論CFD技術(shù)在空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用

張熠

摘要：在大型建筑中，由于設(shè)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(jié)能空間，其中中央空調(diào)的能耗往往占到一半以上，中央空調(diào)普遍存在能源浪費問題，具有很大的節(jié)能潛力。因此，本文首先介紹了當(dāng)前中央空調(diào)能耗利用低下的幾點問題，之后對CFD對空調(diào)降耗的方式，方法以及具體的實施過程進(jìn)行了分析和論證，希望對相關(guān)工作者提供一些參考。

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù);空調(diào)節(jié)能;應(yīng)用

引言

中央空調(diào)的能耗利用效率低下，目前，有以下幾個主要問題值得關(guān)注：中央空調(diào)的系統(tǒng)變量眾多、部件眾多、子系統(tǒng)眾多，各個子系統(tǒng)之間存在互相影響關(guān)系，系統(tǒng)的設(shè)計也不能以平均負(fù)荷需求為準(zhǔn)，一般要有關(guān)于某些極端氣象條件的考量，但是這種理想狀態(tài)出現(xiàn)的幾率低，因此中央空調(diào)系統(tǒng)實時運行時，總是運行在部分負(fù)荷條件下，負(fù)荷率過低造成中央空調(diào)系統(tǒng)能耗浪費現(xiàn)象;中央空調(diào)運行策略不合理，能耗的產(chǎn)生由人為不合理的設(shè)定導(dǎo)致，大多數(shù)的中央空調(diào)系統(tǒng)缺乏有效的控制手段，沒有依據(jù)儀器、空調(diào)運行參數(shù)以及相關(guān)運行條件來制定啟動策略;中央空調(diào)控制系統(tǒng)薄弱，中央空調(diào)系統(tǒng)變量眾多，系統(tǒng)復(fù)雜度高，缺乏一套精細(xì)化、合理的自控系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng)的設(shè)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?；诖?，本文提出了一種基于CFD技術(shù)降低空調(diào)能耗的方法。

1實現(xiàn)架構(gòu)

基于CFD技術(shù)降低空調(diào)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(yù)估控制算法和CFD軟件模擬系統(tǒng);

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

所述信號輸入模塊：設(shè)定輸入值，并向控制器發(fā)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(jìn)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(diào)控制器下達(dá)控制指令，調(diào)控空調(diào)設(shè)備;

S1：前處理，建立數(shù)學(xué)物理;

S2：求解器，確定CFD方法的控制方程，選擇離散方法進(jìn)行離散，選用數(shù)值計算方法和輸入相關(guān)參數(shù);

S3：后處理，速度場、溫度場、壓力場及其他參數(shù)的計算機(jī)可視化及動畫處理。

優(yōu)選的：所述幾何模型參數(shù)選取為通風(fēng)空調(diào)房間氣流阻止參數(shù)、建筑外環(huán)境分析參數(shù)和室內(nèi)空氣品質(zhì)參數(shù)。

CFD即計算流體動力學(xué)，CFD是近代流體力學(xué)，數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強(qiáng)大生命力的交叉科學(xué)，它是將流體力學(xué)的控制方程中積分、微分項近似地表示為離散的代數(shù)形式，使其成為代數(shù)方程組，然后通過計算機(jī)求解這些離散的代數(shù)方程組，獲得離散的時間/空間點上的數(shù)值解。

2 CFD應(yīng)用空調(diào)領(lǐng)域的優(yōu)勢

通過CFD技術(shù)可以通過數(shù)學(xué)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(shè)前直觀的測試出建筑耗能對空調(diào)能源消耗的影響，從而優(yōu)化建筑設(shè)計，減小建筑耗能;而CFD的可視化模型可以使建筑能耗的結(jié)果通過方程快速運算，提高了建筑設(shè)計的效率，通過CFD模擬技術(shù)和算法優(yōu)化方案，通?？梢越档涂照{(diào)能耗5-10%左右。

3實施過程

3.1邏輯分析

CFD技術(shù)采用優(yōu)選實施例，一種基于CFD技術(shù)降低空調(diào)系統(tǒng)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(yù)測控制算法和CFD軟件仿真系統(tǒng);

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(lián)，所以SMITH預(yù)測器向信號接收模塊輸入補(bǔ)償參數(shù)指令，使信號接收模塊按照下一個設(shè)定值工作。

SMITH預(yù)測器的輸入端口連接信號輸入模塊，SMITH預(yù)測器的輸出端口連接信號輸出模塊，SMITM預(yù)測器的輸入端口也連接CFD軟件仿真的輸出端口系統(tǒng);建立CFD數(shù)據(jù)模型，優(yōu)化計算方式，使SMITM估算算法輸入的補(bǔ)償值更加準(zhǔn)確，使實際輸出值更接近設(shè)定值，從而降低能耗。

3.2模型建立

S1：前處理，建立數(shù)學(xué)物理;S2：求解器，確定CFD方法的控制方程，選擇離散方法進(jìn)行離散，選用數(shù)值計算方法和輸入相關(guān)參數(shù);S3：后處理，速度場、溫度場、壓力場及其他參數(shù)的計算機(jī)可視化及動畫處理，所述幾何模型參數(shù)選取為通風(fēng)空調(diào)房間氣流阻止參數(shù)、建筑外環(huán)境分析參數(shù)和室內(nèi)空氣品質(zhì)參數(shù)，所述CFD方法的控制方程至包括質(zhì)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(fēng)空調(diào)房的氣流阻塞參數(shù)、建筑物和室內(nèi)的室外環(huán)境分析參數(shù)，創(chuàng)建CFD方法的控制方程，即質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程和動量守恒方程?？諝赓|(zhì)量參數(shù)，以及壓力、流量和溫度等。CFD數(shù)據(jù)可視化模型的開發(fā)，將預(yù)定義的房屋參數(shù)和環(huán)境參數(shù)輸入到CFD數(shù)據(jù)可視化模型的優(yōu)化算法中，計算出最優(yōu)的能量損失補(bǔ)償值和使用SMITH預(yù)測器計算補(bǔ)償值，進(jìn)入數(shù)據(jù)接收模塊，使最終的實際估計值更接近設(shè)定值，從而評估變更建筑設(shè)計的建筑能耗是否高，即優(yōu)化建筑能耗優(yōu)化方案及優(yōu)化設(shè)計s計劃使用下面的CFD模擬技術(shù)和算法，通?？梢詫⒖照{(diào)的能耗降低5-10%左右。

4結(jié)語

綜上，本文具體介紹了一種基于CFD技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)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(yù)測控制算法和CFD軟件仿真系統(tǒng);信號輸入模塊：設(shè)置輸入值并發(fā)送給控制器發(fā)送控制命令;控制器：將信號輸入模塊發(fā)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(fā)出的控制指令，向空調(diào)控制器輸出控制指令，對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié);SMITH預(yù)測控制算法：包括一個SMITH預(yù)測器，向信號接收模塊發(fā)送補(bǔ)償信號命令;CFD軟件仿真系統(tǒng)：通過流體力學(xué)實現(xiàn)流量，創(chuàng)建CFD數(shù)據(jù)模型。本發(fā)明可在項目建設(shè)前直觀地測試建筑能耗對空調(diào)能耗的影響，從而優(yōu)化建筑設(shè)計，降低建筑能耗，一般可降低空調(diào)能耗5-10%左右。希望本文的內(nèi)容能夠幫助CFD技術(shù)在未來改進(jìn)空調(diào)降耗技術(shù)提供一定的參考價值。