均匀。
Hale Waihona Puke 改进方法➢ 改进方法： ❖ 措施1：采取措施，使北向外窗的
渗透风量减小一半，风口的布置不变。 ❖ 措施2：风机盘管以及风口布置位置改变，其中一组风机盘管以及送风风口移到靠近北外墙布置。如右图所示，北外窗的渗透风量不变。 ❖ 措施 3：采取措施使北外窗的渗透风量减小一半，同时又将送、回风口移近北外墙（窗）。新风、送回风的参数不变。
2.3算例选择
本模拟选择本办公楼中最代表性的房间进行模拟，空调平面图如右图所示。房间内安装了两台风机盘管。
3.模型建立 3.1 几何模型
设计对象的物理模型如图所示，房间的尺寸：8.2m×5m×3.3m（长×宽×高），如下图所示。
3.2 数学模型
在本设计中采用k－ε（k为紊流动能，ε为紊流耗散率）模型。它是目前在房间空气流动中最普遍采用的模型，对暖通空调领域多种流型的计算结果显示，该模型优于其他模型。

房间空调蒸发器的数值模拟及分析

２Ｒ＆ＤｅｔｒｆｆｉｅａｉｎＤａｉｎＳＣｎｅＲｅｒｇｒｔ，ｌＡＮＹＯｏｒｓｏ．Ｌｄ）ｏｏａＣｍｐｅｓｒ，ｔ．Ｃｏ
Ａｂｓｒｃ：Ｉｏｄｒｏｒｖａｔｆｏａｈａａｓｅｅｈｎｓｔａｔｎｒｅｔｅｅｌｈｅｌｗｎｄｅｔｔｎｆｒｍｃａｉｍｉｔｅｉ‘ ｏｄｔｎｎｇｖｐｒｔｒａｓｅｄｒｎｈａｒｃｎｉｏｉｅａｏａｏ．ｔａｙｉｄｓｒｂｔｄｐａａｅｅｏｅｎａｒｃｎｄｔｏｎｖａｏａｏｓｅｔｂｉｈｄｂａｅｎｂｓｃｔｅｍｏｈｓｃｌａｓｗｈｌｉｔｉｕｅｒｍｔｒｍｄｌａｉ－ｏｉｉｎｉｇｅｐｒｔｒｉｓａｌｓｅｓｄｏａｉｈｒｐｙｉａｗ，ｉｅｏｆｌＲｓｔｅｗｏｋｎｕｄＴｈｅｉｎｆｔｏｐａｅｆｕｄａｄｓｐｒｅｔｄｇｓｉｈｖｐｏａｏｒｅｐｃｉｅｙｓｍｕａｅ２２ｉｈｒｉｇｆｉ．ｅｒｇｏｓｏ－ｈｓｉｌｗｌｎｕｅｈａｅａｎｔｅｅａｒｔｒａｅｒｓｅｔｌｉｌｔｄｖｕｄｒｄｓｇｅｃｎｉｏｓｆａｒｃｎｉｏｉｇｙｔｍ．Ｂａｅｏｔｅａｃｌｔｄｒｓｌｓｔｅｌｏｎｅｅｉｎｄｏｄｔｎｏｉ．ｏｄｔｎｎｓｓｅｉｉｓｄｎｈｃｌｕａｅｅｕｔ，ｈｆｗａｄｈａｔａｓｅｎｅｔｒｎｒｆｐｒｏｍａｅｈｖｐｒｔｒａｅａａｙｅＴｈｅｒｓｌｓｓｏｔａｏｐａｅｆｉｅｉｎｈｓｇｅｔｎｕｎｅｏｅｅｆｒｎｃｓｉｔｅｅａｏａｏｒｎｌｚｄ．ｎｅｕｔｈｗｈｔｔｔ－ｈｓｕｄｒｇｏａｒａｆｅｃｎｔｈｅｗｌｉｌｈｌｗｎｅｔｒｆｒｐｒｏｆｏａｄｈａａｓｅｅｆｒａｃｓｉｅｅｐｒｔｒｔｎｍｎｅｎｔｖａｏａｏ．ｈＫｅｗｏｒ：ｖａｏａｏ，ｉｔｉｕｅａａｅｅｄｌｆｗ，ｅｔｒｓｅｙｄｓｅｐｒｔｒｄｓｒｔｄｐｒｍｔｒｍｏｅ，ｏｈａａｆｒｂｌｔｎ

