摘 要：基礎設施建設是維持我國當前社會正常運轉的主要方式之一，因此基礎設施的施工工藝和相關技術也必須進行不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化，本文結合了CFD技術展開論述，分析該項技術在暖通空調制冷工程中的應用。本文首先簡述了該技術的概念及原理，其次分析了CFD技術在暖通空調制冷工程中的實際應用，意在通過本文的論述，進一步推動暖通空調制冷技術的優(yōu)化創(chuàng)新，使我國的基礎設施性能更為完善。
關鍵詞：CFD技術;暖通空調;制冷工程
1 引言
暖通空調制冷技術主要是針對當前的居住環(huán)境進行溫度調控，為人們營造更加舒適的居住體驗，因此暖通空調工程可以與建筑系統(tǒng)融為一體，共同發(fā)揮各自的優(yōu)勢。伴隨著人們對于居住條件需求的不斷升高，暖通空調制冷工程具備著極為廣闊的發(fā)展前景，因此在制冷技術方面也需要不斷創(chuàng)新。CFD技術能夠憑借自身的特點，有效解決制冷工程研發(fā)過程中出現(xiàn)的相應問題，因此二者在技術方面有著較強的交互性。
2 CFD技術概述及原理
CFD技術又稱為流體動力學，與力學有著緊密的聯(lián)系，并且借助了當前的高科技技術、數(shù)學原理以及計算機系統(tǒng)，構建起數(shù)學模型，可以將流體運轉過程中產生的相關參數(shù)進行代入，從而計算出需要解決的問題，提供合理的解決措施�？偟膩碚f，CFD技術是建立在以計算機為核心的基礎上，針對流體流動過程中所產生的守恒控制情況等進行演算分析。
就暖通空調制冷工程領域來看，其中的液體流動流速通常在每秒幾米以下，這種流動狀態(tài)被稱為低速流動，同時系統(tǒng)內的流體溫度以及密度的變化浮動不大，因此又被稱作為不可壓縮流動。另外，空調系統(tǒng)大多數(shù)以對流換熱的形式，對室內的溫濕度進行控制，而室內的空氣流速更小，這與CFD技術掌控的領域有著極大的交互性，因此可以利用CFD技術調整暖通空調制冷工程中出現(xiàn)的一系列問題。能夠結合暖通空調制冷工程中的不同需求建立數(shù)學應用模型，通過數(shù)值算法進行求解，并且將結果可視化呈現(xiàn)。
3 CFD技術在暖通空調制冷工作中的應用
3.1 構建流體分析模型
利用CFD技術在暖通空調制冷工作中進行優(yōu)化，首先要建立起空調系統(tǒng)的流體模型，主要利用了物理模型以及數(shù)學模型相結合的方式共同構建起工程模型，其中涉及到了流體的特征、設備參數(shù)以及運行狀態(tài)等;另外我國使用的大部分暖通空調的制冷系統(tǒng)均屬于湍流流動狀態(tài)，因此還需要結合流動狀態(tài)建立起湍流模型，來模擬空調運轉過程中的運行狀態(tài)。這個過程需要工作人員能夠提取空調的制冷參數(shù)，將其納入到模型中去，才可以使模型的構建更加的標準、科學，為后續(xù)的數(shù)值計算以及公式代入提供良好的基礎。
3.2 進行數(shù)據(jù)收斂計算
