送风方式对玻璃幕墙建筑室内气流组织的影响

曾军勇钟剑唐铁军李昌姜昌伟

1长沙理工大学能源与动力工程学院

2中建三局第二建设工程有限责任公司

送风方式对玻璃幕墙建筑室内气流组织的影响

曾军勇1钟剑2唐铁军2李昌2姜昌伟1

1长沙理工大学能源与动力工程学院

2中建三局第二建设工程有限责任公司

结合某工程实例，对两种送回风方式下玻璃幕墙办公建筑室内气流组织进行了模拟分析。两种送回风方式分别采用中间送风两侧回风（送回风方式A）与两侧送风中间回风（送回风方式B）。对两种送回风方式下玻璃幕墙办公建筑室内的流场与温度场的数值模拟结果进行了分析比较。结果表明：采用送回风方式B可以明显降低靠近玻璃幕墙侧办公区温度，提高办公区整体热舒适性。

送回风方式 气流组织 玻璃幕墙 数值模拟

随着国民经济的发展和城市化建设步伐的加快，玻璃幕墙办公建筑大量兴起。玻璃幕墙办公建筑作为办公场所，其室内热环境要求较高。目前，很多学者开展了玻璃幕墙传热特性的研究，李荣敏等[1～2]对玻璃幕墙热通道内气流组织进行了数值模拟与设计优化，分析了影响玻璃幕墙内气流组织的影响因素进而提出了优化措施。然而对玻璃幕墙办公建筑室内气流组织的研究很少，所以研究玻璃幕墙对办公建筑空调室内气流组织的影响很有必要。本文以深圳某玻璃幕墙办公建筑为研究对象，分析了两种送回风方式对玻璃幕墙办公建筑气流组织的影响，为该类建筑的空调设计提供指导依据。

1 物理数学模型

1.1 物理模型

本文选取的研究对象为夏季工况下深圳某玻璃幕墙办公建筑13层办公区域，如图1所示。该办公区域是一个长方体，尺寸为30.6m（长）×13.8m（宽）×3m（高），办公区域实际面积为422m2。办公区域南面为玻璃幕墙，玻璃幕墙为单层，该玻璃为热反射玻璃，厚度为10mm，导热系数0.8W/(m·K)。办公区域送风口4排52个，回风口2排26个。送回风口布置方式考虑两种方案：中间送风两边回风（送回风方式A：中间4排为送风口，其它2排为回风口）与两边送风中间回风（送回风方式B：中间2排为送风口，其它4排为回风口）。送回风口形状如图2所示，送回风口与灯具采用一体化设计，灯具上面有两个与吊顶夹角45°的送回风口，送回风口尺寸都为40mm×600mm。

图1 送回风方式物理模型

图2 送风口与回风口结构示意图

1.2 数学模型

假定：①室内空气流动为不压缩稳定流动；②满足Boussinesq假设，认为空气密度的变化仅对浮升力产生影响；③考虑玻璃幕墙的辐射热而其它墙壁的辐射热忽略。采用标准k-ε双方程模型结合壁面函数法描述室内空气流动。玻璃幕墙辐射热计算采用DO辐射模型。

1.3 边界条件

1）空调送风边界条件：送风温度14.6℃，送风速度1.88m/s，空气相对湿度60%。

2）玻璃幕墙边界条件：深圳夏季平均风速3.1m/s，室外空气计算干球温度33.5℃[3]。太阳总辐射照度最大时的数据为450W/m2[4]。

深圳夏季玻璃幕墙外侧壁面综合温度计算式为

式中：tz为外侧壁面的综合温度，℃；tw为室外空气计算温度，取33.5℃；αw为玻璃幕墙与室外环境的表面传热系数，取19.3W/(m·2K)；α为玻璃幕墙对太阳辐射的吸收系数，取0.75；I为玻璃幕墙外表面接受的太阳总辐射照度，取450W/m2。因此玻璃幕墙外侧壁面综合温度为50.99℃。

3）办公区域室内热源假定为均匀内热源，根据办公区域实际热负荷计算。

2 数值模拟结果与对比分析

图3给出了长度方向上两种送回风方式下玻璃幕墙办公建筑内气流速度场分布。图4、图5分别给出了长度与宽度方向上玻璃幕墙办公建筑内温度场分布。下面分别对两种送回风方式下办公建筑内气流组织进行分析。

