通過使用計算流體動力學(xué)(CFD)能夠使工程師迅速查看流動發(fā)生的任何區(qū)域的流速，密度，熱影響和化學(xué)濃度，能夠使工程師通過CFD分析出某區(qū)域問題并提出最佳解決方案。

CFD是近代流體力學(xué)，數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強大生命力的交叉科學(xué)。它以電子計算機為工具，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學(xué)方法，對流體力學(xué)的各類問題進行數(shù)值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。

盡管建筑行業(yè)使用CFD進行暖通空調(diào)系統(tǒng)的分析和設(shè)計優(yōu)化，事實上，對于一些企業(yè)、組織、個人在其實踐中并沒有充分利用它，可能是由于項目成本，不可靠性以及其他一些限制。在本文中，我們將探討其使用的一些關(guān)鍵優(yōu)勢，并評估當前CFD工具如何解決此類問題。

為什么使用CFD?

工程師設(shè)計暖通空調(diào)系統(tǒng)面臨的一個持續(xù)的滿足可持續(xù)性和能源效率目標的挑戰(zhàn)，同時保證舒適、安全的環(huán)境，以合理的成本。

傳統(tǒng)的設(shè)計方法，包括使用手工計算的方式，這需要很多簡化的假設(shè)，并最終限制了計算的準確性。

將CFD模擬納入設(shè)計過程能夠為項目提供一定程度上的保證，使復(fù)雜的設(shè)計在最終開始建設(shè)之前，通過計算機模型為其作出模擬測試，通過模擬分析項目在設(shè)計上的缺陷與不足。由于通過CFD可以精確模擬設(shè)計最終場景，計算結(jié)果通過更為直接的方式顯示出來。

越來越多的工程師正在轉(zhuǎn)向使用CFD來計算氣流模式與空間溫度，基于完整的三維幾何結(jié)構(gòu)和較少的假設(shè)，從而提高CFD的精確度。

在HVAC設(shè)計中使用CFD最顯著的優(yōu)勢之一就是能夠模擬流體流動并分析HVAC性能，而無需實際安裝HVAC系統(tǒng)甚至建立原型。 這可以確定和設(shè)計重大問題和解決方案，以提高建筑物的整體HVAC性能。

由于HVAC / IAQ技術(shù)的重大進展，需要更廣泛和更詳細的關(guān)于被占領(lǐng)區(qū)域內(nèi)的流動的信息，并且CFD技術(shù)比任何其他方法(例如實驗或理論方法)更好地滿足該要求。

HVAC是Heating, Ventilation and Air Conditioning 的英文縮寫，就是供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)。 既代表上述內(nèi)容的學(xué)科和技術(shù)，也代表上述學(xué)科和技術(shù)所涉及到的行業(yè)和產(chǎn)業(yè)。 HVAC又指一門應(yīng)用學(xué)科，它在世界建筑設(shè)計和工程以及制造業(yè)有廣泛的影響，各國都有HVAC協(xié)會，中國建筑學(xué)會暖通分會即中國的官方代表機構(gòu)。傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)是其基本理論基礎(chǔ)，它的研究和發(fā)展方向是為人類提供更加舒適的工作和生活環(huán)境。

增加人員使用的舒適度是空調(diào)系統(tǒng)的一個核心目標，以及空調(diào)系統(tǒng)中其他重要的細節(jié)，例如：空調(diào)系統(tǒng)的安裝位置、進回風(fēng)口的排布，溫度、空氣流量等都通過CFD進行優(yōu)化與驗證。

一旦設(shè)計變更，將修改參數(shù)放入CFD就可以進行進一步的仿真。 另外，任何發(fā)生故障的HVAC系統(tǒng)都可以通過CFD系統(tǒng)，將更好的改善HVAC系統(tǒng)作為最終目標。

實踐中的HVAC CFD分析實例：

·工業(yè)通風(fēng)設(shè)計

·游泳池通風(fēng)

