某雙層玻璃幕墻建筑自然通風(fēng)-數(shù)值模擬研究

1、某雙層玻璃幕墻建筑自然通風(fēng)-數(shù)值模擬研究            黃艷 劉東 楊建坤 張恩澤摘要： 根據(jù)雙層玻璃幕墻建筑的特殊熱環(huán)境，提出過渡季節(jié)采用自然通風(fēng)的方式，確定了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開口方式和開口大小，使各樓層的空氣溫度都在熱舒適范圍內(nèi)；應(yīng)用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)各樓層房間的三維溫度場(chǎng)，速度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，研究結(jié)果表明，利用自然通風(fēng)能夠有效地改善室內(nèi)熱環(huán)境，較好地滿足人體熱舒適的要求。 關(guān)鍵詞： 自然通風(fēng) 數(shù)值模擬 中庭 1.引言空調(diào)的應(yīng)用為人們創(chuàng)造了舒適的室內(nèi)環(huán)境，

2、但也帶來了一些問題；首先，空調(diào)建筑的密閉性較好，當(dāng)新風(fēng)量不足時(shí)，室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）惡化會(huì)導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合癥（SBA）；其次，大量的空調(diào)器加劇了城市熱島效應(yīng)，造成室外空氣熱環(huán)境惡化；再次，空調(diào)器的普及使建筑能耗有較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，同時(shí)發(fā)展生態(tài)建筑也是大勢(shì)所趨，自然通風(fēng)這項(xiàng)古老的技術(shù)重新得到了重視。合理利用自然通風(fēng)能取代或部分取代傳統(tǒng)制冷空調(diào)系統(tǒng)，不僅能不消耗不可再生能源實(shí)現(xiàn)有效被動(dòng)式制冷，改善室內(nèi)熱環(huán)境；而且能提供新鮮、清潔的自然空氣，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，有利于人的身體健康，滿足人們心理上親近自然，回歸自然的需求。采用雙層玻璃幕墻可以進(jìn)行有效的自然通風(fēng)。雙層玻璃幕墻

3、又稱動(dòng)態(tài)幕墻，兩層玻璃之間的距離為20mm500mm，利用“煙囪、熱流道”效應(yīng)，氣流在兩層玻璃幕墻中間由下向上循環(huán)，帶走外面一層玻璃幕墻太陽輻射的能量，達(dá)到隔熱、保溫、節(jié)能、環(huán)保的功效。按照不同的通風(fēng)原理雙層玻璃幕墻可分為：整體式、廊道式、通道式和箱體式。雙層玻璃幕墻具有多項(xiàng)功能：減少風(fēng)及惡劣氣候的影響、提高隔音能力、充分利用太陽能、使用自然通風(fēng)使空調(diào)使用率降至最低。本文主要研究其自然通風(fēng)的功能及效果。2.研究對(duì)象及技術(shù)路線2.1 研究對(duì)象本文中研究對(duì)象為采用雙層玻璃幕墻帶中庭的辦公建筑，共6層，外形結(jié)構(gòu)見圖1，幕墻結(jié)構(gòu)見圖2：圖1 建筑外形圖 圖2 廊道式雙層幕墻局部放大圖該幕墻為廊道式雙層

4、幕墻，每層設(shè)置通風(fēng)道，層間水平有分隔，無垂直換氣通道，自然通風(fēng)的路徑為：圖3基本技術(shù)路線3.房間的計(jì)算數(shù)學(xué)模型3.1 物理模型（1）式中： 空氣比熱， 室外空氣的密度，溫度為20， 通風(fēng)氣流的溫度差,;m/s （2）式中： 室內(nèi)外空氣的密度差,kg/m3; 中和面的高度,m.計(jì)算得到 模型。模型所遵守的偏微分方程的向量表示如下：連續(xù)性方程：（4）紊流能量傳遞方程： （6）能量方程： ；i=1,2,3；j=1,2,3；為密度，為紊動(dòng)能，模型中的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)可按表2取。表2 圖8 z=1.5m處的溫度分布(t=20 q=50W/m2) 單位：Kcase2: 室外溫度 t=22，室內(nèi)發(fā)熱量為40,50W

5、/m2時(shí)的溫度分布圖9 z=1.5m處的溫度分布(t=22 q=50W/m2) 單位:K 圖10 z=1.5m處的溫度分布(t=20 q=40W/m2) 單位:KCase3: 室外溫度t=23 ,室內(nèi)發(fā)熱量為40,50W/m2時(shí)，房間的溫度分布圖11 z=1.5m處的溫度分布(t=23 q=50W/m2)單位:K 圖12 z=1.5m處的溫度分布(t=23 q=40W/m2)單位:KCase4: 室外溫度t=24 ,室內(nèi)發(fā)熱量為20,30W/m2時(shí)，房間的溫度分布圖13 z=1.5m處的溫度分布(t=24 q=30W/m2)單位:K 圖14 z=1.5m處的溫度分布(t=24 q=20W/m2

6、)單位:KCase5: 室外溫度t=25 ,室內(nèi)發(fā)熱量為20,10W/m2時(shí)，房間的溫度分布圖15 z=1.5m處的溫度分布(t=25 q=20W/m2)單位: K 圖16 z=1.5m處的溫度分布(t=25 q=10W/m2)單位:K根據(jù)模擬結(jié)果可以看到，當(dāng)室內(nèi)平均發(fā)熱量在10W/m250 W/m2之間變化時(shí)，大樓適用自然通風(fēng)的室外溫度也會(huì)隨著變化，其適用情況如下表所示：表5 不同室內(nèi)發(fā)熱量條件下大樓適用自然通風(fēng)的室外溫度范圍 室內(nèi)發(fā)熱量(W/m2)1020304050適用室外溫度范圍()162516241624162316225.結(jié)論通過以上的模擬工作，我們可以得出以下結(jié)論：5.1 在相同的室內(nèi)發(fā)熱量及室外溫度下，房間的通風(fēng)口面積越大，自然通風(fēng)效果越好，但是增加到一定值，改善效果便不明顯，因此設(shè)計(jì)時(shí)要確定合理的通風(fēng)口面積。5.2 完全依靠自然通風(fēng)的效果取決于室內(nèi)發(fā)熱量及室外溫度，當(dāng)室外溫度超過一定值時(shí)要考慮機(jī)械制冷與自然通風(fēng)相結(jié)合。5.3 冬冷夏熱地區(qū)，早晚溫差較大，