某双层玻璃幕墙建筑自然通风的数值模拟研究(1)

1、    某双层玻璃幕墙建筑自然通风的数值模拟研究(1)    ： 根据双层玻璃幕墙建筑的特殊热环境，提出过渡季节采用自然通风的方式，确定了建筑围护结构的开口方式和开口大小，使各楼层的空气温度都在热舒适范围内；应用CFD数值模拟方法对各楼层房间的三维温度场，速度场进行了模拟，研究结果表明，利用自然通风能够有效地改善室内热环境，较好地满足人体热舒适的求。 关键词： 自然通风 数值模拟 中庭1.引言空调的应用为人们创造了舒适的室内环境，但也带来了一些问题；首先，空调建筑的密闭性较好，当新风量不足时，室内空气品质（IAQ）

2、恶化会导致病态建筑综合症（SBA）；其次，大量的空调器加剧了城市热岛效应，造成室外空气热环境恶化；再次，空调器的普及使建筑能耗有较大的增长趋势。因此随着可持续发展战略的提出，同时发展生态建筑也是大势所趋，自然通风这项古老的技术重新得到了重视。合理利用自然通风能取代或部分取代传统制冷空调系统，不仅能不消耗不可再生能源实现有效被动式制冷，改善室内热环境；而且能提供新鲜、清洁的自然空气，改善室内空气品质，有利于人的身体健康，满足人们心理上亲近自然，回归自然的需求。采用双层玻璃幕墙可以进行有效的自然通风。双层玻璃幕墙又称动态幕墙，两层玻璃之间的距离为20mm500mm，利用“烟囱、热流道”效应，气流在

3、两层玻璃幕墙中间由下向上循环，带走外面一层玻璃幕墙太阳辐射的能量，达到隔热、保温、节能、环保的功效。按照不同的通风原理双层玻璃幕墙可分为：整体式、廊道式、通道式和箱体式。双层玻璃幕墙具有多项功能：减少风及恶劣气候的影响、提高隔音能力、充分利用太阳能、使用自然通风使空调使用率降至最低。本文主研究其自然通风的功能及效果。2.研究对象及技术路线2.1 研究对象本文中研究对象为采用双层玻璃幕墙带中庭的办公建筑，共6层，外形结构见图1，幕墙结构见图2：图1 建筑外形图 图2 廊道式双层幕墙局部放大图该幕墙为廊道式双层幕墙，每层设置通风道，层间水平有分隔，无垂直换气通道，自然通风的路径为：这类建筑室内环境

4、易受太阳辐射影响，同时其空间高度高，上下温差大，这对预测带来很大困难，随着计算机及流体力学的发展，三维CFD模拟技术得到广泛应用，它即可以满足大型建筑多空间多开口的自然通风设计求，又能精确预测各设计室内的空气速度场和温度分布，因此本文在满足顶层室内热环境的基础上设计了屋顶排风天窗面积，并在此基础上利用CFD对该建筑的局部房间室内热环境进行了数值模拟。2.2 技术路线自然通风一般采用风压或者热压，中庭建筑的“烟囱效应”就是利用建筑内部的热压作用，由于室外风速和风向是经常变化的，因而风压作用不是一个可靠的稳定因素，所以本文进行模拟计算时进行了简化，仅考虑热压下的自然通风。热压通风，是利用建筑内部由

5、于空气密度不同，热空气趋于上升，而冷空气趋向下降的特点。热压作用与进风口和出风口的高度差，以及室内外空气温度差存在着密切的关系：高度差愈大，温度差愈大，则热压通风的效果愈明显。因而大楼各楼层（共6层）的进风量随楼层高度的增加而减小，基于这种情况考虑，在满足6楼室内热环境的求下，设计屋顶侧窗面积。基本技术路线见图3：图3基本技术路线3.房间的计算数学模型3.1 物理模型（a） (b) (c)图4 计算物理模型a: 一个通风口 b: 两个通风口 c: 整条通风口如图房间长11.1m，宽8.4m，高2.9m；房间内发热量包括人员、灯光及设备， 图中3个长方体代表房间的人员及设备，顶部设9盏灯；图形左

6、下角为三个双层玻璃幕墙进风口，均为1400mm×300mm, 房间右上侧为通风口，通风口面积见表1。3.2 基本参数计算3.2.1 计算室外气温为20时，6楼达到热舒适性求的最低进口风速（1）式中： 6楼的室内发热量，W; 空气比热，=1010J/kg.; 室外空气的密度，温度为20，kg/m3; 通风气流的温度差,; 6楼的进风口面积, m2.计算得到m/s3.2.2 计算中和面的高度根据 （2）式中： 进风窗口的流量系数（取0.35）; 室内外空气的密度差,kg/m3; 顶层进风口的中心高度,m; 中和面的高度,m.计算得到 m根据中和面高度计算各楼层进风速度，并根据回风口风速范

7、围3计算房间通风口面积,计算结果如表1所示：表1 各楼层进风速度及房间通风口面积    楼层    2楼    3楼    4楼    5楼    6楼    进风速度(m/s)    0.772    0.683  &

8、#160; 0.581    0.457    0.299    房间通风口面积(mm×mm)            1×48×48×48×48×25注：1楼为开放式大堂3.3 控制方程 模拟房间内的气流属于非稳态的三维      

9、;   本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。    摘 本文通过对天然气球罐几种置换方案介绍、分析和对比，并以学堂堡储配站天然气球罐置换为例介绍，说明天然气球罐可用天然气直接置换方法。随着城市燃气事业的迅速发展，为解决天然气供气不均匀性即日负荷调峰问题，根据重庆的天然气资源、实际环境条件和多年的实践经验证明，一般在储配站按求宜设置多台球型储罐。目前，重庆燃气有限责任公司共建设了19台球罐

