CFD技术在建筑HVAC系统中的应用实践

一、概述

HVAC是Heating，Ventilation and Air Conditioning 的英文缩写，就是供热通风与空气调节，其包含温度、湿度、空气清净度、风速、噪音、还有门窗和墙壁的热损失以及空气循环的控制系统。使用ANSYS软件，仿真驱动产品研发，使设计者在设计初级阶段，就可以对暖通空调设备在各种场景下的性能进行分析，而无需生产出样品模型，就可以使性能最大化而且可以在源头上控制噪音的产生。进一步了解建筑物内的空气流动状况对于设计最好的空调系统至关重要。同时暖通空调设备的安放位置也对使用者的舒适性产生很大的影响，此外，成本控制和环保性也是重要的考量因素。

某数据库中心应用实例，基本参数如下：
尺寸: 80 平方米
总机架: 28
平均热负载: 4 kW/架
热密度: 1444 W/ 平方米

图1：数据中心温度分布图

虚拟仿真给了工程师更多机会在短时间内测试大量的参数。因此，设计者能够尽可能地达到最经济、最节能、最舒服、最适合的系统设计。通过CFD仿真分析，研发人员能够“看”到设备内部任何位置的压力、速度、温度和组分等变量分布，深刻理解产品的设计如何能更好地满足设计目标。以下案例为一栋5层停车场的仿真分析案例，主要仿真目标为新风循环能力和各层速度分布图：

图2：停车场循环新风的能力

图3：停车场各层速度分布图

由于计算机的大容量化和高速度化以及计算，流体力学(CFD)的发展,在大空间建筑的室内环境设计中已逐步普及采用CFD来解决室内气流组织、热环境等问题。以下针对体育馆设计使用的分区送风的空调气流组织方案,采用ANSYS软件对某体育馆内的温度场和速度场进行了数值模拟，可供大中型多功能室内体育馆的空调系统设计参考。