具有上部側(cè)墻開(kāi)口和頂部開(kāi)口的大空間建筑室內(nèi)熱環(huán)境特性的比較

具有上部側(cè)墻開(kāi)口和頂部開(kāi)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(chǎng)實(shí)測(cè)的前期研究成果，針對(duì)具有上部側(cè)墻開(kāi)口和屋頂頂部開(kāi)口兩種上部開(kāi)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(shí)各不同噴口高度、上部開(kāi)口面積及其高度、下部開(kāi)口面積等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及室內(nèi)負(fù)荷、上部開(kāi)口背壓、上部開(kāi)口進(jìn)風(fēng)速度等運(yùn)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(kāi)口形式工況下垂直溫度分布、空調(diào)區(qū)平均溫度、上部開(kāi)口排風(fēng)溫度、上部開(kāi)口排風(fēng)量及室內(nèi)排熱量的差別。關(guān)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(kāi)口屋頂頂部開(kāi)口1引言幾乎所有大空間建筑因通風(fēng)和結(jié)構(gòu)的要求上部均設(shè)有開(kāi)口。上部開(kāi)口大致有上部側(cè)墻開(kāi)口和屋頂頂部開(kāi)口兩種形式。采用分層空調(diào)時(shí)，上部開(kāi)口的形式和位置的不同對(duì)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(kāi)口排風(fēng)會(huì)增加室內(nèi)負(fù)荷外，夏季或多或少地可以利用上部開(kāi)口處的高溫排風(fēng)帶走室內(nèi)部分負(fù)荷，過(guò)渡季節(jié)則可關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)僅靠自然通風(fēng)排走室內(nèi)負(fù)荷，因此研究大空間建筑分層空調(diào)時(shí)上部開(kāi)口等諸因素對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境特性的影響尤為重要。本文在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用數(shù)值模擬預(yù)測(cè)大空間建筑室內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的研究基礎(chǔ)上[1]~[3]，選用目前比較典型的側(cè)噴送風(fēng)方式，并將具有上部側(cè)墻開(kāi)口或具有頂部開(kāi)口兩種不同上部開(kāi)口形式的大空間建筑作為研究對(duì)象，以夏季現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工況為分析基礎(chǔ)[4]，重點(diǎn)討論了這兩種不同上部開(kāi)口形式在不同工況下分層空調(diào)時(shí)的室內(nèi)熱環(huán)境特性的區(qū)別。其中在頂部開(kāi)口的工況模擬中部分借用了側(cè)墻開(kāi)口工況的實(shí)測(cè)結(jié)果。2計(jì)算條件2.1建筑模型圖1為數(shù)值模擬用某體育館簡(jiǎn)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(fēng)，由38個(gè)噴口組成環(huán)形對(duì)中噴射，其中28個(gè)短程噴口傾斜12°布置，負(fù)責(zé)觀眾席空調(diào)，10個(gè)長(zhǎng)程噴口水平布置，負(fù)責(zé)場(chǎng)內(nèi)中央的空調(diào)。回風(fēng)采用以臺(tái)階均勻回風(fēng)為主、側(cè)墻回風(fēng)為輔的方式。模擬主要基礎(chǔ)參數(shù)見(jiàn)表1夏季游樂(lè)活動(dòng)實(shí)測(cè)日工況[4]。上部開(kāi)口形式分別模擬為上部側(cè)墻開(kāi)口或屋頂頂部開(kāi)口。工作區(qū)入室大門(mén)及滲透縫隙則模擬為下部開(kāi)口。2.2數(shù)學(xué)模型及其邊界條件表1夏季現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)日工況簡(jiǎn)送風(fēng)量：跪34.57k浩g弱/s

聯(lián)回風(fēng)量：吐31.31k拖g舒/s

釣送風(fēng)溫度：超16.認(rèn)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(cè)2園℃

階下開(kāi)口進(jìn)風(fēng)溫向度：更2息8私℃吸日射量如：將767W/m街2

刮人體負(fù)荷呈：串18.1kW

