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高大空间空调系统（气流组织）的技术经济分析目的：比较各种高大空间空调送风方式的技术特性，结合空间的使用功能和建筑形式等选择合适的送风方式。
综述：高大空间的气流组织形式应满足室内设计的温湿度要求、人员活动区的允许气流速度、室内噪声标准和室内空气质量等要求，并结合建筑形式与装修，气流分布均匀，避免产生短路和死角。
在不破坏气流组织效果的前提下，减少送风口数量，送风管道尽量简单，以降低空调系统造价。
送风方式：1.顶棚上送风下回风：经过处理的空气，由上部送风口送出，与室内空气混合后到达人员活动区域，空气从上部送达，无二次产尘隐患，卫生条件较好。
但空调负荷大，能耗较大，顶部风管布置较复杂，冷损失也较大，冬季送热风时，垂直梯度大，往往出现上热下冷的情况。
其常用的送风口有：散流器、喷口型送风口、孔板、格栅或百叶送风口、旋流送风口等；常用回风口有：格栅风口、百叶风口、网式风口等。
2.喷口送风下回风：高大空间通过喷口或旋流风口顶送或有一定的倾角，工作区处于回流区，回风口宜设置在下方同侧。
其送风射流射程远，气流混合过程长，可采用较大的风速和温差。
与一般上送风系统比较，可节省投资10~15%。
3.侧送风下回风：送风气流以百叶送风口、格栅送风口等从高大空间顶部侧墙沿水平或有一定倾角送出，再从同侧下部回风，工作区处于回流区内，气流分布均匀，布置简单。
4.分层空调送风：侧送方式往往将上部顶棚、侧墙、灯光等大量散热带入工作区，增大冷负荷，不利于节能。
分层空调送风是将高大空间分为空调区与非空调区，在空调区采用喷口、百叶风口等侧送，回风口宜设置在同侧下方；并在非空调区设置排风措施。
空调负荷仅为空调区负荷（包括非空调区向空调去转移形成的负荷），取得较好的节能效果。
5.下送风上回风：经处理空调送风直接由地板送入工作区，吸收室内热湿负荷后，由顶部排出室内。
屋顶、上部侧墙及部分照明发热均可由排风带走，具有良好的节能效果。
为简化送风管道和风量分配均匀，常在地面下设静压箱。
第10章室内气流分布10.1 对室内气流分布的要求与评价10.1.1 概述空气分布又称为气流组织。
室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。
空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。
下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。
10.1.2 对温度梯度的要求在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直方向通常有温度差异，即存在温度梯度。
在舒适的范围内，按照ISO7730标准，在工作区内的地面上方1.1m和0.1m 之间的温差不应大于3C (这实质上考虑了坐着工作情况)；美国ASHRAE55-9标准建议1. 8m和0. 1m之间的温差不大于3C (这是考虑人站立工作情况)。
10.1.3 工作区的风速工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。
在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。
但大风速通常令人厌烦。
试验表明，风速＜0.5m/s时，人没有太明显的感觉。
我国规范规定：舒适性空调冬季室内风速〉0.2m/s，夏季〉0.3m/s。
工艺性空调冬季室内风速〉0. 3m/s，夏季宜采用0.2-0.5m/s。
10.1.4 吹风感和气流分布性能指标吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的感觉。
1. 有效吹风温度EDT美国ASHRA B有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature) 来判断是否有吹风感，定义为EDT (t x t m) 7.8( x 0.15) (10-1)式中t x,t k室内某地点的温度和室内平均温度，C；v x--室内某地点的风速，m/s。
对于办公室，当EDT=-1.7~l C, V x V0.35m/s时，大多数人感觉是舒适的，小于下限值时有冷吹风感。
