大連市某醫(yī)院門診樓自然通風(fēng)的數(shù)值模擬分析

李曉穎，顧祥紅，趙劍峰

（大連大學(xué) 建筑工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

本文采用 Fluent軟件對(duì)大連市某院醫(yī)院門診樓的主要功能房間的換氣效率、室內(nèi)空氣的流速進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證其室內(nèi)自然通風(fēng)效果是否滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2014中8.2.10條款的要求。

1 建筑概況及室外風(fēng)環(huán)境特點(diǎn)

該門診樓項(xiàng)目位于遼寧省大連市，為四層建筑，建筑高度為20.40 m，建筑面積為25729.63 m2。門診樓所屬區(qū)塊四側(cè)通風(fēng)口位置呈對(duì)稱分布，建筑四周風(fēng)口位置分布均勻，且建筑型體基本為矩形，形態(tài)規(guī)整。圖1為建筑群效果圖，圖2為門診樓效果圖。

圖1 建筑群效果圖

圖2 門診樓效果圖

2 數(shù)值計(jì)算方法

2.1 收斂曲線

本模擬綜合考慮流場、風(fēng)速、空氣齡、通風(fēng)量對(duì)該項(xiàng)目自然通風(fēng)狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。計(jì)算步數(shù)為1000次，全局的收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.1%，收斂曲線平滑下降趨于平穩(wěn)值即認(rèn)為計(jì)算收斂[1]。收斂曲線如圖3所示。

2.2 幾何模型

根據(jù)室外風(fēng)環(huán)境模擬計(jì)算結(jié)果，該建筑在夏季和過渡季的最不利壓差均處于一層，用294萬網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算。本項(xiàng)目采用零方程模型。該建筑一層模型效果圖及網(wǎng)格效果圖分別如圖4、圖5所示[1]。

圖3 CFD計(jì)算的收斂曲線

圖4 門診樓一層模型效果圖

2.3 邊界條件

根據(jù)本建筑室外風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，選取夏季主導(dǎo)風(fēng)向（S）和過渡季主導(dǎo)風(fēng)向（N）平均風(fēng)速工況的模擬結(jié)果來設(shè)置邊界條件。夏季最不利壓力是在一層，參考的壓力值見下表1。圖6至圖9為建筑立面壓力分布圖。

表1 門診樓建筑表面的壓力值

圖6 門診樓立面迎風(fēng)面壓力分布圖（夏季盛行風(fēng)S）

圖7 門診樓立面背風(fēng)面壓力分布圖（夏季盛行風(fēng)S）

圖8 門診樓立面迎風(fēng)面壓力分布圖（過渡季最盛行風(fēng)N）

圖9 門診樓立面背風(fēng)面壓力分布圖（過渡季最盛行風(fēng)N）

3 數(shù)值模擬分析

3.1 夏季平均風(fēng)速工況

3.1.1 流場

圖10為夏季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區(qū)）高度處的流場分布情況。在最不利壓差的情況下，室內(nèi)風(fēng)速基本處于0.83 m/s，滿足室內(nèi)風(fēng)速小于1.4 m/s的要求，其室內(nèi)空氣流動(dòng)的狀態(tài)比較均勻，利于夏季自然通風(fēng)[2]。

圖10 距一層樓面1.2 m(坐姿呼吸區(qū))高度流場分布(夏季)

3.1.2 風(fēng)速

圖11為夏季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區(qū)）高度處的風(fēng)速分布情況。最不利風(fēng)壓情況下，一層兩個(gè)門附近區(qū)域的風(fēng)速相對(duì)較大，約在1.24 m/s左右，室內(nèi)主要功能空間人體活動(dòng)區(qū)域風(fēng)速在0.41 m/s以下，通過控制外窗的開啟狀態(tài)可以達(dá)到自然條件下室內(nèi)風(fēng)速的要求。

