某雙層玻璃幕墻建筑自然通風(fēng)的數(shù)值模擬研究(1)

1、    某雙層玻璃幕墻建筑自然通風(fēng)的數(shù)值模擬研究(1)    ： 根據(jù)雙層玻璃幕墻建筑的特殊熱環(huán)境，提出過渡季節(jié)采用自然通風(fēng)的方式，確定了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開口方式和開口大小，使各樓層的空氣溫度都在熱舒適范圍內(nèi)；應(yīng)用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)各樓層房間的三維溫度場，速度場進(jìn)行了模擬，研究結(jié)果表明，利用自然通風(fēng)能夠有效地改善室內(nèi)熱環(huán)境，較好地滿足人體熱舒適的求。 關(guān)鍵詞： 自然通風(fēng) 數(shù)值模擬 中庭1.引言空調(diào)的應(yīng)用為人們創(chuàng)造了舒適的室內(nèi)環(huán)境，但也帶來了一些問題；首先，空調(diào)建筑的密閉性較好，當(dāng)新風(fēng)量不足時(shí)，室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）

2、惡化會(huì)導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合癥（SBA）；其次，大量的空調(diào)器加劇了城市熱島效應(yīng)，造成室外空氣熱環(huán)境惡化；再次，空調(diào)器的普及使建筑能耗有較大的增長趨勢(shì)。因此隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，同時(shí)發(fā)展生態(tài)建筑也是大勢(shì)所趨，自然通風(fēng)這項(xiàng)古老的技術(shù)重新得到了重視。合理利用自然通風(fēng)能取代或部分取代傳統(tǒng)制冷空調(diào)系統(tǒng)，不僅能不消耗不可再生能源實(shí)現(xiàn)有效被動(dòng)式制冷，改善室內(nèi)熱環(huán)境；而且能提供新鮮、清潔的自然空氣，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，有利于人的身體健康，滿足人們心理上親近自然，回歸自然的需求。采用雙層玻璃幕墻可以進(jìn)行有效的自然通風(fēng)。雙層玻璃幕墻又稱動(dòng)態(tài)幕墻，兩層玻璃之間的距離為20mm500mm，利用“煙囪、熱流道”效應(yīng)，氣流在

3、兩層玻璃幕墻中間由下向上循環(huán)，帶走外面一層玻璃幕墻太陽輻射的能量，達(dá)到隔熱、保溫、節(jié)能、環(huán)保的功效。按照不同的通風(fēng)原理雙層玻璃幕墻可分為：整體式、廊道式、通道式和箱體式。雙層玻璃幕墻具有多項(xiàng)功能：減少風(fēng)及惡劣氣候的影響、提高隔音能力、充分利用太陽能、使用自然通風(fēng)使空調(diào)使用率降至最低。本文主研究其自然通風(fēng)的功能及效果。2.研究對(duì)象及技術(shù)路線2.1 研究對(duì)象本文中研究對(duì)象為采用雙層玻璃幕墻帶中庭的辦公建筑，共6層，外形結(jié)構(gòu)見圖1，幕墻結(jié)構(gòu)見圖2：圖1 建筑外形圖 圖2 廊道式雙層幕墻局部放大圖該幕墻為廊道式雙層幕墻，每層設(shè)置通風(fēng)道，層間水平有分隔，無垂直換氣通道，自然通風(fēng)的路徑為：這類建筑室內(nèi)環(huán)境

4、易受太陽輻射影響，同時(shí)其空間高度高，上下溫差大，這對(duì)預(yù)測帶來很大困難，隨著計(jì)算機(jī)及流體力學(xué)的發(fā)展，三維CFD模擬技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，它即可以滿足大型建筑多空間多開口的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)求，又能精確預(yù)測各設(shè)計(jì)室內(nèi)的空氣速度場和溫度分布，因此本文在滿足頂層室內(nèi)熱環(huán)境的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了屋頂排風(fēng)天窗面積，并在此基礎(chǔ)上利用CFD對(duì)該建筑的局部房間室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了數(shù)值模擬。2.2 技術(shù)路線自然通風(fēng)一般采用風(fēng)壓或者熱壓，中庭建筑的“煙囪效應(yīng)”就是利用建筑內(nèi)部的熱壓作用，由于室外風(fēng)速和風(fēng)向是經(jīng)常變化的，因而風(fēng)壓作用不是一個(gè)可靠的穩(wěn)定因素，所以本文進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)進(jìn)行了簡化，僅考慮熱壓下的自然通風(fēng)。熱壓通風(fēng)，是利用建筑內(nèi)部由

