某中心C座大廳室內熱環境預測與分析摘要：本文通過數值模擬計算的方法，針對當地氣象條件，對某中心C座大廳在冬、夏不同工況下的大廳室內溫度場進行了模擬預測，并結合計算數據對其室內熱環境特性進行了分析與總結。在此基礎上，對某中心C座大廳的空調設計提出了建議，針對預測結果進行了工程設計調整，對其室內熱環境的改善起到了一定的作用。本文的分析結果可對同類建筑的空調和采暖設計起到借鑒和指導的作用。關鍵字：室內熱環境數值模擬高大空間建筑1工程概況近年來，越來越多的建筑采用了全玻璃的圍護結構形式，特別是在具有高大空間的建筑中，如建筑中庭、大廳等。然而，這一形式也給其室內熱環境的控制與設計帶來了許多困難。某中心C座大廳即為此類建筑形式的典型工程。某中心C座大廳南北長63米，東西寬14米，頂部高約9米，面積約900平方米。南北緊鄰兩座塔樓，通過走廊相連；東西及屋頂為全玻璃；大廳地面還有兩處較大開口，可沿樓梯下行到地下一層。大廳的空調采用全空氣方式，設計空調總送風量50000m3/h，設計送風溫度冬季為31℃，夏季為16℃；送風采用地板下送方式，送風口為1200mm×250mm的條形風口，共28個，回風為樓梯開口處側下集中回風形式，回風口尺寸為3000mm×600mm，共4個；室內設計溫度為冬季19℃，夏季26℃。由于大廳采用全玻璃設計，不利于維持室內溫度的設計要求，特別是冬季的溫度要求；同時在風口布置上也會受到一些限制。利用數值模擬手段對冬、夏兩季室內環境的模擬預測，計算出在設計工況下，整個大廳的溫度場和速度場，考察其人員活動區域的溫度分布情況，可對設計方案進行校核及調整。2計算工況描述圖1物理模型模擬采用清華大學建筑技術與科學系開發的通用三維流動與傳熱的數值模擬程序STACH-3進行計算。湍流模型為專門針對建筑環境工程提出的MIT零方程模型【1】，其模擬的準確性有文獻【2】中已經得到確認，在此不一一贅述。離散方法為有限容積法，動量方程采用交錯網格（即U，V，W方程），差分格式選擇冪指數格式，求解算法為SIMPLE算法，代數方程求解采用交替方向迭代解法（ADI法），邊界條件的處理采用把其處理為各相應變量的源項的方法進行。計算網格采用正交的結構化網格，物理模型如圖1所示。根據北京歷史氣象資料，選擇冬、夏兩季的最不利工況進行計算，其中：冬季選擇北京全年氣象溫度最低日（2月14日）進行模擬計算；夏季選擇北京全年氣象溫度最高日（7月6日）進行模擬計算。考慮到每日溫度的定性變化規律以及模擬計算量的影響，將分別對應不同時刻的室外溫度環境分別處理。冬季工況室外氣象參數如圖2所示；夏季工況室外氣象參數如圖3、圖4所示。圖2冬季工況室外氣象參數圖3夏季工況室外氣象參數3計算結果分析圖48:00時刻不同高度的水平溫度場分布3.1冬季工況3.1.1空間溫度分布情況根據室外氣象參數（圖2），早8:00左右為該日氣溫最低點。圖4為2月14日早8:00時刻不同高度的水平溫度場分布的計算結果。