张峰 尹培中

摘要：CFD技术在暖通行业中的应用已经成为了目前建筑业的主流应用，本文主要针对体育馆中CFD技术的应用做了一些细致的探讨，CFD技术的实际应用是要根据实际作用场地的客观要求来进行暖通设计的。针对科技馆的特点，人流量多，占地面积大，在实际的应用过程中应该采取采用标准k-ε模型，目前这种特殊的组织机构的CFD模型，空气流动量大，该控制空气流动性。保证了工程的施工质量等等问题等都在下文中提出了细致的探讨。

关键词：CFD；連通高大空间；气流组织；模拟研究

高大空间的气流组织情况是一个重点难点，这种情况在很久之前就有前人做出过细致具体的研究，然而，之前的研究问题仅仅是针对单一的高大空间气流组织问题，通过近几十年的研究，这种问题解决起来也比较得心应手，然而，由于我国的土地资源和人口数目的限制，一些地区使用了高大空间贯穿的方式来节省空间，但是，这种高大空间的贯穿体的暖通问题有待于解决，相对于之前的单一高大空间的气流组织问题，这种新问题的出现需要我国加大研究力度。

在中国科学技术新馆空调通风系统设计中，设计人员遇到的最大的问题就是连通高大空间问题，冬季空调送暖风时，在烟囱效应的作用下，高度低的房间所送的暖风会被其他高大空间拔吸走，致使通廊等区域的空调效果极差。针对此问题，本文通过数值模拟的方法来考察冬季工况下连通类高大空间气流组织情况，来研究和分析各种实际问题的解决办法，该如何解决这一类的问题，一般来讲，高大建筑物的CFD技术的使用是一个重点难点，尤其是连通的高大建筑物，在实际的过程中，所遇到的各种问题我们都将要做出细致的探讨，也为同类的建筑物的暖通问题交流一些经验，从而把CFD技术在实际工程中的应用进行深化。

一、结构分析

1.1空间的几何模型。本文选取的是中国科技馆的重点区域——暖通空调区域来进行的主要探讨，选取这一区域的主要的原因就是空气流动性大，空间的连通范围广，研究起来比较有代表性，本论文选取由三个主人口处的集散厅，连接各个高大空间的通廊和中庭构成的建筑物的核心部分作为研究对象，研究该空调区域的气流组织分布情况。

1.2其中，一层集散厅的（西厅）的面积比较大1768m2，最高高度为862mk；一层集散厅（南厅） 542m，，最高高度38m；一层通廊1055m，，最高高度9.5m；一层集散厅（东厅）977m，，最高高度28.5m；二层中庭1 501m，最高高度28.5m。

三个集散厅和中厅通过通廊和自动扶梯相互联通起来。内部结构中采用连通方连接到一起，这样的结构通风顺畅，节约能源，采用侧送侧回的送风方式；西集散厅则采用顶送顶回的送风方式；南集散厅则采用侧送侧回回风方式；通廊采用顶送侧回的送风方式；中庭采用分层空调方式，设侧送喷口。

1.3在环境压力、温度条件下回风，这这影响因素都是影响通风的原因；然而，东厅、西厅和南厅的玻璃幕墙和中庭玻璃屋面，以壁面为导体传导热能量，通风口内流动空气，空气的流动性受到了很大的考验，将空气的流动看做是水流，那么整个实验的思路就明显了许多。

首先，将不同形式的通风口统一替换为条缝形式的通风口，这种通风口的形式比较普遍，为了更具有代表性，我们为了更具体更有代表性的结论，统一采用条缝形式的通风口。

风口位置的选择受到建筑物内部结构限制，实际的过程中需要建筑，暖通，电气和给排水四个大方面的研究。初步设计方案中，在各个集散厅和空调的设计中，风变空调机组+末端混风箱的空调系统最为普遍，这种系统的优点可以大范围的通风，在普遍的发展中这种系统得到了较大范围的推广。

