王禮飛，李文才，方雷

（安徽省城建設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230051）

基于不同送風形式下辦公樓室內空氣流場仿真分析

王禮飛，李文才，方雷

（安徽省城建設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230051）

隨著經濟發(fā)展，人們對生活品質的要求越來越高，尤其對室內環(huán)境舒適性有了更多的關注，室內的換氣次數(shù)和氣流組織對舒適度影響較大。文章通過PHOENICS軟件對某辦公樓在頂面和側面兩種不同送回風形式下的氣流組織進行仿真模擬，并與實測的送風口和回風口溫度、風速進行對比，分析冬季、夏季兩種工況下的室內空氣流場，給出不同通風形式下室內辦公位置的適宜區(qū)域，從而提高辦公人員工作環(huán)境的舒適性，為辦公建筑空調系統(tǒng)設計提供一定的參考依據(jù)。

送回風；空氣流場；舒適性；PHOENICS軟件

辦公建筑是人們長期從事腦力勞動的場所，室內空氣的品質直接影響到辦公人員的身心健康和工作效率。通常情況下，現(xiàn)代辦公建筑大多數(shù)為敞開式辦公，在夏、冬季節(jié)時門窗處于關閉狀態(tài)，采用中央空調系統(tǒng)改善室內舒適性。室內舒適性對風速有一定的要求，室內風速較大會使皮膚干燥，產生不舒適感。一般室內風速小于0.5m/s時，人體感覺良好，當超過0.5m/s時，身體就會產生不適感，相關研究表明0.1m/s～0.5m/s[1]為最佳的室內風速范圍。因此，辦公環(huán)境的舒適性一定程度上取決于室內氣流流場，空調系統(tǒng)送風口的合理布置對改善室內氣流流場是至關重要的。本文通過氣流組織模擬分析辦公建筑夏、冬兩季室內的空氣流場，研究空調系統(tǒng)送風口的設計形式對辦公位置布置的影響，從而提高辦公環(huán)境的空氣品質，同時為空調系統(tǒng)設計提供一定的參考依據(jù)。

本文研究選取的某辦公樓位于六安市，建筑面積為36082m2，地上26層，標準層層高3.6m，為中間核心筒式，屬典型的現(xiàn)代辦公建筑，空調形式為地源熱泵中央空調系統(tǒng)。

選取辦公樓標準層中兩個進深和開間相近的辦公室，平面布局如圖1、圖2所示。辦公室①為側面送風、頂面回風，如圖3所示。辦公室②為頂面送風、頂面回風，如圖4所示。辦公室①、辦公室②的送、回風口尺寸如表1所示。

圖1 標準層平面布置圖

圖2 送回風口布置圖

圖3 辦公室①側面送風

圖4 辦公室②頂面送風

房間和風口尺寸 表1

根據(jù)辦公室和風口的實際尺寸建立分析模型，如圖5所示。

圖5 分析模型

本文采用PHOENICS 2014版軟件辦公室①和②的氣流組織進行模擬分析。PHOENICS軟件是從微觀角度對流場進行分析，采用Sketchup建立模型導入PHOENICS軟件的FLAIR模塊中，通過對邊界條件進行設置，采用質量、能量及動量守恒等方程對模型進行求解，從而模擬分析氣流組織變化特性。本次模擬采用軟件中的k-ε湍流模型；浮力在空氣對流中重要的影響因素，因此在模擬中運用Boussinesq假設來處理密度的變化[2～3]，滿足下式：

其中，β為膨脹系數(shù)。

夏季、冬季在中央空調系統(tǒng)運行時，開啟辦公室①和②的風機盤管進行送回風，待風機盤管運行穩(wěn)定后，采用手持式溫度儀和萬向風速儀分別測得距離送風口和回風口10cm處的風速、距離送風口10cm處的溫度，作為模擬的邊界條件。

圖6 手持式溫度儀

圖7 萬向風速儀

冬季模擬邊界條件 表2

夏季模擬邊界條件 表3

在實測的冬季工況風口風速、溫度的邊界條件下，采用PHOENICS軟件對辦公室內部的風速和空氣齡進行仿真模擬，計算結果如圖8～圖10所示。

由圖8可知：

①冬季在熱壓和風壓共同作用下，辦公室①和辦公室②的室內1.2m高度風速基本都在0.2m/s～0.6m/s，空氣齡基本在169s～843s；室內1.2m高度處平均風速為0.43m/s，平均空氣齡為608s，換氣效果良好。

②辦公室①氣流組織較為均勻，辦公室②每個送風口產生的氣流容易疊加并相互影響。從空氣齡圖中可以看出，辦公室①空氣齡在562s～843s范圍比例大于辦公室②，空氣齡較大，辦公室②的換氣效果好于辦公室①。

