基于PHOENICS的办公楼通风效果的数值研究

摘  要: 应用商业软件对某办公楼的通风效果做了数值模拟. 计算基于Reynolds的时均控制方程以及RNGkε−湍流模型并以建筑室外环境模拟结果作为边界条件, 求解办公楼主要功能空间的流场、风速以及通风量. 研究表明, 使用数值方法可对建筑空间整体通风效果进行估算, 对于有严格要求的功能空间的通风设计具有一定的参考意义.  

关键词: 办公楼; 通风效果; 数值模拟; 边界

引言 

自然通风作为一种有效的被动式节能策略, 不仅能利用可再生能源最大限度地降低不可再生能源的消耗, 而且能改善室内空气品质, 更大程度上为人们提供健康舒适的室内环境, 符合绿色建筑的发展趋势. 随着可持续发展战略的逐步推进, 人们对建筑节能愈发重视, 自然通风作为一项经济环保的通风技术重新得到了重视[1].  

自然通风是当今绿色建筑中备受关注的一项重要技术措施. 风压和热压这两种驱动力可以促使自然通风的形成, 从而达到通风降温、提高室内热舒适状态, 同时也可以通过通风换气、增加新风来改善室内空气质量. 风压通风与热压通风往往互为补充、密不可分[2]. 本文基于风压通风的理论基础[3], 利用phoenics对新余市风驰新能源办公大楼的室内通风效果进行分析研究.  

1 数值模拟 

1.1 研究对象 

该办公楼项目位于新余市高新开发区中部, 用地性质为工业用地兼小部分配套服务用地. 东面为50m的泉州路, 北面为20m宽的城市支路, 西面和南面均为其它工业园. 该办公楼为六层建筑, 建筑高度为25.8m, 办公楼所属厂区的整个用地形状为不规则的长方形, 东西长约166.78m, 南北长约279.11m. 图1为办公楼效果图, 图2为整个厂区的平面布置图. 

                                         

1.2 物理模型 

根据建筑设计图纸以及其他相关资料建立室内自然通风模拟模型, 模型中通风开口尺寸按照可开启部分有效面积设置. 主要分析办公、会议等主要功能空间的室内气流组织, 卫生间、电梯等非主要功能空间可以不予考虑. 图3为分析所需的几何计算模型.  

1.3 边界条件 

根据建筑室外风环境模拟结果, 选取夏季主导风向为SE、平均风速为2.3m/s的工况模拟结果设置边界条件, 模拟时取12个自由流出边界, 图4为边界分布图, 办公大楼自由流出边界的临界取值见表1.

1.4 模拟结果与分析 

(1) 流场

图5~图10为距办公楼1～6层楼面1.2 m(坐姿呼吸区)高度处的流场分布情况. 图中可见: 办公大楼各层气流基本从建筑左侧(南侧)风口流入室内, 从北侧风口流出室外, 其中一个大办公室内的气流相对较强, 建筑两侧风口位置基本呈对称分布, 有利于“穿堂风”的形成, 部分非主要功能位置气流受内墙阻挡产生涡流, 大部分区域气流分布均匀. 总体上说, 各房间室内气流都较强, 通风效果较好. 

(2) 风速

图11~图16为距办公楼1~6层楼面1.2m(坐姿呼吸区)高度处的风速分布情况. 图中可见: 办公大楼部分办公室内的风速较大, 约在0.6~1.2 m/s之间, 部分区域的风速相对较小, 基本在0.3 m/s以下. 总体上看, 风速较大区域, 可以通过关闭部分风口来调节室内风速.  

办公楼各层室内主要功能空间人体活动区域的部分位置(第5层左侧大办公室中部分区域)风速在1.4 

m/s以上, 可以通过调节外窗的开启状态来调节室内风速, 以达到非空调情况下室内舒适风速要求.  

2 结论 

本文通过对办公楼室内主要功能空间自然通风状况进行模拟分析, 得出以下结论:  

1) 办公楼南北两侧立面的通风口分布均匀, 有利于形成“穿堂风”, 有利于室内自然通风;  

2) 办公楼的主要功能空间风速基本在1.4m/s以下, 极少部分位置风速在1.4 m/s以上, 可通过控制外窗开启来调节室内风速以满足非空调情况下室内舒适风速要求.  

3) 办公楼室内主要功能空间的换气效率均在20次/h以上, 较之于绿色建筑标识设计要求的至少2 次/h要大得多.