室内热环境空间建筑管理论文范文.doc

室内热环境空间建筑管理论文范文 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 1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13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：2.59楼板：2.21 选用LamBremhorst低雷诺数K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)； qiti/Ti分别为i表面内侧壁温和相应的空气温度/K； Sii表面面积m2； QLfUQLfD分别为室内空中平面辐射热源向上和向下辐射分量W； GijGUjGDj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 eIi表面发射率； s玻尔兹曼常数W/(m2.K4)； qlii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6和文献7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表2列出了本文讨论的两种计算工况的变化参数讨论中室内垂直温度分布以比赛内场为讨论对象空调区温度为内场垂直方向上的空气平均温度并定义不偏离平均温度1%时的区域为等温空调区其高度为等温空调区高度室内通风排热量为室内因上下开口引起的总通风排热量定义通风排热为正得热为负室内通风排热量是衡量建筑在开口作用下室内自然通风总排热的状况它不仅反映了上部开口排热量的大小也反映了下部开口进风带入室内热量的大小无论开口结构形式如何变化建筑开口所引起的室内通风排热量越大越好它是开口节能性的一个标志 表2上部开口形式计算工况上部侧墙开口屋顶顶部开口 变化参数参数计算工况记号参数计算工况记号 喷口高度/m13/15N13/N1511/13/15/17N11/N13/N15/N17 上部开口高度/m15/17/19IN15IN17/IN19 下部开口面积/m20/0.93/1.86/3.720F/1F/2F/4F0.32/0.644/1.365FXQ、FXH、FX 上部开口面积/m256/28/10.45SO/PO/WO4/9/16T2O3/T3O4/T4O6 图2图4中其他记号说明： ALLEXH：指上部开口均处于排风状态 1Q：指室内热负荷为现场实测日测定值 5P/0P/+5P：分别指顶部开口处背压为5/0/5Pa 3计算结果与分析 3.1垂直温度分布 在上部侧墙开口的计算工况中上部开口面积对垂直温度分布的影响相对较大开口面积越大下部空调区温度则越低喷嘴高度对屋顶附近温度影响较大喷嘴高度越高屋顶附近温度越低见图2(a)、(b) 在屋顶顶部开口的计算工况中喷嘴高度对垂直温度分布的影响最大其次是上部开口面积喷嘴高度15m时屋顶附近温度最低等温空调区温度处于较低的水平此外上部开口面积较小时非空调区温度较高见图2(c)、(d) 两种不同上部开口形式的计算工况下垂直温度分布的规律大致是相同的但上部侧墙开口时垂直温度明显高于顶部开口工况510左右 3.2空调区平均温度 在上部侧墙开口的计算工况中空调区平均温度随下开口面积的增加而增加增幅不大；随上开口面积增加空调区平均温度呈增加趋势上开口面积大于28m2增幅已不明显不同喷嘴高度温度变化趋势相同高度增加温度亦升高见图3(b)、(d) 在屋顶顶部开口的计算工况中空调区平均温度受喷嘴高度影响最大其次下部开口面积喷嘴高度在11m15m时高度每增加1m,等温空调区温度增加约为0.2515m19m时喷嘴高度每增加1m等温空调区温度增加约为0.5而随下部开口面积变化温度呈递增趋势见图3(c)、(d) 两种不同上部开口形式的计算工况下空调区温度总体上在侧墙开口时的温度要高于顶部开口时两者变化规律具有相似之处：随喷嘴高度增加等温空调区温度都升高同时随上部开口面积增加空调区温度有增加趋势但增幅不明显随下部开口面积增加空调区温度亦有增加趋势 （a）不同喷嘴高度及上部开高度（b）不同上部开口面积（c）不同喷嘴高度（d）不同上部开口面积 图2侧开(a)(b)与顶开(c)(d)垂直温度分布比较 图3侧开(a)(b)与顶开(c)(d)空调区温度/排风温度比较 3.3上部开口排风温度 在上部侧墙开口的计算工况中喷嘴高度升高排风温度降低随上部开口高度变化排风温度先升后降基本上在17m时处于最大值而下开口面积增加排风温度降低并有趋于稳定的趋势为此在满足室内新风要求的前提下应尽可能减少下开口面积并寻找最佳上开口开度以降低空调区温度提高排风温度见图3(a)、(b) 在屋顶顶部开口的计算工况中在喷嘴1119m计算范围内喷嘴高度11m时排风温度较大上部开口面积不同随喷嘴高度变化的变化规律不同其内在关联还有待于进一步的研究而排风温度随下开口面积的变化趋势比较显著随下开口面积增加排风温度先呈下降趋势而后随面积的增加温度趋于稳定见图3(c)、(d) 两种不同上部开口形式的计算工况下侧开排风温度受喷嘴高度的影响较为显著而随下开口面积的变化其规律较为一致即：随下开口面积的增加先降后趋于稳定 3.4上部开口排风量 在上部侧墙开口的计算工况中下部开口面积对排风量影响最大随下部开口面积的增加排风量线性递增；计算表明喷嘴高度对排风量的影响不大见图4(a)、(b) 在屋顶顶部开口的计算工况中排风量随下部开口面积增加呈线性递增而喷嘴高度对其影响不大见图4(c)、(d) 两种不同上部开口形式的计算工况下排风量随喷嘴高度和下开口面积变化的规律极为相似即：均随下开口面积增加呈线性递增趋势而随喷嘴高度的变化影响不大 图4侧开(a)(b)与顶开(c)(d)排风量/排热量比较 3.5室内排热量 在上部侧墙开口的计算工况中喷嘴高度与上部开口的高差对排风温度及其室内排热量影响较大高差为2m时开口高度每提高1m排风温度增加近5排热量则增加6070kW而下部开口面积增加在上部开口面积较小的情况下排热量下降趋势显著；上部开口面积较大的情况下随下开口面积增加排热量有稳定趋势见图4(a)、(b) 在屋顶顶部开口的计算工况中排热量变化规律基本与排风温度相似即：随上开口面积不同变化规律不同而随下部开口面积增加排热量基本呈下降趋势见图4(c)、(d) 两种不同上部开口形式的计算工况下排热量随喷嘴高度变化侧墙开口变化规律显著顶部开口不明显；随下开口面积变化规律相似即：随下开口面积增加基本呈下降趋势 4结论 两种不同上部开口形式的在计算工况条件下： 1)垂直温度分布大致相同但上部侧墙开口时的垂直温度高于顶部开口时； 2)空调区温度随喷嘴高度和下开口面积增加均呈上升趋势但上部侧墙开口时明显高于顶部开口时； 3)侧墙开口排风温度随喷嘴高度影响较为显著两者随下开口面积变化的规律趋势较为一致其量相当； 4)排风量随下开口面积和喷嘴高度变化的规律极为相似前者两种开口形式呈线性递增后者影响不明显； 5)两者排热量的变化规律与排风温度基本相似 参考文献 1.黄晨李美玲等采用第一类边界条件数值模拟具有开口的大空间建筑是内速度场与温度场制冷学报；92：2024 2.ChenHuang,MeilingLi,TaoZuoCFDAnalysisofAirflowandTemperatureFieldsinaLargeSpacewithOpenings4th.InternationalConferenceonIAVECBChangsha.10；269276 3.黄晨李美玲大空间建筑室内表面温度对流耦合换热计算上海理工大学学报；23（4）：322326 4.黄晨李美玲邹志军肖学勤大空间建筑室内热环境现场实测及能耗分析暖通空调2000；30(6)：5255 5.C.K.G.Lam,K.BremhorstAmodifiedformofthekemodelforpredictingwalltu