1、本科毕业论文（20 届）北京某五星级酒店空调系统优化及中庭气流组织分析所在学院 专业班级 建筑环境与设备工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录中英文摘要 .11 已有建筑概况 .32 DeST 简介 .42.1 建筑热特性分析阶段 BAS .52.2 系统方案分析阶段 Scheme .52.3 空气处理方案分析阶段 AHU .62.4 冷热源及泵站分析阶段 CPS .62.5 风系统分析阶段 DNA .63 能耗模拟过程 .93.1 用 DeST 建立建筑模型 .93.2 人员、设备和灯光作息 .103.3 设计参数及要求 .103.3.1 室外设计参数： .103.3
2、.2 室内设计参数： .113.4 建筑围护结构参数设定 .124 DeST 设计计算及优化设计 .154.1 建筑热特性阶段 .154.2 空调系统方案阶段 .174.2.1 定风量系统 .184.2.2 变风量系统 .194.2.3 经济性分析 .204.3 空气处理方案阶段 .214.4 冷热源及泵站设计 .224.5 系统优化方案的确定 .235 气流组织 .255.1 气流组织的任务 .255.2 侧面送风 .265.3 气流分布性能的评价 .265.3.1 不均匀系数 .265.3.2 空气分布性能指标 .275.4 气流组织的设计计算 .286 数值模拟软件 FLUENT 及其物
3、理模型的建立 .306.1 FLUENT 软件简介 .306.2 空调系统简介 .326.3 FLUENT 软件前处理器 GAMBIT .326.3.1 建立风口模型 .326.3.2 网格划分 .336.3.3 数学模型的简化 .346.3.4 边界条件 .356.3.5 输出网格 .356.4 FLUENT 程序求解问题的步骤 .356.4.1 输出网格 .356.4.2 建立求解模型 .356.4.3 确定流体的材料物性 .366.4.4 确定边界类型及边界条件 .366.4.5 流场初始化 .366.4.6 求解计算 .366.4.7 后处理 .377 数值模拟结果及分析 .387.1
4、 设计工况下的数值模拟 .387.1.1 设计工况 .387.1.2 方案一下的数值模拟结果与分析 .387.1.3 方案二下的数值模拟结果与分析 .427.2 气流组织及热舒适性的影响因素研究 .457.2.1 送风速度的影响 .457.2.2 送风角度的影响 .487.2.3 送风高度的影响 .507.3 模拟方案的结果讨论 .538 结果与展望 .558.1 全文总结 .558.2 展望 .55参考文献 .57附译文 .58本科毕业论文 摘要1摘 要近年来，随着我国人民生活水平的不断提高，社会能耗不断上升。同时石油等自然资源也日益紧缺，开采成本也越来越高，如何采取有效的措施降低能耗的问题
5、就日渐突出，而建筑能耗中的空调系统能耗又占了社会总能耗中相当大部分。如今人们越来越关注室内空调系统能否在保证良好的空气质量情况下满足热舒适的要求，并降低能源消耗。与此同时，为了达到这些目的，采用不同控制策略的空调系统也应运而生，有 VAV 系统，VWV 系统，热湿独立处理系统等等。然而如果不进行合理的能耗分析，不采用合适的控制策略，采用这些系统依然不能有效达到目的。本课题来源于 2010 年 CAR- ASHRAE 空调系统设计竞赛，拟以北京某五星级酒店空调系统设计为例，采用 DeST 模拟软件对该建筑进行空调系统优化设计，同时采用 FLUENT软件对中庭气流组织进行分析以达到满足热舒适的要求
6、，同时降低能耗和系统成本。关键词 能耗分析；系统优化；气流组织分析；热舒适本科毕业论文 摘要2Air-conditioning system optimization and Atrium airflow organization analysis of a five-star Beijing hotelAbstract As people spend more time indoors, heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) systems that provide high indoor air quality and therm
7、al comfort become very important. With the soaring price of oil, it is more than any time that our society concerns about the energy consumption in our buildings, of which the HVAC systems energy consumption takes up the most proportion. In return, there come various conditioning strategies to meet
