具有上部側(cè)墻開口和頂部開口的大空間建筑室內(nèi)熱環(huán)境特性的比較摘要：采用CFD數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的前期研究成果，針對具有上部側(cè)墻開口和屋頂頂部開口兩種上部開口形式的大空間建筑，使用PHOENICS數(shù)值模擬軟件模擬了室內(nèi)采用分層空調(diào)時各不同噴口高度、上部開口面積及其高度、下部開口面積等幾何結構參數(shù)，以及室內(nèi)負荷、上部開口背壓、上部開口進風速度等運行參數(shù)多種組合工況下的室內(nèi)熱環(huán)境，討論和分析了這兩種上部開口形式工況下垂直溫度分布、空調(diào)區(qū)平均溫度、上部開口排風溫度、上部開口排風量及室內(nèi)排熱量的差別。關鍵字：大空間建筑室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)值模擬上部側(cè)墻開口屋頂頂部開口1引言幾乎所有大空間建筑因通風和結構的要求上部均設有開口。上部開口大致有上部側(cè)墻開口和屋頂頂部開口兩種形式。采用分層空調(diào)時，上部開口的形式和位置的不同對空調(diào)能耗和室內(nèi)熱環(huán)境特性的影響亦不盡相同，且差別較明顯。從全年變化的室外氣溫看，除了冬季上部開口排風會增加室內(nèi)負荷外，夏季或多或少地可以利用上部開口處的高溫排風帶走室內(nèi)部分負荷，過渡季節(jié)則可關閉空調(diào)系統(tǒng)僅靠自然通風排走室內(nèi)負荷，因此研究大空間建筑分層空調(diào)時上部開口等諸因素對室內(nèi)熱環(huán)境特性的影響尤為重要。本文在開發(fā)和應用數(shù)值模擬預測大空間建筑室內(nèi)溫度場和速度場的研究基礎上[1]~[3]，選用目前比較典型的側(cè)噴送風方式，并將具有上部側(cè)墻開口或具有頂部開口兩種不同上部開口形式的大空間建筑作為研究對象，以夏季現(xiàn)場實測工況為分析基礎[4]，重點討論了這兩種不同上部開口形式在不同工況下分層空調(diào)時的室內(nèi)熱環(huán)境特性的區(qū)別。其中在頂部開口的工況模擬中部分借用了側(cè)墻開口工況的實測結果。2計算條件2.1建筑模型圖1為數(shù)值模擬用某體育館簡化模型。建筑柱型部分直徑68m，高18m，屋頂呈扁球體，凈高為8m，左右兩側(cè)為階梯型觀眾席，室內(nèi)采用中側(cè)送風，由38個噴口組成環(huán)形對中噴射，其中28個短程噴口傾斜12°布置，負責觀眾席空調(diào)，10個長程噴口水平布置，負責場內(nèi)中央的空調(diào)?；仫L采用以臺階均勻回風為主、側(cè)墻回風為輔的方式。模擬主要基礎參數(shù)見表1夏季游樂活動實測日工況[4]。上部開口形式分別模擬為上部側(cè)墻開口或屋頂頂部開口。工作區(qū)入室大門及滲透縫隙則模擬為下部開口。2.2數(shù)學模型及其邊界條件表1夏季現(xiàn)場實測日工況簡送風量：跪34.57k浩g弱/s

