《某高铁站特殊高大空间室内热环境模拟研究》4000字（论文）

某高铁站特殊高大空间室内热环境模拟分析目录TOC\o"1-2"\h\u30516某高铁站特殊高大空间室内热环境模拟分析 1118031工程概况 1280272候车室内热环境模拟计算 2239532.1模拟计算的提出 2131522.2候车室空调系统设置形式 3280752.3候车室气流组织模拟 3168522.4人体热舒适性计算分析 7229593结论与建议 815562参考文献 8摘要:S西站高架候车室为大范围玻璃穹顶，太阳辐射透过玻璃直接照射到人身上，将显着提高机体热感觉，这就对室内热环境的控制有了全新的需求。从建立空调系统、气流组织模拟和人体热舒适性分析三个方面，对候车室热环境进行仿真分析，希望获得完全符合人体热舒适度的玻璃遮阳系数、温湿度、风速参数数据和地板辐射供冷参数数据的深入研究，对类似工程建设的设计具有现实指导意义。关键词:S西站；太阳辐射；气流组织模拟；人体热舒适性1工程概况S西站高架候车室的屋面跨度范围为114m、整体长度为394m，编织网拱形框架结构体系，设计高度37m，单层候车室规划建筑面积约4万m2，屋顶展开建筑总面积大约为5.6万m2。钢结构建筑面积约1.3万m2，透明玻璃屋顶建筑面积约3万m2，三角形檩条的建筑面积大约为1.3万m2。图1-1S西站高架候车室效果图2候车室内热环境模拟计算2.1模拟计算的提出S西站高架候车室的拱形屋顶总体为玻璃幕，以优美通透的视角，无附属内、外遮阳设施，需要考虑室内人员在夏季对热舒适性的影凹。人体热舒适性，它是人体根据自身热平衡条件，与周围环境的热感觉，经过综合评判而产生的一种主观的评定或评判。除着装、活动方式及其他个人因素以外，影响机体热平衡，进而对热舒适性产生影响的环境因素有温度和湿度、气流速度与辐射换热量的关系[1]。参照《GB50189-2005公共建筑节能设计标准》，S西站候车大厅空调系统要求工作区域设计温度在26~28°C之间，相对湿度50%~70%B。在这种技术需求情况下，空调设计要解决两大难题：一是如何对送风参数进行优化，使其能够适应高大空间工作区对温度和湿度的要求；二是在夏季舒适度要求下，玻璃幕中太阳能透射率怎样合理选取。文中作了如下两个方面的计算和分析。1)依据理论体系送风温度和送风量是框架基础，利用CFD数值模拟系统进行了站房拱形穹顶玻璃幕在不同太阳能透光率下的组织计算资料研究，室内温度分布、温度层结和密度场随着送风速度和送风温度差异产生的结构变化，最后，确定了达到室内温湿度指定要求的送风速度与温度[2]。2)对于严格筛选出的满足室内温湿度规定要求的玻璃幕太阳能透光率、送风温度和送风速度的组合搭配进行热舒适综合分析，结果确认出既满足室内温湿度明确要求，又满足人体舒适体验的空调送风方式及玻璃幕太阳能透射率[3]。2.2候车室空调系统设置形式高架候车厅使用全空气分层空调设备，并且密切结合地板辐射供冷，实现了对室内温湿度的稳定调控。中心区域与进站楼道口有机地组合，顶部的四个周边范围内设有鼓型喷口，底部布置需要集中的回风口，双侧商业夹层空间的吊顶内部设置有球形喷口，风口布置如图2所示。2.3候车室气流组织模拟2.3.1物理模型计算中选择了含有两个下站楼梯，并有代表性的地区，地面尺寸如下：长度x宽度=43mx57m，具体的物理模型如图3-1、3-2所示，风口具体尺寸见表1图2-1计算区域物理模型图2-2进站口封口布置图表1各风口参数表风口名称风口类型风口尺寸/mm风口数量/个S1(S2)球形喷口(侧面送风口)φ40040S3鼓形喷口(楼梯背后送风口)750x2508S4鼓形喷口(楼梯侧面送风口)750x2504S5鼓形喷口(楼梯正面送风口)900x250122.3.2数学模型空调送风系统需承受候车室内太阳辐射能所形成的冷负荷、围护主体结构传热产生的冷负荷、人员散热功能形成的冷负荷、系统设备散热性能形成的冷负荷，以及人体透气散热形成的湿负荷。