大空间空调风系统数值模拟

通风效率可达到１７．。６【键词】置换通风；数值模拟；通风效率关中图分类号Ｔ８１Ｕ３
文献标识码Ａ
ＣＦＤｉｕａｉｎｏｉ－ｏｄｔｏｉｇｓｓｅｉｎａｄｔｒａｓｍｌｔｆｒｃｎｉｉｎｎｔｍａｕｉｏｉｏａｙｎ
ＺａｇｎｊｅＪｕｎｕｚｈｎｇｉＤｏｉＹａｇｏｎ
（．ｈｎＮＩｎｉｅｒｇＣｒ．ｅｉｇ１０３；．ｎｔ３２ｆｈｎｓｅｐｅｉｅａｉｒ，ｅｉｇ１２０）１ｉａＦｇｎｅｎｏｐＢｉｎ，００８２Ｕｉ６９６ｏｉｅｅＰｏｌ’ＬｂｒｔｎＡｍｙＢｉｎ，０２２ＣＥＥｉ，ｊＣＳｏｊ
［ｂｔａｔＷｉＦｔｏ，ｈｉｌｃｍｅｔｉｃｎｉｏｉｇｓｓｍｆｔｅａｄｔｒｅｔｉｌｅ，ＩＬＡｓｃ］ｒｔＣＤｍｅｄｔｅｄｓａｅｎａ－ｏｄｔｎｎｙｔｏｕｉｉｉａｔａｒｓｓｈｈｐｒｉｅｈｏａｎｈｅｉｍｕａｄＳＭＰＥｔ
大空间空调风系统数值模拟
张冬洁金元国
（．１中国恩菲工程技术有限公司北京１０３；０８０２中国人民解放军６９６队北京１２０．２部３０２２）
【摘要】着重介绍了某剧院工程观众厅的空调风系统设计方案，并建立观众厅的二维和三维实体模型，利用有限容积法对此大空间内的气流组织和温度分布进行模拟，验证了设计方案的可行性，设计的

空调机组(AHU)仿真模拟

第十五页，共20页。空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟
2.模拟结果-新风比设定值变化
第十六页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟
2.模拟结果-控制指令输出
第十七页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟
2.模拟结果-机组处理空气的参数
第十八页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟 2.模拟结果-机组处理空气的参数
第十九页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
Thank you！
第二十页，共20页。
第八页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
一、分区控制策略
2.不同分区的处理办法-SD线
▪ 加热器控制温度
▪ 其他设备全部关闭
第九页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
一、分区控制策略
2.不同分区的处理办法-IS线
▪ 加湿器控制湿度
▪ 其他设备全部关闭
第十页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
第十二页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟
2.控制模块
第十三页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟
2.模拟结果-新风参数变化
新风温度变化曲线
新风含湿量变化曲线
第十四页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
二、软件模拟
2.模拟结果-新风状态在I-d图上分区区号的变化
第六页，共20页。
空调机组（AHU）仿真模拟
一、分区控制策略
2.不同分区的处理办法-分区3\SH线
▪ 用表冷器控制含湿量 ▪ 旁通阀控制温度

