大連市某醫院門診樓自然通風的數值模擬分析

李曉穎，顧祥紅，趙劍峰

（大連大學 建筑工程學院，遼寧 大連 116622）

本文采用 Fluent軟件對大連市某院醫院門診樓的主要功能房間的換氣效率、室內空氣的流速進行模擬分析，驗證其室內自然通風效果是否滿足《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2014中8.2.10條款的要求。

1 建筑概況及室外風環境特點

該門診樓項目位于遼寧省大連市，為四層建筑，建筑高度為20.40 m，建筑面積為25729.63 m2。門診樓所屬區塊四側通風口位置呈對稱分布，建筑四周風口位置分布均勻，且建筑型體基本為矩形，形態規整。圖1為建筑群效果圖，圖2為門診樓效果圖。

圖1 建筑群效果圖

圖2 門診樓效果圖

2 數值計算方法

2.1 收斂曲線

本模擬綜合考慮流場、風速、空氣齡、通風量對該項目自然通風狀況進行分析評價。計算步數為1000次，全局的收斂標準為0.1%，收斂曲線平滑下降趨于平穩值即認為計算收斂[1]。收斂曲線如圖3所示。

2.2 幾何模型

根據室外風環境模擬計算結果，該建筑在夏季和過渡季的最不利壓差均處于一層，用294萬網格進行計算。本項目采用零方程模型。該建筑一層模型效果圖及網格效果圖分別如圖4、圖5所示[1]。

圖3 CFD計算的收斂曲線

圖4 門診樓一層模型效果圖

2.3 邊界條件

根據本建筑室外風環境模擬結果，選取夏季主導風向（S）和過渡季主導風向（N）平均風速工況的模擬結果來設置邊界條件。夏季最不利壓力是在一層，參考的壓力值見下表1。圖6至圖9為建筑立面壓力分布圖。

表1 門診樓建筑表面的壓力值

圖6 門診樓立面迎風面壓力分布圖（夏季盛行風S）

圖7 門診樓立面背風面壓力分布圖（夏季盛行風S）

圖8 門診樓立面迎風面壓力分布圖（過渡季最盛行風N）

圖9 門診樓立面背風面壓力分布圖（過渡季最盛行風N）

3 數值模擬分析

3.1 夏季平均風速工況

3.1.1 流場

圖10為夏季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區）高度處的流場分布情況。在最不利壓差的情況下，室內風速基本處于0.83 m/s，滿足室內風速小于1.4 m/s的要求，其室內空氣流動的狀態比較均勻，利于夏季自然通風[2]。

圖10 距一層樓面1.2 m(坐姿呼吸區)高度流場分布(夏季)

3.1.2 風速

圖11為夏季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區）高度處的風速分布情況。最不利風壓情況下，一層兩個門附近區域的風速相對較大，約在1.24 m/s左右，室內主要功能空間人體活動區域風速在0.41 m/s以下，通過控制外窗的開啟狀態可以達到自然條件下室內風速的要求。

圖11 距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區）高度風速分布（夏季）

3.1.3 空氣齡

圖12為夏季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區）高度處的空氣齡分布情況。右側手術室附近空氣齡比較高，大概在4511 s左右，其他空間的空氣齡均在744 s以下。總體上看，門診樓通風效果良好。

圖12 距一層樓面1.2 m高度空氣齡分布（夏季）

3.1.4 通風量

夏季主導風向（S）平均風速為2.5 m/s。當可開啟門窗全部開啟時，所計算區域的通風量為 456.19 m3/s。該計算區域的體積約為49278 m3，則通風換氣效率約為33.32 次/h，滿足室內自然通風條件下換氣次數不低于2 次/h的要求。

3.2 過渡季平均風速工況

3.2.1 流場

圖13為過渡季距一層樓面1.2 m（坐姿呼吸區）高度處的流場分布情況。門診樓風壓比較大，整體可以看到空氣流動狀態良好，且速度均勻。

圖13 距一層樓面1.2 m高度流場分布（過渡季）

3.2.2 風速

圖14為過渡季距一層樓面1.2 m高度（坐姿呼吸區）風速分布情況。大門入口處的中庭部分風速相對較大，約在0.81 m/s左右，局部地區最高達到1.58 m/s。門診樓其他區域的風速相對較小，均控制在0.34 m/s以下。可通過控制外窗的開啟狀態來達到自然條件下室內風速的要求。

圖14 距一層樓面1.2 m高度風速分布（過渡季）

3.2.3 空氣齡

圖15為過渡季距一層樓面1.2 m高度（坐姿呼吸區）空氣齡分布情況。圖中所標示紅色區域的空氣齡在5851 s左右，其他區域空氣齡均在3343 s以下。總體上看，主要分析功能空間均能保證室內的空氣質量，通風效果較好。

圖15 距一層樓面1.2 m高度空氣齡分布（過渡季）

3.2.4 通風量

過渡季主導風向(N)平均風速為2.654 m/s。當門窗可開啟部分全部開啟時，該區域通風量為293 m3/s。該區域的體積約為 49278 m3，則其通風換氣效率約為 21.4 次/h，滿足在自然通風條件下房間換氣次數不低于2 次/h的要求。

4 結語

本文通過對室內主要功能空間在夏季和過渡季主導風向平均風速條件下的自然通風狀況進行模擬分析，得出以下結論：

（1）醫院門診樓西南角立面的通風口直對著風的來流方向，有利于形成“穿堂風”，促進室內自然通風。

（2）在夏季、過渡季主導風向平均風速邊界條件下，工作區風速均在1.4 m/s以下，通過控制外窗的開啟狀態可以達到自然條件下室內風速的要求。

（3）在夏季、過渡季主導風向平均風速邊界條件下，該門診樓滿足自然通風條件下的換氣效率大于2 次/h的要求。

（4）模擬結果表明，氣流均合理，根據《綠色建筑評價標準》的第8.2.10條，該建筑得分8分[3]。

[1]王福軍. 計算流體動力學分析[M]. 北京: 清華大學, 2004.

[2]朱穎心. 建筑環境學[M]. 北京: 中國建筑工業出版社,2005.

[3]GB/T 50378—2014, 綠色建筑評價標準[S].