論CFD技術在空調節能領域中的應用

張熠

摘要：在大型建筑中，由于設計、材料等各方面原因，能源浪費巨大，建筑能耗具有很大的節能空間，其中中央空調的能耗往往占到一半以上，中央空調普遍存在能源浪費問題，具有很大的節能潛力。因此，本文首先介紹了當前中央空調能耗利用低下的幾點問題，之后對CFD對空調降耗的方式，方法以及具體的實施過程進行了分析和論證，希望對相關工作者提供一些參考。

關鍵詞：CFD技術;空調節能;應用

引言

中央空調的能耗利用效率低下，目前，有以下幾個主要問題值得關注：中央空調的系統變量眾多、部件眾多、子系統眾多，各個子系統之間存在互相影響關系，系統的設計也不能以平均負荷需求為準，一般要有關于某些極端氣象條件的考量，但是這種理想狀態出現的幾率低，因此中央空調系統實時運行時，總是運行在部分負荷條件下，負荷率過低造成中央空調系統能耗浪費現象;中央空調運行策略不合理，能耗的產生由人為不合理的設定導致，大多數的中央空調系統缺乏有效的控制手段，沒有依據儀器、空調運行參數以及相關運行條件來制定啟動策略;中央空調控制系統薄弱，中央空調系統變量眾多，系統復雜度高，缺乏一套精細化、合理的自控系統，這些控制系統的設計往往無法提供實時運行情況，用戶端的制冷效果無法及時掌握。基于此，本文提出了一種基于CFD技術降低空調能耗的方法。

1實現架構

基于CFD技術降低空調能耗的方法，包括信號輸入模塊，控制器和信號接收模塊、SMITH預估控制算法和CFD軟件模擬系統;

如圖1為本發明一種基于CFD技術降低空調能耗的方法流程示意圖;圖2為SMITH預估控制算法圖;圖3為CFD技術與SMITH預估控制算法結合示意圖。圖中：R、設定值;G（s）、對象不包含純滯后部分的傳遞函數;e-rs、對象純滯留后部分的傳遞函數。

所述信號輸入模塊：設定輸入值，并向控制器發出控制指令;

所述控制器：將信號輸入模塊輸出的控制指令進行傳遞，并最終傳遞至信號接收模塊;

所述信號接收模塊：將控制器傳遞的控制指令接收，并向空調控制器下達控制指令，調控空調設備;

S1：前處理，建立數學物理;

S2：求解器，確定CFD方法的控制方程，選擇離散方法進行離散，選用數值計算方法和輸入相關參數;

S3：后處理，速度場、溫度場、壓力場及其他參數的計算機可視化及動畫處理。

優選的：所述幾何模型參數選取為通風空調房間氣流阻止參數、建筑外環境分析參數和室內空氣品質參數。

CFD即計算流體動力學，CFD是近代流體力學，數值數學和計算機科學結合的產物，是一門具有強大生命力的交叉科學，它是將流體力學的控制方程中積分、微分項近似地表示為離散的代數形式，使其成為代數方程組，然后通過計算機求解這些離散的代數方程組，獲得離散的時間/空間點上的數值解。

2 CFD應用空調領域的優勢

通過CFD技術可以通過數學方程模型的建立，對比流速，溫度和壓力等多方面因素影響，可以在工程建設前直觀的測試出建筑耗能對空調能源消耗的影響，從而優化建筑設計，減小建筑耗能;而CFD的可視化模型可以使建筑能耗的結果通過方程快速運算，提高了建筑設計的效率，通過CFD模擬技術和算法優化方案，通常可以降低空調能耗5-10%左右。

3實施過程

3.1邏輯分析

CFD技術采用優選實施例，一種基于CFD技術降低空調系統能耗的方法，包括信號輸入模塊、控制器和信號接收模塊、SMITH預測控制算法和CFD軟件仿真系統;

上述輸入模塊的輸出口接控制器的輸入口，控制器的輸出口接信號接收模塊的輸入口，控制器與SMITH估計器并聯，所以SMITH預測器向信號接收模塊輸入補償參數指令，使信號接收模塊按照下一個設定值工作。

SMITH預測器的輸入端口連接信號輸入模塊，SMITH預測器的輸出端口連接信號輸出模塊，SMITM預測器的輸入端口也連接CFD軟件仿真的輸出端口系統;建立CFD數據模型，優化計算方式，使SMITM估算算法輸入的補償值更加準確，使實際輸出值更接近設定值，從而降低能耗。

3.2模型建立

S1：前處理，建立數學物理;S2：求解器，確定CFD方法的控制方程，選擇離散方法進行離散，選用數值計算方法和輸入相關參數;S3：后處理，速度場、溫度場、壓力場及其他參數的計算機可視化及動畫處理，所述幾何模型參數選取為通風空調房間氣流阻止參數、建筑外環境分析參數和室內空氣品質參數，所述CFD方法的控制方程至包括質量守恒方程，能量守恒方程和動量守恒方程。

3.2工作流程及原理

用戶通過通風空調房的氣流阻塞參數、建筑物和室內的室外環境分析參數，創建CFD方法的控制方程，即質量守恒方程、能量守恒方程和動量守恒方程。空氣質量參數，以及壓力、流量和溫度等。CFD數據可視化模型的開發，將預定義的房屋參數和環境參數輸入到CFD數據可視化模型的優化算法中，計算出最優的能量損失補償值和使用SMITH預測器計算補償值，進入數據接收模塊，使最終的實際估計值更接近設定值，從而評估變更建筑設計的建筑能耗是否高，即優化建筑能耗優化方案及優化設計s計劃使用下面的CFD模擬技術和算法，通常可以將空調的能耗降低5-10%左右。

4結語

綜上，本文具體介紹了一種基于CFD技術的空調系統能耗降低方法，包括信號輸入模塊、控制器和信號接收模塊、SMITH預測控制算法和CFD軟件仿真系統;信號輸入模塊：設置輸入值并發送給控制器發送控制命令;控制器：將信號輸入模塊發出的控制指令傳輸，最后傳輸給信號接收模塊;信號接收模塊：接收控制器發出的控制指令，向空調控制器輸出控制指令，對空調系統進行調節;SMITH預測控制算法：包括一個SMITH預測器，向信號接收模塊發送補償信號命令;CFD軟件仿真系統：通過流體力學實現流量，創建CFD數據模型。本發明可在項目建設前直觀地測試建筑能耗對空調能耗的影響，從而優化建筑設計，降低建筑能耗，一般可降低空調能耗5-10%左右。希望本文的內容能夠幫助CFD技術在未來改進空調降耗技術提供一定的參考價值。