8、the demands of our society, such as VAV (Variable Air Volume) system, VWV (Variable Water Volume) system, independent control humidity and temperature system and etc. All of these bring various alternatives for us in our HVAC system design. However, without proper and precise controlling strategy, t
9、hese conditioning methods may turn out to waste energy rather than save it. This topic originated from ASHRAE 2010 student design competition. We mean to a five-star hotel in Beijing to air conditioning system design, for example.Use of the building DeST simulation software for air conditioning syst
10、em optimization design, and by using FLUENT software to analyze atrium airflow organization to meet the thermal comfort requirements. Moreover, we also need to reduce the cost and the energy consumption as much as possible.Keywords Energy analysis; system optimization; Airflow organization analysis;
11、thermal comfort本科毕业论文 正文31 已有建筑概况该建筑为北京市某五星级酒店，抗震设防烈度为 8 度，一级耐火等级，结构体系为框架筒体。地下室由布草房、初加工房、床品制服、更衣室等部分组成；一层由旅行社、财务室、美容美发、票务中心、前厅经理、自助餐厅西餐厅、总台办公室、精品商店、酒吧等部分组成；二层由豪华包厢、中餐厅等部分组成；三层由棋牌室、演艺吧、KTV、桑拿等部分组成，其中 KTV、桑拿等为二次装修定；四层由会议室、宴会厅等组成；五层由更衣、办公室、健身房、台球室、管理办公室等部分组成；六到十四层主要以酒店客房为主。该建筑类型为：甲类建筑 城市：北京(北纬=39.8，东经=
12、116.47) 气候分区：寒冷地区建筑名称：五星级酒店 建筑结构类型：框架筒体 体形系数：0.16 节能计算建筑总面积：3412 m 2 节能计算建筑面积（地上）：23831 m 2 建筑体积（地上）： 92940.9 m3节能计算建筑面积（地下）：6179 m 2 建筑体积（地下）： 26569.7 m 3节能计算总建筑面积： 30010 m 2 建筑总体积： 119510.6 m 3建筑表面积：14870.544 m 2建筑层数：地上 15 层、地下 1 层 建筑物高度：77.5 m注：建筑类别依据北京市地方标准公共建筑节能设计标准 （DBJ 01-621-2005）第3.1.31条：单幢
13、建筑面积大于 20000m2或全面设置空气调节系统的公共建筑，为甲类建筑。本科毕业论文 正文42 DeST 简介模拟技术自上世纪 60 年代应用于建筑业以来,取得了许多重要的成果,形成了若干建筑模拟软件。如有美国的 EnergyPlusES3，英国的 ESPE1，荷兰的 VA114，日本的HASP 软件等等。但近年来由于 HASP 软件本身和其开发维护机制的问题，使 HASP 不能跟上日益发展的建筑节能分析的需要，一些研究者开始把目光投向我国的建筑节能能耗模拟软件 DeST。清华大学建筑技术科学系自 80 年代开始开发具有自己鲜明特点的建筑环境设计模拟分析软件DeST(designers si
14、mulation toolkits)。DeST 可用于建筑能耗模拟和环境控制系统的设计校核,起到提高设计质量、保证设计可靠性和降低系统能源消耗的作用。目前美国 EnergyPlus 软件所用的建筑节能热模拟方法 State Space 法就由清华大学在 1982 年最早提出川。这一方法也是我国全部自主开发的建筑能耗模拟软件 DeST的核心算法。DeST 软件历经 15 年的开发推广，目前已发展为完善的建筑节能模拟分析软件系列。目前已完成针对住宅能耗分析与优化设计的 DeST-h，针对住宅能耗评估的 DeST-e，针对大型公共建筑节能设计与空调系统优化分析的 DeST-c，以及针对大型公共建筑能
15、耗评估的 DeST-ce 四个版本 2。DeST 软件可以提供建筑的冷热负荷的全年统计数据和全年逐时数据,使暖通设计能够准确的全年负荷，DeST 可用于建筑能耗模拟和环境控制系统的设计校核 ,起到提高设计质量、保证设计可靠性和降低系统能源消耗的作用。为了实现“分阶段模拟”的目标，DeST 在设计和开发中突出了自己的特点。DeST 在开发过程中融合了实际设计过程的阶段性特点，将模拟划分为建筑热特性分析、系统方案分析、空气处理方案分析、冷热源及泵站分析和风系统分析共 5 个大的阶段。在设计的不同阶段对设计目标进行可行性分析，模拟出准确实用的可行性分析结果。同样，暖通空调方案的经济性分析也必须针对暖
