15第2期(第38卷总147期)[]摘要 民用机场航站楼空间高大、部分空间上下连通，对室内环境的舒适度要求高；本文通过CFD在深圳机场旅客卫星厅空调气流组织中的模拟研究，分析得出冷气下沉以及室外停机坪对航站楼二次辐射的不利因素是导致室内空间冷量不足的主要原因，该模拟分析结果对航站楼的优化设计具有重要的指导意义。
[]关键词 高大空间；计算流体力学；分层空调；冷气下沉；停机坪二次辐射[][] 中图分类号 TU831 文献标志码A doi ：10.3969/J .ISSN. 1005-9180.2019.02.004何 花（广东省建筑设计研究院，广州 510370）深圳机场旅客卫星厅空调气流组织的CFD 模拟分析收稿日期：2019-4-8作者简介：何花（1970-），女，学士，教授级高级工程师，主要从事暖通空调设计，E -mail :465929976@qq .com ；广东省建筑设计研究院Abstract ：Civil airport terminal has a large space with upper and lower parts connected, which requires a high comfort level of indoor environment. By the CFD simulation of air distribution in air-conditioning in the Satellite Hall of Shenzhen airport, this article concludes that the main reasons for unsufficient cooling of indoor space are the disadvantages of the sink of cold air and the secondary radiation on the terminal from the outdoor apron. The CFD simulation results have significant guidance in the optimal design of the terminal.Keywords : Large Space ；CFD ；Delaminated Air-Conditioning ；Sink of Cold Air ；Secondary Radiation from the Outdoor Apron.CFD Simulation of The Air Distribution in the Satellite Hallof Shenzhen AirportHE Hua（The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province , Guangzhou 510370）0 引言民用机场航站楼属于公共交通建筑，具有空间高大、上下垂直连通情况复杂、人员密度高、停留时间长、舒适度要求高等特点，如何设计合理的空调气流组织、营造舒适的室内热环境，成为暖通空调专业首要的技术重点。
目前多采用计算流体力学（CFD）来解决高大空间的空调气流组织、热环境问题。
1 工程概况深圳机场旅客卫星厅工程总建筑面积约23.5万平方米，建筑最高点高度为27.65m，地上4层，地下1层。
地下1层主要为行李机房、捷运站台及设备管沟；首层主要为远机位候机厅、办文章编号：ISSN1005 - 9180 (2019) 02 - 0015 - 052.2公、设备用房、行李分拣机房及贵宾区；二层主要为到港通廊、中转厅及商业；三层主要为出港大厅、商业；四层主要为高舱旅客休息区、餐饮（如图1）。
该建筑于2018年12月动工，预计2021年底竣工。
2 CFD计算方法2.1 几何模型鉴于建筑本身的对称性及节省篇幅，本文章选取西南指廊的三层候机大厅为研究对象。
根据建筑及空调CAD图纸，建立西南指廊三层候机大厅空调室内模型如图2所示，空间整体近似为长方体空间，其一端连接主楼的内部空间，另一端向建筑外侧伸展（下文简称端头）。
立面设计为玻璃幕墙，屋顶设计长天窗。
空间内部构筑物主要为六个送风风柱及三个商业舱。
靠近幕墙处三层楼板有挑空设计，三层大空间通过该处挑空与二层空间相通。
为减少三层空调送风下沉至二层空间，并结合安全因素及建筑外观、功能需求等考虑，在楼板挑空处设置1.2m玻璃栏杆。
2.2 边界条件（1）夏季室外计算干球温度33.7℃，夏季室外计算湿球温度31.2℃；（2）室内设计温度25℃；（3）维护结构热工参数：屋顶传热系数为20.30W/m .K，玻璃幕墙及屋顶透明部分传热系数2均为1.950W/m .K，南、东、西向玻璃幕墙太阳得热系数为0.22，北向玻璃幕墙太阳得热系数为0.26，屋顶透明部分太阳得热系数为0.14；（4）空调初始方案：本工程采用天正暖通软件（THvac）对三层候机大厅进行逐项逐时夏季冷负荷及送风量计算，根据计算结果得知计算总冷量为2679KW，计算总风量为360000CMH。
对于高大空间，分层空调夏季空调［1］冷负荷经验值为全室空调冷负荷50 %～85 %，为了节约空调的运行费用，候机大厅设置分层空调，空调形式为全空气一次回风空调系统，空调送风口布置在四米高的风柱与商业舱上部，送风距离12~16米左右。