5、于空氣密度不同，熱空氣趨于上升，而冷空氣趨向下降的特點(diǎn)。熱壓作用與進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的高度差，以及室內(nèi)外空氣溫度差存在著密切的關(guān)系：高度差愈大，溫度差愈大，則熱壓通風(fēng)的效果愈明顯。因而大樓各樓層（共6層）的進(jìn)風(fēng)量隨樓層高度的增加而減小，基于這種情況考慮，在滿足6樓室內(nèi)熱環(huán)境的求下，設(shè)計(jì)屋頂側(cè)窗面積?；炯夹g(shù)路線見圖3：圖3基本技術(shù)路線3.房間的計(jì)算數(shù)學(xué)模型3.1 物理模型（a） (b) (c)圖4 計(jì)算物理模型a: 一個(gè)通風(fēng)口 b: 兩個(gè)通風(fēng)口 c: 整條通風(fēng)口如圖房間長11.1m，寬8.4m，高2.9m；房間內(nèi)發(fā)熱量包括人員、燈光及設(shè)備， 圖中3個(gè)長方體代表房間的人員及設(shè)備，頂部設(shè)9盞燈；圖形左

6、下角為三個(gè)雙層玻璃幕墻進(jìn)風(fēng)口，均為1400mm×300mm, 房間右上側(cè)為通風(fēng)口，通風(fēng)口面積見表1。3.2 基本參數(shù)計(jì)算3.2.1 計(jì)算室外氣溫為20時(shí)，6樓達(dá)到熱舒適性求的最低進(jìn)口風(fēng)速（1）式中： 6樓的室內(nèi)發(fā)熱量，W; 空氣比熱，=1010J/kg.; 室外空氣的密度，溫度為20，kg/m3; 通風(fēng)氣流的溫度差,; 6樓的進(jìn)風(fēng)口面積, m2.計(jì)算得到m/s3.2.2 計(jì)算中和面的高度根據(jù) （2）式中： 進(jìn)風(fēng)窗口的流量系數(shù)（取0.35）; 室內(nèi)外空氣的密度差,kg/m3; 頂層進(jìn)風(fēng)口的中心高度,m; 中和面的高度,m.計(jì)算得到 m根據(jù)中和面高度計(jì)算各樓層進(jìn)風(fēng)速度，并根據(jù)回風(fēng)口風(fēng)速范

7、圍3計(jì)算房間通風(fēng)口面積,計(jì)算結(jié)果如表1所示：表1 各樓層進(jìn)風(fēng)速度及房間通風(fēng)口面積    樓層    2樓    3樓    4樓    5樓    6樓    進(jìn)風(fēng)速度(m/s)    0.772    0.683  &

8、#160; 0.581    0.457    0.299    房間通風(fēng)口面積(mm×mm)            1×48×48×48×48×25注：1樓為開放式大堂3.3 控制方程 模擬房間內(nèi)的氣流屬于非穩(wěn)態(tài)的三維      

9、;   本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。    摘 本文通過對(duì)天然氣球罐幾種置換方案介紹、分析和對(duì)比，并以學(xué)堂堡儲(chǔ)配站天然氣球罐置換為例介紹，說明天然氣球罐可用天然氣直接置換方法。隨著城市燃?xì)馐聵I(yè)的迅速發(fā)展，為解決天然氣供氣不均勻性即日負(fù)荷調(diào)峰問題，根據(jù)重慶的天然氣資源、實(shí)際環(huán)境條件和多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，一般在儲(chǔ)配站按求宜設(shè)置多臺(tái)球型儲(chǔ)罐。目前，重慶燃?xì)庥邢挢?zé)任公司共建設(shè)了19臺(tái)球罐

