חנויות קמעונאיות גדולות להתמודד עם אתגרים ייחודיים בשמירה על טמפרטורות נוחות וזרימת אוויר יעילה.עם חללים פתוחים עצומים, תקרה גבוהה, רמות דיקור משתנות, ותצוגות מוצר צפופה, השגת תנאים סביבתיים אחידים דורש יותר מאשר הכלל-של קידוד HVAC sizing. Computational Fluid Dynamics (CFD) תוכנה כגון Ansys Fluent מספקת את ה-rigor האנליטי הדרוש כדי להתאים את ההפצה האווירית בסביבות מורכבות אלה, ולבחון את דפוסי טמפרטורה, ובסופו של שיטות עיבוד אוויר, כיצד התקנים מורכבים, וסימולציות של מערכות הפעלה, ובסופו של תאים של מערכת ההפעלה, ובסופו של מערכת ההפעלה יכול בסופו של תהליך זה יכול בסופו של מכשיר זה יכול בסופו של דבר לזהות את תהליכי טמפרטורה, כדי להפחית את תהליכי טמפרטורה, כלומר, כדי להפחית את תהליכי טמפרטורה יעילה, כדי לזהות את תהליכי טמפרטורה יעילה, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לזהות את תהליכי טמפרטורה יעילה.

מדוע אווירי זרימת אוויר וטמפרטורות משנה בחללים

סביבת קניות נוחה משפיעה ישירות על זמן השהייה של הלקוח, התנהגות רכישה, ותפיסת מותג. טמפרטורות כתמים חמים ליד חלונות או רישומים ממוקמים בצורה גרועה יכולים להניע קונים משם, בעוד טיוטות קרות ליד דלתות הכניסה למנוע גלישה. Beyond נוחות, קודי בניין וסטנדרטים בתעשייה דורשים שיעורי אוורור מינימליים כדי לשמור על איכות אוויר מקורה (IAQ).

עלויות האנרגיה מייצגות הוצאה תפעולית עיקרית עבור קמעונאים.ההה, אוורור, ומיזוג אוויר (HVAC) מערכות מהוות כ-40% מכלל השימוש באנרגיה של החנות.גם שיפורים קטנים בהפצת זרימת זרימת האוויר יכולים להביא חיסכון משמעותי. לדוגמה, ביטול קיצור של אוויר ממוזג בין מצרכי מזון וגביע חוזר יכול להפחית את האנרגיה ב-15-20%, באופן דומה למנוע הפחתה באסטרטגיות של קיבולת נמוכה באזורים הנמצאים תחת פיקוח גבוהה.

שיטות עיצוב מסורתיות מסתמכות על הנחות פשוטות כגון ערבוב אחיד, אשר לעתים נדירות מחזיקים בקומות קמעונאיות גדולות עם גבהים לא סדירים, mezzaתשעים, ומכשולים תיקון. ניתוח CFD מספק נתונים נפתרים מרחבית אשר חושף את המהירות בפועל ואת שדות הטמפרטורה. רמה זו של פרטים מסייעת למנוע רטרוfits לאחר שיקום יקר ותומך בהסמכהות בנייה בר קיימא כמו LEED ו- BRMEEA.

Ansys Fluent - CFD Tool

Ansys Fluent הוא אחד מ פותרי CFD הנפוצים ביותר בתעשייה ובאקדמיה.It מעסיקה שיטה סופית כרכים לפתרון משוואות שלטוניות של זרימה נוזלית (Navier-Stokes) ו העברת אנרגיה. התוכנה יכולה להתמודד עם משטרי זרימה סוערים, הדבקה טבעית מונעת על ידי buoyancy, חום קרינה, ומין תחבורה רב-אחריות מורכבת - אשר הם בסביבות רלוונטיות.

