高大空間建筑氣流組織的CFD模型實驗與現(xiàn)場測試實驗研究摘要：高大空間建筑空調(diào)系統(tǒng)初投資昂貴，運行能耗巨大，因此在設(shè)計時有必要對設(shè)計方案、氣流組織、熱舒適性等加以模擬預(yù)測。本文以天津國際展覽中心擴建工程B展廳為研究對象，對無回風(fēng)管道的上送上回夏季空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀的氣流組織進行現(xiàn)場測試，并以實測數(shù)據(jù)作為邊界條件，利用Fluent公司推出的專業(yè)軟件Airpak2.1對其現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)氣流組織、溫度場和速度場以及熱舒適性與氣流組織進行了模擬研究。通過對兩者分析比較，驗證了CFD模型實驗的準確性、切實可行性，指出利用現(xiàn)有的CFD軟件模擬對高大空間建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵字：高大空間氣流組織熱舒適CFD模擬0.前言隨著社會進步和人民生活水平的提高，對功能合理、質(zhì)量上乘、環(huán)境舒適的公共活動空間的需求日益增加，此類空間多屬于高大空間建筑。高大空間建筑的空調(diào)系統(tǒng)無論在初投資還是運行費用上都比較大，因此在方案的選擇上要慎重，有必要在設(shè)計前對系統(tǒng)方案進行模擬分析，實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。本文以天津國際展覽中心新館B展廳為研究對象，利用Fluent公司推出的Airpak2.1專業(yè)軟件對其空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案的氣流組織和熱舒適性進行了模擬研究，與現(xiàn)場測試結(jié)果進行分析比較，驗證了用CFD模型實驗的正確性和切實可行性，所得結(jié)論為高大空間建筑空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、預(yù)測氣流組織和熱舒適提供了可靠的理論依據(jù)和指導(dǎo)方法。1.研究對象概況本文以天津國際展覽中心擴建工程Ｂ展廳為研究對象，該展廳空調(diào)面積為5346m2，凈長99米，寬54米，高18米（機房側(cè)10高，有9米寬二層走廊）。采用全空氣送風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)；該展廳空調(diào)區(qū)獨立，空調(diào)系統(tǒng)獨立，防火分區(qū)獨立。夏季負荷1290kW；新風(fēng)量51000m3/h，排風(fēng)量51000m3/h。夏季室內(nèi)設(shè)計溫度26℃，相對濕度65％。目前展廳空調(diào)送風(fēng)現(xiàn)狀為上送上回全空間空調(diào)：送風(fēng)量255000m3/h，回風(fēng)量204000m3/h，3臺空調(diào)機組，每臺額定風(fēng)量85000m3/h；設(shè)66個Φ630mm旋流送風(fēng)口，每個作用面積9m×9m＝81m2，風(fēng)口距地面13米。新風(fēng)與回風(fēng)混合經(jīng)表冷器處理后送入展廳。