10、，幾何容積共23，600m3。同時(shí)為滿足逐年用氣量增加的趨勢(shì)，還計(jì)劃在江北區(qū)溉瀾溪頭塘建造6臺(tái)（每臺(tái)幾何容積為10000m3）球罐的大型儲(chǔ)配站。按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的求，公司每年都有球罐開罐檢查的任務(wù)，它包括超聲波或磁粉探傷、射線照相檢查、測厚和球罐表面的防腐處理等工作。并對(duì)有缺陷部位進(jìn)行維修，檢查合格后需對(duì)球罐進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn)；試壓合格后再對(duì)球罐進(jìn)行置換。球罐置換首先確保球罐的自身安全；其次是確保第一次由球罐中供出的燃?xì)饽軡M足用戶的使用求。球罐置換是一項(xiàng)危險(xiǎn)性的工作，若置換方案選擇不當(dāng)或操作失誤，均可能發(fā)生惡性事故造成慘重?fù)p失。為此，球罐置換的安全問題顯得

11、特別重；其次，球罐置換還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)問題，若方案不當(dāng)將造成置換工作量大，費(fèi)用高。用什么安全、經(jīng)濟(jì)的方法將罐內(nèi)的空氣置換到允許標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)值得探討的問題。對(duì)此發(fā)表一些看法和意見，僅供參考。根據(jù)目前的技術(shù)水平和儲(chǔ)配站的具體情況，球罐的置換方案一般有如下三種方法可以采納。1 惰性氣體置換法用惰性氣體先置換球罐里的空氣，再用天然氣置換球罐里的惰性氣體。即把惰性氣體作為置換中間介質(zhì)，這里所說的惰性氣體是指既不可燃又不可助燃的無毒氣體。如氮?dú)猓∟2或液氮）、二氧化碳（CO2）、煙氣等，均可以采用。此法具體操作過程是先將惰性氣體充滿球罐，加壓到一定程度置換出空氣，直至罐時(shí)惰性氣體的濃度達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)為止

12、；然后再以燃?xì)獬錆M球罐，同樣加壓到一定程度置換出惰性氣體，從而完成置換程序。此法操作復(fù)雜、煩瑣反復(fù)進(jìn)行兩次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃?xì)獍l(fā)生費(fèi)用較高，其換氣時(shí)間長，工作量大，既不經(jīng)濟(jì)且費(fèi)事。但是它可以確保進(jìn)人罐內(nèi)的燃?xì)獠粫?huì)與罐內(nèi)空氣接觸，不會(huì)形成具有爆炸的混合氣體。因此此法可靠性好，安全系數(shù)高，成功性大。對(duì)于本身有制氣（惰性氣體）手段和條件的工業(yè)、燃?xì)庑袠I(yè)普遍采用這一成熟的傳統(tǒng)置換方案。2 水置換法用水先置換球罐里的空氣，再用天然氣置換球罐里的水。即把水作為置換中間介質(zhì)。此方法操作過程是先將球罐灌滿水以水排盡罐內(nèi)空氣，然后再排掉水同時(shí)充入燃?xì)?，待罐?nèi)水排盡時(shí)天然氣也充滿，置換就完成

13、了。因?yàn)榇朔ú坏_保了進(jìn)入罐內(nèi)的天然氣不會(huì)與罐內(nèi)空氣接觸，不會(huì)產(chǎn)生具有爆炸性的混合氣體，絕對(duì)安全可靠；而且水比其它惰性氣體便宜得多，也很容易解決。而對(duì)于儲(chǔ)配站內(nèi)一般都設(shè)置了消防水池（栓）、消防泵房，充足的儲(chǔ)水量以及配備的雙電源等，這些給水置換帶來了良好的條件。若是將置換工作安排在球罐的強(qiáng)度（水）試壓會(huì)格后進(jìn)行，即排水的同時(shí)進(jìn)行充氣置換，那更是一件很經(jīng)濟(jì)的事情。因此此法具有安全可靠、成功率高、操作簡單、置換周期短、費(fèi)用低和還可多臺(tái)罐連續(xù)置換等優(yōu)點(diǎn)。但是它求球罐基礎(chǔ)條件較好，即球罐基礎(chǔ)（基座）可承擔(dān)置換重量，同時(shí)置換用水浪費(fèi)較大，對(duì)于1000m3以上球罐置換，考慮到球罐基礎(chǔ)條件（因球罐投運(yùn)多年）和