圖11 距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區(qū)）高度風(fēng)速分布（夏季）

3.1.3 空氣齡

圖12為夏季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區(qū)）高度處的空氣齡分布情況。右側(cè)手術(shù)室附近空氣齡比較高，大概在4511 s左右，其他空間的空氣齡均在744 s以下?？傮w上看，門診樓通風(fēng)效果良好。

圖12 距一層樓面1.2 m高度空氣齡分布（夏季）

3.1.4 通風(fēng)量

夏季主導(dǎo)風(fēng)向（S）平均風(fēng)速為2.5 m/s。當(dāng)可開啟門窗全部開啟時(shí)，所計(jì)算區(qū)域的通風(fēng)量為 456.19 m3/s。該計(jì)算區(qū)域的體積約為49278 m3，則通風(fēng)換氣效率約為33.32 次/h，滿足室內(nèi)自然通風(fēng)條件下?lián)Q氣次數(shù)不低于2 次/h的要求。

3.2 過渡季平均風(fēng)速工況

3.2.1 流場

圖13為過渡季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區(qū)）高度處的流場分布情況。門診樓風(fēng)壓比較大，整體可以看到空氣流動(dòng)狀態(tài)良好，且速度均勻。

圖13 距一層樓面1.2 m高度流場分布（過渡季）

3.2.2 風(fēng)速

圖14為過渡季距一層樓面1.2 m高度（坐姿呼吸區(qū)）風(fēng)速分布情況。大門入口處的中庭部分風(fēng)速相對(duì)較大，約在0.81 m/s左右，局部地區(qū)最高達(dá)到1.58 m/s。門診樓其他區(qū)域的風(fēng)速相對(duì)較小，均控制在0.34 m/s以下?？赏ㄟ^控制外窗的開啟狀態(tài)來達(dá)到自然條件下室內(nèi)風(fēng)速的要求。

圖14 距一層樓面1.2 m高度風(fēng)速分布（過渡季）

3.2.3 空氣齡

圖15為過渡季距一層樓面1.2 m高度（坐姿呼吸區(qū)）空氣齡分布情況。圖中所標(biāo)示紅色區(qū)域的空氣齡在5851 s左右，其他區(qū)域空氣齡均在3343 s以下?？傮w上看，主要分析功能空間均能保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量，通風(fēng)效果較好。

圖15 距一層樓面1.2 m高度空氣齡分布（過渡季）

3.2.4 通風(fēng)量

過渡季主導(dǎo)風(fēng)向(N)平均風(fēng)速為2.654 m/s。當(dāng)門窗可開啟部分全部開啟時(shí)，該區(qū)域通風(fēng)量為293 m3/s。該區(qū)域的體積約為 49278 m3，則其通風(fēng)換氣效率約為 21.4 次/h，滿足在自然通風(fēng)條件下房間換氣次數(shù)不低于2 次/h的要求。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)室內(nèi)主要功能空間在夏季和過渡季主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速條件下的自然通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬分析，得出以下結(jié)論：

（1）醫(yī)院門診樓西南角立面的通風(fēng)口直對(duì)著風(fēng)的來流方向，有利于形成“穿堂風(fēng)”，促進(jìn)室內(nèi)自然通風(fēng)。

（2）在夏季、過渡季主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速邊界條件下，工作區(qū)風(fēng)速均在1.4 m/s以下，通過控制外窗的開啟狀態(tài)可以達(dá)到自然條件下室內(nèi)風(fēng)速的要求。

（3）在夏季、過渡季主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速邊界條件下，該門診樓滿足自然通風(fēng)條件下的換氣效率大于2 次/h的要求。

（4）模擬結(jié)果表明，氣流均合理，根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的第8.2.10條，該建筑得分8分[3]。

[1]王福軍. 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析[M]. 北京: 清華大學(xué), 2004.

[2]朱穎心. 建筑環(huán)境學(xué)[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[3]GB/T 50378—2014, 綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].