10、，几何容积共23，600m3。同时为满足逐年用气量增加的趋势，还计划在江北区溉澜溪头塘建造6台（每台几何容积为10000m3）球罐的大型储配站。按照国家质量技术监督局颁布的压力容器安全技术监察规程的求，公司每年都有球罐开罐检查的任务，它包括超声波或磁粉探伤、射线照相检查、测厚和球罐表面的防腐处理等工作。并对有缺陷部位进行维修，检查合格后需对球罐进行强度和严密性试验；试压合格后再对球罐进行置换。球罐置换首先确保球罐的自身安全；其次是确保第一次由球罐中供出的燃气能满足用户的使用求。球罐置换是一项危险性的工作，若置换方案选择不当或操作失误，均可能发生恶性事故造成惨重损失。为此，球罐置换的安全问题显得

11、特别重；其次，球罐置换还应考虑经济问题，若方案不当将造成置换工作量大，费用高。用什么安全、经济的方法将罐内的空气置换到允许标准，这是一个值得探讨的问题。对此发表一些看法和意见，仅供参考。根据目前的技术水平和储配站的具体情况，球罐的置换方案一般有如下三种方法可以采纳。1 惰性气体置换法用惰性气体先置换球罐里的空气，再用天然气置换球罐里的惰性气体。即把惰性气体作为置换中间介质，这里所说的惰性气体是指既不可燃又不可助燃的无毒气体。如氮气（N2或液氮）、二氧化碳（CO2）、烟气等，均可以采用。此法具体操作过程是先将惰性气体充满球罐，加压到一定程度置换出空气，直至罐时惰性气体的浓度达到预定的置换标准为止

12、；然后再以燃气充满球罐，同样加压到一定程度置换出惰性气体，从而完成置换程序。此法操作复杂、烦琐反复进行两次换气，不仅耗用大量惰性气体还耗用大量的燃气发生费用较高，其换气时间长，工作量大，既不经济且费事。但是它可以确保进人罐内的燃气不会与罐内空气接触，不会形成具有爆炸的混合气体。因此此法可靠性好，安全系数高，成功性大。对于本身有制气（惰性气体）手段和条件的工业、燃气行业普遍采用这一成熟的传统置换方案。2 水置换法用水先置换球罐里的空气，再用天然气置换球罐里的水。即把水作为置换中间介质。此方法操作过程是先将球罐灌满水以水排尽罐内空气，然后再排掉水同时充入燃气，待罐内水排尽时天然气也充满，置换就完成

13、了。因为此法不但确保了进入罐内的天然气不会与罐内空气接触，不会产生具有爆炸性的混合气体，绝对安全可靠；而且水比其它惰性气体便宜得多，也很容易解决。而对于储配站内一般都设置了消防水池（栓）、消防泵房，充足的储水量以及配备的双电源等，这些给水置换带来了良好的条件。若是将置换工作安排在球罐的强度（水）试压会格后进行，即排水的同时进行充气置换，那更是一件很经济的事情。因此此法具有安全可靠、成功率高、操作简单、置换周期短、费用低和还可多台罐连续置换等优点。但是它求球罐基础条件较好，即球罐基础（基座）可承担置换重量，同时置换用水浪费较大，对于1000m3以上球罐置换，考虑到球罐基础条件（因球罐投运多年）和

14、置换用水量因素，一般不宜采用此法。3 燃气直接置换法此法操作过程是直接将燃气缓慢通人球罐替换出空气，从而达到置换目的。其置换示意如图1所示。当置换到一定程度时，从排空管的采样口取样，通过气相色谱仪进行分析，可以确定空气达到预定的置换标准，置换宣告结束。此方法的特点是比较简便也较经济，但是具有一定的危险性。因为在置换过程中，球罐里必然产生燃气与空气的混合气体，并且经历爆炸极限范围。对于纯天然气来讲，它的爆炸极限为515，再考虑到其混合的不均匀性，天然气含量45以下均应视为危险区，遇火源，就发生爆炸。为此必须严格控制，采取各种安全措施，确保无火种，才能安全地渡过其危险区。确保置换过程中，没有任何火

15、源引爆这极具危险的混会气。为此进行如下分析：球罐的检查入孔、接管（进出气管、排污管）全部是封闭的，不可能由外部投入火种；球罐封闭前进行了开罐检查、试压、清扫等工序，有时还搁置了一段时间，内部不可能有残留火种；罐内没有活动部件，不可能因运动、撞击产生火花；唯一可能并需控制的就是随进罐天然气流带入的火种。这种带人火种有两种：一是高速气流会因摩擦产生静电。但是，由于球罐及管道系统都有良好的接地，即便有静电负荷产生，也会立即通过接地装置导人大地，不会有电荷集聚导致高电位，而产生放电火花。二是高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物品带进球罐，与罐壁、内梯等碰撞产生火花，这种可能性是存

16、在的，这就是危险。根源是高速气流，解决它关键是坚决杜绝高速气流而确保低速；即便有石块等杂物，也不会被吹动，也就不可能产生火花了；同时为了避免杂物带进球罐，应事先在进气管道上设置过滤器。根据暖通资料及管道实际吹扫经验，我们确定将置换球罐用天然气速度控制在3m/s以下并采用流速计或U型压力表（计）观察球罐升压速度的办法来测量其充气流速，用阀门的开度来控制流速（混气过程中控制阀前的压力保持稳定）。经上述分析、认识与措施，说明天然气球罐可用天然气直接置换；即先少量充气置换后再投入运行。该法必须注意排除其危险性，方法较简单，经济合理。目前我公司以及附近地区各燃气公司球罐的置换工作均采用天然气直接置换球罐里的空气方法，历经过了四十多次试验，已积累了一定的经验。 &#