不同安装条件下空调室外机周围热环境的数值模拟

ＪＩＡＮＧＹｕｅ — ｂｏ，ＪＩＮＷｕ — ｆｅｎｇ，ＬＩＵＹａｎｇ，ＰＩＡＯＷａｎ — ｋｕｉ
（１．ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅ，ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３４，Ｃｈｉｎａ；２．ＬＧＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｔｉａｎｊｉｎ）ＥｌｅｃｔｉｒｃａｌＡｐｐｌｉａｎｃｅｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏａｎｌｙａｚｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｆｅｌｄａｎｄｔｈｅｌｆｏｗｉｅｆｌｄｏｆｏｕｔｄｏｏｒｕｎｉｔｓｗｈｉｃｈａｒｅｌｏｃａｔｅｄａｔｒｅ — ｅｎｔｒａｎｔｆｏａｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｃｅｒｔａｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｆｏｏｕｔｄｏｏｒｕｎｉｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｉｎｓｔｌｌａａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｉｎｓｔｌｌａａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｅｎｔｉｌａｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｏｕｔｄｏｏｒｕｎｉｔｓ；ｎｕｍｅｉｒｃｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

套室内气流的三维数值模拟

ｌ喜董的平面结图
ＦｇＴｉｌｗ￣ｄｍｅｓｏａｉｎｉｎｌ￣ｈｍｅｎｈｐｒｍｅｕｉｅｆｔｅａａｉｍｎｔ
２研究方法
２．基本方程１
使用大型流场计算软件ＰＥＩＳ对室内气流的流动进行了模拟计算。在计算时，ＨＯＮＣ采用混合格式、ｅ湍流模型，考虑重力的影响。湍流流动连续性方程、量方程、量并动能
套室内气流的三维数值模拟
刘欧子，胡欲立，刘训谦
（北工业大学，陕西西安西７０７）１０２
摘要：借助流场计算软件ＰＥＩＳ对单元住宅室内的气流在夏季工况条件下进行三维模拟ＨＯＮＣ，
计算考虑了外界气温和太阳辐射等因索对室内气流的影响．到室内气流的速度矢量和温得度等参数的分布。依据供暖、风和空气调节在夏季工况下的标准，室内的气流温度、流通对气速度做出评判。通过算例验证了数值模拟的可信性。关键词：度矢量；度场；湍流模型；数值模拟速温
中用分类号：３１３７５０５；０５．文献标识码：Ａ
Ｏ引言
由于套室结构的复杂性、样性及室内外各种因素的影响，得室内气流分布问题的多使研究变得相当复杂。目前，内气流分布的研究主要采用三种方法：１利用射流原理进室（）行分析和预测；２利用相似性原理进行模型试验；３利用计算机求解室内气流控制方程（）（）组的数值预测方法。第一种方法由于其局限性目前较少采用。第二种方法不仅耗费较多的人力、力和财力，且在许多情况下，测量技术的实现上有一定的困难，测量低速物而在如气流的方向和湍流强度１。］目前模型试验方法只能对单闻实施试验，套室内气流的研对究实际上是空白，凭经验在操作ｌ由于计算机和计算技术的发展，值预测方法得到全３Ｊ数了迅速的发展。在国内，究人员进行了单问的二维层流的数值模拟－二维层流室内研和自然通风的数值模拟。但是建筑物内的气流主要是湍流流动，而用层流来模拟湍流因必然存在一定误差。随着湍流流动模型的改善和房间传热计算的发展，间气流的三维房模拟计算已成为可能。国外早在７０年代就已对室内的气流进行数值模拟［，已得到了使用湍流模型对单间气流进行三维模拟计算的结果，及对连通的两个房间内自然以对流的模拟计算结果。目前，国内也出现了使用湍流模型对单间流场进行三维模拟在的结果。我国大部分地区，住套室在夏季主要利用空调系统进行制冷，空调套室内居对的气流进行预测是非常困难的，又是非常必要的、意义的。但有以两室一厅单元式住宅在夏季工况下的室内气流为研究对象，考虑套室（据所处在根于的地理位置）界气温和太阳辐射以及围护结构及其热工性能、调系统的制冷、内外空室人员的散热量、内家具等条件的基础上，室内的气流进行了数值模拟。室对