展廳不設(shè)回風(fēng)管道，靠近空調(diào)機房的風(fēng)管道豎井設(shè)有回風(fēng)口，連接空調(diào)機組回風(fēng)口。2.現(xiàn)場測試2.1測試條件測試時B展廳接近空負荷狀態(tài)，展廳內(nèi)只有一些人在打羽毛球、十幾個工作人員和九個測試人員及協(xié)助測試人員?？照{(diào)機組沒有正常運行，送風(fēng)速度相當小，送風(fēng)溫度很高，幾乎沒有冷量，幾乎沒有除濕。最惡劣的是展廳的門窗并沒有關(guān)嚴，甚至室內(nèi)相鄰墻（防火墻）亦沒有降落，相當于與其它展廳相通。盡管如此并不妨礙與模擬結(jié)果進行比較。2.1測試內(nèi)容天津市國際展覽中心新館B展廳空調(diào)氣流組織，即空調(diào)送風(fēng)溫度場和速度場，展廳圍護結(jié)構(gòu)各壁面溫度、風(fēng)口周圍各離散點的風(fēng)速、溫度、室內(nèi)溫濕度、室外溫濕度。2.2實驗儀器與裝置實驗中風(fēng)速和空氣溫度分別采用熱線式風(fēng)速儀（測試范圍：風(fēng)速VL0.1～4.99m/s，VH5～50m/s；溫度0～99.9℃；測試精度：風(fēng)速±2％FS，溫度±1℃）、數(shù)字風(fēng)速測量儀（測試范圍：0.4～30.0m/s；測試精度：0.1m/s；）、多通道微風(fēng)速儀（測試范圍：風(fēng)速0～1.0m/s和0～10.0m/s，溫度0～50.0℃；測試精度：風(fēng)速±（指示值的5％+0.1m/s），溫度±1℃）測量。展廳圍護結(jié)構(gòu)的壁面溫度用非接觸溫度計（測試精度：±1℃）測量。室內(nèi)外的濕度采用阿斯曼干濕球溫度計測量。2.3測試方案展廳按照長（Z方向）、寬（X方向）、高（Y方向）建立坐標。在此僅給出測試方案，與后面模擬研究有關(guān)的測試結(jié)果在下文中給出，其余眾多數(shù)據(jù)不再贅述。3.測試條件下的CFD模擬研究頸3.1乘姐模型建立網(wǎng)考慮到計淹算機內(nèi)存握和計算速你度，減少經(jīng)生成網(wǎng)格紙的數(shù)目，吐節(jié)省運算屋時間，在臂不影響計志算結(jié)果的累前提下，理對物理模運型進行合枯理的簡化后，邊界條惱件按照實鵲際測得數(shù)閱據(jù)設(shè)定，口模型見妖圖憑6渾。脂展廳機房醉側(cè)有長寬隆高澤9m×5貿(mào)4m×1壯0栽m跟的辦公室昏和機房，獅用長寬咽高束9m×5救4m×1泄0mb膀loc脂k魯代替不作丈為研究范清圍?；仫L(fēng)糖口在環(huán)境監(jiān)壓力、溫架度條件下蘿回風(fēng)。趣人體負荷燥按輕勞動教強度、環(huán)撿境溫度成目年男子顯質(zhì)熱散熱謹量蘇58W牢/峰人計算，衰人流密般度昆0.陵8饅人可/m衡2辦,謹群集系數(shù)戰(zhàn)按百貨商唐店計算，裝取樂0.8均9蓬，人體總步散熱培為快2408慨38.2陶72爹W易。人體模黎型簡化籮成族3變3蘋組長傭（叨X礙方向）寬駝（謊Z升方向）高狹（穗Y夕方向條）冷45m×蠻0.4m事×1.8派mbl對ock請s沿，每組熱慚量推7298念W子,憤沿展廳長后（縣Z述方向）均鞠布在地面茂，間隔孕為躬3脊米。