根据连续方程、能量方程、动量方程和控制方程，利用空气涡流RNGK-ε模型对方程组封闭求解[4]。边界设定条件如下。（1）太阳辐射以气象数据为基础，S地区大气透明度级别为五级，6月至9月太阳总辐射强度大于875W/m2的小时数为39h（见表2），可以在50h内达到不保证率使用要求，所以以该辐射强度为计算基础[5]。表2S地区6月至9月太阳总辐射强度统计表太阳辐射强度范围(W/m2)0~500500~600600~700700~800800~875>875小时数/h12271171101236839（2）人员散热与散湿静坐者显热散热为62W/人，站立者显热散热58W/人，候车大厅人员散湿状况如下：静坐者散湿量61g/h，轻度劳动时散湿量184g/h[6]。候车大厅内的人员密度达到0.3人次/m2，其中站内有部分站队等候属轻度劳动的，数量取118人；也有的因为等待时间长，坐着候车属于静坐，按座位满座计算，坐在那里候车的人有618位。（3）照明与设备照明功率密度在10W/m2时白天不计照明；设备总功率为15W/m2。（4）围护结构参数屋顶玻璃的导热系数为2W/（m2.K），屋面钢结构主体的导热系数为0.5W/（m2.K），屋顶钢结构构件的吸收效率为0.6，地面导热系数为0.5W（m2.K）[7]。2.3.3模拟计算结果（1）太阳能透射率影响模拟计算不需要打开地板进行辐射供冷系统，对于不同类型玻璃屋顶，太阳能透光率，为了达到室内环境温度和湿度规范要求，送风参数以及其相应工况室内温度，湿度和速度的仿真结果见表3。表3各工况数值模拟计算结果工况玻璃幕太阳能透射率送风温度/°C送风速度/(m/s)1~1.5m平面平均值温度/°C相对湿度/%速度/(m/s)工况10.3151627.546.00.39工况20.25161627.249.40.39工况30.21614.527.049.50.40工况40.171613.527.250.00.40工况50.1161226.052.00.26注:送风速度中左侧栏为站厅两侧墙体上风口以及中间电梯上方位站厅两侧墙体送风口的送风速度,右栏为其他送风管道的送风速度[8]。（2）地板辐射供冷对室内温湿度的影响不需要打开地板进行辐射供冷系统，对于不同类型玻璃屋顶，太阳能透光率，为了达到室内环境温度和湿度规范要求，送风参数以及其相应工况室内温度，湿度和速度的仿真结果见表3[9]。基于此，本文就不同地板辐射供冷能力对于室内环境温湿度的影响做了数值仿真，计算结果如表4，工况三为S西站高架候车室空调系统的终极设计工况。表4各工况数值模拟计算结果工况单位地面面积供冷量/(W/m)1.1m高度平均值温度/°C相对湿度/%速度/(m/s)工况1026.5480.40工况22025.6510.43工况33025.1520.42（3）设计工况下模拟结果及分析1.1m高温度分布几乎均一，一般情况下，温度为23~26.9C，平均气温是25.1°C，相对湿度一般在40%~60%，平均相对湿度52%。大多数地区的风速在0.6m/s以下，平均风速0.42m/s，地面温度22°C左右由模拟计算结果可知，候车厅空气温度和湿度满足舒适性能空气调节系统室内计算参数温度范围22~28°C，空气相对湿度规定要求40%~65%，但风力风速超过规范标准的0.3m/s。同时因太阳辐射，将使人体吸热增多，致使人体内蓄热量的增多，因而体温增高，造成了人体热不舒适性[10]。需要针对这一室内热环境对人体热舒适性进行计算与分析，从而确定室内及维修结构的合理设计参数。