圖4中，距地2米以下為人活動區域，從計算結果中可以定性地看出，大廳的溫度分布不夠均勻，在中部由于沒有送風口且靠近外門，因而溫度較低；在其它大部分區域溫度較高并且分布較均勻。通過對該日0：00、4：00、12：00、16：00、20：00、24：00等時刻的模擬計算得出，在該日的不同時刻內，大廳的溫度分布規律具有相似的特征。炕圖源5觸為嫌8:0田0謊時刻屋沿壩X警方向不同蔽斷面的垂資直溫度分沖布圖。由擴圖中可以日看出，在刷冬季，大吹廳的垂直號溫度出現俘了分層現強象，溫度呈隨著高度屑的增加而來上升，但值到達絹屋頂時，心由于大面水積的玻璃綿導致傳熱準量增大，汽因而溫度掌出現下降戚的情況。端但總體而稍言，其垂粘直方向的兄溫差較小樣，溫度變形化不很劇百烈。哨圖伐58:隱0南0伙時刻垂直蔥溫度場分串布匯3.1.攻2易困人活動區戀域溫度分量布情況刺對該碑日脫0蹄：叼0監0疏、谷4保：捆0外0捧、廚8彎：失0蝴0剝、霧1嚇2逢：賢0章0端、搬1幻6蹈：缸0撕0愈、票2間0貌：拜0還0艇、儀2抵4父：捷0研0刷等典型時游刻的模擬袋計算，得棉出最冷日帆人活動區霉域（取距乞地嘆1.可5蛛米處）的棵溫度變化證情況。戀圖筍6丹、仰圖蹤7烏為冬季工馬況人活動趁區域的溫以度統計值肝。式圖懸6太顯示，室沈內溫度的簡平均值基尿本上保持照在表1呼9貝℃槐左右，能羅夠滿足設曉計的要求猶，平均溫序度的最大訂值出現棚在哀16:0船0賠，雁為搭19.酷3箱℃公，最小出桃現藍在項8:0逃0室，店為甘18.3芝8禾℃濱。但從分騰布效果來冬看，其溫健度不夠均婦勻，各個唯時刻的最糞高溫度與毯最低溫度繭均有較大妨的差，如才圖敗7側所示，各等個時刻的抹溫度差都雅在哈7燃℃緩以上，最啟高達腹到王7.8桌5耳℃墻，說明了另大廳的溫凡度分布具懸有較大的耳不均勻性稀。廳圖王6掏朋人活動區仆域溫度統規計（一裂）瞞遣判圖察7樣朝人活動區行域溫度統帽計（二）鮮需要指出翠的是，在脊冬季工況藏的計算中兼，太陽輻拒射和人員辣、燈光等婚熱源沒有戚計入，因壘而計算結耗果是偏安字全的。在充實際投入咐使用的過馳程中，考斑慮到上述鑰熱源等有胳利因素的犧作用，室僅內溫度將溉會比計算堆值有小幅蹈上升。炒3.2搜謝夏季工況烤3.2.舒1今鵝空間溫度揀分布情況笨在計算夏新季工況時逃，太陽輻崇射以及人乳員、燈光袋等得熱將繡直接轉化紙為冷負荷形，因而不狂能忽略。鐮根據宿圖爪3周提供的氣岡象數據，牛下多午寫16:0怠0們左右為該夜日氣溫最玩高點。叢圖嬸8花為哲7卷月武6卸日下用午戴16:0茶0觀時刻不同紐高度的水緞平溫度場初分布的計娛算結果。更圖懇816伏:0母0蔬時刻不同忍高度的水便平溫度場圍分布囑圖服9絲為轎16:0纏0欠時刻通沿丟X凱方向不同蜂斷面的垂心直溫度分偉布圖。由吹圖中可以轎看出，同帆冬季工況緊相似，大如廳的垂直財溫度也出餅現了分層軍現象，但推夏季工況準更為明顯莊，特別是鼠在最熱的圈下柿午革16:0鄰0柿時，垂直作方向的溫脊度變化劇哄烈，上下笨溫差較大鉤，在屋頂偶產生了較蠟為顯著的付熱量堆積桑現象，不只利于室內匙溫度的控物制。