宜照明負荷漏按設(shè)計院對提供且的軍30W/碑m啞2擁，照明總且負荷京為載1749矛60捎W黨，簡化王成集9錯組長穴（派Z灶方向）寬任（驅(qū)X肺方向）高鉛（命Y夫方向銜）杯108m鹽×0.8未5m×0厘.2作m間的支bloc稿k艘s邊，每組負拒荷怕為提1782剛0瓦W顧，洲bloc泉k蒸設(shè)鉤在妖13揮m釋高度處。錫圖首6承牢夏季模型方圖殃3.2檔奶模擬計算吼結(jié)果禮選取典型騰斷面旋流擠風(fēng)口中心香斷面和兩忌旋流風(fēng)口尊中間斷面搖，以及典獻型坐標點困輸出模擬霜計算結(jié)果去。限于篇黃幅，下面舟僅將可以南與現(xiàn)場實巖測數(shù)據(jù)相騾比較的參識數(shù)即溫濕苗度在測試驅(qū)點處沿垂楊直高度輸碎出，如睬圖汪7豈～觸8思所示。挨3.3記蹦結(jié)果分析付由怪圖網(wǎng)7膽和減圖掏8盲，從實驗恰測試畝和咸CF戰(zhàn)D沒模擬計算涌與現(xiàn)場測絞試得到的匯溫度、速式度比較可憑以看出碰，胖CF憤D巷模擬計算陶結(jié)果和現(xiàn)嬌場測試結(jié)撞果有一致扭的趨勢和告相當高的景吻合度。諷需要說明猾一點，現(xiàn)亡場測試的煉最高高度非為妻1貝3貓米，即從范地面到旋貓流風(fēng)口的掃高度，盟而模擬是款從地面到京屋頂展廳瞇的整體空刻間。從兩沖參數(shù)的曲席線圖可以脖看出，現(xiàn)嗚場測試的寸溫度、速意度值柿較廊CF揚D緊模擬計算為值分散，爆其原因可奧能是婆在鋸CF逢D錢模擬計算巷時旋流風(fēng)敞口模型建縣立與實際桑旋流風(fēng)口癥有差別以漢及實測中己測試受到縫外界不確素定因素的霸影響。朝模擬采棉用宵k明-鄭ε炭雙方程模海型，應(yīng)腸用伯Airp權(quán)ak2.看1株專畢業(yè)最CF笛D帝軟件，從奴現(xiàn)場測試晴和模擬結(jié)沙果比較分庸析得出，扔在誤差允鑼許范圍內(nèi)丑，欣k全-芳ε敵雙方程模悼型應(yīng)用在巾三維的高禿大空間是盈合理的，釘利領(lǐng)用倦Airp掘ak2.盾1耀專紀業(yè)堂CF戀D偏軟件模擬致高大空間困建筑是切距實可行和靠準確的。覺4蛋.欲設(shè)計條件始下窗的灶CF眉D割模擬研究映模型建立他與前面基纏本相同只轉(zhuǎn)是邊界條霜件設(shè)定由總設(shè)計條件制下負荷計燭算確定。真模擬計算嗽結(jié)果如下汗圖所示。盜圖爆9妹綠兩旋流風(fēng)師口中間斷咽面溫度云醬圖和等溫廈線蒼圖主10條第兩旋流風(fēng)鵝口中間斷就面速度云亞圖和等速句線搞從濟圖殖9酬中溫度云趙圖可以看頌到：展廳頭在旋流送僅風(fēng)屋口斃13竄m訴以下的溫鋤度分布均嗚勻，溫度津在雖2握5霧℃批～言2潔6扁℃枝之間，而翼在始13警m立即送風(fēng)管播道以上的搬溫度雖在類2疼7羨℃驗以上，有沿的高踢達妻2喘9尿℃役。從圖中佩等溫線的賴稀疏稠密遼程度可以典看出性在宴2贏m終～憐13親m注之間溫度固變化不大鼠，嚼高度污在近2適m灰以內(nèi)，特祥別是人體清周圍溫度痰變化比較雖大，在墻縫體周圍窄與瞞13釘m蝴以上溫度晶等值線比掀較稠密，飄說明溫度虧有一定梯并度變化。攤從徐圖搏1霸0濱中速度云薦圖可以看漿到：除回準風(fēng)口風(fēng)速爽高糾于蠟0.8m慌/及s撿外與，蛇13懶m捉以下展廳衫風(fēng)速多集末中程在愿0.1m術(shù)/筒s屬～見0.2m膝/議s無，部分達職到遺0.3m戲/耕s陡～啞0.4m褲/稅s膀；在送風(fēng)鮮管踐道濁13鑒m乓以上風(fēng)速視幾乎碑在犬0.1m練/勾s鳥以下。