圖8 室內1.2m高度處風速云圖和空氣齡圖

圖9 辦公室②風口切面風速云圖和空氣齡圖

圖10 辦公室①風口切面風速云圖和空氣齡圖

由圖9、圖10可知：

①辦公室①側面射流送風下，風速較大區(qū)域呈拋物線形狀，回風口下方的風速較小，約為0.09m/s～0.27m/s；辦公位置不宜布置在距離送風方向2.5m范圍內，該區(qū)域射流送風產生的風速較大，約為0.53m/s～0.70m/s，會使人產生不舒適感。

②辦公室②頂面送風下，風口下的風速較大，約為0.8m/s～1.4m/s，辦公位置宜布置在風口正下方1.5m以外的區(qū)域范圍。

在實測的夏季工況風口風速、溫度的邊界條件下，采用PHOENICS軟件對辦公室內部的風速和空氣齡進行仿真模擬，計算結果如圖11～圖13所示。

由圖11分析可得：

圖11 室內1.2m高度處風速云圖和空氣齡圖

圖12 辦公室②風口切面風速云圖和空氣齡圖

圖13 辦公室①風口切面風速云圖和空氣齡圖

①辦公室①的氣流組呈環(huán)狀從風口位置向外擴散，辦公室②的氣流呈圓狀從風口位置向外擴散。從空氣齡圖中可以看出，辦公室①的中間區(qū)域空氣齡較小，回風口下方靠近墻體的位置空氣齡相對較大；辦公室②的空氣齡較均勻，整體未出現(xiàn)較大的空氣齡。

②辦公室①和辦公室②的室內1.2m高度處風速基本都在0.16m/s～0.49m/s，空氣齡基本在143s～ 428s，平均風速為0.22m/s，平均空氣齡為223s。辦公室①的最大風速為0.41m/s，基本出現(xiàn)在距離送風方向3m處的位置，最小風速約0.16m/s，分布范圍為靠近墻體周邊區(qū)域。辦公室②的最大風速約1.31m/s，基本出現(xiàn)在送風口的正下方（未顯示色卡區(qū)域），最小風速約0.16m/s，分布范圍靠近墻腳。

由圖12、圖13分析可得：

冬季模擬風速與實測風速對比 表4

夏季模擬風速與實測風速對比 表5

①辦公室①側面射流送風下，風速較大區(qū)域呈現(xiàn)拋物線形狀，回風口下方的風速較小，約為0.22m/s。辦公位置不宜布置在距離送風方向3m的區(qū)域，由于此區(qū)域的風速較大，約0.67m/s，會使人產生不舒適感。

②辦公室②頂面送風下，與冬季模擬所得結果相似。辦公位置宜布置在風口正下方1.0m以外的區(qū)域范圍。

為驗證模擬結果準確性，本文采用萬向風速儀實測辦公室①、辦公室②在冬、夏季1.2m高度平面9個測點的風速，與圖8和圖11模擬風速值進行對比，測點布置如圖14所示。

圖14 辦公室1.2m高度風速測點布置

由表4、表5可知，通過送回風口的實測值作為邊界條件進行仿真分析，在室內1.2m高度處辦公室的風速模擬值和實測值最大誤差為10%，平均誤差約5%。

①冬季室內1.2m高度處辦公室的風速模擬值和實測值誤差范圍為2%～10%，夏季為3%～10%，仿真分析結果可靠性較高。

②在實測的邊界條件下，冬季室內風速范圍基本都在0.2m/s～0.6m/s，夏季室內風速范圍基本都在0.16m/s～0.49m/s，通風效果良好，辦公舒適性較高。

③冬季、夏季在熱壓和風壓共同作用下，頂面送風產生的氣流容易疊加且相互影響，在空調末端系統(tǒng)設計時，可適當增加送風口之間的間距；側面送風在送風口之間的區(qū)域氣流易形成短路，回風口宜布置在送風口之間的區(qū)域。

④綜合冬季和夏季模擬結果，側面送風的辦公位置宜布置在距離送風口送風方向半徑為3m以外的區(qū)域；頂面送風的辦公位置宜布置在送風口正下方半徑為1.5m以外的區(qū)域。

⑤本文模擬得出的相關數(shù)據(jù)可為大開敞辦公的空調系統(tǒng)送、回風口設計提供一定的參考價值。

[1]李永兵，張華玲，等.重慶地區(qū)通風舒適區(qū)及通風季節(jié)劃分的探討[J].建筑熱能通風空調，2008,27（6）：63-66.

[2]白羽.冷凝熱釋放對環(huán)境及自然通風的影響研究[D].長沙：湖南大學，2007.

[3]王樂.辦公建筑自然通風研究的CFD分區(qū)分析方法探索[D].天津：天津大學，2004.

TU834.3

A

1007-7359（2016）05-0073-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.019

王禮飛（1989-），男，安徽六安人，畢業(yè)于安徽建筑大學，碩士。