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    作者：鄭曉蒙

    航站樓是一種特殊的建筑類型，要在送風(fēng)的同時(shí)控制溫度、速度等的穩(wěn)定性和舒適性，有一定難度，航站樓類高大空間建筑的空調(diào)負(fù)荷也與送風(fēng)方式密切相關(guān)。因此，室內(nèi)空調(diào)的能耗大小以及均勻理想的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)都取決于合適的送風(fēng)方式。

    目前我國(guó)舒適性空調(diào)通常采用混合送風(fēng)方式，該方式通風(fēng)效率和能源利用率低，空氣品質(zhì)差[1]。置換通風(fēng)在垂直方向上利用了熱力分層，使室內(nèi)空氣質(zhì)量得到改善[2]。置換通風(fēng)的送風(fēng)速度一般小于0.5m/s，氣流無法到達(dá)房間較遠(yuǎn)的區(qū)域，限制了在大跨度房間中的使用。分層空調(diào)與全室空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)省能耗和初投資[3-4]。李琳[5]等利用FLUENT軟件，對(duì)虹橋機(jī)場(chǎng)新航站樓采用分層空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織及熱舒適性進(jìn)行了模擬分析，得到溫度、速度及熱舒適性指標(biāo)值隨著空間位置的變化規(guī)律。碰撞射流通風(fēng)是近年來提出的一種新通風(fēng)方式，結(jié)合了混合通風(fēng)和置換通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“The Air Queen”，有較好的應(yīng)用前景，值得深入研究[6-8]。

    在文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上，針對(duì)航站樓建筑，將碰撞射流通風(fēng)方式應(yīng)用于高大空間，通過FLUENT模擬研究室內(nèi)氣流組織及舒適性，并與分層空調(diào)方式對(duì)比。

1  物理模型與設(shè)計(jì)參數(shù)

    選取虹橋機(jī)場(chǎng)2號(hào)航站樓一層迎客廳及行李提取大廳為研究對(duì)象，該建筑南北向長(zhǎng)約280m，東西向?qū)捈s為75m，層高約為12m，面積約為16640m2。不僅具有跨度大、高度大的特點(diǎn)，而且人員密集，對(duì)室內(nèi)空調(diào)舒適性要求較高。由于建筑結(jié)構(gòu)具有南北對(duì)稱性，故計(jì)算區(qū)域選取主樓一層大廳北邊一半，包括行李提取大廳和迎客廳。建模時(shí)，對(duì)外形非常復(fù)雜的局部區(qū)域適當(dāng)?shù)囊?guī)整成矩形，如圖1。

    模型按非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，對(duì)送風(fēng)口等局部區(qū)域進(jìn)行加密。采用FLUENT軟件，選取RNG k-E兩方程紊流模型，近壁面區(qū)域則選用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，速度-壓力耦合采用SIMPLE算法。設(shè)計(jì)參數(shù)及邊界條件如表1和表2。

2  結(jié)果分析

2.1垂直速度的比較

    圖2為碰撞射流與分層空調(diào)兩種通風(fēng)方式在工作區(qū)(0~2m)內(nèi)平均速度沿高度方向的變化趨勢(shì)，從圖中可以看出：

    1)兩種送風(fēng)方式在工作區(qū)的送風(fēng)速度均隨著高度的升高而下降。分層空調(diào)較為緩慢，碰撞射流下降較快。

    2)分層空調(diào)方式下，工作區(qū)的平均風(fēng)速在0.4～0.6m/s，大于推薦值0.3m/s[10]，人在房間中會(huì)全身有吹冷風(fēng)感。

    3)碰撞射流通風(fēng)方式下，底部工作區(qū)(0~0.8m)平均風(fēng)速在0.3—0.75m/s，大于推薦值0.3m/s，會(huì)有吹冷風(fēng)感；在上部工作區(qū)(0.8~2m)平均風(fēng)速在0.15～0.3m/s，小于推薦值，吹風(fēng)感不明顯。

