摘要：本文应用FLUENT软件对所选定建筑的分层空调多种气流组织方式进行了数值模拟，得到了不同工况下的污染物浓度场，根据模拟结果比较了大空间建筑排除污染物时的最佳气流组织方式。
关键词：气流组织方式； 污染物平均浓度 数值模拟
中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：1007-0370 （2011） 06-0112-02
引言
近年来，随着我国经济的快速发展，影剧院、音乐厅、体育馆等大空间建筑急剧增加，它们高度较高，空调气流具有明显的分层现象，在垂直高度上梯度较大［1］，同时还具有体积大、空调负荷大、能源消耗大等特点，使得节能问题相当突出［2］。因此，应采用合理的气流组织，使大空间建筑室内具有良好的热环境以节约能源。
在大空间建筑空调设计中，为了节省初投资和运行能耗，一般采用分层空调的设计方案，即以送风口中心作为垂直分界面，将整个大空间建筑物在垂直方向分为两个区域，分界面以下的空间为空调区域，分界面以上的空间为非空调区域，空调系统仅对下部区域进行空调，而对上部区域不空调或只通风的设计方案［3］。与全室空调相比，分层空调夏季可节省冷量30%左右［4］。
本文以一工厂印刷车间为例，应用计算流体力学软件FLUENT对夏季空调房间内多种气流组织方式进行了模拟计算，通过数值模拟得到了不同气流组织方式下的污染物平均浓度。
1 数值模拟
本文所选建筑为河北某工厂印刷车间。房间长33.0m，宽9.0m，吊顶高度7.8m，建筑面积为297㎡。根据厂房的建筑尺寸并结合空调区域中风口的布置情况及计算机的容量、计算时间等因素，建立三维立体模型，长、宽、高分别为33.0m、9.0m、7.8m。以东、高度、南作为坐标的X、Y、Z方向，以建筑的西北角作为坐标的原点。吊顶布置两排风口，北侧为送风口，南侧为排风口，且送、排风口均采用散流器；北墙采用条形风口侧壁送风，风口中心距地面高度为4.0m，南墙采用条形风口侧壁排风，风口中心距地面高度为0.4m；在室内南侧放置了一台全自动印刷机。印刷机具有机械送、排风系统，送、排风风量平衡。甲苯在生成车间中最高容许浓度为100mg/m3［5］。厂房的剖面图1所示。
2 模拟结果及分析
本文对所选定的厂房进行分层空调气流组织方式下流场的数值模拟。以侧墙条形风口中心标高4.0m作为分层空调的垂直分界面，仅对4.0m以下的区域进行空调，而对4.0m以上的区域设置排风。由文献［4］可知，当采用分层空调时，夏季室内冷负荷减少系数可取30%进行计算。具体的气流组织方式为：采用全新风系统，分界面高度4.0m，上部非空调区域采用两排吊顶散流器排风，下部空调区域设中部单侧送风、下部双侧排风。模拟的六种工况及其排风量的具体分配比例见表1。
图1 厂房剖面图
表1 六种工况排风量的具体分配比例及排风口尺寸
六种工况空调区域的污染物平均浓度图见图2。
图2 六种工况空调区域污染物平均浓度图
从图2可知，对比6个工况，工况6污染物平均浓度最低。这是由于非空调区域排风口的吸引作用，机器产生的污染物会随气流由非空调区域和南侧排风口排出，污染物不会流向人员工作区，取得了较好的室内空气品质。
本文中，大空间建筑采用分层空调系统时工况6，即：非空调区域和空调区域的排风量各占总排风量的50%，南墙下侧排风口的排风量占空调区域排风量的70%为最佳气流组织方式。
3 结论
本文模拟了大空间分层空调系统的多种气流组织方式，分析模拟结果可知：
非空调区域排风量和空调区域南侧排风口的排风量共同作用，影响室内污染物浓度分布。工况6，即：非空调区域和空调区域的排风量各占总排风量的50%，南墙下侧排风口的排风量占空调区域排风量的70%为此类建筑采用分层空调系统时的最佳气流组织方式。
参考文献
［1］林素菊，刘小兵，苏华，等.高大空间分层空调室内气流的数值模拟〔J〕.制冷与空调，2005（1）: 4.
［2］范存养.国外大空间建筑的空调设计〔J〕.暖通空调，1996（4）: 39.
［3］江海斌，等.分层空调气流组织的CFD模拟研究〔J〕.郑州轻工业学院学报，2008，23（2）: 91～94.
［4］陆耀庆.实用供暖空调设计手册〔M〕.北京:中国建筑工业出版社，1993: 868.
［5］茅清希编著.工业通风〔M〕.上海：同济大学出版社，1998.
收稿日期： 2011-04-26
作者简介： 康清（1966-）女，高级工程师，研究方向：室内空气品质研究、暖通空调节能技术.