鏡圖利916槳:0霧0還時刻垂直誰溫度場分勞布日3.2.燃2蘇勵人活動區絮域溫度場兇分布隆圖定1綁0勵、地圖擱1怎1界為夏季工尊況人活動興區域的溫冰度統計值陡。泰圖乳10系聞人活動區故域溫度統繡計（一確）堤母圖晝11育烈人活動區妙域溫度統數計（二）寺圖魯1訓0溝顯示，室男內溫度的雜平均值波吩動較大，杏但基本上點保持傳在私2子3思℃約到臟2聰6謠℃須之間，沒融有超過設睜計溫販度景2穴6溜℃暫，能夠滿飾足設計要裝求。其中猶，平均溫榮度的最大怖值出現研在謝16:0危0貞，三為眨25.8恢9用℃堂，最小出素現蒙在翅4:0唐0灣，熱為曬23.0因3誓℃挖。但從分誓布效果來浴看，同冬冊季相似，昌溫度不夠諷均勻，各威個時刻的寺最高溫度診與最低溫料度均有較采大的差，蔬如望圖民1釋1記所示，各鞭個時刻的溫溫度差都笑在愛5糾℃舊以上，最蒸高達保到哭8.7取7慈℃饞。而且溫酷度值越高單，溫差越說大，溫度負的不均勻賣性越差。4結論浮通過對某夫中墳心騾C妖座大廳溫樣度場的模偉擬分析，窄模擬的工量況包括冬遍季最冷日翅（嗚2陽月烈1偉4把日）和夏裕季最熱日獵（通7短月謎6另日）兩個名最不利的柱情況。根旱據計算結衰果進行統貿計分析，鄉得出如下抽結論：有一、從平是均值來看次，在冬季向最冷日，甚室內人活錦動區域的妨溫度平均犧值基本上練保持肉在否1診9其℃穩左右，在樓夏季最熱涌日，室內拉溫度的平激均值基本跡上保持午在風2耽3叢℃乞到途2降6惡℃形之斜間，沒有刑超過設計標溫看度哭2輸6要℃授，現有空介調系統能絹夠滿足冬序、夏兩季賞的室內溫侵度設計要吐求。掘二、從水陸平分布來吼看，冬、妖夏兩季均宣出現了較派大的溫度懲分布不均脹的情況。虎在人活動靈區，最高飯溫度與最耍低溫度的用溫差較大東，而且有魄溫度值越擾高引起溫攏差越大、嗓溫度的不與均勻性越撤差的趨勢漂。總體而能言，靠近腫外門區域務的溫度環烤境比較不招利。等三、從垂回直分布來錢看，冬、竄夏兩季均彎有垂直溫味度分層產塊生，其中五夏季尤為辨明顯，在薦靠近屋頂弊處溫度急模劇升高，偷超燒過頓3衫5脅℃船，出現了掙明顯的熱健量堆積現童象。這一威情況不利邀于夏季室聾內空氣溫滾度的控制召。常某中常心塘C卡座大廳，佳此建筑形胳式下的室妨內熱環境乳特征具有搞一定的典滾型性和普妖遍性，根兇據模擬計魯算結果和穗結論，對由空調設計絮提出如下雨建議，以惠供同類建緊筑形式的酒工程設計輝參考：烘一、對送蠻風口位置他和出口方允向進行調監整，增加直靠近入口旦處區域的劫風量分配拌比例。用們以改善溫秩度水平分塞布不均的祥現象。悉二、考慮歌在屋頂增剖加排風裝鞏置，以減誦少夏季屋筆頂熱量堆霧積的不利韻情況。將宵聚集在空貿間上部的起熱空氣及分時排出室漆外，有利隙于控制室慰內的空氣貝溫度。找三、在條藏件允許的芽情況下，流考慮在大寸廳入口附健近增加局子部采暖措梢施，如地擦板輻射采梁暖等輔助揚形式，用記以改善冬挖季入口附懼近溫度過斑低的情況早。參考文獻唯【嫩1惡】證Chen蔑Qin哄gyan卷and矮Xu調Weir上an,胖Aze增ro-e車quat時ion楚tur