体育馆类高大空间的气流组织设计难点及对策赵 彬 李先庭 马晓钧 彦启森(清华大学建筑学院建筑技术科学系)摘 要 文中讨论了体育馆类高大空间气流组织的主要形式及设计难点,并从工程应用的角度给出了相应对策:指出用计算流体动力学(CFD)的方法进行体育馆类高大空间的气流组织设计具有很大优势,并提出了利用CFD进行高大空间气流组织设计的思路。
关键词 体育馆 高大空间 气流组织 计算流体动力学(CFD)THE DIFFICU LT Y AN D SOL UTION OF IN DOOR AIRFLOW PATTERNDESIGNING FOR G YMNASIUMZHAO Bin L I Xianting MA Xiaojun YAN Qisen(Dept.of Building Science,Tsinghua University,Beijing,CHINA,100084)ABSTRACT The paper presents the main types of airflow pattem gymnasium and discusses the difficulty of designing airflow pattem inside large of this type.Then anew idea of airflow pattem designing based on CFD is proposed,while an example is showed with it.KE Y WOR DS airflow pattern,CFD,gymnasium1 引言 随着我国经济建设的迅速发展,国力不断增强,我国的体育事业也随之蓬勃发展。
尤其是近年来,我国体育健儿在国内外赛场屡创佳绩,同时广大群众也积极参与全民健身活动,不断追求健康向上的高素质生活。
在这种背景下,我国对各类体育设施,特别是体育馆建设的投入不断加大。
高大空间建筑室内气流组织分析高大空间建筑有其各自的特点，对于体育馆、音乐厅等建筑，其室内气流组织是空调系统设计的重点。
本文结合工程实例，介绍了工程的计算区域及设计参数，围绕垂直温度分布、垂直速度分布、气流分布特点及送风能耗比较这几方面对计算结果进行分析，为高大空间建筑室内环境的改善提供依据。
标签高大空间；建筑室内；设计参数；气流组织；分析随着我国社会经济建设步伐的不断加快，体育馆、音乐厅等高大空间建筑数量日益增加，逐渐成为城市建设的时代标志。
这些建筑具有体积大、围护结构传热量大、人员灯光密集，空调负荷较大等特点，其室内热环境状态参数随时可能发生变化，选取合理的气流组织方式对空调系统的设计有着重要的影响。
大空间气流组织指的是对气流流向和均匀度按一定要求进行组织，主要采用的方式有分层空调、置换通风、地板送风以及碰撞射流，如图1所示。
目前我国建筑室内空调系统的气流组织设计仍处于发展的阶段，并没有完善的理论体系和试验结论。
因此，通过对高大空间建筑室内气流组织的分析，确定合理的气流组织设计，对改善建筑室内的环境具有重要意义。
图1 大空间四种空调方式示意图1 计算区域及设计参数某公共建筑，结构南北对称，计算区域选取北边一半，计算区域层高约12m，占地面积约7450m2，属高大空间建筑。
计算区域按非结构网格划分。
人员工作区（高度0～2m）气流扰动较大，网格较密，非人员工作区网格相对稀疏。
根据FLUENT软件选取RNGk-ε两方程紊流模型，近壁面区域则选用标准壁面函数法，速度-压力耦合采用SIMPLE算法。
边界条件见表1，照明、设备及外墙负荷指标均参照原设计计算书选取，其中人员散热量均布在地面上。
为达到夏季室内人员工作区的要求设计温度25±0.5℃，参考相关文献资料，计算得到四种空调方式各自的设计参数，汇总于表2。
2 结果分析2.1 垂直温度分布不同高度上的平均温度值汇总于图2。
可以看出，四种空调方式都满足人员工作区的设计温度25±0.5℃，且分层效果明显。
某综合体项目办公大堂空调气流组织的CFD模拟分析摘要：高大空间建筑有体积大、空调负荷大、能源消耗量大、对空调质量要求高等特点，其气流组织方式和空调节能问题尤显重要。
有效地通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质，保证实现健康建筑、健康舒适性空调有着重要的意义。
做好大空间内气流组织的CFD模拟分析，可以从人员舒适性角度考虑风口布置的合理性，满足大空间档次提升需求。
同时可在室内精装设计阶段作为风口布置参考。
关键词：高大空间；气流组织 CFD模拟分析；速度场；温度场引言：空调的使用越来越普及，人们对居住和工作环境的要求也越来越高，对通风空调技术也提出了更高的要求。