·一般房間模擬

·一般辦公室和倉庫模擬

·通風(fēng)柜設(shè)計

·在吸煙室里有效的排煙

·數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器機房的熱評估

·煙霧和火焰?zhèn)鞑ツM以及在居住建筑中實施消防安全

當CFD為非標準系統(tǒng)(如體育場，大型中庭，音樂廳，自然通風(fēng)系統(tǒng)，排煙通風(fēng)等)設(shè)計HVAC系統(tǒng)時，CFD被廣泛使用，其中大多數(shù)系統(tǒng)在不使用CFD的情況下無法精確設(shè)計。

常見的誤解與限制

限制使用CFD的原因主要是由于CFD建模時間長，昂貴的軟件費用，以及對使用人員有一定的要求。新一代的基于云的軟件正在克服這些挑戰(zhàn)，使工程師能夠按需使用傳統(tǒng)CFD工具，降低所花時間與成本的，從云端獲取領(lǐng)先的CFD功能。

成本：許多暖通空調(diào)工程師常常誤解，感覺使用費用昂貴，無法證明其使用價值，特別是需要昂貴的軟件許可。 近年來，許多暖通空調(diào)工程師已經(jīng)發(fā)出了努力尋找經(jīng)濟實惠的CFD工具，許多軟件開發(fā)人員已經(jīng)努力應(yīng)對這些要求。

隨著基于云計算的按需CFD工具的推出，不再需要昂貴的軟件許可證，工程師可以根據(jù)需要為軟件付費。 此外，當使用CFD進行HVAC設(shè)計時，節(jié)省了大量成本，因為幾乎不需要進行物理修改。

工作量變化：在工程師的工作量變化的情況下，個人和組織對投資CFD工具的理由提出質(zhì)疑。 隨需應(yīng)變的基于云計算的CFD軟件包使這些工程師能夠根據(jù)工作負載進行升級和降級。 這也使工程師可以選擇在其客戶范圍內(nèi)包含差價合約軟件，并在合同簽訂時支付他們所需的費用。

信心，培訓(xùn)和時間：與其他行業(yè)一樣，老習(xí)慣也很難實現(xiàn)，一些暖通空調(diào)工程師不愿將CFD完全納入設(shè)計實踐中。 對于一些工程師來說，通過減少真實世界測試結(jié)果的信心已經(jīng)成為一個問題，而這也與用戶培訓(xùn)和知識水平相關(guān)。 軟件開發(fā)人員將精力集中在生成最重要準確的代碼上，仿真的速度是次要因素。 建模和建立時間大大縮短，工作流程也得到了簡化。

不可否認，CFD在HVACF領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)展現(xiàn)出多樣化、安全性以及更多的可能性。

總結(jié)

毫無疑問，時代已經(jīng)發(fā)生了變化，價格合理的、基于云服務(wù)的工具正在改變著HVAC工程師對CFD的看法。

云中的CFD工具可以減少實現(xiàn)熱舒適所需的時間和成本，最大限度地減少能源消耗，并通過提供洞察力清除污染物。 這些見解包括不同設(shè)計方案的舒適度預(yù)測，以及設(shè)計過程早期對不同“假設(shè)”場景的快速評估。

用戶現(xiàn)在可以在更短的時間內(nèi)以更低的成本優(yōu)化HVAC設(shè)計，所以Aberdeen Group的研究結(jié)果并不奇怪，因為它發(fā)現(xiàn)設(shè)計工程師為最佳企業(yè) 使用CFD作出設(shè)計權(quán)衡決定的可能性比行業(yè)平均值高15%。

CFD能夠在設(shè)計暖通空調(diào)系統(tǒng)方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用，而且憑借如此明顯的優(yōu)勢，現(xiàn)在可能是改變觀念和克服長期觀點的問題，而不是證明其在這個領(lǐng)域的適用性。