分层空调与置换通风模式数值模拟研究.docx

分层空调与置换通风模式数值模拟研究摘要：剧场环境对人们在观看电影或文艺演出等演出的气氛有着重要影响而空调的配置与通风模式又是营造剧场环境的关键。本文以北京某剧场为研究实例利用Airpak软件分别研究了分层及置换两种通风方式下建筑物内的气流组织、热舒适性特征。并确定了两种通风方式各自的优缺点及适用范围研究结果可为类似工程设计起到提供借鉴作用。关键词：剧场环境；空调通风；数值模拟；气流组热；0.前言大型剧场属于多功能于一化建筑若的通风问题处理不当不仅会破坏室内舒适的空调环境造成场内卫生条件恶劣直接影响人们的观赏环境和身心健康。合理设计空调通风模式对于保证空调系统的正常运行提高空调系统运行经济性创造良好的室内空气品质及舒适的温、湿度参数都具有重要的意义而且还能有效减少整个能源转换和传输链的消耗。本文利用Airpak软件分别对空调通风设计中的分层空调与置换通风模式进行了对比研究确定了各自的优缺点及适用范围对大型建筑的空调通风设计具有重要的实际应用意义。1.剧场空调负荷的研究在高大建筑的空调中从一般采用分层空调设计。分层空调的负荷由两部分组成即空调区本身的冷负荷和非空调区冷负荷转入空调区的部分合理的分析计算空调负荷可以节约能耗。工程中使用较多的做法可以归纳为以下几种：（1）经验系数法。我国有关技术措施规定：高大空间采用分层空调时可按全室空调逐时冷负荷的综合最大值乘以经验系数作为房间冷负荷经验系数为0.5～0.85。经验系数法较为简便但作为经验值比较粗糙准确性较低。（2）一次辐射法。其优点是考虑了非空调区对空调区辐射的影响计算结果较为准确、可靠。缺点是没有考虑非空调区由于空气流动而引起的热量转移[2]。（3）假想转移法。假想转移法相对于其它方法更为接近实际情况比较准确但计算复杂。2.数值集算模型建立某剧场尺寸40×30×12m（长×宽×高）呈南北对称南北两侧为观众席中间为演出场地。由对称性数值模拟模型取其二十分之一考虑到边界效应模型大小设为15×12×4m由南向北依次为五级台阶直至与地面持平。计算选用DO辐射模型收敛控制标准定义如下：能量方程的残差小于10-6连续性方程、各速度分量的残差小于10-3；并且各计算残差曲线都趋于水平即随迭代次数的增加各残差变化趋于稳定以保证各参数值的稳定。3.不同气流组织形式的计算结果分析3.1侧送下回（上部排风）此方案在观众席后墙设置两个送风口为d=0.4m喷口喷口中心距地面6m在模型中简化为0.36×0.36m矩形风口风口中心距2m单个送风量0.75m3/s送风温度15℃为定流量边界。回风回风口3个分别设置在一级台阶、三级台阶、观众席后墙尺寸分别为0.15×0.15m0.45×0.45m0.45×0.45m采用压力边界。。并后墙上部设置排风口排风口中心距地面10.5m尺寸0.5×0.5m排风量0.3m3/s为定流量边界。（1）温度场分布在距地面10.5m至12m的区域温度较高在10.5至11m之间温度平均35℃。11m至12m之间平均温度42℃。送风口上部非空调区温度在26℃左右。其中第一排观众周围温度约为24.5℃比设计温度稍高后三排观众席温度在23至24℃。中间演出场地温度在25℃左右。（2）速度场分布模拟结果显示后墙喷口中心速度为6m/s。射流中心速度至距喷口2m处衰减至1.8m/s。受后墙回风口位置影响射流边界层在此局部有回流现象后两排观众处于回流区平均风速为0.3m/s。前两排观众周围气流从后面吹向人体不处于回流区风速在0.35m/s左右。台阶回风口处速度为3m/s但对中间观众影响不大前两排中间观众腿部风速约为0.2m/s。后两排观众席风速在0.3m/s左右因后排平行设置喷口射流边界层在此处叠加致使前两排观众周围风速高于后排观众。（3）PMV及PPD模拟结果显示后两排观众PMV在0.4左右感觉会很舒适。受一级台阶回风口影响第一排中间观众PMV约为0.65稍高于推荐值。中间演出场地PMV在1.0左右有微暖感因此处气体温度高于观众席所致；最后排观众席PPD在5%至7%之间感觉很舒适。3.2置换通风此方案在台阶设置送风口顶棚设置回风口。（1）温度场分布温度场在垂直方向呈梯度分部。下部观众席温度平均在26℃。上部空间温度在40℃左右。因在台阶设置送风口观众脚踝部位温度稍低于设计温度约为22℃。最后排观众周围温度高于前排观众约为26～27℃。（2）速度场分布模拟结果显示整个空间风速较低观众均风速0.1m/s中间演出场