在空调房间内，气流组织是通风和空调系统的重要组成部分，直接影响室内空调效果，是关系着房间工作区的温度、湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及清洁程度和人们舒适感的重要因素。
随着计算机技术的发展，越来越多的项目在设计阶段利用CFD技术对空调房间气流组织进行优化和研究，从而了解由空调通风所形成的室内空气速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等的分布情况，以制定出最佳的气流组织方案。
本文以南宁某综合体项目办公大堂为例，对设计的空调送回风系统进行CFD模拟分析。
一、CFD技术简介室内气流组织，是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布。
在实际工程中，常用的气流组织形式有：侧送侧回、上送下回、上送上回、下送上回等。
影响空调房间气流组织的主要因素是入口风速、进风口的位置、进回风口的相对位置等。
由于影响因素较多，加上实际工程中具体条件的多样性，因此难于用简单的理论或经验表达式来综合上述诸多因素的影响。
目前，在空间气流分布计算方面较多采用CFD技术进行模拟分析。
CFD是计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的简称，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。
火车站高大空间气流组织模拟设计方案随着城市化进程的不断推进，人们出行需求不断增加，高铁、城际铁路等快速交通方式逐渐流行。
火车站作为重要的交通枢纽和城市门户之一，也越来越受到人们的关注。
其中，火车站高大空间的气流组织是一个重要的设计要素，它关乎着站内空气流动的舒适性、安全性和环境影响等方面。
因此，本文将探讨火车站高大空间气流组织模拟设计方案，以期提高站内环境质量和旅客满意度。
一、火车站高大空间气流组织的设计在火车站的建设中，气流组织的设计应该充分考虑通风、循环、冷却和加湿等方面，以提高站内空气质量和热舒适度。
具体来说，需要考虑以下几点：1. 通风路径的设计通风路径是指在火车站内部形成的气流路径，通过合理的通风路径设计，可以达到空气流动的均匀性、稳定性和通畅性。
通风路径的设计需要考虑站厅、候车大厅、月台等不同功能区域之间的空气流动关系，建立空气流动的正向通风路径和负向排风路径。
同时，还需要对气流运动过程进行动态监测和反馈调节，以保证空气流动方向的准确性和稳定性。
2. 空气质量的控制在火车站内部，人员密集，环境空气质量容易受到污染和异味干扰。
因此，在气流组织的设计中，需要考虑如何控制空气质量，并保持空气清新。
具体措施包括空气过滤、沉积污染物治理、加湿控制等方面，以保证站内空气质量的良好。
3. 温度和湿度的控制在气流组织的设计中，还需要考虑温度和湿度的控制，以改善站内热舒适度。
具体措施包括加装空调设备、喷淋系统、加湿系统等技术手段，通过适当的调节，实现站内室温、湿度和热舒适度的控制。
二、气流组织模拟设计的应用为了更好的设计和优化火车站内部的气流组织，需要进行模拟设计和优化分析，以掌握站内气流分布的特点。
现代化的计算机仿真技术可以将建筑物内部的气流结构模拟出来，反复优化和验证，从而提高气流结构的优化和稳定性。
1. 模拟软件的选择在进行气流组织模拟设计时，需要先选择适合的气流模拟软件。
常用的气流模拟软件包括FLUENT、ANSYS、PHOENICS 等。
高大空间气流组织的评价体系李先庭清华大学·2006.3.16——清华大学建筑节能学术周————清华大学建筑节能学术周——目录一、为什么要进行高大空间气流组织评价二、常见气流组织评价指标三、气流组织评价指标的测量与数值计算四、现有指标存在的问题及其改进五、高大空间气流组织评价体系六、评价体系的应用七、总结与展望一、为什么要进行高大空间气流组织评价——清华大学建筑节能学术周——气流组织在室内环境创造中的作用各种人工环境的创造最终是通过室内的气流组织实现的¾不论是混合通风、转换通风、个性化送风¾还是地板辐射采暖、冷却顶板供冷¾最终都是要在室内形成合理的气流组织，以保障工艺需要和舒适性要求气流组织不仅与环境品质密切相关，而且对能源效率影响很大¾不同类型的气流组织，在满足同一对象的工艺需要和舒适性要求时，所需要的冷量或热量可能相差很大¾气流组织对节能的贡献还没有被人们所重视进行气流组织评价的重要性在进行通风空调方案设计时，往往要比较不同气流组织的好坏，这种好坏比较就是对气流组织进行评价由于传统技术的局限，这种比较往往很不全面，如传统的射流理论只能