六个送风柱均设单排喷口，每3个端头风柱SW-1~2的总风量为4500 m /h /个*103个，每个中间风柱SW-3~6总风量为4000 m /h /个*10个，其余风量在商业舱上部送出；所有送风口均采用750*250的鼓型喷口。
2.3［2，3］控制方程及模型（1）质量守恒方程：微元体中流体质量的增加=流入该微元体的净质量；（2）动量守恒方程：微元体中流体动量的增加=作用在微元体上各种力之和；（3）能量守恒方程：微元体中热力学能的增加=进入微元体的净热流量+体积力与表面力对微图1 深圳机场旅客卫星厅工程 效果图（a）外部轮廓（b）内部空间图2 西南指廊三层候机大厅CFD几何模型17第2期(第38卷总147期)3.1 3.2 3.34.14.2元体做的功；（4）空调房间气流组织属于非等温流动，湍流模型采用RNG κ-ε两方程模型：湍流动能输运方程及湍流动能耗散率输运方程；（5）考虑到空气温度变化引起的浮升力对气流组织的扰动作用，室内空气采用boussinesq假设，即室内空气密度仅随温度变化；（6）空调室内流场、压力、温度、湍流参数之间相互影响，计算时采用SIMPLE数值方法对上述变量进行耦合求解。
3 空调初始方案模拟结果3.1 温度场通过CFD模拟计算，得出西南指廊三层候机大厅1.5m标高平面温度分布图，详图3。
从图3得知，90%以上活动区域温度集中在23~26℃区间，基本满足空调设计温度的要求。
但端头等局部区域温度偏高，人员的舒适度欠佳。
3.2 风速场通过CFD模拟计算，得出西南指廊三层候机大厅幕墙附近挑空楼板处剖面风速矢量图分布，详图4。
从图4得知，单排送风方案射流出口速度较大，射程长，加剧了楼板挑空处冷风下沉现象；1.2m高的玻璃栏杆对射流有一定的阻挡作用，但尚不能完全阻挡鼓型喷口射流的冷风下坠。
在单层风口方案下，端头送风柱有两面射流（占单个风柱总风量的1/2）朝向挑空区域，模拟结果显示面向挑空区域的单股风口射流约有1/3下沉，则下沉风量约占单个风柱送风量的16%左右；其余中间风柱一面射流（占单个风柱总风量的1/5）朝向挑空区域，按单股风口射流约有1/3下沉计算，每个中间风柱下沉风量约为单个风柱送风量的6%左右。
综合所有风柱计算，总下沉风量约占风柱送风总量的8%左右。
3.3 模拟结论分析通过上边的分析得知：由于单个风口风量较大，造成射流出风速度过大，加剧冷风下沉和风速不均匀；同时初始设计的冷负荷计算软件未考虑室外停机坪对航站楼玻璃幕墙二次辐射的不利因素（华东某国际机场机坪辐射占航站楼空调冷［4］负荷的比例相当大，超过10% ），从而导致送风量不足的问题。
建议适当增加每个风柱的送风量，同时将风柱的单排送风口改为双排送风口，下一节将进行详细的对比分析。
4 空调优化方案模拟结果4.1 优化措施 由于空调初始方案在设计时总冷量未考虑分层空调冷负荷的经验值50 %～85 %，有一定的余量，因此优化方案建议每个风柱送风量提高10%，同时所有风柱由单排送风口改为双排送风口。
优化后每个端头风柱SW-1~2的总风量为2750 3m /h /个*18个，其它每个中间风柱SW-3~6总风量3为2450 m /h /个*18个。
4.2 温度场通过CFD模拟计算，得出西南指廊三层候机大厅1.5m标高平面温度分布图，详图5。
图3 西南指廊三层候机大厅1.5m标高温度分布（23~27℃区间）图4 单排风口方案下风口射流剖面风速矢量图图5 西南指廊三层候机大厅1.5m标高温度分布 （23~26℃区间）4.3从图5得知，优化方案后98%以上的活动区域室内温度低于26℃，端头处温度范围与中段区域温度相当，活动区域温度整体降低、分布较为均匀，人员感觉更为舒适。
4.3 风速场通过CFD模拟计算，得出西南指廊三层候机大厅幕墙附近挑空楼板处剖面风速矢量图分布，详图6。
从图6得知，优化方案后，面向挑空区域的下排送风口送风下沉量较少，可忽略不计，仅上层送风口射流存在一定程度的冷风下沉现象，且得益于风口出流的速度降低及射程减小，面向挑空区域的单股上层送风口射流下沉量降低至1/5左右。
端头送风柱有两面射流朝向挑空区域，单个风柱有5/18的上层风口存在冷风下沉，按单股风口射流约有1/5下沉计算，则下沉风量约占单个风柱送风量的5%左右；其余中间风柱一面射流朝向挑空区域，单个风柱有2/18的上层风口存在冷风下沉，按单股风口射流约有1/5下沉计算，则下沉风量约为单个风柱送风量的2%左右。
综合所有风柱计算，总下沉风量约占风柱送风总量的3%左右。
对比单排风口冷风下沉比例8%可以看出，双排风口方案对楼板挑空处冷风下沉问题有明显改善作用，显著降低了空调冷量损失。
5 两种空调方案分析对比下图7~8为两种空调方案风口射流剖面温度及风速分布图，从图中可以看出，送风方案调整对射流主路径区域风、热环境影响较大，总体来说双排送风口方案优于单排送风口方案：出风风速降低可降低活动区域流速，在送风温度不变的情况下，减少活动区域冷风感，活动区域的风速基本处于0.2~1m/s的区间，属于人感觉舒适的范围。
射流射程减小可减小楼板挑空处冷量下沉，进而保证空调区域得到足够冷却，98%以上的活动区域室内温度低于26℃，温度分布较为均匀，人员感觉更为舒适。