14、置換用水量因素，一般不宜采用此法。3 燃?xì)庵苯又脫Q法此法操作過程是直接將燃?xì)饩徛ㄈ饲蚬尢鎿Q出空氣，從而達(dá)到置換目的。其置換示意如圖1所示。當(dāng)置換到一定程度時(shí)，從排空管的采樣口取樣，通過氣相色譜儀進(jìn)行分析，可以確定空氣達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)，置換宣告結(jié)束。此方法的特點(diǎn)是比較簡便也較經(jīng)濟(jì)，但是具有一定的危險(xiǎn)性。因?yàn)樵谥脫Q過程中，球罐里必然產(chǎn)生燃?xì)馀c空氣的混合氣體，并且經(jīng)歷爆炸極限范圍。對(duì)于純天然氣來講，它的爆炸極限為515，再考慮到其混合的不均勻性，天然氣含量45以下均應(yīng)視為危險(xiǎn)區(qū)，遇火源，就發(fā)生爆炸。為此必須嚴(yán)格控制，采取各種安全措施，確保無火種，才能安全地渡過其危險(xiǎn)區(qū)。確保置換過程中，沒有任何火

15、源引爆這極具危險(xiǎn)的混會(huì)氣。為此進(jìn)行如下分析：球罐的檢查入孔、接管（進(jìn)出氣管、排污管）全部是封閉的，不可能由外部投入火種；球罐封閉前進(jìn)行了開罐檢查、試壓、清掃等工序，有時(shí)還擱置了一段時(shí)間，內(nèi)部不可能有殘留火種；罐內(nèi)沒有活動(dòng)部件，不可能因運(yùn)動(dòng)、撞擊產(chǎn)生火花；唯一可能并需控制的就是隨進(jìn)罐天然氣流帶入的火種。這種帶人火種有兩種：一是高速氣流會(huì)因摩擦產(chǎn)生靜電。但是，由于球罐及管道系統(tǒng)都有良好的接地，即便有靜電負(fù)荷產(chǎn)生，也會(huì)立即通過接地裝置導(dǎo)人大地，不會(huì)有電荷集聚導(dǎo)致高電位，而產(chǎn)生放電火花。二是高速氣流吹動(dòng)管道中可能殘留下來的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物品帶進(jìn)球罐，與罐壁、內(nèi)梯等碰撞產(chǎn)生火花，這種可能性是存

16、在的，這就是危險(xiǎn)。根源是高速氣流，解決它關(guān)鍵是堅(jiān)決杜絕高速氣流而確保低速；即便有石塊等雜物，也不會(huì)被吹動(dòng)，也就不可能產(chǎn)生火花了；同時(shí)為了避免雜物帶進(jìn)球罐，應(yīng)事先在進(jìn)氣管道上設(shè)置過濾器。根據(jù)暖通資料及管道實(shí)際吹掃經(jīng)驗(yàn)，我們確定將置換球罐用天然氣速度控制在3m/s以下并采用流速計(jì)或U型壓力表（計(jì)）觀察球罐升壓速度的辦法來測量其充氣流速，用閥門的開度來控制流速（混氣過程中控制閥前的壓力保持穩(wěn)定）。經(jīng)上述分析、認(rèn)識(shí)與措施，說明天然氣球罐可用天然氣直接置換；即先少量充氣置換后再投入運(yùn)行。該法必須注意排除其危險(xiǎn)性，方法較簡單，經(jīng)濟(jì)合理。目前我公司以及附近地區(qū)各燃?xì)夤厩蚬薜闹脫Q工作均采用天然氣直接置換球罐里的空氣方法，歷經(jīng)過了四十多次試驗(yàn)，已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。 &#