建筑中庭冬季空調(diào)氣流組織影響因素的研究

閆 勇

（山西建工集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030006）

就我國(guó)的能源消耗比重來看，建筑的暖通工程已經(jīng)占據(jù)了整體社會(huì)能源總消耗量的60%以上，尤其是在高大建筑類型和數(shù)量日益增多的當(dāng)下，合理規(guī)劃冬季空調(diào)的供熱參數(shù)，可以有效改善能源消耗過勝的狀態(tài)。因此充分分析建筑中庭冬季空調(diào)氣流組織的影響因素，建立起節(jié)能環(huán)保的暖通工程，合理規(guī)劃建筑中庭的功能送風(fēng)參數(shù)，不僅能夠?yàn)槿藗兲峁┦孢m的居住以及工作環(huán)境，也可以符合節(jié)能環(huán)保、低碳生活的標(biāo)準(zhǔn)。

1 建筑中庭的常見送風(fēng)方式

由于不同建筑的建筑中庭使用用途以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)有一定的差距，因此在中庭的送風(fēng)方式上也分為以下幾種類型。

首先頂部送風(fēng)方式。該種方式利用中庭頂部的空調(diào)系統(tǒng)，將暖風(fēng)從上至下的傳送到整體的中庭空間內(nèi)，暖通系統(tǒng)的回風(fēng)口設(shè)置在靠近地面的工作區(qū)域內(nèi)，該種送風(fēng)方式能夠?qū)⑴諝馊娴娜诤系焦ぷ骺臻g的各個(gè)角落，能夠滿足不同工作環(huán)境的要求，但是該種送風(fēng)方式對(duì)于空間整體的把控較強(qiáng)，因此消耗的能量較多。

其次，底部送送方式，該種方式便是從工作區(qū)域的底部進(jìn)行送風(fēng)，這種方式距離人們的工作區(qū)域較近，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)掌控整體的中庭空間，達(dá)到舒適的工作標(biāo)準(zhǔn)。因此能夠有效地減少送風(fēng)量以及送風(fēng)時(shí)間，節(jié)約了相關(guān)的能源消耗。

再次，側(cè)面送風(fēng)方式。該種方式在當(dāng)前的高大建筑中庭空間中使用的較為普遍，主要是在中庭側(cè)面墻面設(shè)置送風(fēng)口，進(jìn)行分層送風(fēng)，可以合理的調(diào)節(jié)空調(diào)區(qū)域內(nèi)的氣流組織形式，較為典型的便是雙側(cè)對(duì)噴下部排風(fēng)系統(tǒng)。

2 氣流組織的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)建筑中庭的氣流組織進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且建立起評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系，是合理分析建筑中庭氣流組織優(yōu)劣性的重要方式。氣流組織評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定要建立起以自地面起向上兩米的空間內(nèi)為主體的空調(diào)氣流工作區(qū)，該工作區(qū)與人們的工作以及生活環(huán)境密切相關(guān)，能夠作為評(píng)價(jià)氣流組織形式的依據(jù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的氣流組織評(píng)價(jià)指標(biāo)來看，可以分為以下幾點(diǎn)。

首先是工作區(qū)的溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)主要建立在當(dāng)人體正坐狀態(tài)下，在0.1m-1.1m 垂直范圍內(nèi)，溫度梯度要＜3℃；當(dāng)人處在正常的站立狀態(tài)下，在0.1m-0.8m 垂直范圍內(nèi)溫度梯度要＜3℃。當(dāng)垂直的溫度梯度大于以上標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，便會(huì)給人們帶來不夠舒適的體驗(yàn)感。

其次便是工作區(qū)的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)。在工作區(qū)內(nèi)人們需要穩(wěn)定舒適的送風(fēng)環(huán)境，如果風(fēng)速較大便會(huì)出現(xiàn)極強(qiáng)的吹風(fēng)感，導(dǎo)致工作狀態(tài)不穩(wěn)定，常見的工作區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)為：冬季空調(diào)送風(fēng)速度控制在0.2m/s 以下。夏季的空調(diào)送風(fēng)速度控制在0.3m/s 以下。

再次便是空調(diào)送風(fēng)的有效吹風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)。有效吹風(fēng)溫度與人們直觀感受到的風(fēng)速有直接的關(guān)系，通常來講在計(jì)算有效吹風(fēng)溫度（ΔET）時(shí)要考慮到室內(nèi)的平均溫度（TR）、某一點(diǎn)的干球溫度（TL）以及室內(nèi)某一點(diǎn)的風(fēng)速（VL）。常見的室內(nèi)吹風(fēng)溫度有效標(biāo)準(zhǔn)是控制在0.36m/s。計(jì)算公式為：

3 建筑中庭冬季空調(diào)室氣流組織影響因素分析

單就節(jié)約能耗的角度來看，國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者已經(jīng)利用了大量的科研技術(shù)，例如CFD 技術(shù)對(duì)于冬季中庭內(nèi)部氣流組織狀態(tài)以及影響因素進(jìn)行了模擬分析，初步認(rèn)為對(duì)于冬季空調(diào)氣流組織產(chǎn)生影響的因素有送風(fēng)的角度、高度、溫度差以及送風(fēng)的速度這幾項(xiàng)因素。

