2
3
3． 1
模拟结果
风向工况模拟 风向模拟选择 6 种工况， 见表 1 。 风速假设 2 m / s； 窗子位置假设在墙中间； 开窗有效 面 积 均 为
750 mm × 800 mm。取距地板 1. 5 m 高处平面图（ 工 3 所示， 模拟结果如图 2 ， 限于版面， 仅给 作区域 ） ， 出南向风和北向风工况图。
∑v i
8
槡
）2 珋 ∑（ v i － v 8 σv v 珋
kv =
不均匀系数越小， 气流分布的均匀性越好。 2． 4 典型建筑选取 为了分析风向、 风速大小、 开窗位置、 开窗面积
选择西安地区一典型 大小对室内气流组织的影响， 平面及采样分布如图 1 所示， 并用采样 户进行模拟， 点标号来标记房间。
Optimization study on building indoor airflow organization on the condition of natural ventilation
YANG Tianwen
（ Northwest Research Institute of Engineering Investigations， Xi'an 710003 ， China） Abstract ： natural ventilation can not only satisfy the indoor thermal comfort requirements， but also can achieve the purpose of energy － saving building． The velocity field and temperature field of natural ventilation room interior are affected by many factors． The simulation software fluent is used to optimize the best direction， wind speed， window location and area． The results showed that： south winds， 1. 3 ～ 2. 5 m / s outdoor wind speed can satisfy the basically could satisfy and natural ventilation requirement in Xi'an area， and best wind is 1. 5 m / s， considering the daylighting and natural ventilated factor， open window in the middle wall is advisable， north area is appropriately． Key words： natural ventilation； optimization simulation； nonuniform coefficient； airflow organization
图3 Fig． 3
工况 4 （ 南向） 气流分布模拟结果 air distribution
Condition 4 （ south） ： the simulation results of
工况 12 工况 13
3． 2
风速工况模拟
风速模拟工况分别见表 2 。 风向取最佳风向为 南向； 窗子在墙中间； 开窗有效面积均为 750 mm × 800 mm。取距地板 1. 5 m 高处平面图（ 工作区域 ） ， 5 所示。 模拟结果如图 4 ，
表1 Table 1
工况 风向 工况 1 北向 工况 2 东北
风向模拟工况
工况 3 西北 工况 4 南向 工况 5 工况 6 东南 西南
The simulation conditions for wind direction
314
四川建筑科学研究
第 38 卷
图2 Fig． 2
工况 1 （ 北向） 气流分布模拟结果 air distribution
ρ
根据 CFD 自然通风常见的边界条件设置： 1 ） 入口边界， 设置为速度入口。 2 ） 出口边界， 设置为压力出口。 2． 3 均匀性评价
图1 Fig． 1 典型户房间平面布局及采样布点 typical household The flat layout and sampling sites of the
0316 收稿日期： 2011作者简介： 杨天文（ 1968 － ） ， 女， 云南昆明人， 高级工程师， 主要从事 建筑设计工作。 E － mail： xayang2006@ 126． com
拟给出最佳风向、 风速、 开窗位置及 进行数值模拟， 面积， 为建筑自然通风设计提供理论依据 ， 其他因素 的影响将另文研究。
1
假设条件
为了分析风向、 风速大小、 开窗位置、 开窗面积 大小、 建筑等因素对室内气流组织的影响 ， 作以下假 设： 1 ） 忽略热压作用； 2 ） 忽略风速的偶然性， 风速均匀； 3 ） 忽略周围其他建筑对研究建筑风压场的影 响； 4 ） 忽略建筑自身高度产生的压力场 。
2
2． 1
理论分析