谷照明負(fù)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(chǔ)，利用Gebhart吸收系數(shù)，借助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)建立如下壁面i的壁溫方程組求解[3]：，，，，式中：──i表面對(duì)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(yīng)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(duì)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(pán)W/(m蕩2.悼K宇4欄)老；獎(jiǎng)圾灣q慰li獅潛─慨─蹤飯i譽(yù)表面導(dǎo)熱散熱緣，打W/m蜓2歌。尖2.3歇扔計(jì)算工況與室際內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)挨上部側(cè)墻開(kāi)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(kāi)口面積渠及其高度、下亦部開(kāi)口面積等瓣幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)綠，以及室內(nèi)負(fù)盼荷、上部開(kāi)口碌進(jìn)風(fēng)速度等運(yùn)宇行參數(shù)；頂部糞開(kāi)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(kāi)口駛背壓，上下開(kāi)泰口面積等。通竊過(guò)模擬計(jì)算對(duì)鉗室內(nèi)垂直溫度侵分布、空調(diào)區(qū)安溫度、上部開(kāi)然口排風(fēng)溫度、杜室內(nèi)通風(fēng)排風(fēng)券量及排熱量隨撈上述因素的變億化進(jìn)行分析與咱討論，以得出沖上述因素對(duì)室皇內(nèi)熱環(huán)境特性護(hù)的影響及其規(guī)竿律。上部側(cè)墻罩開(kāi)口與屋頂頂椅部開(kāi)口的分析農(nóng)討論分別在文限獻(xiàn)威［占6劇］和文獻(xiàn)濟(jì)［忘7擠］中詳述。本暮文僅針對(duì)這兩失種不同上部開(kāi)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(jìn)行分太析和闡述。痰表暫2認(rèn)列出了本文討息論的兩種計(jì)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(chǎng)務(wù)為討論對(duì)象。俱空調(diào)區(qū)溫度為樹(shù)內(nèi)場(chǎng)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(shí)的區(qū)域?yàn)榈裙軠乜照{(diào)區(qū)，其躲高度為等溫空哪調(diào)區(qū)高度。室來(lái)內(nèi)通風(fēng)排熱量坊為室內(nèi)因上下健開(kāi)口引起的總后通風(fēng)排熱量，揀定義通風(fēng)排熱救為正，得熱為黎負(fù)。室內(nèi)通風(fēng)燃排熱量是衡量蘋(píng)建筑在開(kāi)口作馬用下，室內(nèi)自太然通風(fēng)總排熱溝的狀況，它不翠僅反映了上部倚開(kāi)口排熱量的慶大小，也反映植了下部開(kāi)口進(jìn)茅風(fēng)帶入室內(nèi)熱艷量的大小。無(wú)蛇論開(kāi)口結(jié)構(gòu)形葉式如何變化，嘉建筑開(kāi)口所引輔起的室內(nèi)通風(fēng)君排熱量越大越究好，它是開(kāi)口虛節(jié)能性的一個(gè)晃標(biāo)志。神表敏2懷渡上部開(kāi)口形式朽計(jì)算工湖況性博甜招上部側(cè)墻開(kāi)口膚屋頂頂部開(kāi)口頌變化參數(shù)旅參數(shù)計(jì)算工況微記號(hào)鋪參數(shù)計(jì)算工況您記號(hào)誕噴口高欠度顏/m距13/15香N13/N1毛5水11/13/鍬15強(qiáng)/17德N11/N1鋤3/N15/用N17尋上部開(kāi)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(kāi)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(yīng)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(kāi)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(hào)說(shuō)擊明：告ALLEX仔H宅：指上部開(kāi)口登均處于排風(fēng)狀湯態(tài)攏1蠢Q并：指室內(nèi)熱負(fù)抹荷為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)快日測(cè)定值果-5P/0P灑/+5杯P宣：分別指頂部更開(kāi)口處背壓為柿－神5/0/5P凳a用3炮計(jì)算結(jié)果與分恒析鴿3.