室內(nèi)熱環(huán)境空間建筑管理論文范文.doc

室內(nèi)熱環(huán)境空間建筑管理論文范文 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(jié)構(gòu)參數(shù)以及室內(nèi)負(fù)荷、上部開口背壓、上部開口進(jìn)風(fēng)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(fēng)溫度、上部開口排風(fēng)量及室內(nèi)排熱量的差別 關(guān)鍵詞：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(fēng)和結(jié)構(gòu)的要求上部均設(shè)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(fēng)會增加室內(nèi)負(fù)荷外夏季或多或少地可以利用上部開口處的高溫排風(fēng)帶走室內(nèi)部分負(fù)荷過渡季節(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(yīng)用數(shù)值模擬預(yù)測大空間建筑室內(nèi)溫度場和速度場的研究基礎(chǔ)上13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(chǔ)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(jié)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(fēng)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(fù)責(zé)觀眾席空調(diào)10個長程噴口水平布置負(fù)責(zé)場內(nèi)中央的空調(diào)回風(fēng)采用以臺階均勻回風(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(xué)模型及其邊界條件 表1夏季現(xiàn)場實測日工況送風(fēng)量：34.57kg/s 回風(fēng)量：31.31kg/s 送風(fēng)溫度：16.5室外氣溫：36.5 環(huán)形外走廊平均溫度:32 下開口進(jìn)風(fēng)溫度：28日射量：767W/m2 人體負(fù)荷：18.1kW 照明負(fù)荷：45kW傳熱系數(shù)/W/（m2K）： 屋頂：2.75外墻：2.48 內(nèi)墻：2.59樓板：2.21 選用LamBremhorst低雷諾數(shù)K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)； qiti/Ti分別為i表面內(nèi)側(cè)壁溫和相應(yīng)的空氣溫度/K； Sii表面面積m2； QLfUQLfD分別為室內(nèi)空中平面輻射熱源向上和向下輻射分量W； GijGUjGDj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) eIi表面發(fā)射率； s玻爾茲曼常數(shù)W/(m2.K4)； qlii表面導(dǎo)熱散熱W/m2 2.3計算工況與室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù) 上部側(cè)墻開口影響室內(nèi)熱環(huán)境的主要因素有噴口高度、上部開口面積及其高度、下部開口面積等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)以及室內(nèi)負(fù)荷、上部開口進(jìn)風(fēng)速度等運行參數(shù)；頂部開口影響室內(nèi)熱環(huán)境的主要因素有噴口高度上部開口背壓上下開口面積等通過模擬計算對室內(nèi)垂直溫度分布、空調(diào)區(qū)溫度、上部開口排風(fēng)溫度、室內(nèi)通風(fēng)排風(fēng)量及排熱量隨上述因素的變化進(jìn)行分析與討論以得出上述因素對室內(nèi)熱環(huán)境特性的影響及其規(guī)律上部側(cè)墻開口與屋頂頂部開口的分析討論分別在文獻(xiàn)6和文獻(xiàn)7中詳述本文僅針對這兩種不同上部開口形式下的室內(nèi)熱環(huán)境特性參數(shù)變化的不同之處進(jìn)行分析和闡述表2列出了本文討論的兩種計算工況的變化參數(shù)討論中室內(nèi)垂直溫度分布以比賽內(nèi)場為討論對象空調(diào)區(qū)溫度為內(nèi)場垂直方向上的空氣平均溫度并定義不偏離平均溫度1%時的區(qū)域為等溫空調(diào)區(qū)其高度為等溫空調(diào)區(qū)高度室內(nèi)通風(fēng)排熱量為室內(nèi)因上下開口引起的總通風(fēng)排熱量定義通風(fēng)排熱為正得熱為負(fù)室內(nèi)通風(fēng)排熱量是衡量建筑在開口作用下室內(nèi)自然通風(fēng)總排熱的狀況它不僅反映了上部開口排熱量的大小也反映了下部開口進(jìn)風(fēng)帶入室內(nèi)熱量的大小無論開口結(jié)構(gòu)形式如何變化建筑開口所引起的室內(nèi)通風(fēng)排熱量越大越好它是開口節(jié)能性的一個標(biāo)志 表2上部開口形式計算工況上部側(cè)墻開口屋頂頂部開口 變化參數(shù)參數(shù)計算工況記號參數(shù)計算工況記號 噴口高度/m13/15N13/N1511/13/15/17N11/N13/N15/N17 上部開口高度/m15/17/19IN15IN17/IN19 下部開口面積/m20/0.93/1.86/3.720F/1F/2F/4F0.32/0.644/1.365FXQ、FXH、FX 上部開口面積/m256/28/10.45SO/PO/WO4/9/16T2O3/T3O4/T4O6 圖2圖4中其他記號說明： ALLEXH：指上部開口均處于排風(fēng)狀態(tài) 1Q：指室內(nèi)熱負(fù)荷為現(xiàn)場實測日測定值 5P/0P/+5P：分別指頂部開口處背壓為5/0/5Pa 3計算結(jié)果與分析 3.1垂直溫度分布 在上部側(cè)墻開口的計算工況中上部開口面積對垂直溫度分布的影響相對較大開口面積越大下部空調(diào)區(qū)溫度則越低噴嘴高度對屋頂附近溫度影響較大噴嘴高度越高屋頂附近溫度越低見圖2(a)、(b) 在屋頂頂部開口的計算工況中噴嘴高度對垂直溫度分布的影響最大其次是上部開口面積噴嘴高度15m時屋頂附近溫度最低等溫空調(diào)區(qū)溫度處于較低的水平此外上部開口面積較小時非空調(diào)區(qū)溫度較高見圖2(c)、(d) 兩種不同上部開口形式的計算工況下垂直溫度分布的規(guī)律大致是相同的但上部側(cè)墻開口時垂直溫度明顯高于頂部開口工況510左右 3.2空調(diào)區(qū)平均溫度 在上部側(cè)墻開口的計算工況中空調(diào)區(qū)平均溫度隨下開口面積的增加而增加增幅不大；隨上開口面積增加空調(diào)區(qū)平均溫度呈增加趨勢上開口面積大于28m2增幅已不明顯不同噴嘴高度溫度變化趨勢相同高度增加溫度亦升高見圖3(b)、(d) 在屋頂頂部開口的計算工況中空調(diào)區(qū)平均溫度受噴嘴高度影響最大其次下部開口面積噴嘴高度在11m15m時高度每增加1m,等溫空調(diào)區(qū)溫度增加約為0.2515m19m時噴嘴高度每增加1m等溫空調(diào)區(qū)溫度增加約為0.5而隨下部開口面積變化溫度呈遞增趨勢見圖3(c)、(d) 兩種不同上部開口形式的計算工況下空調(diào)區(qū)溫度總體上在側(cè)墻開口時的溫度要高于頂部開口時兩者變化規(guī)律具有相似之處：隨噴嘴高度增加等溫空調(diào)區(qū)溫度都升高同時隨上部開口面積增加空調(diào)區(qū)溫度有增加趨勢但增幅不明顯隨下部開口面積增加空調(diào)區(qū)溫度亦有增加趨勢 （a）不同噴嘴高度及上部開高度（b）不同上部開口面積（c）不同噴嘴高度（d）不同上部開口面積 圖2側(cè)開(a)(b)與頂開(c)(d)垂直溫度分布比較 圖3側(cè)開(a)(b)與頂開(c)(d)空調(diào)區(qū)溫度/排風(fēng)溫度比較 3.3上部開口排風(fēng)溫度 