给出射流轴心速度和温差衰减、贴附长度等随着计算流体力学（CFD）技术的发展，设计者可以在设计阶段对室内气流组织进行预测，可以对各种参数进行分析评价，从而可以选择既能保障工艺需要、满足人体舒适性、创造良好室内空气品质又节能的气流组织形式高大空间气流组织评价的重要性高大空间的建筑特点和使用特点¾建筑高度高、墙地比大、围护结构多为轻型结构、顶灯布置较多——能耗大¾体育场馆类建筑的比赛区和观众席空调参数不同、要求灵活可调性、使用时间不固定——满足工艺要求与舒适高大空间气流组织的任务¾体育场馆类建筑的比赛区与观众席的空调分区问题¾比赛区域气流速度的控制问题¾各部分的舒适性和室内空气品质保障¾尽量减少能量消耗——清华大学建筑节能学术周——高大空间气流组织评价方法由于高大空间建筑数量相对较少，每个建筑的功能和特点各不相同，往往很难采用相同的气流组织形式传统的模型实验方法费用高、周期长，很难模拟真实情况，获得的数据推广性差随着计算机技术的发展，目前主要是通过数值模拟方法计算得到空间内的流场、温度场、湿度场、污染物浓度场，并通过有关的气流组织评价指标，对空间内的气流组织进行评价二、常见气流组织评价指标——清华大学建筑节能学术周——常见气流组织评价指标分类热舒适指标送风有效性指标污染物排除有效性指标——清华大学建筑节能学术周——夏季 冬季房间名空气温度 /℃ 相对湿度 /% 风速 /(ms -1)空气温度/℃ 相对湿度/% 风速/(ms -1)体育馆 26～28 55～65 ≤0.5≤0.216～18 ≤30 ≤0.5≤0.2观众区 26～29 60～70 ≤0.522～24 ≤60 ≤0.5游 泳馆 池区 26～29 60～70 ≤0.226～28 60～70 ≤0.2 《体育建筑设计规范》中的设计参数常见热舒适评价指标热舒适指标¾预测平均评价PMV ¾预测不满意百分比PPD ¾有效温度ET¾标准有效温度SET¾热舒适投票TCV ¾不均匀系数¾空气扩散性能指标ADPI名称夏季冬季备注 体育馆观众席 28~30℃ 10~15℃穿外套 音乐厅、剧场 25~26℃ 20~22℃不穿外套 游泳池比赛区≥25℃≥25℃冬季观众席10～15℃大空间标准有效温度设计参数经验值名称容积 （m 3） 人均体积 （m 3） 层高（m ）人均风量（m 3/h ）活动区平面的ADPI(%) 代代木体育馆 19.0万 14.6 28 38.5 45 大阪府立体育馆 8万 15 20 36.0 60新国技馆 10万9.0 40 4036若干大空间建筑的ADPI值常见送风有效性和污染物排除有效性评价指标送风有效性评价指标¾空气龄¾换气效率¾送风可及性污染物排除有效性评价指标¾污染物含量和排空时间¾排污效率和余热排除效率¾污染物年龄¾污染源可及性三、气流组织评价指标的测量与数值计算——清华大学建筑节能学术周——常见热舒适评价指标不均匀系数以温度为例：k t 值越小，表示气流分布的均匀性越好ADPIADPI 值越大，说明感到舒适的人群比例越大。
一般情况下，应使ADPI ≥80％2()i t tt nσ−=∑tt k tσ=()7.66(0.15)i n i ET t t u ∆=−−−1.7 1.1100EDT ADPI −<<=×的测点数％总测点数PMVTL ：人体热负荷M ：人体能量代谢率PPD热感觉 热 暖 微暖PMV 值 +3 +2 +1 中性热感觉 微凉 凉 冷PMV 值 -1 -2 -3 0PMV [0.303exp(-0.036M)+0.0275]TL =42PPD 100-95exp[-(0.03353 PMV + 0.2179 PMV )]=——清华大学建筑节能学术周——空气龄空气龄空气龄是指空气从入口到达房间某一位置的时间。
某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空气品质就越好。
三种示踪气体测量空气龄的方法：脉冲法、上升法、下降法•其它与空气龄类似的时间指标：残留时间τr1 、驻留时间τr)()(0ττττF d f =∫∫=τττττ0)(d f p 点P进口出口进口出口τr1τpτrp rl rτττ+=——清华大学建筑节能学术周——换气效率换气效率100%2npτητ=×房间空气年龄的体平均值p τ房间名义时间常数n τηa ＝50～100％(b)下送上回ηa ≈50％(d)上送上回ηa ＝50％(c)顶送上回ηa ≈100％(a)近似活塞流 不同通风方式下的换气效率•对于理想“活塞流”的通风条件，房间的换气效率最高•定义新鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快慢的比例为通风效率——清华大学建筑节能学术周——送风可及性送风可及性in ()()SAC t dt A C τττ=∫不同送风形式下A SA =0.6的区域T=10sT=60sT=200sT=600sT=1800s •C(x, y, z, t)：在时刻t 室内(x, y, z)处的指示剂浓度•C in ：送风的指示剂浓度•τ：从开始送风所经历的时段污染物排除有效性（1）稳态下房间污染物总量排空时间¾反映了一定的气流组织形式排除室内污染物的相对能力。
