CN102033992A - 一种空调室内机安装位置计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调室内机安装位置计算方法，包括以下步骤：1、建立空调器室内机工作区模型；2、分别将各种工作区模型的生成文件进行网格划分，并把生成的网格文件导入CFD软件；3、设定运算所需要的模型参数以及变量参数；4、对各工作区模型任意设置至少一个截面，并选取计算点，计算出所述计算点的温度值和风速值；5、计算出各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数。采用本发明的空调器室内机安装位置计算方法，可以方便地计算出空调器不同安装位置下的性能参数，以指导安装人员迅速地确定出空调器的最优安装位置，操作简单。

Description

一种空调室内机安装位置计算方法

技术领域

本发明涉及空调器安装技术领域，具体地说，是涉及一种空调器室内机安装位置计算方法。

背景技术

目前壁挂式空调器室内机的安装位置一般按照安装说明书上的安装要求确定，即空调器室内机与外墙和屋顶的距离不得小于150mm等。然而安装说明书给出的只是空调器安装位置距离墙壁最基本的下限，在实际应用中空调器的送风效果会受到房间尺寸、室内物品摆放、以及安装位置等外在因素的影响。因此，在多数情况下无法确定出空调器的较优安装位置，进而导致工作区温度分布不均匀以及速度不均匀，降低了空调器的使用效能。

基于此，如何研发一种空调器室内机安装位置的计算确定方法，以方便地计算出空调器不同安装位置下的性能参数，是本发明需要解决的一项主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空调器室内机安装位置计算方法，以计算出空调器在不同安装位置下的性能参数。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种空调器室内机安装位置计算方法，包括以下步骤：

(1)、利用建模软件建立空调器室内机不同安装位置下的工作区模型，所述工作区模型至少由空调器室内机以及房间的房顶、地板、四周墙壁围成；

(2)、分别将各种工作区模型的生成文件导入GAMBIT软件包，进行网格划分，并把网格划分后生成的网格文件导入CFD软件；

(3)、在CFD软件中设定运算所需要的模型参数以及变量参数；其中，所述模型参数包括内流场的湍流模型参数，变量参数包括压力、动量、能量、k-方程、ε-方程、非稳态公式、扩散项变量参数、入口边界、出口边界以及壁面边界；

(4)、在CFD软件中，对各工作区模型任意设置至少一个截面，并在所述各截面选取计算点，通过CFD软件计算出所述计算点的温度值和风速值，将所述的温度值和风速值生成.dat文件；

(5)、利用计算点的温度值和风速值计算出各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数。各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数即评估空调器不同安装位置下的性能参数，安装人员通过比对不同安装位置下各性能参数便可以判断出最优的安装位置。

进一步的，还包括步骤(6)，比对各工作区模型中同一位置截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数，查找出各截面温度不均匀系数和速度不均匀系数均比较小的工作区模型，确定最终空调器室内机安装位置。

进一步的，在所述步骤(1)中，当房间中包括家具时，所述的工作区模型由空调器室内机以及房间的房顶、地板、四周墙壁以及家具围成。

优选的，在所述步骤(1)中，所述的建模软件为PROE软件。

进一步的，所述生成文件为STEP文件，所述网格文件为*.msh文件。

优选的，在所述步骤(3)中，所述内流场的湍流模型采用标准k-ε模型。

又进一步的，在所述步骤(3)中还包括对所述的动量、能量、k-方程和ε-方程进行离散求解的步骤，离散方法采用二阶迎风格式。

优选的，在所述步骤(3)中，所述的压力参数设置为标准大气压值。

再进一步的，在所述步骤(3)中，所述的非稳态公式设为一阶稳式。

优选的，为了方便查找计算点，所述的计算点为各截面所有网格的中心点。

更进一步的，在所述步骤(5)中，还包括将所述的.dat文件导入excel表格中的步骤，利用excel表格计算各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数。

再进一步的，反应室内的气流组织效果，在所述步骤(5)中，还包括计算空气分布特性指标的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的一种空调器室内机安装位置计算方法，可以方便地计算出空调器不同安装位置下的性能参数，以指导安装人员迅速地确定出空调器的最优安装位置，操作简单。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的一种空调器室内机工作区模型；