יכולות מפתח שהופכות את פלורנט מתאים לניתוח גדול של חנות כוללים:

  • מודלים מתקדמים של זעזוע (k-epsilon, k-omega SST, ריינולדס מתח מודל) כדי ללכוד את ההשפעות של תקרה גבוהה ומטוסים מכניים.
  • קרינה המתאמת את שיטת התיאום המטושטשת (DO) כדי להסביר את רווחי החום הסולאריים באמצעות אורכי שמים או חזיתות מזוהות.
  • מודלים של מדיה פורים עבור מדפים ומכפשים שמתנגדים לזרימת אוויר מבלי לצטט במפורש כל מוצר.
  • תחבורה סקלאורה לסימול של contaminants, COFelo:0,2FLT:1 רמות, או תרכובות אורגניות תנודתיות.
  • כלי מישול אוטומטיים המייצרים תאים hexahedral באיכות גבוהה או פוליhedral עבור גיאוגרפיות מורכבות.

Ansys Fluent משלבת עם חבילות CAD באמצעות עיצובModeler או SpaceClaim, המאפשר לייבא ישיר של מודלים אדריכליים.תנאים Boundary כגון מהירויות של מהירויות של מחסנים, שערי חדירה אוויר בחוץ, ורווחי חום פנימיים מן תאורה, אלקטרוניקה, ויושבים מוגדרים עם דיוק הנדסי. סימולציה של בית גדול טיפוסי פועל על ביצועים גבוהים יכול להסתיים בשעות, בהתאם למורכבות שלי.

אימות התחזיות של CFD עם נתונים אמיתיים

למרות CFD הוא כלי רב עוצמה חיזוי, הדיוק שלו תלוי הנחות קלט ואימות נגד מדידות שדה. מהנדסים בדרך כלל לבצע הולכים דרך טמפרטורה וסקרי מהירות באמצעות מדממים אלחוטיים חמים ומדחום עולמי. מאגרי נתונים שהונחו במקומות מרובים על פני כמה ימים ללכוד וריאציות זמניות תחת תנאים חיצוניים שונים ודפוסי דיקור.זה ⁇ נתונים אמפיריים אלה מודל CFD, המבטיח תוצאות בפועל סימולציה בפועל.

שלב 1: הכנת גיאומטריה ו-Meshing

כל ניתוח CFD אמין מתחיל עם ייצוג גיאומטרי נאמן של החלל הקמעונאי.המודל חייב לכלול את המעטפה הבניין (קירות, גג, הרצפה), כל מחיצות הפנים, מכשולים גדולים (עמודות הוראה, escalators, מעליות), ציוד HVAC (יחידות טיפול אוויר, diffusers, גריל, , ריצוף), ולהציג תיקונים (gonlass, קרירים, מקררים, בדיקות, בדיקות, בדיקות, או לנטרל את התכונות האלה).

ניקוי גיאומטריה הוא לעתים קרובות הצעד המפחיד ביותר.מודלים האדריכליים מכילים לעתים קרובות פערים קטנים, משטחים חופפים, או פרטים מיותרים (למשל, מברגים על המדף) מהנדסים חייבים לפשט את התכונות האלה באמצעות פעולות תבוסתיות בחלל Claim או DesignModeler. לדוגמה, קיר של מקררים יכול להיות מיוצג כבלוק עם טמפרטורה מתמדת פני השטח ומקור כדי לדמות פעילות מפלטת, כמו גם ממתכת יכול להיות ממתכת.

מישינג ממיר את הגיאומטריה ל כרכים של שליטה דיסקרטית.יישומים של פלונט (Fluent Meshing או Ansys Meshing) תומכים tetrahedral, hexahedral, פוליhedral, ואלמנטים היברידיים.עבור חנויות קמעונאיות גדולות (10,000-100,000 mFLT:02FLT:1), פוליhedra medral מציע חיזוי טוב בין אם הם מכילים 3 פעמים לחץ דם רגיל להורדת תאים בינוניים.

