空调状况下中庭室内热环境数值模拟研究

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1、空调状况下中庭室内热环境数值模拟研究　　摘要：本文采用适合大空间数值计算的低雷诺数LB模型，研究了冬夏两季该中庭空调系统正常运行下的室内温度场、速度场的分布情况。数值分析表明，在空调状况下，夏季天窗处完全开启机械通风系统，能使室内热环境舒适性较好；冬季空调系统正常运行下，中庭室内温度场、速度场均处于舒适范围内，同时应尽可能地关闭或关小机械通风系统。关键词：空调状况；中庭；室内热环境中图分类号：TU119+.5文献标识码：A文章编号：一、夏季工况该中庭建筑送、回风口、门及排风口布置。线型送风口宽为100mm，夏季工况下送风温度为16℃；该中庭排烟量按10.2万m3/

2、h计算[28]，由于天窗附近的排烟（风）口平常只作机械通风用，所以，以排烟量的50％作为该中庭正常运行情况下的机械通风量（5.1万m3/h）。同时，为研究夏季机械通风通风量对该中庭室内热环境的影响，分别以5.1、2.55、0万m3/h的通风量为例，应用PHOENICS软件数值模拟计算，再利用TECPLOT软件编译处理，得出下列温度场、速度矢量场图。6其中，图1～2的左侧为通风量为5.1万m3/h的温度场图，右侧为通风量2.55万m3/h的温度场图，图1～2为非机械通风（通风量为0万m3/h）的温度场图。通风量5.1万m3/h通风量2.55万m3/h图1机械通风夏季

3、室内温度场(X=5平面)通风量5.1万m3/h通风量2.55万m3/h图2机械通风夏季室内温度场(X=15平面)由以上夏季温度场图可以看出，与非空调状况下的室内热环境相比，空调状况下中庭室内温度明显趋于舒适性，人活动区域温度值基本在23℃～27℃之间，只有地面一层及第七层回廊近中庭空间处，由于受中庭太阳辐射热的影响，温度值在28℃～30℃之间，温度偏高。对比机械通风量为5.1、2.55、0万m3/h的三种情况下的温度场图，可以得出如下结论：夏季，随着机械通风量的增加，中庭室内人居区域温度值更趋于舒适性；在中庭空调系统正常运行的同时，应尽可能地加大机械通风系统的通风

4、量，这样能更加有效地排除室内热负荷，使室内垂直方向温差值变小。6由速度矢量场图可以看出，在完全机械通风工况下，中庭室内人活动区域速度值基本在以下，只有地面一层进门处由于渗透风的影响，风速过大，最大值达；在机械通风量分别为2.55、0万m3/h工况下，由于其垂直方向温差值较大，空气上下层密度差值也较大，导致中庭空间形成较为强烈的自然对流现象，但不会影响人居区域的热环境的舒适性；中庭室内人居区域气流速度几乎不随机械通风通风量的变化而变化。所以，总体上该中庭人活动区域气流速度合理，不会给人体造成明显的吹风感。二、冬季工况冬季工况下送风温度为30℃。由各边界条件，经数值模

5、拟计算，得出温度场、速度矢量场图。其中，图3～4的左侧为通风量为5.1万m3/h的温度场图，右侧为通风量2.55万m3/h的温度场图。由以上温度场图可以看出，在空调状况下，人活动区域温度值基本在18℃～21℃之间，处于舒适温度范围内。其中，机械通风工况下，地面一层室内空间，由于受大门渗透风的影响，空气温度值在16.6℃～18.5℃之间，大门附近甚至出现16.6℃的温度，温度值偏低；非机械通风工况下，室内温度平均值比通风量分别为5.1万m3/h、2.55万m3/h时高1℃、0.5℃左右，所以其热环境更趋于舒适性。因此，在冬季中庭空调系统正常运行时，应尽可能地关闭机械

6、通风装置；如果该中庭由于室内排风的需要而开启机械通风系统，可以按满足最小排风量的要求来开启通风系统。6通风量5.1万m3/h通风量2.55万m3/h图3机械通风冬季室内温度场(X=5平面)通风量5.1万m3/h通风量2.55万m3/h图4机械通风冬季室内温度场(X=15平面)由速度矢量场图可以看出，在不同通风量的情况下，中庭室内人活动区域速度值基本在以下，其中完全机械通风(通风量5.1万m3/h)工况下地面一层进门处由于渗透风的影响，最大风速值达，但对人体的舒适感影响不大。所以，从速度场矢量图可以得出如下结论：该中庭冬季室内人居区气流速度合理。三、改进方案的中庭室

7、内热环境数值模拟分析线型送风口格栅回风口排风口门(开口)新增线型送风口在空调状况下，该中庭室内热环境基本处于舒适范围之内，采用2.2.3节中a控制方案较为合理。但是，夏季室内人居区域近中庭空间处温度值在28℃～30℃之间，温度偏高。所以，为给中庭大空间创造一个更为舒适的室内热环境，有必要对该空调系统控制方案进行改进、优化。6由工程经验可知，在地面一层及第七层回廊吊顶近中庭空间处增加送风口，在夏季能有效地降低中庭空间太阳辐射热对四周回廊的影响，冬季则会使室内热环境更为温暖。由室内速度矢量场图可以看出，在中庭大空间内人居区域速度场不会对人体造成明显的吹风感，气流速度合

8、理，所以以