位1粒垂直溫度分布丘在上部側(cè)墻開(kāi)秩口的計(jì)算工況樂(lè)中，上部開(kāi)口烈面積對(duì)垂直溫蓄度分布的影響落相對(duì)較大。開(kāi)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(duì)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(jiàn)薯圖發(fā)2(a拳)寫(xiě)、翻(b難)撕。除在屋頂頂部開(kāi)兄口的計(jì)算工況信中，噴嘴高度此對(duì)垂直溫度分要布的影響最大腳，其次是上部嬸開(kāi)口面積。噴美嘴高度煤15m掉時(shí)，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(kāi)口面積較亞小時(shí)，非空調(diào)叢區(qū)溫度較高。遲見(jiàn)鑄圖摧2(c膠)塵、猛(d寶)期。消兩種不同上部公開(kāi)口形式的計(jì)隊(duì)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(kāi)口時(shí)，濱垂直溫度明顯搞高于頂部開(kāi)口民工舟況吃5束～惕1免0時(shí)℃染左右。聾3.2室皇空調(diào)區(qū)平均溫慮度長(zhǎng)在上部側(cè)墻開(kāi)京口的計(jì)算工況妖中，空調(diào)區(qū)平旨均溫度隨下開(kāi)暈口面積的增加導(dǎo)而增加，增幅膜不大；隨上開(kāi)仍口面積增加，糖空調(diào)區(qū)平均溫幕度呈增加趨勢(shì)陡，上開(kāi)口面積洞大于諒28m甩2礎(chǔ)，增幅已不明粉顯。不同噴嘴蔑高度，溫度變戀化趨勢(shì)相同，脂高度增加，溫傻度亦升高。見(jiàn)槍圖去3(b僻)匆、將(d幅)協(xié)。芳在屋頂頂部開(kāi)菊口的計(jì)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(kāi)艇口面積。噴嘴遠(yuǎn)高度疾在尤11m~振15m輝時(shí)，高度每增賣(mài)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(shí)，噴嘴高度請(qǐng)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(kāi)屠口面積變化，城溫度呈遞增趨炎勢(shì)。見(jiàn)鼓圖冠3(c露)語(yǔ)、智(d球)盛。憐兩種不同上部連開(kāi)口形式的計(jì)戰(zhàn)算工況下，空田調(diào)區(qū)溫度總體父上在側(cè)墻開(kāi)口思時(shí)的溫度要高鋤于頂部開(kāi)口時(shí)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(shí)隨獅上部開(kāi)口面積莖增加，空調(diào)區(qū)慰溫度有增加趨睜勢(shì)，但增幅不批明顯。隨下部溜開(kāi)口面積增加根，空調(diào)區(qū)溫度滿亦有增加趨勢(shì)葬。誰(shuí)（柱a堆）不同噴嘴高底度及上部開(kāi)高淡度背（倚b摸）不同上部開(kāi)饒口面積灘（努c雨）不同噴嘴高往度爹（將d持）不同上部開(kāi)牙口面積屈圖坑2眼薪側(cè)挪開(kāi)擔(dān)(a)(b多)頑與頂蜻開(kāi)蓮(c)(d仆)膝垂直溫度分布核比較裕圖漏3禽癥側(cè)步開(kāi)桑(a)(b產(chǎn))獵與頂田開(kāi)誕(c)(d茅)金空調(diào)區(qū)溫濤度談/叛排風(fēng)溫度比較許3.3風(fēng)睜上部開(kāi)口排風(fēng)楚溫度矮在上部側(cè)墻開(kāi)內(nèi)口的計(jì)算工況羅中，噴嘴高度糠升高，排風(fēng)溫扭度降低。隨上潤(rùn)部開(kāi)口高度變認(rèn)化，排風(fēng)溫度珍先升后降，基悶本上在皮17m從時(shí)處于最大值取。而下開(kāi)口面爬積增加，排風(fēng)嘆溫度降低，并抓有趨于穩(wěn)定的渣趨勢(shì)。為此，雷在滿足室內(nèi)新糊風(fēng)要求的前提扒下，應(yīng)盡可能弟減少下開(kāi)口面倍積，并尋找最網(wǎng)佳上開(kāi)口開(kāi)度纖，以降低空調(diào)蓋區(qū)溫度，提高華排風(fēng)溫度。見(jiàn)票圖名3(a胳)慚、劉(b河)己。彼在屋頂頂部開(kāi)伴口的計(jì)算工況揪中，在噴肝嘴殺1依1負(fù)～映19疫m捆計(jì)算范圍內(nèi)，紐噴嘴高度數(shù)11m究時(shí)排風(fēng)溫度較燕大。上部開(kāi)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(guān)真聯(lián)還有待于進(jìn)使一步的研究。侵而排風(fēng)溫度隨己下開(kāi)口面積的續(xù)變化趨勢(shì)比較墓顯著，隨下開(kāi)浴口面積增加，俊排風(fēng)溫度先呈弦下降趨勢(shì)，而團(tuán)后隨面積的增霉加，溫度趨于雞穩(wěn)定。見(jiàn)趣圖維3(c竹)耕、基(d開(kāi))魂。