2.4人体热舒适性计算分析2.4.1PMV-PPD理论分析本研究以丹麦Fanger教授所建议之PMV-PPD为人体热舒适性之评估准则，假设人体是热平衡的、人体在排汗率达到最佳时，考虑人的代谢率、室内温度、身体周围水蒸气的分压力、室内平均辐射温度、衣服热阻、空气流速等六个变量对人体热舒适性产生影响。由于该研究成果理论没有涉及太阳辐射能，依照它的计算程序，全面调整了公式计算，在公式计算中直接加入太阳辐射，建立以下人体热舒适的计算方程:PMV=[0.303xexp(-0.036M)+0.0275]x{M-W-3.05[5.733-0.007(M-W)-P]-0.42(M-W-58.15)-0.00173xM(5.867-P)-0.0014M(34-t)-R1+R2-fahe(tJ-ta)}(1)PPD=100-95exp[-(0.03353PMV+0.2179PMV4)](2)式中:M为人体能量代谢率，确定了人体活动量W/m2；W是人体机能内所作的机械能，W/m2；he是换热系数，W/（m2.K）；ta是服装外核心温度，C；ta是人周围空气流动温度，C；fa是衣服面积比例系数，对于一个人在着装之后，其真实外表面积占裸身表面积的百分比；R，是人体和周围壁面之间长波辐射换热量；R2是身体吸收太阳辐射所需要的热量；Pa是人周围水蒸气的分压力、kPa。PMV等于0时，人的感觉中等，约5%的人感觉不满意；PMV=1时人体会有轻微的温热感，27%的人觉得不满；PMV=2时人的身体感到温暖，大约80%的人会觉得不满。2.4.2计算结果对于处于站立姿势的人，在玻璃太阳能透光率为0.1时,3个数据计算工况的舒适度理论计算值见表5。表中统计数据显示。表格中的资料：对打开地板辐射供冷系统工况2及工况3，站姿者都能满足良好舒适度条件。表5站姿条件下的舒适度理论计算结果工况单位地面面积供冷量/(W/m2)PMVPPD/%热舒适评价工况101.0829.44微暖工况2200.5310.84适中工况3300.408.36适中3结论与建议本文以S西站为定量研究，对玻璃穹顶的高大空间组织开展了室内热环境的CFD系统模拟，并对人体的热舒适度进行深入分析，以从中选取合理规范的屋顶玻璃遮阳系数的必要条件，综合利用地板辐射供冷系统，同时增加室内人员活动区域平均风速，可以在这种特殊的高大空间中达到相对适度的人体热舒适性，并且得到了如下建议，为类似工程的设计提供了借鉴。1)在类似玻璃穹顶大高大空间或存在面积较大玻璃屋顶的空间，指导建议室内运行温度为26°C,空气相对湿度较低55%。2)在利用地板辐射采暖并有太阳辐射能的高空间中，利用地板辐射供冷成为解决人体内热舒适性问题的有效途径之一。3)受太阳辐射强度的影响，大大增加室内风速风向的界定标准，大幅提高人体散热性能，可以抵消一部分太阳辐射对于人体热舒适性的作用，不给人体冷风的感觉。4）在上述三种情况中，分布于华北地区或与日辐射强度相当的其他区域，玻璃屋顶的太阳能透射率应低于10%，遮阳系数以不大于等于0.25。参考文献[1]郝梦,任权.寒冷地区农村小学冬季室内热环境评价[J].城市建筑,2022,19(15):4.[2]江宗渟,张亮山.华侨大学新图书馆阅览室室内热环境实测分析[J].建筑节能,2019,47(4):6.[3]汪秋刚,李靖,额热艾汗,等.北疆地区室内热环境实测及人体热反应研究[J].资源信息与工程,2021,036(006):P.116-121.[4]张珊珊.基于过渡季节自然通风的寒地高架铁路客站候车厅设计研究[D].沈阳建筑大学,2019.[5]何璇,罗缘,刘猛,等.昆明市地铁站设备与管理用房冬季室内热环境实测分析[J].土木与环境工程学报（中英文）,2019,41(6):9.[6]路洲,蒋涛.铁路高架候车厅平天窗间接式采光设计研究[J].