具有上部侧墙开口和顶部开口的大空间建筑室内热环境特性的比较

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1、UploadByYelkyhttp://www.yelky.net具有上部侧墙开口和顶部开口的大空间建筑室内热环境特性的比较王昕黄晨黄武刚杨建刚摘要：采用CFD数值模拟和现场实测的前期研究成果，针对具有上部侧墙开口和屋顶顶部开口两种上部开口形式的大空间建筑，使用PHOENICS数值模拟软件模拟了室内采用分层空调时各不同喷口高度、上部开口面积及其高度、下部开口面积等几何结构参数，以及室内负荷、上部开口背压、上部开口进风速度等运行参数多种组合工况下的室内热环境，讨论和分析了这两种上部开口形式工况下垂直温度分布、空调区平均温度、上部开口排风温度、上部开口排风

2、量及室内排热量的差别。关键词：大空间建筑室内热环境数值模拟上部侧墙开口屋顶顶部开口9UploadByYelkyhttp://www.yelky.netUploadByYelkyhttp://www.yelky.net1引言几乎所有大空间建筑因通风和结构的要求上部均设有开口。上部开口大致有上部侧墙开口和屋顶顶部开口两种形式。采用分层空调时，上部开口的形式和位置的不同对空调能耗和室内热环境特性的影响亦不尽相同，且差别较明显。从全年变化的室外气温看，除了冬季上部开口排风会增加室内负荷外，夏季或多或少地可以利用上部开口处的高温排风带走室内部分负荷，过渡季节则可

3、关闭空调系统仅靠自然通风排走室内负荷，因此研究大空间建筑分层空调时上部开口等诸因素对室内热环境特性的影响尤为重要。本文在开发和应用数值模拟预测大空间建筑室内温度场和速度场的研究基础上[1]~[3]，选用目前比较典型的侧喷送风方式，并将具有上部侧墙开口或具有顶部开口两种不同上部开口形式的大空间建筑作为研究对象，以夏季现场实测工况为分析基础[4]，重点讨论了这两种不同上部开口形式在不同工况下分层空调时的室内热环境特性的区别。其中在顶部开口的工况模拟中部分借用了侧墙开口工况的实测结果。2计算条件2.1建筑模型图1为数值模拟用某体育9UploadByYelky

4、http://www.yelky.netUploadByYelkyhttp://www.yelky.net馆简化模型。建筑柱型部分直径68m，高18m，屋顶呈扁球体，净高为8m，左右两侧为阶梯型观众席，室内采用中侧送风，由38个喷口组成环形对中喷射，其中28个短程喷口倾斜12°布置，负责观众席空调，10个长程喷口水平布置，负责场内中央的空调。回风采用以台阶均匀回风为主、侧墙回风为辅的方式。模拟主要基础参数见表1夏季游乐活动实测日工况[4]。上部开口形式分别模拟为上部侧墙开口或屋顶顶部开口。工作区入室大门及渗透缝隙则模拟为下部开口。2.2数学模

5、型及其边界条件表1夏季现场实测日工况送风量：34.57kg/s回风量：31.31kg/s送风温度：16.5℃室外气温：36.5℃环形外走廊平均温度:32℃下开口进风温度：28℃日射量：767W/m2人体负荷：18.1kW照明负荷：45kW传热系数/W/（m2K）：屋顶：2.75外墙：2.48内墙：2.599UploadByYelkyhttp://www.yelky.netUploadByYelkyhttp://www.yelky.net楼板：2.21选用Lam-Bremhorst低雷诺数K-ε模型[5]，采用第一类边界条件。边界条件以热平衡为基础，利用

6、Gebhart吸收系数，借助现场实测数据，通过建立如下壁面i的壁温方程组求解[3]：，，，，式中：──i表面对流放热系数，W/(m2.K)；qi，ti/Ti──分别为i表面内侧壁温和相应的空气温度，℃/K；Si，──i表面面积，m2；QLfU，QLfD──分别为室内空中平面辐射热源向上和向下辐射分量，W；Gij，GUj，GDj──分别为i表面、平面辐射热源上表面、平面辐射热源下表面对j表面GEBHART吸收系数。eI──i表面发射率；s──玻尔兹曼常数，W/(m2.K4)；qli──i表面导热散热，W/m2。2.3计算工况与室内热环境参数上部侧墙开口影

7、响室内热环境的主要因素有喷口高度、上部开口面积及其高度、下部开口面积等几何结构参数，以及室内负荷、上部开口进风速度等运行参数；顶部开口影响室内热环境的主要因素有喷口高度，上部开口背压，上下开口面积等。通过模拟计算对室内垂直温度分布、空调区温度、上部开口排风温度、室内通风排风量及排热量随上述因素的变化进行分析与讨论，以得出上述因素对室内热环境特性的影响及其规律。上部侧墙开口与屋顶顶部开口的分析讨论分别在文献9UploadByYelkyhttp://www.yelky.netUploadByYelkyhttp://www.yelky.net［6］和文献［7

8、］中详述。本文仅针对这两种不同上部开口形式下的室内热环境特性参数变化的不同之处进行分析和阐述。