暖通空調制冷系統(tǒng)在實際的運行過程中可能會受到諸多因素的影響，例如室內的整體溫度變化情況、人為操作因素等，這些條件的變化都會改變這種工作的狀態(tài)，因此在建立起相關的流體模型之后，可以利用收斂技術，對相關參數(shù)進行代入計算，收斂技術的使用是統(tǒng)籌了制冷過程中的諸多因素，考慮到所有的可能性并且將其影響程度減少到最小，主要可以分為多重網(wǎng)格計算方式以及殘差計算法。前者在實際應用的過程中能夠顯著提升計算效率，并且可以深入分析流體在運行過程中的運動狀態(tài)，在CFD技術應用的過程中較為廣泛;另外還可以利用平行計算的方式簡化計算流程，同樣具備較高的計算效率，并且能夠針對暖通空調制冷過程中產生的能源消耗進行分析，從而達到節(jié)能優(yōu)化。
3.3 系統(tǒng)氣體流通優(yōu)化
暖通空調供冷供熱過程中，如果管道中的預處理氣體流通不暢，極有可能產生制冷/制熱效率低、空氣質量差等問題，也有可能出現(xiàn)室內外溫差較大的情況，將會嚴重影響人體舒適性，因此提升暖通空調制冷系統(tǒng)運行過程中的氣體流通狀態(tài)，也是工程施工過程中的難題之一。CFD技術可以有效檢測氣體的流通狀態(tài)，并根據(jù)室內的環(huán)境以及室外的氣流分布，合理的預測制冷/制熱氣流的分布情況。同時該項技術也可以結合室內的相關環(huán)境進行綜合分析，例如溫度、輻射制冷狀態(tài)、濕度等，將所有干擾因素所形成的結果進行整合，提供制冷運行優(yōu)化方案，這不僅能夠有效解決空調制冷過程中的空氣流通問題，也可以進一步提升制冷的效率，保證室內的溫度符合正常的舒適性標準。
過往項目中，對于高大空間如何合理設計室內末端空調設備以及風口布置，主要根據(jù)設計師的項目經(jīng)驗而得。尤其冬季供熱情況下，外界條件影響因素非常大。比如商場中庭，辦公大堂，酒店宴會廳等高大空調，不僅受到熱空氣始終浮于上方，同時還要受到由于井道，電梯等“煙囪效應”，以及出入口冷風滲透影響室，對于諸多影響因素，無法量化。引入CFD模型后，在建立3D空間模型的同時還可以加入其他影響因素進行綜合分析。通過對室外空氣的溫濕度，滲入位置，以及空氣流速的輸入可以通過數(shù)學模型將室內空間分別從X，Y，Z方向切成無數(shù)個平面和立面，進行有效分析。一般人體感官高度大約在1.5m水平面，對于溫濕度的研究范圍也主要集中于人體可以感受到的高度，通過CFD技術的介入，可以更有效的將空調設計進行量化，通過模擬后的數(shù)據(jù)選用合適的設備以及送風參數(shù)控制室內溫濕度，同時也可以避免“送風死角”造成局部空間滿足不了設計要求。
隨著時代的發(fā)展，建筑方面的美學要求越來越高，室外空調設備的安裝在很大程度上無法融入建筑師的要求，尤其是空調系統(tǒng)中的冷卻塔布置。冷卻塔的正常工作，需要足夠的進行風條件，合理環(huán)境溫濕度，這些都要有合理的安裝空間支持。如何提供相應的條件，在以往的設計過程中更多的依靠設備供應商技術人員的經(jīng)驗，無法提供量化的數(shù)據(jù)。在CFD技術誕生并引入空調設計后，這個問題得到了有效地解決。室外的溫度，濕度以及風速是一組量化數(shù)據(jù)，風機的風量、設備進出口風速以及填料的換熱面積也都是量化數(shù)據(jù)，當詳細的數(shù)據(jù)通過計算模型后，能夠模擬環(huán)境條件并推導出詳細尺寸。因此，很大程度上解決了上述問題的矛盾。 2012年南京某五星級酒店設計項目，酒店宴會廳前廳面積約300m2狹長型，頂部由內向外超過45o角度向上傾斜延申至外玻璃幕墻，最低點7m，最高點超過15m且高點側緊貼幕墻。由于幕墻面積非常大，因此夏季顯熱負荷非常大，冬季傳熱損失也非常大。室內精裝設計師為體現(xiàn)室內裝飾效果，在前廳中間區(qū)域高空垂吊了幾盞超大水晶燈，這給空調風口的布置帶來了巨大挑戰(zhàn)。
