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1、研究與探討l建筑建材裝飾RESEARCH＆DISCUSSION標(biāo)準(zhǔn)辦公室熱環(huán)境的數(shù)值模擬李曉飛程海峰王晏平段煉(安徽省建筑工業(yè)學(xué)院建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230022)摘要：辦公室是目前工作人員停留時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)所，文章采用CFD技術(shù)．對(duì)標(biāo)準(zhǔn)辦公室在不同氣流組織與空調(diào)工況下的熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬．以便為提高辦公室的熱舒適性設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：辦公室CFD數(shù)值模擬前言隨著辦公建筑的大量興建和人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)要求的提高，辦公室室內(nèi)空氣的熱舒適性變得更加重要。作為工作人員長(zhǎng)期停留的公共場(chǎng)所，從暖通空調(diào)專業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)保持健康舒
2、適的室內(nèi)熱環(huán)境。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展?？照{(diào)領(lǐng)域中利用CFD技術(shù)來(lái)模擬氣流組織，熱舒適性以及優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文采用CFD方法，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)辦公室不同氣流組織和冬夏季空調(diào)工況進(jìn)行了數(shù)值模擬。為以后辦公建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。1數(shù)學(xué)模型1．1室內(nèi)零方程模型除了遵循三大守恒定律以外，本文的數(shù)學(xué)模型采用室內(nèi)零方程喘流模型(indoorzeroequation)。室內(nèi)零方程模型是在室內(nèi)空氣自然對(duì)流和混合對(duì)流的直接數(shù)值模擬DNS(directlynumericalsimulation)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的湍流模型“1，該模
3、型針對(duì)房間內(nèi)非等溫流Rayleish數(shù)范圍(2．6—3．0x1010)。認(rèn)為渦粘系數(shù)正比于流體密度、當(dāng)?shù)厮俣群途啾诿孀罱嚯x，比例系數(shù)由直接數(shù)值模擬的結(jié)果擬合而得“=O．03874pvl(1)其中：P為室內(nèi)空氣密度；v為當(dāng)?shù)仄骄俣?；l為長(zhǎng)度標(biāo)尺(取離壁面最近的距離)，0．03784為經(jīng)驗(yàn)值。該模型少求解2個(gè)微分方程．而僅求解關(guān)于質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒的5個(gè)微分方程，故計(jì)算最省時(shí)間。1．2Boussinesq密度假設(shè)浮升力模型采用非線性Boussjnesq假設(shè)Ⅲ：2012年第1期一p鬲刊籌+等，一弘磊㈨2幾何模型及邊界條
4、件2．1模擬對(duì)象及月格捌分模擬對(duì)象為某標(biāo)準(zhǔn)辦公室，辦公室尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為5m、4m、3m，模擬條件為室內(nèi)四個(gè)工作人員，坐姿模式．高度為I．1m；四臺(tái)電腦，三盞燈具，送風(fēng)口尺寸為0．8m×0．2m．回風(fēng)口尺寸為0．9mx0．3m，南外墻上有外窗。具體幾何模型見(jiàn)圖1所示，模型網(wǎng)格劃分采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在各個(gè)熱源以及送、回風(fēng)口處局部加密，見(jiàn)圖2所示。泠◆圖1模擬幾何模型圖2網(wǎng)格劃分2．2邊界條件的簡(jiǎn)化為方便計(jì)算，作如下簡(jiǎn)化和假設(shè)％(1)室內(nèi)空氣流速低，可視為不可壓縮流體且符合Boussinesq密度假設(shè)；(2)四面外墻
5、僅南外有溫差傳熱，設(shè)定為第一類熱邊界條件；南外窗同設(shè)為第一類邊界條件，給定溫度值．其余維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)為絕熱：(3)人體、電腦和燈具采用第二類熱邊界條件．給定熱通量．人員在辦公環(huán)境下屬于極輕活動(dòng)，全熱散熱量取134W【4l，燈具取45W／臺(tái)，電腦150W／臺(tái)；(4)不考慮門空氣滲透的影響；(5)考慮重力因素的影響，沿Z向設(shè)定重力加速度建筑建材裝飾103建筑建材裝飾l研究與探討RESEARCH＆DISCUSSION的大小和方向1。3模擬結(jié)果與分析3．1夏季工況模擬結(jié)果1．假定室外氣溫為36"(i，氣流組織為側(cè)送側(cè)回，送風(fēng)口風(fēng)速2
6、．0rids，送風(fēng)溫度為15℃(夏季工況1)。取過(guò)房間中心線Y=2m和人體腳踝以及站姿Z=0．1m(腳踝面)、Z=1．7m(站姿面)剖面來(lái)分析。模擬結(jié)果見(jiàn)圖3所示，根據(jù)圖3分析可知：(1)由圖3可以看出：整個(gè)流場(chǎng)屬于典型的側(cè)送風(fēng)貼附式射流，空氣由送風(fēng)口送出，起始端風(fēng)速較大．沿射流方向下沉并且溫度和速度緩慢衰減，在送風(fēng)達(dá)到南外墻時(shí)折回經(jīng)回風(fēng)口排出，流場(chǎng)上部為紊流區(qū)，下部為單向流動(dòng)區(qū)。熱源附近區(qū)域溫度明顯要高且對(duì)室內(nèi)流場(chǎng)有顯著的擾動(dòng)作用．房間中心過(guò)道由于擾動(dòng)較?。疁囟群退俣染陀诜块g其他區(qū)域；室內(nèi)存在溫度梯度但分層現(xiàn)象不明顯
7、．總體來(lái)說(shuō)，離送風(fēng)口和回風(fēng)口區(qū)域溫度較低，外墻和外窗對(duì)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)有明顯的“排斥”作用。(2)在假定的送風(fēng)條件下．溫度場(chǎng)在房間內(nèi)變化較大，在整個(gè)人員工作區(qū)域(1．7m以下位置)溫度處于25℃以下。腳踝處溫度在2lac左右，地板到站姿面之間的溫度梯度在3"C以下，人體的熱感覺(jué)差異不明顯；同時(shí)，速度場(chǎng)在房間的區(qū)域變化同樣顯著，過(guò)道、房間上部區(qū)域、熱源、送回風(fēng)口處溫度值較高．腳踝面除過(guò)道處處在0．3rids以下．站姿模式下除過(guò)道處都處在0．4m／s以下。綜合溫度和速度分布，人體的熱感覺(jué)較為舒適，符合現(xiàn)行規(guī)范舒適性空調(diào)活動(dòng)區(qū)風(fēng)
8、速≤03rids的規(guī)定”1。2調(diào)換送回風(fēng)口的位置，設(shè)定送風(fēng)溫度180C，送風(fēng)風(fēng)速1．5m／s(夏季工況2)．模擬結(jié)果見(jiàn)圖4所示，根據(jù)圖4分析可知：(1)由圖4得到：豎直方向上溫度存在分層，下部區(qū)域溫度低上部溫度高；溫度較高區(qū)域分布在南外墻和窗、熱源、天花板處．溫度低的區(qū)域處在房間的下部、過(guò)道處：熱源和維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱對(duì)