רוב הבועות הנפוצות ביותר וכיצד להימנע מהם

  • (FLT:0) יחס skew:FreaLT:1) תאים מתוחים מאוד ב aisles צר גורם diffusion מספרארי. השתמש בקרות המתפתלות המקומיות כדי לשמור על היבטים מתחת 5 באזורים קריטיים.
  • (FLT:0) העלאת שכבות האינפלציה: 1FLT:1 ללא שכבות prism על קירות, חסכוניים של העברת חום מפוכחת יהיה לא מדויק.
  • (FLT:0) החלטת פונור בפתיחה של diffuser:cioFLT:1 ⁇ Vocity ליד vents אספקה הם תלולים. Refine mesh סביב diffusers לפחות 10 תאים מעבר לפתיחה.
  • (FLT:0) Coarse mesh באזור הכבוש: ⁇ 1 (האזור מקומה עד 2 מ' גובה מגדיר נוחות. השתמש בגוף עם 0.1-0.3 מ"ר תאים באזור זה.

שלב 2: קביעת תנאים ופיזיקה

תנאים דחוסים הופכים את המודל הגיאומטרי לבעיה כה מובנת.עבור סימולציה בחנות הקמעונאית, יש להגדיר את הקלטים הבאים בזהירות:

  • תנאי אספקת ה-HVAC:FLT:1ure Airflow, טמפרטורת האספקה והכיוון מכל אחד מהמשתמשים.הנתונים מגיעים מציורי עיצוב או ועדה של דוחות.אם פרטים של דיפרר אינם זמינים, מהנדסים יכולים לדגמן אותם כמהירות בכפות הרגליים עם אינטנסיביות מטרידה וטר הידראולי.
  • (FLT:0) החזרה ופתיחת ממצה: אספקת 1:1) כלי לחץ שנקבעו ללחץ סטטי חדר.
  • (FLT:0Outdoor infiltration:FLT:1 Airדליage דרך דלתות, העגבת טעינה וסדקים המעטפות.שיעורי ההסתננות מפורטים לעתים קרובות כאחוז של חילופי נפח בנייה (למשל, 0.2–0.5 ACH).
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • קרינה:0 (Solar קרינה: FLT:1 עבור חנויות עם זוהר גדול או זרמי שמים, השתמש במודל עומס השמש של פלורנט כי הוא בעל יכולת, זמן של יום, וכיסוי ענן.זה משפיע באופן משמעותי על חלוקת הטמפרטורה ליד חלונות.
  • (FLT:0) פרמטרים של קוצר רוח:FLT:1 ב אינץ ', ציין אינטנסיביות סוערת (בדרך כלל 5-10 אחוזים עבור מערכות נחנך) וגודל אורך (0.07 × הידראולי קוטר).
  • (FLT:0) תכונות אוויריות: 1FLT:1 צפיפות אסימונים, חום ספציפי, מוליכות תרמית, ואת החוזקה עבור אוויר. קירות צריך להיות ערכי U מתאימים עבור בידוד או חומרי בניין.

עבור חנויות גדולות, סימולציה של מצב יציב לעתים קרובות מספיק כדי להעריך תנאי עיצוב (קיץ או חורף) עם זאת, סימולציות transient נדרשים כדי ללמוד את ההשפעה של פתחי הדלת, שינוי דיקור, או תקופות של שעות חמות של הבוקר.המסופת הבלתי יציבה של פלורנט יכולה ללכוד תופעות אלה תלויות זמן, אבל זה דורש זמן חישובי ארוך יותר.

שלב 3: Solving the CFD Simulation

עם גיאומטריה, Mesh ותנאי גבול מוכנים, המפתר משוגר. Fluent משתמש באלגוריתם של אלגוריתם של Ig., SIMPLE, SIMPLEC או מזחלת זוג) כדי לתכנס במהירות, לחץ, טמפרטורה ומשתנה סוער. Convergence הוא מעקב על ידי ערכים של שאריות (בדרך כלל פחות מ 1-4 עבור המשכיות, 1 עבור אנרגיה) ו 1 עבור מעקב ממוצע של אנרגיה.

