CFD技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用初探

李麗文

摘 要：CFD技術(shù)是常用的工程流體技術(shù)，在社會(huì)中得以廣泛的應(yīng)用。問(wèn)題的不同，針對(duì)的方面不同，CFD技術(shù)也會(huì)有所差異。目前在暖通空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)中的流動(dòng)問(wèn)題驗(yàn)證了CFD與數(shù)值傳熱學(xué)相等，CFD技術(shù)能夠有效地改變現(xiàn)有的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)效果，從而改變制冷效果不強(qiáng)等現(xiàn)狀，可以更好的解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，CFD在暖通空調(diào)制冷工程中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù) 暖通空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)能資源技術(shù)

前 言

CFD （Computational Fluid Dynamics）是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)稱，CFD的基本原理是采用數(shù)值求解控制流體流動(dòng)的微分方程，得出流體流動(dòng)的流場(chǎng)在連續(xù)區(qū)域上的離散分布，從而近似模擬流體流動(dòng)情況。CFD是目前國(guó)際上一個(gè)強(qiáng)有力的研究領(lǐng)域，能夠進(jìn)行傳熱、燃燒、多相流反應(yīng)研究，廣泛應(yīng)用于熱能動(dòng)力、航空航天等諸多工程領(lǐng)域。暖通空調(diào)制冷行業(yè)是CFD技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，CFD=流體力學(xué)+熱學(xué)+數(shù)值分析+計(jì)算機(jī)科學(xué)。

一、CFD技術(shù)的特點(diǎn)與局限

大約20世紀(jì)80年代的時(shí)候，我國(guó)才慢慢開始研究CFD在暖通領(lǐng)域的應(yīng)用，我國(guó)在CFD技術(shù)與實(shí)際工程中暖通設(shè)計(jì)相結(jié)合的案例可以說(shuō)是非常之少了，掌握CFD技術(shù)的人員嚴(yán)重稀缺。節(jié)能資源與環(huán)保意識(shí)的逐漸增加，許多操作與管理運(yùn)行人員對(duì)暖通技術(shù)不理解，有的甚至不具備暖通空調(diào)的基本理論知識(shí)，成為了無(wú)法找到合適的解決方案。CFD發(fā)展到現(xiàn)在，各大商業(yè)軟件競(jìng)爭(zhēng)激烈，人機(jī)交互趨于直觀化、專業(yè)化，是機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)的有力工具。通用設(shè)備的升級(jí)，CFD軟件是必不可少要掌握的工具，其的特點(diǎn)就是適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用面廣。當(dāng)然CFD也有一定的局限性，CFD數(shù)值中的數(shù)值解法是一種離散近似值的計(jì)算方法。第二，CFD不能給出流動(dòng)現(xiàn)象的定性表達(dá)，需要參數(shù)的提供與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果想借和。第三，CFD依賴編寫的程序經(jīng)驗(yàn)，可以能導(dǎo)致結(jié)果有誤差。

二、CFD在國(guó)內(nèi)外的廣泛應(yīng)用

資源如何進(jìn)行重復(fù)利用，怎樣合理開發(fā)資源，一直以來(lái)都是關(guān)注的焦點(diǎn)。科技的發(fā)展使得人們可以利用虛擬世界進(jìn)行研究。CFD可以說(shuō)是一個(gè)非常概括性的軟件。國(guó)內(nèi)外都在研究開發(fā)其自身價(jià)值。CFD技術(shù)可以方便用戶使用，目前的CFD通用軟件能與CAD軟件進(jìn)行兼容，可以實(shí)現(xiàn)模式的互通。新建的大空間建筑造型奇特，尺度龐大，實(shí)際空調(diào)通風(fēng)房間的氣流組織形式變化多樣，氣流組織不僅與環(huán)境品質(zhì)密切相關(guān)，CFD對(duì)能源資源效率影響很大。CFD可以利用虛擬的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)所要完成的項(xiàng)目，就比如空氣對(duì)流氣體的產(chǎn)生、冷暖空氣的調(diào)換等，在人們的生活中作用較大[1]。

三、CFD技術(shù)在暖通空調(diào)中的節(jié)約應(yīng)用

空調(diào)可以說(shuō)是空氣調(diào)節(jié)器，是對(duì)房間內(nèi)空氣、濕度、溫度等調(diào)節(jié)到一個(gè)使人滿意舒服的狀態(tài)。中央空調(diào)分為帶表制冷與帶噴水制冷空調(diào)機(jī)，當(dāng)然也有我們通常說(shuō)的節(jié)約能源與普通能源之分的空調(diào)。綠色建筑能源與常規(guī)能源相比，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，使用后更為節(jié)能、環(huán)保。因此，合理利用低能耗、可再生的綠色建筑能源，是綠色建筑設(shè)計(jì)的必要前提。當(dāng)前，社會(huì)普遍提倡的是低能耗、可再生的節(jié)能環(huán)保理念，選擇低能耗、可再生能源，既能滿足暖通空調(diào)系統(tǒng)的高能耗要求，又能極大程度地減少對(duì)環(huán)境的破壞作用，還能大大地降低成本。合理科學(xué)使用低能耗、可再生能源是暖通設(shè)計(jì)中一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)，也是綠色建筑技術(shù)應(yīng)用于暖通設(shè)中的重要體現(xiàn)。資源的合理利用與整合，讓人們重視到了要從根本上解決節(jié)能問(wèn)題。隨著我國(guó)事業(yè)的發(fā)展暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑節(jié)能中占據(jù)主導(dǎo)地位。