图2是图1中空调器室内机工作区模型的又一标注图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，参见图1、图2所示，为本实施例利用三维建模软件建立的空调器室内机工作区模型，其中包括空调器室内机1，房间的房顶2，地板3，以及四面墙壁，房间的长L，宽W，高H，本实施例中采用具有代表性的房间尺寸：L＝4m，W＝4m，H＝2.9m，所述的空调器室内机1与房顶2的距离为d，所述的空调器室内机1与墙壁4的距离为b。空调器室内机1的出风口1-2等效为750mm×56mm，空调器室内机1的回风口1-1等效为750mm×200mm，为了使空调器室内机工作区模型具有代表性，其中在墙壁4上设置有窗4-1，尺寸为1.6m×1.2m，窗4-1位于所在墙壁水平居中位置，其底端距离地面的高度a为1m。在与窗4-1对面的墙壁8上设置有房门8-1，房门8-1的尺寸为1m×1.9m。当房间中不包含其他家具时，工作区模型采用上述方法建立，当工作区中包含家具时，为了清楚的说明本实施例，模型中家具的布置进行合理简化，其中还包括一个床6，床头柜5，和衣橱7，所述的床6与空调器室内机1对面的墙壁相紧贴，床头柜5与床6的一端相紧贴，衣橱7设置在床6的另外一端，所述的衣橱7和床6之间相隔0.9m，所述的床6的尺寸为2m×1.8m×0.7m，所述的床头柜5的尺寸为0.6m×0.6m×0.7m，所述的衣橱7的尺寸为1.6m×0.7m×1.9m，因此，本实施例的空调器室内机工作区模型是由空调器室内机1，房间的房顶2，地板3，四面墙壁，以及床6，床头柜5，衣橱7所围成。

通过调整b值或者d值即表示空调器室内机1的不同安装位置，使用建模软件便可以建成不同的空调器室内机安装位置下的工作区模型。本实施例采用PROE软件进行建模，所述PROE软件的操作平台为计算机。由于使用安装说明书上要求空调器室内机1距外墙和房顶2的距离不得小于150mm，首先设置d为150mm，b分别定为：

	b(mm)	d(mm)
			模型一	300	150
模型二	450	150
			模型三	600	150
模型四	750	150
			模型五	900	150
模型六	1050	150
			模型七	1050	250
模型八	1050	350
			模型九	1050	450

表一

建模完成后生成STEP文件，分别将各种模型生成的STEP文件导入GAMBIT软件包，进行网格划分，划分网格完成后生成*.msh文件，把所述的*.msh文件导入CFD软件。

在CFD软件中设定运算所需要的模型参数以及变量参数，其中，所述模型参数包括内流场的湍流模型参数，k-ε模型在工业流场和热交换模拟中有较广泛的应用，而且效果较好，因此本实施例中采用标准k-ε模型作为湍流模型。

所述的变量参数包括压力、动量、能量、k-方程、ε-方程、非稳态公式以及扩散项变量参数，对所述的动量、能量、k-方程和ε-方程进行离散求解，为了使离散精度更高，离散方法优选采用二阶迎风格式，所述的压力参数设置为标准大气压值。

入口边界即为空调器的出风口1-2，速度取为4m/s，垂直于出风口1-2所在的斜面，送风温度取为20℃。

出口即为空调器的回风口1-1，其边界定义为压力出口，其表面压力为-500Pa，温度为300.15K，采用紊流强度和水力学直径来定义紊流，紊流强度取1％，回风口为矩形风口。

由于模型中所有的固体壁面为非滑移壁面，因此将其定为热流密度边界条件。

此外，所述的非稳态公式设为一阶稳式，扩散项采用二阶中心差分。

在CFD软件中，对各工作区模型任意设置至少一个截面，并在所述截面选取计算点，本实施例选取的截面如下：

II截面：床6上方0.05m的水平截面，III截面：床6上方0.70m的水平截面；IV截面：床6上方1m的水平截面；V截面：与空调器室内机1所在墙壁平行，且经过床中间。

由于在进行网格划分时，每个截面都被划分为若干网格，为了方便计算点的选取，以及使计算更加规整，所述的计算点优选采用截面上所有网格的中心点，因此计算点的个数与截面上网格的个数相等。