首先，圍護結構負荷較大，室內空間也很大;其次，由于斜頂，風口布置有效位置較少;最重要的是南京當?shù)囟臼彝鉁囟鹊陀?℃，采暖要求非常高，高大空間容易集聚熱空氣于上空，對人的活動區(qū)域很難進行覆蓋。針對上述各種問題，通過CFD技術建模，對不同風口安裝位置做了嘗試，同時對合理的射流風速及溫度展開模擬，限定吊燈區(qū)域的最高風速（避免風速過高，造成水晶吊頂吹動而引起的噪音）。經(jīng)過軟件模型的計算，按照設計條件對該區(qū)域的氣流以及溫度場分析，最終解決了設計問題。經(jīng)安裝調試后的測試，基本與CFD模擬的結論一致，很大程度上簡化了設計工作并且加強了設計的準確性。
3.4 完善空調制冷設備
空調系統(tǒng)運行過程中，制冷的效率和質量也會受到系統(tǒng)硬件設備的影響，我們可以將制冷系統(tǒng)看作是整體暖通空調中的運行主體，那么硬件空調設備則是支撐主體正常運行的核心。如果硬件設備的運行效率降低，或者出現(xiàn)性能方面的問題，便會直接影響空調系統(tǒng)的制冷質量。從流體力學的角度來看，空調硬件設備的設計以及安裝必須要符合流體的運行原理。例如風機系統(tǒng)、空調硬件裝置等，因此，CFD技術可以應用在解決空調系統(tǒng)硬件問題領域。首先系統(tǒng)可以通過已經(jīng)建成的運行模型來合理判斷流體的運行狀態(tài)是否發(fā)生了變化，同時也可以根據(jù)運行狀態(tài)的改變來定位性能下降的系統(tǒng)設備，并且將相關性能的缺陷數(shù)據(jù)進行計算，制定出優(yōu)化措施。
例如，空調系統(tǒng)的風機設備可能在長時間的運行過程中出現(xiàn)性能下降的情況，因此可以利用CAD軟件呈現(xiàn)出風機設備運行的平面圖，將平面圖中所呈現(xiàn)出的相關數(shù)據(jù)代入到CFD技術的數(shù)學模型中，利用流體的動態(tài)運行以及網(wǎng)格功能，定位低性能運轉的因素，同時也可以執(zhí)行不同模塊的分工計算，能夠有效縮短計算時間，并且提升計算的精準度。在檢查出設備的性能缺陷之后，可以針對缺陷的等級進行判斷并提出不同的解決方案。
4 結束語
綜上所述，暖通空調制冷技術并不局限于物理學境遇，在制冷過程中所產生的氣體及液體流動均與液體動力學有關。目前行業(yè)內，CFD技術對室內外進行溫度場，濕度場，風速場研究應用已經(jīng)非常廣泛，無論在數(shù)據(jù)中心動環(huán)研究，冷卻塔的安裝空間研究，甚至于醫(yī)院項目中空氣齡的研究，都有了極大推進作用，對設計師合理量化的規(guī)劃室內氣流組織，給予了極大設計依據(jù)。在上述類型的項目中其實都有一個共同的特點，若空間環(huán)境無法達到設計要求，則可能造成系統(tǒng)無法正常運行，室內局部環(huán)境污染等重大影響。因此，充分發(fā)揮CFD技術的優(yōu)勢，結合初期的建模、中期的數(shù)據(jù)演算以及后期的結果顯示，來進一步研究暖通空調制冷過程中的相關問題并且提出解決方案，同時，也能夠全面推進暖通空調科學制冷工程的發(fā)展，不僅可以為人類營造良好的環(huán)境，也可以進一步推動我國基礎設施科學創(chuàng)新優(yōu)化的前進腳步。
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