数学模型 利用 fluent 模拟软件以西安地区典型户室内气 流组织进行模拟计算， 提出优化室内自然通风的措 施， 达到室内空气品质的卫生要求。 室内气流流动一般属于不可压缩气体、 低速湍 ［78 ］ 。本文采用不可压缩气体的标准 k － ε 模型， 流 质量、 动量、 能量微分方程、k
自然通风是一种有效的通风方式， 相对于机械 具备显著降低建筑能耗的潜力， 能 通风和空调而言， 够在保证室内空气品质的同时， 降低初投资和运行 ［1 ］ 自然通风可以减少建筑综 费用 。相关研究指出， 合症， 降低医疗费用， 提高工作效率。 基于以上原 自然通风日益得到设计人员的重视 。 因， 适当的组织自然通风不仅能满足室内热舒适的 需求， 还能达到建筑节能的目的。 室内速度场和温 度场是影响建筑室内热环境的重要因素， 自然通风 还影响着室内温度分布， 不但影响室内风速均匀性， 其影响效果主要决定于风向、 风速、 开窗位置、 开窗 面积等， 除此之外还受到建筑朝向、 间距、 建筑群的 布局和建筑的平面布置与剖面处理等， 诸多学者对 ［26 ］ 。 自然通风的研究将对本文提供一定的基础 本文通过 fluent 模拟软件对以上诸多因素中风 、 向 风速、 开窗位置及大小对室内气流均匀性的影响
南向为最佳风向， 室外风速在 1. 3 ～ 2. 5 m / s 之间， 基本上都能满足自然通风要求， 最佳风速为 表明： 在西安地区， 1. 5 m / s； 综合考虑采光和自然通风因素， 窗户开在墙的中间为宜； 北向面积适当减小有利于自然通风在室内形成 在保证建筑节能标准的前提下， 增大南向窗户面积有利于自然通风 。 较均匀的气流， 关键词： 自然通风； 优化模拟； 不均匀系数； 气流组织 中图分类号： TU834. 1 文献标识码： A 文章编号： 1008 － 1933 （ 2012 ） 04 － 312 － 05
2 μ t ε dε ε ε = ［ （μ + ） ］ + C1ε G k － C2ε ρ dt k k σ ε x i x i 湍流黏性系数： k2 μ t = ρC μ ε 计算时采用二阶非稳态计算， 考虑重力的影响， 方程组采用 SIMPLE 求解算法。 2 ． 2 边界条件
气流应经过 人 主 要 活 动 区， 风 速 最 好 在 0. 3 ～ 1. 0 m / s 之间。对于含有大量余热和污染物的房间， 除 了保证必须的风量外， 还应保证气流的稳定性和气 在工作区内 流路线的短捷。对以上结果进行分析， 选择 8 个测点， 分别测得各点的温度和风速， 求其算 数平均值为： v 珋= 均方根偏差： σv = 不均匀系数：
2012 No. 4
杨天文： 自然通风建筑室内气流组织优化研究
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示。 质量守恒方程： （ ρ u ） （ ρ v ） （ ρ w ） u +v +w = 0 x y z 动量方程： p u 2 u v w + ｛ μ［ 2 － （ + + ）］ ｝ + ρf x － x x x 3 x y z u v w u ［ + ） ］+ ［ + ）］= 0 μ（ μ（ y z y x x z p v 2 u v w + ｛ μ［ 2 － （ + + ）］ ｝ + ρf y － y y y 3 x y z v w u v ［ + ） ］+ ［ + ）］= 0 μ（ μ（ z z y x y z p w 2 u v w + ｛ μ［ － （ + + ）］ 2 ｝ + ρf z － 3 x y z z z z w u v w ［ + ） ］+ ［ + ）］= 0 μ（ μ（ x y x z z y k 方程： μ t k dk = ［ （μ + ） ］ + G k － ρε dt σ k x i x i ε 方程： ρ
3． 3
开窗位置工况模拟
开窗位置模拟工况分别见表 3 。 风向取最佳风 向为南向； 风速取 1. 5 m / s； 开窗有效面积均为 750 mm × 800 mm。取距地板 1. 5 m 高处平面图 （ 工作 7 所示。 区域） ， 模拟结果如图 6 ，
表3 Table 3
工况 工况 11
典型户开窗位置模拟工况 for typical house
为了判断不均匀系数的大小， 先对房间进行分 区定义采样点。采样点位的数量根据室内面积大小 和现场情况确定， 要能正确反映室内空气污染物的 2 污染程度。原则上小于 50 m 的房间设 1 ～ 3 个点； 50 ～ 100 m2 设 3 ～ 5 个点； 100 m2 以上至少设 5 个 点。多点采样时， 应按对角线或梅花式均匀布点， 应 避开通风口， 离墙壁距离应大于 0. 5 m， 离门窗距离 应大于 1 m。 采样点的高度原则上与人的呼吸带高度一致， 一般相对高度 0. 5 ～ 1. 5 m 之间， 也可根据房间的使 用功能， 人群的高低以及在房间立、 坐或卧时间的长 短选择采样高度。有特殊要求的可根据具体情况而 定。由于每个房间的面积都小于 50 m ， 故在每个 房间的中心 1. 5 m 高处各设一个采样点。 良好的室内气流组织， 要尽可能组织穿堂风。