图3 x=14m处速度场分布

图4 y=1.5m处温度场分布

图5 x=14m处温度场分布

2.1 送回风方式A时室内气流组织的数值模拟结果

如图3a所示，送回风方式A下冷风从送风口射出后，在惯性力的作用下，呈斜抛物线向下流向室内空间。冷风在碰到地板后，一部分沿着地板流向周边墙壁，这部分冷风在流动过程中吸收室内热量而温度不断升高，在浮升力的作用下沿着墙壁慢慢上升，最后从回风口排出。另外，最中间两排送风口射出的冷风相互碰撞后流向室内，然后吸收室内热量流向回风口，最终在办公区域中部形成涡流。图4a与图5a中温度场分布可以看出，送回风方式A下，一方面由于办公区域中部涡流的存在使得室内空气不能充分混合，另一方面由于玻璃幕墙附近没布置送风口使得玻璃幕墙辐射热不能及时带走，造成办公区域温度场分布不均匀，呈现中间温度低而而四周温度高的分布规律，这使得办公区域内工作人员热舒适度不高。

2.2 送回风方式B时室内气流组织的数值模拟结果

如图3b所示，送回风方式B下南面送风口射出的冷风在惯性力作用下，呈抛物线向下运动，当碰到地板后，大部分气流沿着地板流向办公区域中部，同时冷风吸收室内热量与玻璃幕墙辐射热后流向回风口。同时北面送风口射出的冷风大部分气流也遵循相同的规律。另外，南面送风口与北面送风口射出的一小部分冷风会在办公区域中部相互混合后再排出室外。图4b与图5b可以看出，送回风方式B下除了南面玻璃幕墙附近办公区域温度稍高外，其它办公区域温度场分布较为均匀，因此室内工作人员热舒适性较高。但是，由于南面送风口位置位于玻璃幕墙附近，此时冷风会携带玻璃幕墙辐射热进入办公区域中部，因此送回风方式B下办公区域平均温度稍高于送回风方式A下办公区域平均温度，但该平均温度只相差0.1℃。

2.3 送风方式A与送风方式B的对比分析

图6给出了两种送回风方式下玻璃幕墙附近空气温度分布。从图中可以看出，靠近玻璃幕墙附近0.3m距离内，送回风方式A下室内空气温度要高于送回风方式B下室内空气温度，这是由于送回风方式B下靠近玻璃幕墙处的送风口送出的冷风对玻璃幕墙辐射热的冷却作用；但在靠近玻璃幕墙附近0.3～0.7m距离区间内，送回风方式A下室内空气温度要低于送回风方式B下室内空气温度，这是由于送回风方式B下冷风会携带玻璃幕墙辐射热进入办公区域中部。但从总体上看，送回风方式B要优于送回风方式A。

图6 玻璃幕墙附近空气温度分布

3 结论

运用数值模拟方法分析了两种送回风方式对玻璃幕墙办公建筑内气流组织的影响，得出如下结论：

1）送回风方式B下玻璃幕墙办公建筑内气流混合较为均匀，产生的涡流比送回风方式A的少。

2）送回风方式B下靠近玻璃幕墙侧办公区域温度比送回风方式A下办公区域温度低。

3）送回风方式B比送回风方式A的室内温度分布均匀，整体热舒适性高，因而送回风方式B要优于送回风方式A。

[1]李荣敏,顾建明.玻璃幕墙热通道内气流组织的模拟与分析[J].暖通空调,2007,37(1):23-28

[2]岑显荣,詹杰民,杨仕超,等.双层玻璃幕墙的CFD模拟与设计优化[J].中山大学学报,2008,47(2):18-21

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[4]郑爱平.空气调节工程[M].北京:科学出版社,2002

Effe c t of Air Supply Mode on Indoor Air Dis tribution of Offic e Building w ith Gla s s Curta in Wa ll

ZENG Jun-yong1,ZHONG Jian2,TANG Tie-jun2,LI Chang2,JIANG Chang-wei1
1 College of Energy and Power Engineering,Changsha University of Science and Technology
2 Second Construction Engineering Co.Ltd.,Bureau 3 of CSCEC

Combined with a practical project,the airflow organization in office building with glass curtain wall in two kinds of air supply modes were simulated and analyzed.Two kinds of air supply modes are middle air supply(air supply mode A)and both sides air supply(air supply mode B),respectively.The simulation results of flow field and temperature field on the office building with glass curtain wall are analyzed and compared within the two kinds of air supply modes. The results show that the air supply mode B can significantly reduces the office zone temperature near glass curtain wall and improves overall thermal comfort of office district.

air supply mode,air distribution,glass curtain wall,numerical simulation

1003-0344（2015）01-042-3

2013-12-23

姜昌伟（1973～），男，博士，教授；湖南省长沙市雨花区万家丽南路2段960号长沙理工大学能源与动力工程学院（410004）；E-mail:cw.jiang@163.com