城市地下空间需求控制通风模式的模拟仿真研究

论文摘要

本课题是“十一五”国家科技支撑计划重点项目“城市地下空间环境质量保障技术研究”（2006BAJ27B03）中专题三（城市地下空间通风空调系统和设备的研究）的一部分内容。需求控制通风（DCV）是近年来发展起来的一种通风方式,然而传感器的布置、精度、检修方面的难度,以及控制策略的可行性,都制约着它的发展。地下空间具有人员密集、恒温恒湿以及气密性的特点,应用DCV系统将可以改善室内空气品质,并大大节省新风能耗。本课题主要对上海地下商场和广州岛式屏蔽门地铁站台进行CFD模拟和Simulink仿真研究。本文建立了地下商场和岛式屏蔽门地铁站台的三维几何模型,在标准湍流k-ε模型的基础上建立了通风系统的物理模型,采用CFD模拟软件进行了稳态模拟计算,并进行了科学的分析验证,得出人员活动区CO2浓度、温度与回风管CO2浓度、温度的关系。再对地下空间污染物污染状况进行调查分析,得出氡污染在地下空间中起决定作用,应该将其作为确定基本新风量的首要因素。将CO2浓度DCV系统与温度控制的VAV系统结合,建立适合于地下空间的DCV模式,可以实现对室内空气品质、温度的控制,并且在最大限度上节省了能耗。将传感器置于回风管内,对CO2浓度、温度采用PID控制策略进行控制,利用变频无级调速连续调节风量,可以将CO2浓度偏差控制在±100ppm,温度偏差控制在±0.5℃。以节能为前提,选择动态的工况转换控制参数,可以使DCV系统具有更大的优越性。利用Simulink仿真工具建模计算,可以得到:对于地下商场,DCV系统比定风量系统全年节能22.2%,比VAV系统全年节能17.5%;对于屏蔽门地铁站台,DCV系统比定风量系统全年节能30.16%,比VAV系统全年节能8.21%。本文中建立的地下空间DCV模式兼有CO2DCV和温控VAV系统的长处,并提供了一套新的工况转换控制方案,对地下空间环境控制和能源节约有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内地下空间通风空调研究现状
• 1.2.2 国内外DCV研究现状
• 1.3 DCV工作原理和特点概述
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 可利用DCV模式的地下空间对象的确定
• 2.1 地下空间的DCV应用可行性
• 2.2 地下商场相关设计情况简介
• 2.2.1 地下商场简介
• 2.2.2 设计参数
• 2.2.3 地下商场冷负荷
• 2.2.4 地下商场的湿负荷
• 2.2.5 地下商场通风量
• 2.3 岛式屏蔽门地铁站台简介
• 2.3.1 目前地铁设计中存在的问题
• 2.3.2 屏蔽门地铁站台环控系统简介
• 2.3.3 设计参数及标准
• 2.4 屏蔽门地铁站台冷负荷
• 2.4.1 地下空间冷负荷
• 2.4.2 地下空间的湿负荷
• 2.4.3 通风量确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 地下空间环境的CFD模拟
• 3.1 场分析软件Fluent Airpak简介
• 3.1.1 Airpak软件的适用范围
• 3.1.2 Airpak软件的特点
• 3.2 地下商场的CFD模拟
• 3.2.1 地下商场几何模型的建立
• 3.2.2 边界条件的设定
• 3.2.3 计算方法与收敛原则
• 3.2.4 模拟结果与分析
• 3.2.5 模拟结果的验证
• 3.3 屏蔽门地铁站台内数值模拟
• 3.3.1 屏蔽门地铁站台模型的建立
• 3.3.2 边界条件的设定
• 3.3.3 模型假设
• 3.3.4 计算方法与收敛原则
• 3.3.5 模拟结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 地下空间基本新风量的确定
• 4.1 地下空间中的空气品质
• 2 浓度'>4.1.1 CO₂浓度
• 4.1.2 尘埃和细菌污染
• 4.1.3 甲醛
• 4.1.4 空气中总挥发性有机化合物TVOC
• 4.1.5 氡（Rn）
• 4.2 地下空间污染物控制标准
• 4.3 地下空间氡的析出
• 4.3.1 地下空间中Rn的来源
• 4.3.2 土壤表面的析氡率Es
• 4.3.3 建材表面的析氡率Em
• 4.4 地下商场基本新风量的确定
• 4.5 地铁站台基本新风量的确定
• 4.6 本章小结
• 第5章 地下空间DCV仿真模型的建立
• 5.1 Simulink软件简介
• 5.2 地下商场DCV仿真模型的建立
• 5.2.1 夏季最小新风空调工况DCV模型的建立
• 5.2.2 全新风空调工况模型的建立
• 5.2.3 过渡季全新风通风工况模型的建立
• 5.2.4 过渡季最小新风通风工况模型的建立
• 5.2.5 冬季最小新风空调工况模型的建立
• 5.2.6 工况转换模型的建立
• 5.3 定风量系统和VAV系统仿真模型的建立
• 5.4 地铁站台DCV仿真模型的建立
• 5.4.1 地铁站台空调季节DCV仿真模型的建立
• 5.4.2 地铁站台通风季节DCV仿真模型的建立
• 5.4.3 地铁站台DCV系统工况转换模型的建立
• 5.4.4 屏蔽门地铁站台定风量系统和VAV系统仿真模型的建立
• 5.5 地下空间DCV系统采用的控制方法
• 5.6 本章小结
• 第6章 地下空间DCV控制效果和能耗分析
• 6.1 地下商场DCV系统控制效果和能耗分析
• 6.1.1 仿真系统边界条件和初始条件
• 6.1.2 夏季典型日仿真情况
• 6.1.3 冬季典型日的仿真分析
• 6.1.4 过渡季仿真分析
• 6.1.5 地下商场DCV系统的全年能耗分析
• 6.2 屏蔽门地铁站台DCV系统控制效果和能耗分析
• 6.2.1 仿真系统边界条件和初始条件
• 6.2.2 空调季节仿真结果分析
• 6.2.3 通风季节仿真结果分析
• 6.2.4 岛式屏蔽门地铁站台DCV系统的全年能耗分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