某双层玻璃幕墙建筑自然通风-数值模拟研究

1、某双层玻璃幕墙建筑自然通风-数值模拟研究            黄艳 刘东 杨建坤 张恩泽摘要： 根据双层玻璃幕墙建筑的特殊热环境，提出过渡季节采用自然通风的方式，确定了建筑围护结构的开口方式和开口大小，使各楼层的空气温度都在热舒适范围内；应用CFD数值模拟方法对各楼层房间的三维温度场，速度场进行了模拟，研究结果表明，利用自然通风能够有效地改善室内热环境，较好地满足人体热舒适的要求。 关键词： 自然通风 数值模拟 中庭 空调的应用为人们创造了舒适的室内环境，但也带来

2、了一些问题；首先，空调建筑的密闭性较好，当新风量不足时，室内空气品质（IAQ）恶化会导致病态建筑综合症（SBA）；其次，大量的空调器加剧了城市热岛效应，造成室外空气热环境恶化；再次，空调器的普及使建筑能耗有较大的增长趋势。因此随着可持续发展战略的提出，同时发展生态建筑也是大势所趋，自然通风这项古老的技术重新得到了重视。合理利用自然通风能取代或部分取代传统制冷空调系统，不仅能不消耗不可再生能源实现有效被动式制冷，改善室内热环境；而且能提供新鲜、清洁的自然空气，改善室内空气品质，有利于人的身体健康，满足人们心理上亲近自然，回归自然的需求。采用双层玻璃幕墙可以进行有效的自然通风。双层玻璃幕墙又称动态

3、幕墙，两层玻璃之间的距离为20mm500mm，利用“烟囱、热流道”效应，气流在两层玻璃幕墙中间由下向上循环，带走外面一层玻璃幕墙太阳辐射的能量，达到隔热、保温、节能、环保的功效。按照不同的通风原理双层玻璃幕墙可分为：整体式、廊道式、通道式和箱体式。双层玻璃幕墙具有多项功能：减少风及恶劣气候的影响、提高隔音能力、充分利用太阳能、使用自然通风使空调使用率降至最低。本文主要研究其自然通风的功能及效果。2.1 研究对象本文中研究对象为采用双层玻璃幕墙带中庭的办公建筑，共6层，外形结构见图1，幕墙结构见图2：图1 建筑外形图 图2 廊道式双层幕墙局部放大图该幕墙为廊道式双层幕墙，每层设置通风道，层间水平

4、有分隔，无垂直换气通道，自然通风的路径为：图3基本技术路线3.1 物理模型（1）式中： 空气比热， 室外空气的密度，温度为20， 通风气流的温度差,;m/s3.2.2 计算中和面的高度 （2）式中： 室内外空气的密度差,kg/m3; 中和面的高度,m.计算得到 模型。模型所遵守的偏微分方程的向量表示如下：连续性方程：（4）紊流能量传递方程： （6）能量方程： ；i=1,2,3；j=1,2,3；为密度，为紊动能，模型中的经验常数可按表2取。表2 图8 z=1.5m处的温度分布(t=20 q=50W/m2) 单位：Kcase2: 室外温度 t=22，室内发热量为40,50W/m2时的温度分布图9

5、z=1.5m处的温度分布(t=22 q=50W/m2) 单位:K 图10 z=1.5m处的温度分布(t=20 q=40W/m2) 单位:KCase3: 室外温度t=23 ,室内发热量为40,50W/m2时，房间的温度分布图11 z=1.5m处的温度分布(t=23 q=50W/m2)单位:K 图12 z=1.5m处的温度分布(t=23 q=40W/m2)单位:KCase4: 室外温度t=24 ,室内发热量为20,30W/m2时，房间的温度分布图13 z=1.5m处的温度分布(t=24 q=30W/m2)单位:K 图14 z=1.5m处的温度分布(t=24 q=20W/m2)单位:KCase5:

6、室外温度t=25 ,室内发热量为20,10W/m2时，房间的温度分布图15 z=1.5m处的温度分布(t=25 q=20W/m2)单位: K 图16 z=1.5m处的温度分布(t=25 q=10W/m2)单位:K根据模拟结果可以看到，当室内平均发热量在10W/m250 W/m2之间变化时，大楼适用自然通风的室外温度也会随着变化，其适用情况如下表所示：表5 不同室内发热量条件下大楼适用自然通风的室外温度范围 室内发热量(W/m2)1020304050适用室外温度范围()16251624162416231622通过以上的模拟工作，我们可以得出以下结论： 在相同的室内发热量及室外温度下，房间的通风口面积越大，自然通风效果越好，但是增加到一定值，改善效果便不明显，因此设计时要确定合理的通风口面积。5.2 完全依靠自然通风的效果取决于室内发热量及室外温度，当室外温度超过一定值时要考虑机械制冷与自然通风相结合。5.3 冬冷夏热地区，早晚温差较