עבור זרמי buoyancy מונחת בכמויות גדולות עם stratification טמפרטורה, ה-Bosinesq approximation או חוק גז אידיאלי יש ליישם.מודל Bousinesq מתייחס לריאציות צפיפות כמו ליניארי בטמפרטורה והוא זול חישובי, אבל החוק האידיאלי גז מדויק יותר כאשר הבדלים טמפרטורה עולה על 30-40 מעלות צלזיוס.

גורמים מתחת לחשיפה עשויים להיות זקוקים להתאמה למניעת פיזור.לדוגמה, הפחתת הרגיעה לאנרגיה ולעומק לעתים קרובות מייצבים סימולציות עם buoyancy חזקה או העברה חום מאומצת. רצוי להתחיל עם ערכי ברירת מחדל ולהקטין אותם אם שאריות של קיפאון או oscillate.

בעיות בכוננות

אתגרים משותפים בסימולציות בחנות הקמעונאית כוללים:

  • (ב) ,0) , שטף ליד ממצה: 1:1 להגדיל את ההחלטה על פני גריל החזרה.
  • (ב) [15] חוסר יציבות בקונסטלציה: 1 (FIRLT:1 ), מעבר מתוקף קבוע לפתירת טראנס עם שלב של 1-5 שניות כדי לאפשר מבני זרימה להתפתח.
  • (FLT:0) הניחוש הראשוני: FLT:1 , ראשיתו של התחום עם שדה טמפרטורה אחיד ליד הממוצע הצפוי או להשתמש באזורים כתמים כדי להתחיל עם stratification גס.
  • (ב) תאים גדולים באזורים גבוהים: ריצוף 1:0) מקררים במקום שבו הטמפרטורה או המהירות הם תלולים.

שלב 4: תוצאות של פוסט-תוצאות

לאחר התכנסות פתרון, פלורנט מספק כלים מורכבים לעיבוד לאחר - או בתוך התוכנה או באמצעות כלים של צד שלישי כגון Ensight או ParaView. Key הדמיה לניתוח קמעונאי כוללים:

  • (FLT:0) וקטורות ומצעים: אנדרל 1 (ראה נתיבי זרימת אוויר מ diffusers, אזורי התחדשות מאחורי הריסה, וכיסים קיפאון.מהנדסים מחפשים אזורי אוויר מתים שבהם מהירויות נופלות מתחת ל-0.10 מ"מ / (סף לאיכות אוויר מקורה ונוחות ל-ASHRA 55).
  • (FLT:0) מחסנית סיור: FIRLT:1 , Horizontal מטוסים בשעה 0.1 מ', 1.1 מ' ו-1.7 מ' גובה (הופנה מהדף הקרסול, יושב וגובה מבוגר עומד) חושפים stratification.מעצבים שואפים פחות מ- 2 מעלות צלזיוס בין הקרסולל ורמת ראש בתוך האזור הכבוש.
  • (FLT:0) מדדי מאמץ: FLT:1d הצבעה (PMV) ואחוז האנשים שאינם מרוצים (PPD) ניתן לסווג באמצעות מודל הנוחות של פלורנט או באמצעות פונקציות מוגדרות למשתמש.
  • גיל האוויר (FLT:0) או זמן מגורים ממוצע: FLT:1 מציין כמה אוויר טרי נשאר בכל אזור. גבוה אוויר מתאים עם חומרנות ומבנה אפשרי.

קו מתאר של גודל המהירות בגובה 1.5 מ' עשוי להראות כי אזור החזית של החנות ליד הכניסה מקבל אוויר קר חזק מן הדלפק מעל הדלת, בעוד אזור האחסון האחורי נשאר מכווץ. על ידי התאמת אוריינטציה diffuser או הוספת קירור מקום, המהנדס יכול להציע שיפורים ממוקדים.

