阶梯型室内空间气流组织浅析

阶梯型室内空间气流组织浅析

张诚业, 简晓敏

（重庆市设计院有限公司 重庆 400015）  

摘要  介绍了阶梯型高大空间的基本情况，通过CFD模拟不同送风方式在阶梯型高大空间内的温度效果，对比出各种送风方式的优缺点，从而针对在不同的工程项目，选择出最优的送风方式。

关键词  阶梯型高大空间  温度场  送风方式  CFD技术  热舒适度

0  引言

由于暖通技术不断的发展，人们对舒适度的要求越来越高，大空间的气流组织设计仍是暖通专业的重点、难点之一。而对于阶梯型高大空间，气流组织的形式更为复杂。大阶梯的结构不仅使得该空间必然有较高的层高，随着阶梯的上升，各部分的空间净高存在着差异，各阶梯区域的负荷、气流组织均有不同。为了满足各阶层的人员舒适度，气流组织的形式是重要的讨论范围。

气流组织形式和种类繁多，本次研讨以某小学阶梯型学术报告厅为例。将顶送+顶回、顶送+下回、下送+顶回三种主要的送风形式进行讨论，以比对出较为理想的送风形式。

1  项目概况

该项目位于中国重庆市云阳县，报告厅共535m2，长21.4m，宽24.6m，高度8.4m，吊顶高度为6.9m，阶梯最高点与最低点之间高差为3.9m，各座位之间的高差为0.3m。

本项目夏季空调室外计算干球温度为36.5℃，冬季空调室外计算干球温度为2.9℃，夏季计算冷指标为296W/m2，冬季计算热指标为150W/m2。由于夏季空调需求较大，本次研究以夏季供冷为主，在顶送+顶回、顶送+下回、下送+顶回三种送风方式下的气流组织进行温度场的模拟。

2  送风方式对比

方案一：顶送+顶回

图1  顶送+顶回的送风方式剖面图

顶送+顶回的送风方式是最为常见的空调送风形式，送风口、回风口间隔布置，此送风方式因造价底、节省空间而被广泛采用。但此种送风方式缺点较明显，若送风口风速不足，容易形成气流回流短路，导致温度梯度有明显差异，标高处于低处的空间难以受到良好的空调效果，人员舒适度较低。

图2  顶送+顶回的送风方式CFD温度场模拟图

利用CFD软件进行简要的温度场模拟，得出顶送+顶回的送风方式在送风量及送风温度满足的情况下，基本可满足温度控制要求，标高处于低处且人员密集区域相对于标高处于高处的区域温度略有升高。

方案二：顶送+下回

顶送+下回的送风方式能有效的形成室内置换通风的效果，送风口布置于顶部，回风口设置于底部，集中回风。此种送风方式造价略高于顶送+顶回的送风方式，但可有效的使温度分布更均匀，也是较为常见的送风方式。

图3  顶送+下回的送风方式CFD温度场模拟图

利用CFD软件进行简要的温度场模拟，得出顶送+下回的方式能有效的使温度分布更为均匀，仅在人员密集处有一定的温度变化。

方案三：下送+顶回

下送+顶回的送风方式因送风口布置困难，造价较高，在实际工程中较少采用。此送风方式能有效的保证各层标高的送风温度，并形成良好的置换通风效果，满足人员舒适度。但送风口需分散布置在各层标高，必然使得送风管道在各层穿插，使得工程变得复杂，同时又提升了造价。

图4  下送+顶回的送风方式CFD温度场模拟图

利用CFD软件进行简要的温度场模拟，得出下送+顶回的送风方式使得各层人员活动区域的温度更趋近于送风温度，但送风口位置需均匀布置在底层各处，才能使送风效果达到最好。

3  结论

通过以上的研讨及软件模拟，可以得出以下结论：

1、在工程条件不足或需要考虑经济性，且的情况下，可采用顶送+顶回的送风方式。此送风方式基本可以满足室内人员舒适度的要求，在经济性上也是最为节省的一种方式。

2、在工程条件充足的情况下且经济条件允许的情况下，建议采用顶送+下回的送风方式。此种送风方式只需在底部设置一处到两处集中回风，即可使室内温度分布更加均匀，不过在目前的空调技术下，需要设置空调机房和回风井道，一定程度上加大了工程难度。

3、若室内环境要求较高且工程条件充足，且可采用下送+顶回的送风方式，目前有孔板送风、侧墙送风等多种形式。孔板送风的形式风口正对人员，对风口设置及风速要求较高，侧墙送风对空间的要求较高，空间跨度越大，送风效果则越差。所以在一般情况下，不建议采用下送+顶回的送风方式，仅在对温度梯度、气流组织、环境条件等有特殊要求的情况下采用。

本项目因工程条件有限、回风井道和空调机房难以设置，为了节省造价，采用顶送+顶回的送风形式。采用多联机空调系统，室内设置静压风管机、选用旋流风口的形式，通过现场的测试，阶梯型空间的各层温度已完全满足人员舒适度的要求。

本次研究未对冬季空调送风进行比对，若在冬季热负荷较大的情况下，顶送+顶回的送风方式势必会受到热气流上升的影响，从而降低它的送风效果，而下送+顶回这种送风方式的优势也将会体现。针对不同的项目，我们需要对各种送风方式进行对比，从而选择出最优的送风方案，满足人员舒适度、经济性等要求。

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