二、网格的划分

2.1网格的划分目前常见的网格有结构化网格、非结构化网格与自适应笛卡尔网格131。由于流人流出口对室内空气流场的重要作用，在网格生成时要尽可能准确地反映流人流出的形状和位置。

但因本物理模型开口较多，形状比较复杂，将很难保证必要的网格数。同时本项研第27卷第2期刘朔等：连通类高大空间气流组织数值模拟研究究关注的不是流入流出气流本身的流动特性，而是整个流场的气流、温度分布，所以采取一定程度的简化，如将圆形开口改为相同面积的方形开口；将大小相同的开口可以适当合并等措施。另外流人口附近的气流速度梯度很大，在这一区域对网格进行了更细密的布置。

三、送风的影响因素

3.1送风角度的把握也是一个关键的问题，选取一个最合适的送风角度是暖通送风的决定性因素之一，一旦没有一个合适的通风角度，风量供给不够，不能全面通风。本节的主要内容是分析在送风量、送风速度和送风温度不变的情况下，侧送风口角度改变对整个空间气流分布的影响。

我们以典型的通风口，切面x=6.0m的通风口来分析和研究来整个空间的温度、速度分布情况。

在一般的冬季工况下，侧送风口的送风角度对整个空间的影响较大，一般的来讲，一个通风管道的通风口，会随着通风角度的增加，中庭的温度也就随之降低了；反之，如果想要中庭温度升高，那么就要减少通风口的角度；东面和南面是人活动区域，这一个区域的通风问题，是整个通风系统的主要问题，我们可以得出结论，随着通风口的角度的增加，我们发现人活动区的温度随之增加；反之，温度降低；通过实验，我们发现侧送风口角的改变对西厅的速度无明显影响，其他各厅速度均有变化。综上，我们可以知道，侧通风口的角度问题是可以影响整个连通建筑物的温度问题的。

此外，我们要注意由于中庭上部是有机的玻璃屋顶。在冬季工况中，随时会有冷空气自上而下流动过来，此时把中庭的侧送风口角变小，可以有效地抑制冷空气下沉。而西，南两个方向的温度此时也有明显的变化，为了保证工程质量，在冬季过程中，要减小侧面通风口的通风角度。

四 实验结论

通过对冬季工况下高大空间的数值模拟分析得出以下结果：

l）冬季工况下好大建筑物的连通体由于温度梯度的存在，建筑物的上层的热空气很难输送到下方，此时，建议采用在送风口处加压的方式来解决。

2）由于密度差的存在，冷空气下沉热空气上浮，由于空气混合不均匀，这种问题的产生是一个比较正常的现象，由于我们需要采用上下排气的方法，那么这种情况就一定会出现。建议采用冷气热排的方法。

3）入口处不能用完全密封，所以冷空气不断的渗透渗入，入口处的温度不断的降低，.建议在大厅入口附近增加局部采暖措施。

4）由于空调区域的不合理安排，空气的混合不均匀，温度分区域，建议细分空调区域，对不同空调区域的风量和送风温度进行调整，靠近外区处增加送风量。

五、结语

无论是科技馆还是体育馆，这种大型的高大连通体的暖通问题是一个重点问题，工作人员的舒适的工作环境，游客观众的舒适程度也是检查暖通行业做的是否成功的一个准则。目前我国的暖通行业有待于发展，所以，每一个企业更要保证自己的工程质量，按照要求来做，社会才能更好。

参考文献

[1]王鑫.我国暖通市场分析及其安转策略.中国西部科技， 2010年35期

[2]王晓燕.关于暖通行业现有问题的研究.雅安职业技术院学报.2005，4

[3]张黎，王玥.高大连通体的暖通CFD技术.2004，1：63

[4]李践.暖通建筑的高大建筑物的空气流动问题.2009，9：118

[5]张傲.体育馆下送风气流组织模拟研究及其优化[D]. 西安建筑科技大学， 2010.

[6]张海舟.体育训练馆高大空间气流组织CFD模拟研究[D]. 华中科技大学， 2006.

[7]于楠.某体育馆室内气流组织CFD模拟研究[D]. 天津大学， 2012.