דוגמה: אופטימיזציה של Diffuser Placement ב-5,000 m2 Hypermarket

שקול היפרמרקט באקלים תת טרופי עם תקרה גבוהה (8 מ') העיצוב המקורי משתמש בקוביות לינאריות לאורך הקירות ארוכים.סימולציה CFD מגלה אזור טמפרטורה מרכזי בולט שטח 3-4 מעלות צלזיוס חם יותר מאשר aisles ליד הקירות.זרימת האוויר מן הקיר diffusers גורפת סביב התקרה ורד לאט, נכשל להגיע לסימולציה המרכזית כבושה גם כי הליכה קרירה של קדומים במרכז, אבל מייצרת תאורה קרת גג מקומית, אבל מתקררות.

על ידי העברת כמה מדוקדקים קרוב יותר למרכז aisles ו reorient אותם כדי לכוון אוויר למטה, ניתוח CFD צופה ירידה בטמפרטורה אנכית ⁇ מ 5 ° C עד 1.5 מעלות צלזיוס, וירידה 12% עומס קירור הכולל כי האוויר מותנה מעורבב מוקדם יותר עם השכבה העליונה החמה.זה היה מיושם בחנות האמיתית, ולאחר אימון מותאם אישית בתוך הסימולציה בתוך 0.5 מעלות צלזיוס.

היתרונות של ניתוח CFD עבור עיצוב חנות קמעונאית ומבצע

ההחזר על ההשקעה בביצוע מחקר CFD בחנות קמעונאית גדולה הוא משמעותי.יתרונות אורך עיצוב, בנייה, ושלבים תפעוליים:

  • (FLT:0) אספקת HVAC:FIRLT:1 על ידי אופטימיזציה של זרימת אוויר, מהנדסים לעתים קרובות למצוא כי גודל צונן או מטפל אווירי שצוין במקור ניתן להפחית ב 10-20%, חיסכון בעלויות ההון.
  • (FLT:0) חשבונות אנרגיה של אנרגיה: FLT:1 מערכת מאוזנת היטב רץ פחות שעות במהירויות של מעריצים נמוכים יותר. מחקרים מראים חיסכון שנתי של 15-25% בהשוואה לעיצובים שאינם מסולנים.
  • (ב) ,0) שיפור נוחות הלקוחות: כפל 1: פחות תלונות חמות או קרות להוביל לסקירות טובות יותר וזמני מגורים ארוכים יותר.
  • (FLT:0) שימור מוצר טוב יותר: 1 לחנויות מכולת, טמפרטורה אחידה מונעת מפונק ליד מקרים מחוסנים ומפחיתה את הנפיחות על תצוגות.
  • (ב) ,0) ציות והסמכת: דוחות של FLT:1rea CFD מתקבלים יותר ויותר על ידי רשויות בנייה להפגין עמידה ב- IAQ ותקני נוחות תרמיים.

כדי ללמוד עוד על יכולותיו של Ansys Fluent לבניית ניתוח, ראה את הרשמי (FLT:0 An Ansys Fluent Product pagecioFLT:1 עבור צלילה עמוקה יותר לתוך שיטות הטובות ביותר עבור זרמים פנימיים, את ה-FLT:2 Ansys בלוג על ניכוי טיפים FLT 3: 3 מספק הדרכה מעשית.

אתגרים ומגבלות של CFD ב קמעונאי

למרות כוחו, ל-CFD יש מגבלות שהמהנדסים חייבים להכיר בהן:

  • (FLT:0) הנחה:0 (Model הנחה: 1FLT:1 סימולציה סימפולנית (למשל, ייצוג מדף כמדיום ⁇ ) יכול להחמיץ השפעות מקומיות כמו מטוסי אוויר מתפתלים בין שורות מוצר.
  • (ב) עלות גבוהה:0) חישובית: 1FLT:1, חנויות גדולות עם מברשות ברזולוציה גבוהה עשויים לדרוש מספר ימים של חישוב מקביל.
  • (FLT:0) דיוק נתונים ויזואלי: תוצאות סימבוליות של 1FLT:1 הן רק טובות כמו הקלטות. וודאויות בחדירה, זוויות הפרשות של מפיץ, או לוח הזמנים של דיקור מתפשט לתוצאות.
  • (FLT:0) הגבלות המדינה: FLT:1 חנויות ריאליות לפעול בתנאים קשים (שינוי אנשים ספירה, דלתות פתיחה, מזג אוויר חיצוני משתנה) סימולציה של מדינה אחת יציבה לא יכולה ללכוד את ההתנהגות הדינמית המלאה.
  • (FLT:0) מומחיות בין-הסבר: תוצאות של FLT:1IR ניתחו על ידי מהנדס CFD מנוסה שמבין את הפיזיקה; אי-התערבות יכולה להוביל להחלטות עיצוב פגומות.

