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高大空间建筑热舒适性的优化研究
发布时间:2018-1-6 字号: 点击数:
通过对北京某高大空间热环境的数值模拟,提出下送上回、加装地暖等更大程度的改进方案,通过热舒适PMV值、耗能情况等多角度的分析得出,加装地暖方案是最适用于负荷巨大的高大空间的供暖方案,同时顺利解决了当前高大空间的热环境问题。
北京科技大学/李思达
    随着社会经济的发展,人们对生活品质的要求也在逐步提升,而针对各类不同需求的高大空间建筑也越来越多地出现在人们日常生活之中,如各类体育场馆、展览馆、会议中心等。而高大空间作为一种新的空间形式,在结构、空调采暖、防火、照明等诸多方面,都存在着与一般建筑不同的特殊性。
 
    在空调通风方面,由于空间范围大、气流复杂、负荷量大等原因,通常会出现空间内循环风量大、冷热量投入大的问题。尤其是在冬季,不合理的末端设计会导致新送入的热空气由于自身浮力作用向上堆积,而室内冷空气则仍然沉积在底层区域,形成明显热分层现象。为保证工作区的人员舒适度以及人员新风量需求,多数会以增大送风量的方式将更多热量送到室内,并由上至下逐级推送到人员工作区,造成空调负荷增加;更有甚者,即使投入大量热量到空间中,但由于热分层间的温度梯度太大,仍然不能使底层工作区达到要求的舒适度水平,同时上部却有大量的热量堆积,造成极大能源浪费。因此本文在实际案例基础上,针对目前比较普遍的冬季热风上浮造成的工作区热环境问题进行研究。
 
1人体热舒适的PMV指标
    现行的热舒适标准,如国际标准ISO7730以及美国供暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE55-1992,都以丹麦技术大学Fanger教授建立的预测平均投票数PMV(Predicted Mean Vote)指标进行热舒适程度的评价。1970年,Fanger收集了1396名美国、丹麦受试者对冷热感觉的反映之后,通过回归公式使人体热舒适指标量化,以热舒适方程和ASHRAE的7点标度为依据,提出预测平均投票数PMV指标,并得到广泛应用。
表1  PMV指标分度

感觉

稍暖

适中

稍凉

PMV

+3

+2

+1

0

-1

-2

-3

 
    PMV指标综合考虑空气温度、空气流速、相对湿度、平均辐射温度四个环境因素以及人体代谢率、服装热阻两个人体因素。PMV指标的具体分度见表1。
 
    由于PMV在考虑因素的综合性及评价热舒适水平的权威性,本文选用该指标进行各种优化方案的对比分析。PMV的理论计算公式如式(1)所示:
2 模型的建立
    北京某高大空间宴会厅位于某酒店建筑内,日常做会议、简餐使用。该宴会厅内部长度为28m,宽度为20m;由于天花装潢的影响,顶部形成高、低两个区域,主体高区高度为10.22m,周边低区高度为7m。采用上送下回的送风方式:底部单侧布置两处排风,每处设有4个排风口;顶部旋流风口的分布情况见图1。
 
图1 建筑空间及其风口分布示意
    为更加清晰地展现空间内的流动特征,采用Fluent软件对现场测试条件下的室内热环境进行模拟验证。与此同时对本文采用的数值方法的有效性进行验证。
 
    结合设计图纸,建立与实际空间尺寸一致的三维数值模型。其中,模型长宽为28m×20m;中部送风口标高为10.22m,周围送风口标高为7m,;回风口尺寸为1200mm×500mm,距地高度为1m。围护结构表面均设置为无滑移、无渗透的边界条件。
 
    物理模型的网格划分主要采用四面体网格形式,在适当位置包含六面体、锥形或者楔形网格,同时对于送风口、出风口进行必要的网格加密,提高局部的计算精度,实际网格效果如图2所示。
 
    湍流模型则采用在空调房间中具有更好表现的RNG k-ε两方程模型,相比普遍采用的标准k-ε模型具有更高的可信度和精度。采用二阶迎风模式对空间进行离散化;采用SIMPLE算法进行方程的求解。(本文发表于《供热制冷》杂志十二月刊)
 
注:未完,阅读全文,请点击下载:李思达_高大空间建筑热舒适性的优化研究.zip
来源:供热制冷 zzx
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