CFD技術(shù)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)改善空調(diào)制冷效果問(wèn)題，從而提高空調(diào)的質(zhì)量，保障整體暖通空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化，更好地為人們帶去便利。計(jì)算流體力學(xué)即CFD的應(yīng)用能夠有效的改變?cè)O(shè)計(jì)流程，在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，暖通空調(diào)中CFD技術(shù)應(yīng)用很少依賴經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)。在暖通設(shè)計(jì)中，節(jié)能環(huán)保材料的選擇極其重要，材料的節(jié)能環(huán)保性將會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)的綠色等級(jí)、節(jié)能環(huán)保性。必須嚴(yán)格控制材料的選擇，在滿足建筑基本功能要求的情況下，盡可能選擇低碳環(huán)保、可回收利用的材料，避免選擇對(duì)環(huán)境破壞作用大或?qū)θ梭w有傷害的材料。從降低成本方面考慮，建筑材料盡可能就地取材，降低材料在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的運(yùn)輸費(fèi)用和運(yùn)輸中可能造成的材料損耗。同時(shí)，也能較大程度地降低對(duì)周圍環(huán)境的破壞，更好地促進(jìn)本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展，形成一定的經(jīng)濟(jì)效益。

四、注重建筑本身的節(jié)能環(huán)保性能

太陽(yáng)能資源是取之不盡、用之不竭的，暖通空調(diào)技術(shù)利用太陽(yáng)能資源可以讓人們對(duì)待建筑節(jié)能、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著更深一步的重視。目前太陽(yáng)能是最為普遍的節(jié)能方式了，常見的太陽(yáng)能廠房可以通過(guò)暖通系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)加熱，向房間供暖;當(dāng)然常見的還有太陽(yáng)能集熱器、散熱器、儲(chǔ)熱器等。經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，能源的開發(fā)，導(dǎo)致資源日趨緊張起來(lái)，所以節(jié)能環(huán)保成為了行業(yè)內(nèi)的研究重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。

五、暖通空調(diào)中CFD技術(shù)應(yīng)用

1.通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)。一年四季只有開關(guān)與夏天與冬天相互轉(zhuǎn)換的空調(diào)模式系統(tǒng)已經(jīng)跟不上時(shí)代潮流的發(fā)展了，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以利用模擬風(fēng)向系統(tǒng)對(duì)空調(diào)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的改革措施。2.建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì)。CFD系統(tǒng)模式利用計(jì)算機(jī)模擬去分析建筑外環(huán)境，更好地建設(shè)出風(fēng)向流動(dòng)達(dá)到室內(nèi)外通風(fēng)的效果，達(dá)到對(duì)于自然風(fēng)的要求。3.室內(nèi)空氣品質(zhì)研究。空調(diào)是室內(nèi)空氣品質(zhì)問(wèn)題的設(shè)備之一，CFD技術(shù)可以研究室內(nèi)空氣品質(zhì)問(wèn)題。CFD暖通空調(diào)是通過(guò)模擬室內(nèi)風(fēng)速、溫度等，解決換氣、溫度等問(wèn)題。4.建筑設(shè)備性能的研究改進(jìn)。暖通空調(diào)工程的許多設(shè)備，CFD可以模擬計(jì)算設(shè)備內(nèi)部的流體流動(dòng)情況，可以更好地降低建筑能耗，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

六、暖通空調(diào)與暖通技術(shù)簡(jiǎn)介

暖通空調(diào)簡(jiǎn)稱HVAC，是機(jī)械工程與流體機(jī)械的重要分支。暖通空調(diào)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)空氣中的溫度與濕度，可以提高室內(nèi)溫度的舒適，暖通空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)國(guó)際性產(chǎn)業(yè)，其構(gòu)架之廣，有商業(yè)價(jià)值與推廣價(jià)值。暖通空調(diào)包括采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)三方面。暖通空調(diào)是中央空調(diào)的分戶空調(diào)系統(tǒng)，暖通空調(diào)不僅可以解決普通空調(diào)的冷暖問(wèn)題，還可以解決空氣問(wèn)題。暖通空調(diào)可以引進(jìn)新風(fēng)、捕捉灰塵、過(guò)濾異味，還可以為空氣加濕，讓人感受到舒適，不至于像普通空調(diào)那樣出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間令人皮膚干燥等問(wèn)題[2]。

我國(guó)工程建設(shè)正處于高峰期，大量的住宅和公共建筑、工廠礦山、交通運(yùn)輸、能源水利和城市基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)和投入使用，且隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，新的建設(shè)工程仍將不斷涌現(xiàn)。建設(shè)部提出節(jié)能建筑、綠色建筑概念，并在建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能具體措施中提到：強(qiáng)化新建建筑節(jié)能，嚴(yán)格執(zhí)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范，加強(qiáng)大型公共建筑用能管理。

總 結(jié)

暖通空調(diào)技術(shù)作為新經(jīng)濟(jì)發(fā)展下的重點(diǎn)研究對(duì)象，發(fā)展節(jié)約建筑工程有著重大意義。CFD技術(shù)的成本低，易于操作進(jìn)行模擬演練，是一種暖通技術(shù)。CFD技術(shù)在歐美日本等國(guó)家應(yīng)用將為成熟，能夠有效地改善暖通空調(diào)中的不足，我國(guó)的科技水平相對(duì)于其他國(guó)家還有不足之處，為了推動(dòng)我國(guó)暖通行業(yè)的發(fā)展應(yīng)該從技術(shù)上加強(qiáng)。最大限度地降低能源消耗，提高節(jié)約質(zhì)量，推動(dòng)暖通空調(diào)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，緩解我國(guó)資源能源危機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐柱才.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用[J].電子世界，2018，67（3）：201-201.

[2] 李艷寧.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的實(shí)際運(yùn)用[J].環(huán)球市場(chǎng)，2017，45（15）：67-68.