一、研究现状
60年代初,在国家科委十年规划中,将恒温恒湿技术列入国家重点攻关性课题。由中国建筑科学院空调所负责,组成了空调设备、恒温恒湿指标、气流组织、自动控制等专题组进行研究,于1965年得出整套科研成果,包括高精度恒温(20±0.5℃,±0.2℃,±0.1℃)和一般精度恒温(20±0.1℃)等技术设计计算方法,采取的措施,设备选用方法;同时又组织对全国典型工程进行恒温普查和实测总结,于60年代提出了适合我国国情的恒温工程整套设计方法。
从围护结构、送风温差、换气次数、气流组织方式到计算、设备选型以及注意事项都有了明确规定,这些编入了《空气调节设计手册》,广泛应用于实际工程,至今亦在使用。进入了70年代以后,技术在进步,生产工艺又提出了更高要求,我国在北京光学仪器厂光栅刻线室成功地实现高精度恒温,达到国际水平。近些年来,特殊的工业厂房及公共建筑要求低温低湿空调环境日益增多。通常把室内温度低于14℃和相对湿度低于40%的称为低温低湿空调环境,其中低湿技术是关键。同时实现低温低湿的处理过程也在不断完善,实现低温低湿的核心设备除湿机也在这种空调环境中不断发展。
二、研究方法
目前,关于恒温恒湿空调系统的研究方法主要有三种:理论研究方法、试验研究方法和计算机模拟法。
1、理论研究方法我们把对室内温度、湿度波动和区域偏差控制要求严格的空调称之为恒温恒湿空调。空调房间(或区域)根据工艺要求所确定的温度和相对湿度称之为空调温度和相对湿度基数。空调房间(或区域)内温度和相对湿度在持续时间内偏离温、湿度的最大差值(△t和△ϕ)称之为空调精度,即波动范围。因此恒温恒湿空调同时有温、湿度基数和空调精度的要求。我们研究恒温恒湿空调系统必须注意这两方面。但是,本文的研究内容并不是恒温恒湿空调系统的实现与调节问题,而是模拟恒温恒湿空调系统平稳运行的过程,分析在此期间的能耗情况。从理论上讲,研究的是空气处理过程和气流组织。空气流动情况的理论方法主要是射流理论分析。由于筑空间越来越向复杂化,多样化和大型化发展,而传统的射流分析方法基于某些标准和理想条件所提出或实验得到的射流公式,势必会带来较大的误差。
2、试验研究方法本方法主要是在实验室构造恒温恒湿空调系统,通过设置监测点,测量其温度、湿度。对数据进行分析,得到结果。实验研究方法可以提供高质量的实验数据,但费用昂贵、耗时,通常单个实验的费用即达到3000到20000美元。同时,实验研究难以对各种参数变化的敏感性进行分析。不过,要注意的是:对空调精度要求高的空调房间在建筑方面也有特殊的要求,以减少外面的扰量对空调实验室的影响。我国规范规定:对于外墙的要求见表1-1;恒温室的外窗、外窗朝向和窗层数可按表1-2选用。另外,实验虽然能够得到设计人员所需要的各种数据,但需要较长的实验周期和昂贵的实验费用,难以在工程设计中广泛采用。
3、计算机模拟方法通过计算机数值模拟,模拟气流组织的分布,进而得到温度场和湿度场,对场进行分析,最后整理结论。模拟的软件是用CFD[14~20](Computational Fluid Dynamic)计算流体动力学)。CFD即计算流体动力学,是进行传热、传质、动量传递及燃烧,多相流和化学反应研究的核心和重要技术,它利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组,这其中涉及流体力学,计算方法,计算机图形处理等技术。CFD分析软件采用美国通用商业软件FLUENT。FLUENT软件的结构由前处理、求解器及后处理三大模块组成。FLUENT率先采用非结构网格使其在技术上处于先进地位。在传统的暖通空调工程设计中,设计可行与否往往取决于大量的试验和设计人员的经验,而CFD的应用则完全改变了传统的设计过程。与实验测试相比较,数值模拟有以下几个优势:
(1)设备简单,仅用计算机及相应的外部设备即可。
(2)通过模拟可获得实验无法测定的工况和参数。
(3)对同一工况可重复再现,对相似的工况也可以进行简单的移植,而无须花费人力,物力。
(4)所需的经费少。由于无须搭建实验台布置实验设备,模拟计算费用往往要比相应的实验研究费用低好几个数量级。当然数值模拟也有其自身的局限性:
※、数值模拟的使用者必须充分掌握有关紊流模型、计算流体动力学、CFD软件及编程方面的知识。
※、模拟的正确性依赖于所选择的模型能否准确地描述物理现象,对现象的任何简略或假设都可能会影响到模拟结果的可靠性。
※、数值模拟的结果还有待于实验来校核。由于CFD技术的上述特点,其在暖通空调领域中的应用发展很快。其中室内热环境的计算机数值模拟技术,在一些先进国家已经进入了实用阶段。http://www.zhushanzz.com