聯(lián)回風量：吐31.31k拖g舒/s

釣送風溫度：超16.認5殺℃駛室外氣溫：客36.鹿5也℃

倦環(huán)形外走廊平倆均溫滋度惕:悉3測2園℃

階下開口進風溫向度：更2息8私℃吸日射量如：將767W/m街2

刮人體負荷呈：串18.1kW

谷照明負荷態(tài)：口45kW董傳熱系叨數(shù)輪/W同/給（范m割2咱K濕）：

第屋頂則：狗2.75則荷外墻鮮：蜘2.48

桃內(nèi)墻捐：驟2.59每控樓板蠻：饞2.21選用Lam-Bremhorst低雷諾數(shù)K-ε模型[5]，采用第一類邊界條件。邊界條件以熱平衡為基礎，利用Gebhart吸收系數(shù)，借助現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，通過建立如下壁面i的壁溫方程組求解[3]：，，，，式中：──i表面對流放熱系數(shù)，W/(m2.K)；qi，ti/Ti──分別為i表面內(nèi)側(cè)壁溫和相應的空氣溫度，℃/K；Si，──i表面面積，m2；QLfU，QLfD──分別為室內(nèi)空中平面輻射熱源向上和向下輻射分量，W；Gij，GUj，GDj──分別為i表面、平面輻射熱源上表面、平面輻射熱源下表面對j表面GEBHART吸收系數(shù)。eI──i表面發(fā)射率；寄糖以s株陡─翁─貞婦玻爾茲曼常數(shù)欠，盤W/(m蕩2.悼K宇4欄)老；獎圾灣q慰li獅潛─慨─蹤飯i譽表面導熱散熱緣，打W/m蜓2歌。尖2.3歇扔計算工況與室際內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)挨上部側(cè)墻開口獵影響室內(nèi)熱環(huán)效境的主要因素憲有噴口高度、裂上部開口面積渠及其高度、下亦部開口面積等瓣幾何結構參數(shù)綠，以及室內(nèi)負盼荷、上部開口碌進風速度等運宇行參數(shù)；頂部糞開口影響室內(nèi)刺熱環(huán)境的主要棟因素有噴口高妻度，上部開口駛背壓，上下開泰口面積等。通竊過模擬計算對鉗室內(nèi)垂直溫度侵分布、空調(diào)區(qū)安溫度、上部開然口排風溫度、杜室內(nèi)通風排風券量及排熱量隨撈上述因素的變億化進行分析與咱討論，以得出沖上述因素對室皇內(nèi)熱環(huán)境特性護的影響及其規(guī)竿律。上部側(cè)墻罩開口與屋頂頂椅部開口的分析農(nóng)討論分別在文限獻威［占6?。莺臀墨I濟［忘7擠］中詳述。本暮文僅針對這兩失種不同上部開顛口形式下的室便內(nèi)熱環(huán)境特性句參數(shù)變化的不誘同之處進行分太析和闡述。痰表暫2認列出了本文討息論的兩種計算圈工況的變化參盡數(shù)。討論中室插內(nèi)垂直溫度分喬布以比賽內(nèi)場務為討論對象。俱空調(diào)區(qū)溫度為樹內(nèi)場垂直方向床上的空氣平均要溫度，并定義撓不偏離平均溫繡度繞1割%掏時的區(qū)域為等管溫空調(diào)區(qū)，其躲高度為等溫空哪調(diào)區(qū)高度。室來內(nèi)通風排熱量坊為室內(nèi)因上下健開口引起的總后通風排熱量，揀定義通風排熱救為正，得熱為黎負。室內(nèi)通風燃排熱量是衡量蘋建筑在開口作馬用下，室內(nèi)自太然通風總排熱溝的狀況，它不翠僅反映了上部倚開口排熱量的慶大小，也反映植了下部開口進茅風帶入室內(nèi)熱艷量的大小。無蛇論開口結構形葉式如何變化，嘉建筑開口所引輔起的室內(nèi)通風君排熱量越大越究好，它是開口虛節(jié)能性的一個晃標志。神表敏2懷渡上部開口形式朽計算工湖況性博甜招上部側(cè)墻開口膚屋頂頂部開口頌變化參數(shù)旅參數(shù)計算工況微記號鋪參數(shù)計算工況您記號誕噴口高欠度顏/m距13/15香N13/N1毛5水11/13/鍬15強/17德N11/N1鋤3/N15/用N17尋上部開口高笑度冷/m定15/17/孩19瞎IN鈔15IN剃17/IN1緒9文——蜓——卸下部開口面嘴積月/m粘2蝴0/0.93興/1.86/諸3.72詞0F立/降1F終/散2F片/應4F壟0.32/0拴.644/1耳.365駐FX答Q這、釘FX司H病、鋼FX技上部開口面渴積有/m朱2固56/28/稠10.45搭SO/PO/拔WO聚4/9/16悔T2-O3/描T3-O4/吹T4-O6堪圖傅2旦～盜圖充4大中其他記號說擊明：告ALLEX仔H宅：指上部開口登均處于排風狀湯態(tài)攏1蠢Q并：指室內(nèi)熱負抹荷為現(xiàn)場實測快日測定值果-5P/0P灑/+5杯P宣：分別指頂部更開口處背壓為柿－神5/0/5P凳a用3炮計算結果與分恒析鴿3.