大空间飞机修理厂房分层空调的可行性分析

摘要： 本文以某大空间飞机修理厂房为研究对象，采用Airpak软件对其原始分层空调设计方案气流组织进行模拟，并对方案可行性进行评价。

关键词： 大空间；分层空调；负荷特性；气流组织；数值模拟

中图分类号：TU831.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）24-0113-03

0 引言

在建筑空调领域，高大空间建筑具有体积大、能耗高、对空调要求严格等特点，对大空间建筑物进行分层空调设计具有显著的节能效益与经济效益 [1]。再者，对于有些建筑物，由于建筑物跨度太大，采用分层空调技术尽管可以获得较好的温度分布，但在气流上很难形成好的分层，而实现这类大空间建筑室内良好的热环境并节约能源的关键是，调整或改进送风方式来获得合理的气流组织[2]。本文某大空间飞机修理厂房大厅原始空调设计方案气流组织进行了模拟研究，并对方案的可行性进行了评价。

1 研究对象介绍

论文的研究对象为某一大跨度的高大空间建筑，位于上海市某飞机修理厂厂房大厅，如下图1所示。原始设计方案要求厂房大厅设置舒适性分层空调。

1.1 厂房内热源布置

室内空调区热源主要为设备和人员，设备发热量为25W/m2，人体负荷为10W/m2，机修厂为中等劳动强度。非空调区热源主要为灯光，照明负荷为24W/m2。

1.2 厂房内热工参数

1.3 厂房空调系统原设计方案

根据要求厂房大厅设置舒适性分层空调系统，空气处理设备采用无风管远程射流机组（分回风型与新风型两种）。下部空调区域引进10%的新风。

采用文献[3]中推介的大空间分层空调负荷计算方法，得出空调区冷负荷为630.35kW，非空调区负荷强度1.88W/m3。

由机修理厂为国家机密性单位，故在原始设计资料中对部分细节做了删减，本文在模拟时对其进行一定的处理。原始资料中仅给出设备发热量为25W/m2，却未详细介绍设备类型尺寸等，由于厂房较大，本文假定次发热量全部转化为空调负荷，分两种情况对其进行处理，将设备负荷均摊到飞机上或在Airpak中将设备设成Block块，给出其热流密度。

由于本文研究的是大空间飞机修理厂房分层空调的气流组织分布，着重考虑采用原设计方案时室内空调区域的气流组织状况及飞机对空调方案的影响，从而确定将设备负荷均摊至飞机作为本文设备负荷的处理方式。尽管此种方法会导致飞机机身温度较高，但考虑到飞机在维修时设备在飞机附近对飞机必然有一定的影响，因此这种处理方法可行。

由于厂房较高，在浮升力的作用下使得在垂直方向有着很明显的温度梯度，采用分层空调一室二温模型[5]。

3 原设计方案可行性评价

由x=17m和x=49.5m截面处（图3）的温度场可以看出，厂房温度符合分层空调的温度分布特点，当对厂房上部温度无特殊要求时，采用分层空调负荷进行空调即可满足工作区的温度要求。

对比不同位置处的速度矢量图（图4）可以看出，当无飞机遮挡时，射流机组射出的气流在送到30m处的位置就开始折回，送风射流很难到达厂房中部，而当有飞机时，由机模型较大，送风射流通过机身下部时，飞机对气流有一定的节流作用，气流能够较好地到达厂房中心位置。

对比不同截面处的速度场（图5）可以看出，送风射流经过飞机下方时速度先增加后减小，速度在机身中心位置达到最大。

传统意义上的分层空调，以射流出口为分层面，送风气流将整个空间划分为空调区和非空调区两部分，既有良好的温度分层，又有很好的速度分层[6]。而对于本文原设计方案所采用的空调送风方式，在实际运行中尽管可以获得较好的温度分层，但由于厂房跨度太大，双侧送风气流很难在厂房中心位置处搭接，形成分层，因此原设计方案的空调方式并不能称为严格意义上的分层空调。但考虑到飞机对送风气流的节流作用，采用分层空调的方法进行空调仍然适用，即原设计方案对于该类特殊功能的大空间建筑物，有一定的实际意义。

4 结论

对原设计方案可行性进行分析，采用原设计方案进行空调，可以获得较好的温度分布和速度分布，但由于厂房跨度太大，双侧送风气流很难在厂房中心位置处搭接，即气流难以形成分层，该厂房在实际运行中很难做到真正意义上的分层空调。考虑到飞机对气流的节流作用，采用分层空调的方法进行空调仍然适用，即原设计方案对于该类特殊功能的大空间建筑物，有一定的实际意义。

参考文献：

[1]范存养.大空间建筑空调设计及工程实录[M].中国建筑工业出版社，2001.

[2]李晓冬等.大空间建筑侧送分层气流组织数值模拟与探讨[J].建筑热能通风空调，2004（2）：64.

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

[4]徐小虎.大空间飞机修理厂房分层空调的应用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[5]Anderson P s，Kays W M，Moffat R J.Experimental results for the transpired boundary layer in an adverse pressure gradient.J F1uid Mech.1975，69：353-375.

[6]邹月琴等.分层空调气流组织计算方法的研究[J].暖通空调，1983：1.