銜兩種不同上部離開(kāi)口形式的計(jì)訴算工況下，側(cè)恥開(kāi)排風(fēng)溫度受臟噴嘴高度的影秤響較為顯著，臭而隨下開(kāi)口面羊積的變化其規(guī)限律較為一致，落即：隨下開(kāi)口猶面積的增加先術(shù)降后趨于穩(wěn)定甜。炎役3.4備植上部開(kāi)口排風(fēng)倚量例在上部側(cè)墻開(kāi)狡口的計(jì)算工況寬中，下部開(kāi)口外面積對(duì)排風(fēng)量脊影響最大，隨順下部開(kāi)口面積禾的增加，排風(fēng)貪量線性遞增；杯計(jì)算表明，噴倉(cāng)嘴高度對(duì)排風(fēng)嘴量的影響不大蟻。見(jiàn)殖圖版4(a革)伸、龜(b償)延。齊破在屋頂頂部開(kāi)大口的計(jì)算工況惹中，排風(fēng)量隨頓下部開(kāi)口面積勇增加呈線性遞宿增。而噴嘴高錫度對(duì)其影響不言大。見(jiàn)鹿圖役4(c掩)輪、理(d曠)愉。拜兩種不同上部呀開(kāi)口形式的計(jì)凍算工況下，排都風(fēng)量隨噴嘴高撫度和下開(kāi)口面聰積變化的規(guī)律鞭極為相似。即滔：均隨下開(kāi)口射面積增加呈線榮性遞增趨勢(shì)，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(kāi)季(a)(b罵)端與頂姓開(kāi)馬(c)(d龜)囑排風(fēng)徐量才/蛛排熱量比較徑3.5結(jié)故室內(nèi)排熱量真在上部側(cè)墻開(kāi)誘口的計(jì)算工況爸中，噴嘴高度寄與上部開(kāi)口的悅高差對(duì)排風(fēng)溫犬度及其室內(nèi)排河熱量影響較大翻，高差為碎2m悠時(shí)，開(kāi)口高度寺每提高最1m抖，排風(fēng)溫度增田加近賠5纏℃樹(shù)，排熱量則增穿加宏6息0悟～恐70k彈W勢(shì)。而下部開(kāi)口眠面積增加，在樸上部開(kāi)口面積遣較小的情況下界，排熱量下降呀趨勢(shì)顯著；上鄉(xiāng)部開(kāi)口面積較沫大的情況下，期隨下開(kāi)口面積點(diǎn)增加，排熱量詞有穩(wěn)定趨勢(shì)。絮見(jiàn)哄圖遙4(a巡)摩、贊(b變)順。激在屋頂頂部開(kāi)婆口的計(jì)算工況刷中，排熱量變掏化規(guī)律基本與搜排風(fēng)溫度相似竄。即：隨上開(kāi)黑口面積不同，賭變化規(guī)律不同過(guò)。而隨下部開(kāi)傍口面積增加排緊熱量基本呈下屯降趨勢(shì)。見(jiàn)候圖點(diǎn)4(c器)污、斃(d丸)脊。瓣兩種不同上部運(yùn)開(kāi)口形式的計(jì)翠算工況下，排嫂熱量隨噴嘴高省度變化，側(cè)墻騙開(kāi)口變化規(guī)律可顯著，頂部開(kāi)財(cái)口不明顯；隨丟下開(kāi)口面積變探化規(guī)律相似，流即：隨下開(kāi)口通面積增加，基軋本呈下降趨勢(shì)替。誼4結(jié)論暢兩種不同上部梯開(kāi)口形式的在敵計(jì)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(kāi)口并時(shí)的垂直溫度垮高于頂部開(kāi)口貼時(shí)；駱2傍)蛾空調(diào)區(qū)溫度隨鄭噴嘴高度和下與開(kāi)口面積增加豆均呈上升趨勢(shì)廁，但上部側(cè)墻席開(kāi)口時(shí)明顯高年于頂部開(kāi)口時(shí)幻；智3烈)忙側(cè)墻開(kāi)口排風(fēng)薯溫度隨噴嘴高亞度影響較為顯問(wèn)著，兩者隨下退開(kāi)口面積變化壩的規(guī)律趨勢(shì)較循為一致，其量俗相當(dāng)譜；構(gòu)裁4諸)爽排風(fēng)量隨下開(kāi)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(kāi)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(fēng)溫度基本相儀似。參考文獻(xiàn)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(kāi)賠口的大空間建上筑是內(nèi)速度場(chǎng)順與溫度場(chǎng)．制雹冷學(xué)報(bào)席，塊200袖2鵲；逮9卵2欄：慶20-2范4室．過(guò)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(xiàn)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(duì)流耦合換熱憲計(jì)算．上海理吸工大學(xué)學(xué)報(bào)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(yuǎn)學(xué)勤．大空間害建筑室內(nèi)熱環(huán)旦境現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及敢能耗分析．暖吼通空調(diào)及，壘200拐0摩；車30(6痛)前：網(wǎng)52-5斬5解．氧5.C.K.扯G.Lam,直K.Bre看mhors鑼t制，述Amodi躺fiedf正ormof清thek講-emod登elfor葡predi袖cting委wallt騎urbule介nc攝e予．基ASMEJ設(shè).Flui等