位1粒垂直溫度分布丘在上部側(cè)墻開秩口的計算工況樂中，上部開口烈面積對垂直溫蓄度分布的影響落相對較大。開返口面積越大，陳下部空調(diào)區(qū)溫妄度則越低。噴望嘴高度對屋頂驚附近溫度影響翁較大，噴嘴高菜度越高，屋頂霉附近溫度越低攝。見薯圖發(fā)2(a拳)寫、翻(b難)撕。除在屋頂頂部開兄口的計算工況信中，噴嘴高度此對垂直溫度分要布的影響最大腳，其次是上部嬸開口面積。噴美嘴高度煤15m掉時，屋頂附近慘溫度最低，等追溫空調(diào)區(qū)溫度勻處于較低的水升平。此外，上違部開口面積較亞小時，非空調(diào)叢區(qū)溫度較高。遲見鑄圖摧2(c膠)塵、猛(d寶)期。消兩種不同上部公開口形式的計隊算工況下，垂罰直溫度分布的俊規(guī)律大致是相迫同的。但上部恥側(cè)墻開口時，濱垂直溫度明顯搞高于頂部開口民工舟況吃5束～惕1免0時℃染左右。聾3.2室皇空調(diào)區(qū)平均溫慮度長在上部側(cè)墻開京口的計算工況妖中，空調(diào)區(qū)平旨均溫度隨下開暈口面積的增加導而增加，增幅膜不大；隨上開仍口面積增加，糖空調(diào)區(qū)平均溫幕度呈增加趨勢陡，上開口面積洞大于諒28m甩2礎，增幅已不明粉顯。不同噴嘴蔑高度，溫度變戀化趨勢相同，脂高度增加，溫傻度亦升高。見槍圖去3(b僻)匆、將(d幅)協(xié)。芳在屋頂頂部開菊口的計算工況望中，空調(diào)區(qū)平閃均溫度受噴嘴蔑高度影響最大付，其次下部開艇口面積。噴嘴遠高度疾在尤11m~振15m輝時，高度每增賣加她1m歉,搜促等溫空調(diào)區(qū)溫音度增加約為著0.2立5將℃狐，昏15m~摘19m湊時，噴嘴高度請每增加谷1m花，等溫空調(diào)區(qū)聲溫度增加約為糞0.且5角℃涂。而隨下部開屠口面積變化，城溫度呈遞增趨炎勢。見鼓圖冠3(c露)語、智(d球)盛。憐兩種不同上部連開口形式的計戰(zhàn)算工況下，空田調(diào)區(qū)溫度總體父上在側(cè)墻開口思時的溫度要高鋤于頂部開口時距，兩者變化規(guī)仿律具有相似之紗處：隨噴嘴高濤度增加，等溫響空調(diào)區(qū)溫度都逝升高，同時隨獅上部開口面積莖增加，空調(diào)區(qū)慰溫度有增加趨睜勢，但增幅不批明顯。隨下部溜開口面積增加根，空調(diào)區(qū)溫度滿亦有增加趨勢葬。誰（柱a堆）不同噴嘴高底度及上部開高淡度背（倚b摸）不同上部開饒口面積灘（努c雨）不同噴嘴高往度爹（將d持）不同上部開牙口面積屈圖坑2眼薪側(cè)挪開擔(a)(b多)頑與頂蜻開蓮(c)(d仆)膝垂直溫度分布核比較裕圖漏3禽癥側(cè)步開桑(a)(b產(chǎn))獵與頂田開誕(c)(d茅)金空調(diào)區(qū)溫濤度談/叛排風溫度比較許3.3風睜上部開口排風楚溫度矮在上部側(cè)墻開內(nèi)口的計算工況羅中，噴嘴高度糠升高，排風溫扭度降低。隨上潤部開口高度變認化，排風溫度珍先升后降，基悶本上在皮17m從時處于最大值取。而下開口面爬積增加，排風嘆溫度降低，并抓有趨于穩(wěn)定的渣趨勢。為此，雷在滿足室內(nèi)新糊風要求的前提扒下，應盡可能弟減少下開口面倍積，并尋找最網(wǎng)佳上開口開度纖，以降低空調(diào)蓋區(qū)溫度，提高華排風溫度。見票圖名3(a胳)慚、劉(b河)己。彼在屋頂頂部開伴口的計算工況揪中，在噴肝嘴殺1依1負～映19疫m捆計算范圍內(nèi)，紐噴嘴高度數(shù)11m究時排風溫度較燕大。上部開口槐面積不同，隨屑噴嘴高度變化倚的變化規(guī)律不羞同，其內(nèi)在關真聯(lián)還有待于進使一步的研究。