¾排空时间越大，说明这种形式排除污染物的能力越小，与污染源的位置有关，与污染源的散发强度无关。
排污效率余热排除效率0()[()()]e e M Q C C d ττ∞∞=⋅∞−∫()t M mτ∞=max e s ess sC C C C C C C C ε−−==−−e s p p sC C C C ε−=−e st i st t t t η−=−污染物排除有效性（2）污染物年龄¾与空气龄不同的是，某点的污染物年龄越短，说明污染物越容易来到该点，则该点的空气品质比较差。
污染物可及性¾稳态下回风口处的平均污染物浓度¾反映了污染物源在任意时段内对室内各点的影响程度。
¾室内某点的浓度可能高于排风口处稳态平均浓度，因此A CS 可能大于1。
()()A dB ττττ=∫τττC dtt z y x C z y x A CS∫=),,,(),,,(/i iC S G=∑四、现有指标存在的问题及其改进——清华大学建筑节能学术周——现有指标存在的问题空间各点指标的权重问题¾传统的工作区的概念指出，空间两部分（工作区和非工作区）的重要程度不同。
¾空间任意一点，根据人员在空间某一点或区域停留的时间长短和人员密度的多少，定义人员分布密度的概念。
集总指标和分布指标的统一¾在空间场的基础上，结合人员对参数的要求等因素，建立特定房间的总指标。
气流组织的综合评价送回风形式室内气流组织的评价具体的室内分布：温度、湿度、风速……热舒适评价指标送风有效性指标污染物排除有效性指标——清华大学建筑节能学术周——现有指标的改进（1）¾假设房间内有N 个人、每人在房间中停留的总时间为M 小时。
第i 个人在某区域P 停留时间为p i 小时，则第i 个人在区域P 的空间占有率为:¾区域P 的人员分布密度:¾任一体积的OD 为无量纲数，而各点D 有量纲，为1/m 3¾OD 是传统工作区概念的延伸¾某区域的OD 可根据定义式计算，也可根据实际情况直接确定Pi PiOD M=1NPii P ODOD N==∑人员分布密度——清华大学建筑节能学术周——现有指标的改进（1）¾在空间分布指标的基础上，结合各点人员分布密度值，提出加权总指标。
¾加权平均空气龄人员分布密度1230.20.50.3p OD p p p ττττ<>=++112131111p V V V V V V ττττ++=++•体平均空气龄：OD1=0.2；OD2=0.5；D3=0.3；V 1V 3V 2房间各部分平面示意图现有指标的改进（2）¾观众席加权总PMV¾0≤IPMV ≤3 ，不能反映冷热，只能反映观众席整体热舒适的程度。
¾IPMV 代表了某种气流组织下观众席的满意度。
IPMV 越高，说明观众席满意度越低，反之越高。
观众区满意度(,,)(,,)IPMV PMV x y z D x y z dv =∫42(0.033530.2179)10095PMVPMV PPD e −×+×=−×PMV 和PPD 的关系42(0.033530.2179)95IPMV IPMV IPMV S e−×+×=×IPMV 和观众席满意度得分的关系现有指标的改进（3）¾风速满意度•空气流速控制是体育馆气流组织的重点问题之一•单纯考虑平均风速不全面，必需考虑到风速的分布特性比赛区满意度平均风速和pav的大小决定风速满意度风速满意度等值线vpavD C B A风速上限pav 上限iigv Vv V ∆=∑jgVpav V ∆=∑——清华大学建筑节能学术周——现有指标的改进（3）¾温度满意度比赛区满意度jgV pat V ∆=∑国别 夏季（℃） 冬季（℃） 美国 23.9~25.618~20(体操除外)前苏联 22~23 19~21 日本26~27 20~22jgV parh V ∆=∑¾相对湿度满意度•相对湿度过高，加大冷热感觉，同时有结露可能•相对湿度过低，增加空调除湿代价——清华大学建筑节能学术周——现有指标的改进（3）¾根据比赛区的风速满意度、温度满意度、湿度满意度以及它们分别的权重，可以得出整个比赛区的满意度。
