【IT168 案例】随着对可持续建筑的需求不断增长，工程师正在开发更加复杂多样的设计来降低负荷，提升效率和利用可再生资源。流体动力学仿真业经验证是一种功能强大、非常高效的工具，能为日益复杂和具有严苛要求的项目提供灵活的解决方案。工程公司Dar Al-Handasah广泛使用仿真开展设计流程初期的优化和验证工作。在仿真的支持下，创新性设计和节能措施得以实现，设施总体能耗成本不断下降，同时住户的舒适性保持不变或有所提升。

会议中心礼堂全尺寸3D模型

　　自1956年成立以来，Dar Al-Handasah(Shair与合作伙伴)一直在中东、亚洲和非洲的建筑项目规划、设计和实施领域居于领先地位。今天，Dar Al-Handasah已成为世界最大的工程设计公司之一。其高能效设计的典型例子是近期为沙特利雅得的Princess Noura Bint AbdulRahman女子大学设计的占地3.1万平方米的会议中心。

　　该会议中心礼堂采用地板送风(UFAD)系统，并结合常规上送风方式。礼堂包含前台和坐席区，由四层组成(地下室、地面层、中间层和楼上一层)，用一根通气管相互连接，每层都有坐席。Dar Al-Handasah负责的工作是降低HVAC系统的能耗，同时确保听众的舒适度。混合式冷却系统提供的总风量应当用于为坐席区域降温，对维护通道所在的位置只稍加考虑。通气出口的分布应进行优化，以确保24米长的礼堂中通气顺畅，同时避免空气发生热结层现象。这是一项关键性的节能措施。

　　利雅得 Princess Noura Bint AbdulRahman女子大学会议中心示意图。研究该会议中心礼堂的目的是降低耗能成本，同时保持舒适度。

　　原始设计场景(上方)和优化后设计模型(下方)的会议中心礼堂温度分布情况。

　　采用ANSYS Fluent软件进行流体动力学仿真对于优化UFAD系统至关重要，从而可最大限度地节省能源并降低能耗成本。

　　为分析拟建的系统性能，Dar Al-Handasah的工程师为该礼堂构建了一个全尺寸的三维虚拟模型，用于体现该建筑的复杂几何结构。他们为礼堂观众坐席下的902个扩散器和分布在各层上的62个天花板示流条建立了精确的模型。为实现更高精度，设计小组先对3D模型划分网格，然后对坐席区和靠近通风口的区域进行优化。随后工程师使用ANSYS Fluent求解器执行稳态仿真，以优化拟建的混合空调系统的性能，从而营造能够满足舒适要求的环境。特别是可以生成速度和温度分布情况以及空气分布情况，从而避免在热分层区域产生紊流。

　　最初，通过流体仿真表明有可能改善各层的温度分布。实际上可以观察到一楼坐席区(大约31摄氏度)和前台区(大约25摄氏度)存在较高温度，说明这些区域通风不足。设计小组在中心区域观察到非常高的温度(大约40摄氏度)，主要是通道上的设备处于高负荷状态造成的。此外中间层的坐席区冷却过度，平均温度仅有大约21摄氏度，说明可以减少给这个区域的通风量。

　　使用从初始流体动力仿真得到的结果，工程师能够对该高屋顶大厅内部的气流行为可视化，设计改良的通风参数，并在第二次仿真中加以验证。特别是第一层坐席区的通风气流有所增强，并以预设角度进入，以提升通风质量并相应地降低温度。此外设计小组还发现包厢处的侧面示流条扩散器会在热分层中诱发严重的紊流，因此工程师在设计中去除了这些扩散器。

　　为平衡通道上的设备产生的高热，使用点冷却技术将避免在上方热分层中诱发紊流。为控制来自坐席区的浮动热空气的上升运动，设计小组在阶梯的最高层加装排气扇，为通道提供回风。此外，这个排气扇还可以协助排出污染物。

　　由于能够准确预测温度舒适条件，通过设计验证实现设计优化，并降低HVAC建筑系统的能耗，流体仿真已成为支持该公司设计流程的重要工具。此外借助ANSYS业经验证、广泛且深入的先进流体动力学建模功能，该公司可轻松处理从HVAC和烟气仿真到弥散建模和泵站仿真的各种复杂问题。 Dar Al-Handasah在ANSYS中东地区渠道合作伙伴Fluid Codes有限公司的支持下，一直寻找机遇，将业界非常好的的工具运用到建筑设计中，不断改进设计质量，超越客户预期。ANSYS提供的流体动力学软件能够帮助工程师优化HVAC设计，充分满足开发高能效、可持续且合乎标准的模型的挑战。?

　　优化后的设计模型显示整个大厅的流型和速率分布情况。仿真助力设计人员达成能效目标。