利用CFD软件计算出所述计算点处的温度值和风速值，并将所述的温度值和风速值生成.dat文件。

为了反应室内的气流组织效果，用工作区温度和速度的分布均匀程度来评价，分别使用下列两个指标：(1)温度不均匀系数K^t，(2)速度不均匀系数K^u，计算方法如下：

假设截面有n个计算点，这n个计算点分别对应一个温度值和风速值，所述的温度值和风速值分别用t_i和u_i表示，其中i＝1，2，3...n。

温度和风速的算术平均值为：

$\stackrel{\‾}{t}=\frac{\mathrm{\Σ}{t}_i}{n};$

$\stackrel{\‾}{u}=\frac{\mathrm{\Σ}{u}_i}{n}$

由此可得，工作区内空气温度和风速的均方根偏差为：

${\mathrm{\σ}}_t=\sqrt{{\frac{\mathrm{\Σ}(\stackrel{\‾}{t}-t_i)}{n}}^2};$

${\mathrm{\σ}}_u=\sqrt{{\frac{\mathrm{\Σ}(\stackrel{\‾}{u}-u_i)}{n}}^2}$

其中，温度的单位为K；风速的单位为m/s；

为所有点温度的算术平均值；

为所有点风速的算术平均值。

温度和速度的均方根偏差σ_t、σ_u与平均温度

和平均风速

的比值，即为温度不均匀系数K_t和速度不均匀系数K_u：

$K_t=\frac{{\mathrm{\σ}}_t}{\stackrel{\‾}{t}};$

$K_u=\frac{{\mathrm{\σ}}_u}{\stackrel{\‾}{u}}$

因此，温度不均匀系数K_t和速度不均匀系数K_u越小，说明气流分布的均匀性越好。

本实施例中采用excel表格自带的功能计算温度不均匀系数K_t和速度不均匀系数K_u，因此，需要将所述的.dat文件导入excel表格中，分别计算出各截面的温度不均匀系数K_t和速度不均匀系数K_u。

Ku

II截面

III截面

IV截面

V截面

模型一	1.198	1.104	1.125	0.895
					模型二	1.171	1.014	1.121	0.788
模型三	1.050	1.023	1.055	0.537
					模型四	1.061	0.946	0.980	0.547
模型五	1.082	0.975	1.054	0.578

表二

表二为模型一至五各截面的速度不均匀系数K_u，从表二中可以看出，设置空调器室内机1与墙壁4的距离b＝1050mm保持不变，当d＝300mm时(模型一)，四个截面的速度不均匀系数都较大。因为这个安装位置时，速度较大的区域靠近墙壁4，而墙壁8附近气流扰动较小，因此选取的四个截面差异较大，速度不均匀系数偏大。当b＝750mm时(模型四)，III和IV截面的速度不均匀系数最低，II和V截面在d＝600mm时速度不均匀系数最低，d＝750mm时次之，但相差不大。所以综合来说，空调器室内机1离房顶2的距离d保持不变，与墙壁4的距离为750mm时，此模型中所截取的四个截面的速度不均匀系数较低，即工作区内速度较均匀。

Kt	II截面	III截面	IV截面	V截面
					模型一	0.0028	0.0024	0.0024	0.0017
模型二	0.0038	0.0026	0.0028	0.0021
					模型三	0.0049	0.0032	0.0034	0.0028
模型四	0.0045	0.0028	0.0030	0.0019
					模型五	0.0039	0.0027	0.0029	0.0021

表三

表三为模型一至五各截面的温度不均匀系数K_t，从表三中可以看出，温度不均匀系数K_t的值整体较低，模型四在截面V的温度不均匀系数最小，在其他各截面不是最低，但差值较小，因此综合考虑到模型四的速度不均匀系数较小，所以空调器室内机1与墙壁4的距离为750mm时较优。

Ku	II截面	III截面	IV截面	V截面
					模型六	1.113	0.979	1.080	0.580

模型七	1.083	1.024	1.110	0.576
					模型八	1.013	0.972	1.021	0.620
模型九	1.039	0.974	1.104	0.596

表四

表四为模型六至九各截面的速度不均匀系数K_u，从表四中可以看出，设置空调器室内机1与墙壁4的距离b＝1050mm保持不变，当d＝350mm时(模型八)，对于I、II、III和IV截面，速度不均匀系数最小，而对于截面V速度不均匀系数最大，为0.620，但通过查看模型六、七、八、九所对应的V截面上平均速度分别为0.118、0.11、0.141和0.124(m/s)，均小于“采暖通风与空气调节设计规范”中对舒适性空调风速的限定值——0.3m/s。V截面远离主要涡流区，应避免形成气流停滞区。虽然d＝350mm时V截面的速度不均匀系数稍大，但是能保证房间离空调器室内机1较远部分的速度。所以综合考虑，离顶350mm的安装位置速度均匀性较好。

Kt	II截面	III截面	IV截面	V截面
					模型六	0.0043	0.0028	0.0030	0.0020
模型七	0.0042	0.0032	0.0036	0.0024
					模型八	0.0045	0.0031	0.0032	0.0020
模型九	0.0045	0.0037	0.0037	0.0024

表五

表五为模型六至九各截面的温度不均匀系数K_t，从表五中可以看出，温度不均匀系数K_t的值整体较低，模型八在截面V的温度不均匀系数最小，在其他各截面不是最低，但差值较小，因此综合考虑到模型八的速度不均匀系数最优，所以空调器室内机1与房顶2的距离为350mm时较优。