    因此，從工作區(qū)風(fēng)速分布來看，相比于分層空調(diào)方式，在碰撞射流通風(fēng)方式下，人體吹冷風(fēng)感得到改善。

2.2垂直溫度的比較

    圖3為兩種通風(fēng)方式在工作區(qū)(0~2m)平均溫度沿高度方向的變化趨勢(shì)，可以看出：

    1)分層空調(diào)方式下，隨著垂直高度的增加，平均溫度略有下降；碰撞射流通風(fēng)方式下，隨著垂直高度的增加，平均溫度緩慢上升。

    2)碰撞射流通風(fēng)方式下，最低平均溫度出現(xiàn)在地面附近，在人體腳裸處會(huì)有稍涼的感覺。

    就溫度分布來說，分層空調(diào)通風(fēng)方式垂直溫差小、平均溫度更滿足人體熱舒適要求，優(yōu)于碰撞射流通風(fēng)方式。

2.3同一水平面溫度及風(fēng)速不均勻性的比較

    在室內(nèi)各點(diǎn)，溫度、風(fēng)速等均有不同程度的差異，這種差異可以用“不均勻系數(shù)”指標(biāo)來評(píng)價(jià)，如式(1)所示[9]：

式中：ku為不均勻系數(shù)；u為多個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度（或速度）值；ui為某個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度（或速度）；n為所測(cè)點(diǎn)數(shù)。

    ku的值越小，表示氣流分布的均勻性越好。在離地面1.7m高度處（人員采取站立姿高度）選擇9個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別計(jì)算碰撞射流通風(fēng)與分層空調(diào)方式下溫度及風(fēng)速的不均勻系數(shù)，結(jié)果如表3所示。

    從表3可以看出，在分層空調(diào)方式下，同一水平面上的風(fēng)速和溫度不均勻系數(shù)較大；在碰撞射流通風(fēng)方式下，同一水平面上的風(fēng)速和溫度不均勻系數(shù)較小，尤其是速度不均勻系數(shù)。說明在碰撞射流通風(fēng)方式下，房間中氣流分布的均勻性較好。

2.4熱通風(fēng)效率的比較

    通風(fēng)效率是指通風(fēng)系統(tǒng)排除通風(fēng)空間內(nèi)部產(chǎn)生的污染物或熱量的能力，它一方面與室內(nèi)污染物含量分布相關(guān)，另一方面與室內(nèi)溫度分布相關(guān)[1]。從溫度分布角度定義熱通風(fēng)效率可表示為：

    從表4可以看出，送風(fēng)溫度相同（均為289K）時(shí)，碰撞射流方式下的熱通風(fēng)效率為289%，分層空調(diào)方式下的熱通風(fēng)效率為235%。說明碰撞射流通風(fēng)消除熱負(fù)荷的效果更好，能更有效利用新風(fēng)。

3  結(jié)論

    通過數(shù)值模擬，將碰撞射流通風(fēng)應(yīng)用于上海虹橋機(jī)場(chǎng)新航站樓，并與分層空調(diào)方式的熱環(huán)境進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：

    1)分層空調(diào)在整個(gè)工作區(qū)的平均風(fēng)速高于推薦指標(biāo)，全身有吹冷風(fēng)感；碰撞射流通風(fēng)只在地板附近風(fēng)速略高，其他區(qū)域吹冷風(fēng)感得到改善。

    2)兩種空調(diào)方式均能滿足工作區(qū)的設(shè)計(jì)溫度，但 分層空調(diào)的垂直溫差比碰撞射流通風(fēng)的小，溫度分布更好。

    3)與分層空調(diào)相比，在碰撞射流通風(fēng)方式下，同一水平面上溫度及速度的均勻性較好，氣流分布更均勻；且熱通風(fēng)效率較高，能更好地消除熱負(fù)荷，充分利用新

風(fēng)。

4摘要：

     碰撞射流通風(fēng)是近年提出的一種新通風(fēng)方式，有較好的應(yīng)用前景。本文將其應(yīng)用于航 站樓類高大空間建筑，模擬分析室內(nèi)氣流組織及舒適性，并與分層空調(diào)通風(fēng)方式進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，兩種通風(fēng)方式均能滿足工作區(qū)的設(shè)計(jì)溫度；若采用碰撞射流通風(fēng)方式，可以緩解工作區(qū)的吹冷風(fēng)感，使得氣流在同一水平面的分布更均勻，同時(shí)提高室內(nèi)的熱通風(fēng)效率，更好地消除熱負(fù)荷。