080 高层住宅中庭内混合通风影响因子及其气流特性研究

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1、高层住宅中庭内混合通风影响因子及其气流特性研究湖南大学土木工程学院侯素娟李念平张敏慧李靖何东岳摘要：中庭，俗称为“天井”，因其良好的通风特性及结构特征被广泛应用于各建筑中。高层住宅建筑内中庭因其独有特性，各国学者就其自然通风、热舒适、火灾气流、采光、能耗等方面进行了深入的研究，而混合通风因其理论的复杂性少有研究。本文针对高层住宅中庭内混合通风的影响因子（热源分布、风机位置、风机风量）进行正交分析，同时对混合通风下中庭内部的气流特性进行研究。结果表明，混合通风能有效增加中庭空间的排风量，对中庭排风量影响最大的是顶部风机，其次是内窗风机，二者之间又存在交互作用。此外，安装内窗风机使得中庭相应位置处

2、的温度有一定程度的升高，而顶部风机能降低中庭内的温度，中庭内风速随着建筑高度逐渐增加，内窗风机作用时中庭内风速有一定的波动。关键词：中庭高层住宅建筑混合通风正交分析气流特性1.引言中庭，俗称为“天井”，是一个古老的概念。在国外，最早的中庭诞生于地中海和中东地区的伊斯兰建筑[1]，在国内，中庭的布局最早见于西周的宫殿（宗庙）建筑（公元前1000年前后）[2]，是中国古代建筑文化特征之一。随着现代科学技术的发展以及土地资源的紧缺，高层住宅建筑逐渐盛行，而重“私密空间”轻“公共空间”，重“建筑”轻“自然”，重“纯粹居住”轻“城市生活”等缺陷[3]使得中庭出现于高层住宅建筑结构中，并区别于公共建筑的中

3、庭结构：面积小，高度高，内空，无顶，主要用于通风换气。针对高层住宅建筑中庭结构特性，国内外学者对其内部及其周围住户空间的自然通风、热舒适、采光等方面做了深入的研究[4-9]，此外，重庆大学的林国真、刘方等[10-12]特别针对中庭空间的火灾烟羽流特性以及能耗方面做了研究。而混合通风由于其理论的不完善以及复杂性，少有研究。混合通风（HybridVentilation）包括自然通风和机械通风。混合通风是一种节能型的通风模式，通过自然通风和机械通风的相互转换或同时使用来实现。本文特指在热压通风的基础上辅以风机排风的混合通风模式。为了研究高层住宅建筑中庭空间内部混合通风的影响因子及其气流特性，选择影响

4、高层住宅建筑中庭内混合通风的几个因子（热源分布、风机位置、风量大小等）进行正交设计[13]并分析混合通风下中庭内部的气流特性。2.正交设计a)平面图b)A-A剖面图c)三维图图1模型平面图、剖面图及三维视图（单位：m）本文设定安装于中庭出口处的风机为顶部风机，一个，排风量为0或24m3/s两个水平，安装于热源房间连接中庭窗口处的风机为内窗风机，一个，排风量为0或5m3/s两个水平，考虑到横断气流对中庭垂直气流的阻断作用，内窗风机的安装位置分别位于建筑的第5层或第9层，模型如图1所示。而对于热源的分布，考虑到内窗风机安装于建筑的单侧，因此，热源呈不对称分布，建筑总发热量不变，采取集中分布和分散分

5、布形式（表1），正交设计参考物理量为中庭的排风量V（m3/s），采用基于Fluent开发的Airpak软件模拟计算得到。表1热源分布形式模拟工况加热楼层特征描述case11-6单侧集中分布case21-3，15-17两侧中、下集中分布case35-7，18-20两侧中、上集中分布case41-3，18-20两侧上、下集中分布case51，2，15，16，9，10两侧分散分布case61，2，5，6，19，20两侧分散分布2.1热源不对称集中分布表2热源不对称集中分布正交设计表（风量：m3/s）处理数模拟工况（A）顶部风机风量(B)内窗风机风量(C)内窗风机安装位置(D)排风量(V)1case1

6、（1）0（1）0（1）中（1）17.212case1（1）24（2）5（2）上（2）22.953case2（2）0（1）0（1）上（2）17.624case2（2）24（2）5（2）中（1）22.855case3（3）0（1）5（2）中（1）19.36case3（3）24（2）0（1）上（2）22.57case4（4）0（1）5（2）上（2）19.58case4（4）24（2）0（1）中（1）22.78T1，j40.1640.4741.842.28T2，j73.6391.08T3，j80.1184.6T4，j82.1484.57y1，j20.0820.2420.921.14y2，j18.412

7、2.77y3，j20.0321.15y4，j20.5421.14当热源不对称集中分布时，选择L8（4×23）正交表。其模拟计算结果见表2，正交分析结果见图2。从表2可以看出，同时加入顶部风机和内窗风机的中庭排风量最大，从图2的正交分析可知，对中庭排风量影响最大的是顶部风机，其次是内窗风机，热源分布次之，而内窗风机的安装位置影响较其他三个因子最小。图2正交分析结果2.2热源不对称分散分布表3热源不对