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大空间建筑室内空调流场数值模拟与分析 1 2 许世杰 高军 （哈尔滨方舟建筑设计事务所；哈尔滨工业大学市政环境工程学院） 摘 要 大空间建筑室内舒适度与节能的研究很大程度上依赖于空调送风方式。本文通过CFD 数值模拟，研究了 三种典型送风方式下大空间的气流与温度分布特性，进而讨论了不同送风方式的节能效果，为大空间建筑空调设计 提供了依据。 关键词 大空间建筑； CFD ； 数值模拟；节能 Abstract The thermal comfort and energy saving in large spaces mainly lie on the air supply of air conditioning system. This paper studies the temperature and velocity distributions in a large space under three representative air supply methods with the numerical simulation by CFD technique and discusses the results of energy saving. The results of this paper will provide a foundation for the air conditioning design in large spaces. Key words large space; CFD; numerical simulation; energy saving 1 引言 [1] 大空间建筑由于空间高大，影响因素多且复杂，一般空调负荷较大 。大空间空调设计成功与 否的主要参考指标为负荷较小与热舒适良好，因此研究大空间建筑室内空调流场就非常重要。相对 于实验和现场实测，利用CFD 技术进行全场的模拟是一种即可靠又最为经济的手段。本文将从CFD 模拟入手，分析几种大空间空调方式下的室内速度场和温度场，以此研究送风方式对大空间建筑空 调负荷和舒适度的影响。 2 大空间空调方式 典型的大空间空调方式包括顶送全室空调、侧送分层空调和下送置换空调三种。顶送全室空调 采用顶棚喷设置喷口或旋流风口和空间下部布置回风口实现；侧送分层空调以在侧墙中部以下设置 喷口、同侧墙下部近地面处设置回风口并辅以上部空间的通风（机械通风或自然通风）实现；下送 置换空调则以地面或近地面侧墙处设置风口（一般为置换送风口）和空间上部设置回风（排风）口 实现。从送风气流特性看，前两者都是高速送风，送风温差大，且诱导大量周围空气，能达到较远 的区域；而置换空调一般以不大于 0.3m/s 的速度送风，送风温差小，不需要卷吸周围空气，送出 空气先在地面上蔓延形成“冷空气湖”，当遇到热源便会沿热源攀升，温度逐渐升高。下图1 （a ）、 1 （b ）、1 （c ）分别为一含热源大空间对称单元在三种空调方式下的风口布置情况，也是模拟计算 的几何模型。 262 （a ）顶送全室空调 （b ）侧送分层空调 （c ）下送置换空调 图1 含热源大空间对称单元风口布置示意图 3 数值模拟与分析 3.1 数学模型 如上图计算对象，本文采用的大空间建筑单元高度为13m，半宽度8m，长度4m 。地面上均匀 [2] 放置四个相同的尺寸为1m×0.5m ×0.5m 的热源。模拟采用的数学模型通用表达式如下 ： ∂ r (ρφ) +div(ρuφ) div(Γ gradφ) +S