侵而排風溫度隨己下開口面積的續(xù)變化趨勢比較墓顯著，隨下開浴口面積增加，俊排風溫度先呈弦下降趨勢，而團后隨面積的增霉加，溫度趨于雞穩(wěn)定。見趣圖維3(c竹)耕、基(d開)魂。銜兩種不同上部離開口形式的計訴算工況下，側(cè)恥開排風溫度受臟噴嘴高度的影秤響較為顯著，臭而隨下開口面羊積的變化其規(guī)限律較為一致，落即：隨下開口猶面積的增加先術降后趨于穩(wěn)定甜。炎役3.4備植上部開口排風倚量例在上部側(cè)墻開狡口的計算工況寬中，下部開口外面積對排風量脊影響最大，隨順下部開口面積禾的增加，排風貪量線性遞增；杯計算表明，噴倉嘴高度對排風嘴量的影響不大蟻。見殖圖版4(a革)伸、龜(b償)延。齊破在屋頂頂部開大口的計算工況惹中，排風量隨頓下部開口面積勇增加呈線性遞宿增。而噴嘴高錫度對其影響不言大。見鹿圖役4(c掩)輪、理(d曠)愉。拜兩種不同上部呀開口形式的計凍算工況下，排都風量隨噴嘴高撫度和下開口面聰積變化的規(guī)律鞭極為相似。即滔：均隨下開口射面積增加呈線榮性遞增趨勢，在而隨噴嘴高度賓的變化影響不匯大。房脖靜圖句4移攀側(cè)夏開季(a)(b罵)端與頂姓開馬(c)(d龜)囑排風徐量才/蛛排熱量比較徑3.5結故室內(nèi)排熱量真在上部側(cè)墻開誘口的計算工況爸中，噴嘴高度寄與上部開口的悅高差對排風溫犬度及其室內(nèi)排河熱量影響較大翻，高差為碎2m悠時，開口高度寺每提高最1m抖，排風溫度增田加近賠5纏℃樹，排熱量則增穿加宏6息0悟～恐70k彈W勢。而下部開口眠面積增加，在樸上部開口面積遣較小的情況下界，排熱量下降呀趨勢顯著；上鄉(xiāng)部開口面積較沫大的情況下，期隨下開口面積點增加，排熱量詞有穩(wěn)定趨勢。絮見哄圖遙4(a巡)摩、贊(b變)順。激在屋頂頂部開婆口的計算工況刷中，排熱量變掏化規(guī)律基本與搜排風溫度相似竄。即：隨上開黑口面積不同，賭變化規(guī)律不同過。而隨下部開傍口面積增加排緊熱量基本呈下屯降趨勢。見候圖點4(c器)污、斃(d丸)脊。瓣兩種不同上部運開口形式的計翠算工況下，排嫂熱量隨噴嘴高省度變化，側(cè)墻騙開口變化規(guī)律可顯著，頂部開財口不明顯；隨丟下開口面積變探化規(guī)律相似，流即：隨下開口通面積增加，基軋本呈下降趨勢替。誼4結論暢兩種不同上部梯開口形式的在敵計算工況條件豐下：模1鞭)邀垂直溫度分布艙大致相同，但烏上部側(cè)墻開口并時的垂直溫度垮高于頂部開口貼時；駱2傍)蛾空調(diào)區(qū)溫度隨鄭噴嘴高度和下與開口面積增加豆均呈上升趨勢廁，但上部側(cè)墻席開口時明顯高年于頂部開口時幻；智3烈)忙側(cè)墻開口排風薯溫度隨噴嘴高亞度影響較為顯問著，兩者隨下退開口面積變化壩的規(guī)律趨勢較循為一致，其量俗相當譜；構裁4諸)爽排風量隨下開繭口面積和噴嘴銀高度變化的規(guī)貼律極為相似，憲前者兩種開口傭形式呈線性遞正增，后者影響糟不明顯延；懲裙5更)劍兩者排熱量的幫變化規(guī)律與排饑風溫度基本相儀似。參考文獻企1昆.趴黃晨，李美玲莖等．采用第一我類邊界條件數(shù)擁值模擬具有開賠口的大空間建上筑是內(nèi)速度場順與溫度場．制雹冷學報席，塊200袖2鵲；逮9卵2欄：慶20-2范4室．過2.Chen蝦Huang衰,Meil軟ingLi右,Tao蜜Zu排o外．打CFDAn回alysis稿ofAi趨rflow慌andTe薦mperat獻ureFi菠eldsi暴naLa屬rgeSp魂acewi拔thOpen致ing違s極．鼠4th.In呼ternat腦ional伶Confer烤enceo朽nIAVE痰C絹B奴，孕Changs豬h夠a畝，效2001.1司0寧；狗269-27蓬6混．床3房.播黃晨，李美玲偉．大空間建筑傭室內(nèi)表面溫度宮對流耦合換熱憲計算．上海理吸工大學學報稿，托200辱1蹄；艦2勸3偉（蜂4峰）論：閣322-32訊6漂．箏4非.消黃晨，李美玲披，鄒志軍，肖遠學勤．大空間害建筑室內(nèi)熱環(huán)旦境現(xiàn)場實測及敢能耗分析．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