כדי להפחית את האתגרים הללו, זה תרגול נפוץ לרוץ תרחישים מרובים - קירור פשפש, עונות כתף, ריצוף לילה - וכדי לאמת לפחות תרחיש אחד נגד מדידות שדה.

כיוונים עתידיים: תאומים דיגיטליים ושילוב של בניין חכם

הגבול הבא עבור CFD בקמעונאית הוא שילוב שלה לתאומים דיגיטליים - מודלים וירטואליים דינמיים כי לעדכן באופן רציף על בסיס נתוני חיישן מן הבניין בפועל. במקום מחקר עיצוב חד פעמי, תאום דיגיטלי מבוסס CFD יכול להתאים את שיעורי האוורור ואת עמדות לחות בזמן אמת כדי לשמור על נוחות תוך צמצום השימוש באנרגיה.

שיפורים אחרים כוללים הפיכה של CFD עם כלי סימולציה אנרגיה (למשל, אנרגיה פלוס, TRNSYS) כדי ללכוד אינטראקציות בין עומסים קטנים, ביצועים ציוד HVAC, והפצת זרימת אוויר. למידת מכונה משמשת גם כדי להאיץ את מהירות הפתר, המאפשר תחזיות לטווח קצר-מציאותי ללא הפעלת CFD מלא כל דקה.

עבור רשתות קמעונאות גדולות עם מאות פריסות חנות דומות, מחקר parametric CFD יכול ליצור כללי עיצוב החלים על פני התיק. סימולציה חד-נאמנות אחת של חנות פרוטקטיבית, בשילוב עם תיקונים המבוססים על קורלציה עבור אוריינטציה, אזור אקלים, וגודל, יכול להיות בקנה מידה אמין עשרות מקומות ללא הפעלת ניתוח שלם.

מסקנה

זרימת אוויר וחלוקה טמפרטורה בחנויות גדולות קמעונאיות נקבעות על ידי שילוב מורכב של גאומטריה בניין, עיצוב מערכת HVAC, עומסי חום פנימיים, ואקלים חיצוני. Ansys Fluent מספק פלטפורמה חזקה כדי לדמות תנאים אלה עם ההחלטה הדרושה כדי לקבל החלטות הנדסיות בטוח.מנקה גיאומטריה ראשונית לתהליכים שלאחר עיבוד ואימות, CFD עוזר לעבור מעבר הנחות לאופטימיזציה של נתונים-HAC.

סלקטים מרכזיים לכל מי שבחן ניתוח CFD עבור סביבה קמעונאית כוללים: להשקיע זמן בהכנת האזור הכבוש באופן מדויק; להשתמש בתנאי גבול שמשקפים ערכים מעוצבים או מציאותיים ביותר; לאמת עם מדידות שדה; ופרש תוצאות עם הבנה של מדדי נוחות.כאשר מיושם כראוי, CFD לא רק מפחית צריכת אנרגיה וחלק ⁇ s טמפרטורה, אלא גם יוצר אווירה כי הלקוחות ממשיכים לחזור.

עבור הדרכות מפורטות יותר על הקמת מודל CFD קמעונאי ב Ansys Fluent, מתייחס ל- FLT:0; Ansys Student Resourcess Student ResourcesveFLT:1 דף.מחקרים של מקרה מעשי מן המגזר המכולת ניתן למצוא ב-FLT:2CIBSE JournalFLT 3: AS Building Performance Stick, CFD יהפכו לחלק חיוני של כלי העיצוב הקמעונאי.