在上部側(cè)墻開口的計算工況中噴嘴高度升高排風(fēng)溫度降低隨上部開口高度變化排風(fēng)溫度先升后降基本上在17m時處于最大值而下開口面積增加排風(fēng)溫度降低并有趨于穩(wěn)定的趨勢為此在滿足室內(nèi)新風(fēng)要求的前提下應(yīng)盡可能減少下開口面積并尋找最佳上開口開度以降低空調(diào)區(qū)溫度提高排風(fēng)溫度見圖3(a)、(b) 在屋頂頂部開口的計算工況中在噴嘴1119m計算范圍內(nèi)噴嘴高度11m時排風(fēng)溫度較大上部開口面積不同隨噴嘴高度變化的變化規(guī)律不同其內(nèi)在關(guān)聯(lián)還有待于進(jìn)一步的研究而排風(fēng)溫度隨下開口面積的變化趨勢比較顯著隨下開口面積增加排風(fēng)溫度先呈下降趨勢而后隨面積的增加溫度趨于穩(wěn)定見圖3(c)、(d) 兩種不同上部開口形式的計算工況下側(cè)開排風(fēng)溫度受噴嘴高度的影響較為顯著而隨下開口面積的變化其規(guī)律較為一致即：隨下開口面積的增加先降后趨于穩(wěn)定 3.4上部開口排風(fēng)量 在上部側(cè)墻開口的計算工況中下部開口面積對排風(fēng)量影響最大隨下部開口面積的增加排風(fēng)量線性遞增；計算表明噴嘴高度對排風(fēng)量的影響不大見圖4(a)、(b) 在屋頂頂部開口的計算工況中排風(fēng)量隨下部開口面積增加呈線性遞增而噴嘴高度對其影響不大見圖4(c)、(d) 兩種不同上部開口形式的計算工況下排風(fēng)量隨噴嘴高度和下開口面積變化的規(guī)律極為相似即：均隨下開口面積增加呈線性遞增趨勢而隨噴嘴高度的變化影響不大 圖4側(cè)開(a)(b)與頂開(c)(d)排風(fēng)量/排熱量比較 3.5室內(nèi)排熱量 在上部側(cè)墻開口的計算工況中噴嘴高度與上部開口的高差對排風(fēng)溫度及其室內(nèi)排熱量影響較大高差為2m時開口高度每提高1m排風(fēng)溫度增加近5排熱量則增加6070kW而下部開口面積增加在上部開口面積較小的情況下排熱量下降趨勢顯著；上部開口面積較大的情況下隨下開口面積增加排熱量有穩(wěn)定趨勢見圖4(a)、(b) 在屋頂頂部開口的計算工況中排熱量變化規(guī)律基本與排風(fēng)溫度相似即：隨上開口面積不同變化規(guī)律不同而隨下部開口面積增加排熱量基本呈下降趨勢見圖4(c)、(d) 兩種不同上部開口形式的計算工況下排熱量隨噴嘴高度變化側(cè)墻開口變化規(guī)律顯著頂部開口不明顯；隨下開口面積變化規(guī)律相似即：隨下開口面積增加基本呈下降趨勢 4結(jié)論 兩種不同上部開口形式的在計算工況條件下： 1)垂直溫度分布大致相同但上部側(cè)墻開口時的垂直溫度高于頂部開口時； 2)空調(diào)區(qū)溫度隨噴嘴高度和下開口面積增加均呈上升趨勢但上部側(cè)墻開口時明顯高于頂部開口時； 3)側(cè)墻開口排風(fēng)溫度隨噴嘴高度影響較為顯著兩者隨下開口面積變化的規(guī)律趨勢較為一致其量相當(dāng)； 4)排風(fēng)量隨下開口面積和噴嘴高度變化的規(guī)律極為相似前者兩種開口形式呈線性遞增后者影響不明顯； 5)兩者排熱量的變化規(guī)律與排風(fēng)溫度基本相似 參考文獻(xiàn) 1.黃晨李美玲等采用第一類邊界條件數(shù)值模擬具有開口的大空間建筑是內(nèi)速度場與溫度場制冷學(xué)報；92：2024 2.ChenHuang,MeilingLi,TaoZuoCFDAnalysisofAirflowandTemperatureFieldsinaLargeSpacewithOpenings4th.InternationalConferenceonIAVECBChangsha.10；269276 3.黃晨李美玲大空間建筑室內(nèi)表面溫度對流耦合換熱計算上海理工大學(xué)學(xué)報；23（4）：322326 4.黃晨李美玲鄒志軍肖學(xué)勤大空間建筑室內(nèi)熱環(huán)境現(xiàn)場實測及能耗分析暖通空調(diào)2000；30(6)：5255 5.C.K.G.Lam,K.BremhorstAmodifiedformofthekemodelforpredictingwalltu