從茅速度等值頑線圖可以元看出：隸在村13爆m茂以下等值輕線稀疏稠襪密均勻說膊明整體空湖間風(fēng)速均吵勻并且變會化幅度比勝較小。盤圖晉1品1姻曲線圖更救直觀、定似量地表明株溫度、風(fēng)斗速怒、批PM籮V來、斤PP頌D窯在典型坐素標點處沿適垂直方向招的變化情杏況。垂直脂高度最低觀溫度在距鍛地候面杠10節(jié)m堅～罪13冠m誼之間，接亞近旋流送扶風(fēng)口出口圣處，溫度帖低胸于測2鑒6燃℃既時，從地篇面介到遠14染m躲，最高溫乎度鍵29.泛4雷℃朝；垂直縱攏斷面最高暢風(fēng)速在距榜地倆面盼10扯m鎖～秀12茫m研之間，接頭近旋流送寬風(fēng)口出口撫處，風(fēng)速敞從出風(fēng)口翅到地面逐拾漸衰減，忍在毯2前m誓以內(nèi)工作泊區(qū)風(fēng)速小可于蠟0.3m注/脾s懸，符合設(shè)裙計規(guī)范；億垂直縱斷充面最右低菠PM各V溪在距地們面槍10作m捏～亭12鍛m愈之間，接宮近旋流送蜜風(fēng)口出口翠處謹，囑PM惑V懼值與溫度勾趨勢是一冠一對應(yīng)的本，有很高行的吻合度挽，并且工歪作揭區(qū)齡PM浮V借指標值基卸本滿義足郊ISO7匯73斬0階對夜PP制D玉指標的推拼薦稿值屢-0.5而<PMV餅<+0.顯5肢[5][贏2][[捷6]庫；在距地彩面恨1m1煌0%<P慌PD<2半0播％偏高于易推薦值，彼在背1以m醫(yī)～頃2鳳m問內(nèi)京PPD<嘆1臂0紙％蜂[5][塊2][6墳]調(diào)滿足推薦挑值。5.結(jié)論寶1心.高實測數(shù)據(jù)稅與模擬結(jié)蓮果的高度范吻合說明躺利顯用澇AIRP抓A頌K濫專擱業(yè)接CF裂D汽軟件模擬暢高大空間魂建筑的準冰確性。堂2仁.跳設(shè)計條件葬下做的模五擬計算結(jié)羽果與設(shè)計氣要求的吻驚合說明國彎展竊B梨展廳無回稻風(fēng)管道的笑上送上回捏夏季空調(diào)躁系統(tǒng)能滿宇足工作區(qū)執(zhí)舒適性要核求，氣流群組織設(shè)計母合理。精3喘.忍利騎用經(jīng)Flu濫en雀t央公司推出汗的專業(yè)軟等件術(shù)Airp抓ak2.憂1殺模擬預(yù)測夠展覽館類夏高大空間堡建筑空調(diào)厚系統(tǒng)，并未對其進行修優(yōu)化設(shè)計勸、模擬氣尚流組織、丈評價熱舒假適等，分破析研究證蓋明此模擬飯分析方法夫是有效的宗，驗證和臉指導(dǎo)設(shè)計糖是切實可置行的。參考文獻撿1培女范存嘩養(yǎng)鳴.影大空間建廉筑空調(diào)設(shè)辨計及工程私實摘錄饑.爺北京：中慶國建筑工列業(yè)出版社濟，旺2001斃.觀2怪普陸耀妙慶僑.抽實用供熱蘋空調(diào)設(shè)計宮手殺冊短.峽北京：中懼國建筑出躍版社氏，貫1993念.脖3零強范存芬養(yǎng)宿.睡國外大空的間建筑的墓空調(diào)設(shè)扯計教.哭暖通空調(diào)猴，攤199冰6辰，瓦2我6頌（詳4效）幸：煉3光9牽～襯49傷4衰夠范存笛養(yǎng)縱.狼國外大空郵間建筑的第空調(diào)設(shè)計蕩（續(xù)詳）之.混暖通空調(diào)串，乓199暖6已，嫩2宿6思（歲5櫻）恒：辜4愉1席～懂48歉5IS梯O77敘30:1迫994.嚇Mod司erat磁eth悄erma甩len倦viro樸nmen揉ts-范Det勤ermi狼nati特ono認