空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)将空气温度、气流速度与人的舒适感三者联系起来，综合评估空调器室内机安装位置，本实施例还包括计算空气分布特性指标的步骤。

(1)首先，计算有效抽风温差

θ＝(t_x-t_r)-a(v_x-v_r)

其中，t_x为计算点温度值；t_r为温度期望值；v_x为计算点风速值；a为气流和温度混合效果的转换系数，通常a＝7.66；v_r为风速期望值，由平均空气温度和推荐值确定，一般取为0.15m/s。

据经验值及相关资料显示，当有效抽风温差θ为-1.7≤θ≤1.1时，表明室内有较好的气流组织分布。

(2)空气分布特性指标ADPI

将工作区中计算点总数中有效温度差的点数θ为-1.7≤θ≤1.1所占的百分数定义为空气分布特性指标ADPI，即：

若ADPI＝100％，表示全体人员都感到舒适；当ADPI达到80％以上，即可认为是气流组织效果满意；当ADPI≤80％，则气流组织效果不令人满意。

由于温度场受速度场影响，无论制冷制热，只要空气的流动形式合理，就能达到所预期的制冷、制热效果。速度场的计算涉及到的边界条件少而明确，速度场计算较准确，所以本实施例主要分析了速度场，计算速度不均匀系数，对温度计算值仅作相对比较，未将ADPI指标计算具体到每个面。

以下分别对II截面和V截面的气流分布性能指标ADPI进行计算，结果如下：

II截面	模型六	模型七	模型八	模型九
					ADPI指标	80.4％	80.6％	80.6％	76.7％

表六

由表六可知，模型七和模型八在II平面的ADPI指标最高，都为80.6％，因此模型八在II截面具有较好的气流组织特性。

V截面	模型六	模型七	模型八	模型九
					ADPI指标	91.5％	93.2％	94.1％	91.0％

表七

由表七可知，从数值上来看，模型六至九在V平面的ADPI指标都＞80％，均达到了令人感到舒适的气流组织效果，而模型八的ADPI值尤其最高。综合模型八在II和V截面的ADPI指标都较其它三个位置高，说明模型八气流组织较好。

综上所述，空调器室内机1与墙壁4的距离b＝750mm、与房顶2的距离d＝350mm时，工作区各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数均较低，而且具有较好的气流组织特性，确定为最终空调器室内机安装位置。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、利用建模软件建立空调器室内机不同安装位置下的工作区模型，所述工作区模型至少由空调器室内机以及房间的房顶、地板、四周墙壁围成；

(2)、分别将各种工作区模型的生成文件导入GAMBIT软件包，进行网格划分，并把网格划分后生成的网格文件导入CFD软件；

(3)、在CFD软件中设定运算所需要的模型参数以及变量参数；其中，所述模型参数包括内流场的湍流模型参数，变量参数包括压力、动量、能量、k-方程、ε-方程、非稳态公式、扩散项变量参数、入口边界、出口边界以及壁面边界；

(4)、在CFD软件中，对各种工作区模型任意设置至少一个截面，并在所述截面选取计算点，通过CFD软件计算出所述计算点的温度值和风速值，将所述的温度值和风速值生成.dat文件；

(5)、利用计算点的温度值和风速值计算出各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数。

2.根据权利要求1所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：还包括步骤(6)，比对各种工作区模型中同一位置截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数，查找出各截面温度不均匀系数和速度不均匀系数均较小的工作区模型，以确定出最终空调器室内机安装位置。

3.根据权利要求1或2所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，当房间中包括家具时，所述的工作区模型由空调器室内机以及房间的房顶、地板、四周墙壁以及家具围成。

4.根据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述的建模软件为PROE软件。

5.根据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述生成文件为STEP文件，所述网格文件为*.msh文件。

6.根据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所述内流场的湍流模型采用标准k-ε模型。

7.根据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(3)中还包括对所述的动量、能量、k-方程和ε-方程进行离散求解的步骤，离散方法采用二阶迎风格式，所述的压力参数设置为标准大气压值。

8.据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所述的非稳态公式设为一阶稳式。

9.据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述的计算点为各截面所有网格的中心点。

10.据权利要求3所述的空调室内机安装位置计算方法，其特征在于：在所述步骤(5)中，还包括将所述的.dat文件导入excel表格中的步骤，利用excel表格计算各截面的温度不均匀系数和速度不均匀系数，以及还包括计算空气分布特性指标的步骤。