16、通空调系统设计由浅入深、逐步深化的这种过程，在设计的不同阶段，利用已有的信息，尽可能准确地评价拟采用的暖通空调系统的经济性，从而为优化设计、比较方案提供经济方面的依据。下面将分别简要论述建筑环境系统设计过程中的各个阶段。本科毕业论文 正文52.1 建筑热特性分析阶段 BAS在本阶段我们主要研究的是建筑物的本体，涉及的内容包括建筑的朝向设计、围护结构设计、房间功能及内扰设计等。其中围护结构的热性能是影响建筑环境状况和能耗状况的一个重要因素，因此围护结构的优化设计有着十分重要的意义。围护结构设计又包括确定建筑几何形状和窗墙比、选择建筑材料、设计遮阳部件等。DeST 根据设计者提出的不同的建筑设计方
17、案，对建筑进行全年逐时的温度模拟和采暖空调能耗计算，同时进行相应暖通空调方案的经济性分析，对不同的建筑设计方案进行分析比较，从而帮助设计人员做出最优的选择。通过建筑方案设计阶段的模拟分析，进行不同方案之间的对比，对建筑主体设计本身提出有利于建筑节能的意见同时确保其经济合理。2.2 系统方案分析阶段 Scheme在本阶段我们主要是进行分区方案及空调系统形式的设计，这是空调系统设计里至关重要的一环，该设计的优劣在极大程度上影响建筑使用时的冷热状况，以及空调系统能否满足人员热舒适的要求。目前的分区方案及空调系统形式设计还大多停留在依赖经验和简单手工计算基础上，而建筑的复杂性使得这种设计往往不能满足舒
18、适性和经济性的要求。在对建筑热状况进行全年逐时模拟的基础上，根据设计人员提出的不同设计方案，比如全空气系统或风机盘管系统，DeST 模拟出各房间全年的温度状况、不满意率及要求的空调设备出力，同时对不同系统方案的经济性作分析，使设计人员可从可行性和经济性两个方面对不同的系统设计方案进行比较。通过系统方案设计阶段的模拟分析，进行不同的系统方案之间的对比，辅助设计人员确定既能满足使用要求又经济合理的系统方案。本科毕业论文 正文62.3 空气处理方案分析阶段 AHU确定分区方案及空调系统形式后，我们应该进行空气处理设备的设计与校核了。设计人员确定一种设备组合，如热回收器+表冷器加湿器。DeST 在方案
19、设计模拟结果的基础上，对选取的设备类型及容量进行全年逐时的校核计算，给出不能够满足系统要求的时刻以及空气处理方案能耗。同时根据选取的空气处理设备，DeST 还做出相应较为准确的经济性分析，可以为用户选择节能经济的空气处理方案提供出依据。在进行方案选择之后，后续设计分成两个主要的分支：水系统的设计和风系统的设计。水系统的设计主要解决冷热源以及水泵的选型及校核。风系统的设计主要解决风网设计和风机的选型及校核。2.4 冷热源及泵站分析阶段 CPS冷冻站设计是空调系统设计的非常重要内容，冷机的容量和搭配台数对初投资和运行费的影响均很大。目前的冷冻站设计还大多停留在简单单点手工计算基础上，而建筑物使用的
20、复杂性使得这种设计往往不能满足舒适性和经济性的要求。DeST 根据空调处理设备提出的全年逐时冷热量要求，对选定的冷热源、水泵的设备类型及容量进行全年逐时的校核计算，给出不能够满足要求的时刻以及相应的冷热源和水泵的全年能耗。同时根据选取的冷热源和水泵类型、容量及运行能耗，DeST 进行更为准确的经济性分析，帮助设计者确定既能满足使用要求又经济合理的冷热源、水泵方案。2.5 风系统分析阶段 DNA根据空调系统方案模拟及空气处理设备模拟结果得到的各个房间及末端的风量需求，进行空调风系统设计计算，确定风机等设备型号，校核设计方案在全工况下是否能满足逐时的风量要求，并模拟计算全年的风机系统的运行能耗。同
21、时 DeST 进行较准确的经济性分析，帮助设计者确定既能满足使用要求又经济合理的风系统方案。上述各个不同设计阶段需要解决的问题汇总见表 2.1。本科毕业论文 正文7表 2.1 不同设计阶段的问题汇总表序号 阶段 研究对象研究手段 研究目的1建筑热特性分析阶段建筑本体（围护结构、朝向、房间功能、内扰）确定合适的建筑本体参数已达到建筑节能和经济合理2系统方案分析阶段空调系统方案（空调分区、系统类型、设备容量）确定满足使用要求、经济合理的系统方案3空调处理方案分析阶段空气处理设备（表冷器、加热器、加湿器等的组合形式，容量以及运行方式）确定满足使用要求、经济合理的空调处理方案和设备4冷热源及泵站分析阶
22、段冷热源、水泵（设备类型、台数、连接方式、设备参数）确定满足使用要求、经济合理的冷热源及水泵方案5风系统分析阶段风系统（风网的拓扑结构、压力控制方式、风机台数、设备参数）可行性分析和经济性分析确定满足使用要求、经济合理的风网及风机方案达到设计要求进行下一步设计，否则重新调整研究对象的参数建筑模拟软件 DeST 在设计的不同阶段针对不同的设计任务，进行相应的模拟分析。图 2.1 所示的为 DeST 的软件结构，它是由多个单独的模块相互连接构成的。图中的各个模块与不同设计阶段的对应如下：建筑热特性分析（BAS） 、系统方案分析（Scheme） 、空气处理方案分析（AHU ） 、冷热源及泵站分析（CPS）和风系统分析（DNA ） 。Lighting 表示室内采光计算模块，VentPlus 表示自然通风模拟模块，Medpha 表示全年逐时气象数据的气象模型，BShadow 表示建筑阴影计算模块， CABD表示图形化用户界面，EAM 表示经济性分析模块。图 2.1 DeST 的软件结构示意图