3.1 空調(diào)送風(fēng)角度因素

我國(guó)當(dāng)前大部分的高層建筑的建筑中庭空調(diào)系統(tǒng)普遍利用了分層送風(fēng)的設(shè)計(jì)理念。但是這種分層送風(fēng)的理念對(duì)于冬夏季溫度變化較為明顯的地區(qū)來講，并不能起到全面的分層空調(diào)、全面管控的目的，對(duì)于夏季工況來講，空調(diào)送冷風(fēng)，風(fēng)的密度較大，射流下墜速度快，只要能夠保證送風(fēng)的角度合理，很容易能夠起到分層的效果。但是在冬季的工況影響下，室內(nèi)的溫度較低，射流中的暖風(fēng)大部分上升到非供暖的區(qū)域，使得一階段內(nèi)供暖無法起到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，如果依舊保持著夏季送風(fēng)的角度，室內(nèi)的溫度無法快速的進(jìn)行分層，便需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的送風(fēng)供暖，便會(huì)進(jìn)一步增加能耗。

3.2 送風(fēng)速度影響因素

我們?cè)谘芯克惋L(fēng)速度是否能夠?qū)χ型ザ镜目照{(diào)氣流組織產(chǎn)生影響時(shí)，主要基于熱負(fù)荷以及風(fēng)量展開定位分析，將通風(fēng)口的面積以及送風(fēng)的速度作為變量，進(jìn)行模擬對(duì)比，同時(shí)也針對(duì)中庭空間內(nèi)的濕度進(jìn)行了針對(duì)性計(jì)算，最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)送風(fēng)速度控制在3.5m/s 時(shí)，經(jīng)過送風(fēng)口推送出的熱風(fēng)射流在擴(kuò)散的過程中衰減速度較快，會(huì)在中庭空間內(nèi)形成多股溫度不夠均勻的暖風(fēng)射流，無法滿足整體中庭區(qū)域內(nèi)的中部供暖。而當(dāng)送風(fēng)速度不斷加大時(shí)，送風(fēng)的射流衰減力度變緩，能夠直達(dá)中庭的整體空間，對(duì)于工作空間的升溫效率明顯提升。

因此合理的控制送風(fēng)速度，保證熱射流能夠達(dá)到整體供暖的目的，也不會(huì)對(duì)工作人員產(chǎn)生吹風(fēng)影響。經(jīng)過多次的模擬分析之后，我們將送風(fēng)的速度標(biāo)準(zhǔn)控制在3.5m/s 到5.5m/s 的區(qū)域內(nèi)，不僅能夠保障工作區(qū)域內(nèi)的舒適環(huán)境，也可以減少垂直溫度梯度。

3.3 送風(fēng)溫差影響因素

在研究送風(fēng)溫差是否能夠影響空調(diào)氣流組織的時(shí)候，將室內(nèi)的熱負(fù)荷值作為定量，將送風(fēng)的溫差作為變量，并且利用合理的調(diào)整送風(fēng)口的面積來進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)送風(fēng)溫差發(fā)生變化時(shí)，中庭空間內(nèi)部的垂直溫度梯度以及升溫速度都發(fā)生了相應(yīng)的變化。當(dāng)送風(fēng)的溫度與室內(nèi)原本溫度差較大時(shí)，所送出的暖風(fēng)射流會(huì)急劇聚攏在中庭的頂部，形成內(nèi)部較大的溫差，大量的暖氣流在非供暖區(qū)域內(nèi)的停留會(huì)延長(zhǎng)整體空間的供暖速度，浪費(fèi)能源。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不斷調(diào)整送風(fēng)溫差的情況下，室內(nèi)非供暖區(qū)域的溫度始終要較供暖區(qū)域的溫度較高。最終我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)送風(fēng)溫差控制在4K-10K 之間時(shí)，室內(nèi)的溫度系數(shù)調(diào)整最快，所消耗的能量最少。

3.4 送風(fēng)高度影響因素

在針對(duì)送風(fēng)高度能否影響空調(diào)氣流組織的研究時(shí)，我們保證室內(nèi)的熱負(fù)荷處于不變的狀態(tài)，調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)口的高度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)送風(fēng)口的高度在6m 左右時(shí)，熱射流在整體的中庭空間內(nèi)衰減的速度緩慢，并且兩側(cè)相對(duì)的送風(fēng)口能夠形成熱空氣搭接，在空間內(nèi)成熱風(fēng)屏障，能夠有效阻止下部分工作區(qū)域的熱空氣上升，對(duì)于緩解整體中庭溫度有著促進(jìn)作用，當(dāng)送風(fēng)口的高度控制在10m 時(shí)，熱空氣會(huì)大量堆積到非供暖區(qū)域，導(dǎo)致整體空間的功能效果較差。從人體的熱舒適性角度來分析，在標(biāo)準(zhǔn)的8m 左右的高度還需要進(jìn)行降低處理，使送風(fēng)口位于4m 左右，能夠起到良好的熱供應(yīng)效果。

4 總結(jié)語

綜上所述，高層建筑的暖通工程并不僅僅是單純的提供溫度調(diào)節(jié)功能，也要合理的考慮到能源消耗以及溫度調(diào)節(jié)效率，結(jié)合上文論述，我們能夠發(fā)現(xiàn)影響中庭空間冬季空調(diào)氣流組織結(jié)構(gòu)的因素較多，但是也可以利用合理調(diào)節(jié)的方式來構(gòu)建出低耗能、高效率的空調(diào)氣流組織結(jié)構(gòu)，保證能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到中庭空間整體的供暖效果。不同的建筑中庭空間也需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，進(jìn)行多次的嘗試，確定最合理的參數(shù)，才能夠保證在節(jié)約能耗的前提下達(dá)到調(diào)溫的價(jià)值最大化。