建筑中庭冬季空調氣流組織影響因素的研究

閆 勇

（山西建工集團有限公司， 山西 太原 030006）

就我國的能源消耗比重來看，建筑的暖通工程已經占據了整體社會能源總消耗量的60%以上，尤其是在高大建筑類型和數量日益增多的當下，合理規劃冬季空調的供熱參數，可以有效改善能源消耗過勝的狀態。因此充分分析建筑中庭冬季空調氣流組織的影響因素，建立起節能環保的暖通工程，合理規劃建筑中庭的功能送風參數，不僅能夠為人們提供舒適的居住以及工作環境，也可以符合節能環保、低碳生活的標準。

1 建筑中庭的常見送風方式

由于不同建筑的建筑中庭使用用途以及建設標準有一定的差距，因此在中庭的送風方式上也分為以下幾種類型。

首先頂部送風方式。該種方式利用中庭頂部的空調系統，將暖風從上至下的傳送到整體的中庭空間內，暖通系統的回風口設置在靠近地面的工作區域內，該種送風方式能夠將暖空氣全面的融合到工作空間的各個角落，能夠滿足不同工作環境的要求，但是該種送風方式對于空間整體的把控較強，因此消耗的能量較多。

其次，底部送送方式，該種方式便是從工作區域的底部進行送風，這種方式距離人們的工作區域較近，并且能夠在短時間內掌控整體的中庭空間，達到舒適的工作標準。因此能夠有效地減少送風量以及送風時間，節約了相關的能源消耗。

再次，側面送風方式。該種方式在當前的高大建筑中庭空間中使用的較為普遍，主要是在中庭側面墻面設置送風口，進行分層送風，可以合理的調節空調區域內的氣流組織形式，較為典型的便是雙側對噴下部排風系統。

2 氣流組織的評價標準

針對建筑中庭的氣流組織進行評價，并且建立起評價指標和評價體系，是合理分析建筑中庭氣流組織優劣性的重要方式。氣流組織評價標準的設定要建立起以自地面起向上兩米的空間內為主體的空調氣流工作區，該工作區與人們的工作以及生活環境密切相關，能夠作為評價氣流組織形式的依據。根據標準的氣流組織評價指標來看，可以分為以下幾點。

首先是工作區的溫度梯度標準，該項標準主要建立在當人體正坐狀態下，在0.1m-1.1m 垂直范圍內，溫度梯度要＜3℃；當人處在正常的站立狀態下，在0.1m-0.8m 垂直范圍內溫度梯度要＜3℃。當垂直的溫度梯度大于以上標準時，便會給人們帶來不夠舒適的體驗感。

其次便是工作區的風速標準。在工作區內人們需要穩定舒適的送風環境，如果風速較大便會出現極強的吹風感，導致工作狀態不穩定，常見的工作區域內的風速標準為：冬季空調送風速度控制在0.2m/s 以下。夏季的空調送風速度控制在0.3m/s 以下。

再次便是空調送風的有效吹風溫度標準。有效吹風溫度與人們直觀感受到的風速有直接的關系，通常來講在計算有效吹風溫度（ΔET）時要考慮到室內的平均溫度（TR）、某一點的干球溫度（TL）以及室內某一點的風速（VL）。常見的室內吹風溫度有效標準是控制在0.36m/s。計算公式為：

3 建筑中庭冬季空調室氣流組織影響因素分析

單就節約能耗的角度來看，國內外的眾多學者已經利用了大量的科研技術，例如CFD 技術對于冬季中庭內部氣流組織狀態以及影響因素進行了模擬分析，初步認為對于冬季空調氣流組織產生影響的因素有送風的角度、高度、溫度差以及送風的速度這幾項因素。

3.1 空調送風角度因素

我國當前大部分的高層建筑的建筑中庭空調系統普遍利用了分層送風的設計理念。但是這種分層送風的理念對于冬夏季溫度變化較為明顯的地區來講，并不能起到全面的分層空調、全面管控的目的，對于夏季工況來講，空調送冷風，風的密度較大，射流下墜速度快，只要能夠保證送風的角度合理，很容易能夠起到分層的效果。但是在冬季的工況影響下，室內的溫度較低，射流中的暖風大部分上升到非供暖的區域，使得一階段內供暖無法起到調節室內溫度的作用，如果依舊保持著夏季送風的角度，室內的溫度無法快速的進行分層，便需要進行長時間的送風供暖，便會進一步增加能耗。

3.2 送風速度影響因素

我們在研究送風速度是否能夠對中庭冬季的空調氣流組織產生影響時，主要基于熱負荷以及風量展開定位分析，將通風口的面積以及送風的速度作為變量，進行模擬對比，同時也針對中庭空間內的濕度進行了針對性計算，最終發現當送風速度控制在3.5m/s 時，經過送風口推送出的熱風射流在擴散的過程中衰減速度較快，會在中庭空間內形成多股溫度不夠均勻的暖風射流，無法滿足整體中庭區域內的中部供暖。而當送風速度不斷加大時，送風的射流衰減力度變緩，能夠直達中庭的整體空間，對于工作空間的升溫效率明顯提升。

因此合理的控制送風速度，保證熱射流能夠達到整體供暖的目的，也不會對工作人員產生吹風影響。經過多次的模擬分析之后，我們將送風的速度標準控制在3.5m/s 到5.5m/s 的區域內，不僅能夠保障工作區域內的舒適環境，也可以減少垂直溫度梯度。

3.3 送風溫差影響因素

在研究送風溫差是否能夠影響空調氣流組織的時候，將室內的熱負荷值作為定量，將送風的溫差作為變量，并且利用合理的調整送風口的面積來進行模擬實驗。實驗表明當送風溫差發生變化時，中庭空間內部的垂直溫度梯度以及升溫速度都發生了相應的變化。當送風的溫度與室內原本溫度差較大時，所送出的暖風射流會急劇聚攏在中庭的頂部，形成內部較大的溫差，大量的暖氣流在非供暖區域內的停留會延長整體空間的供暖速度，浪費能源。同時我們也發現，當不斷調整送風溫差的情況下，室內非供暖區域的溫度始終要較供暖區域的溫度較高。最終我們發現當送風溫差控制在4K-10K 之間時，室內的溫度系數調整最快，所消耗的能量最少。

3.4 送風高度影響因素

在針對送風高度能否影響空調氣流組織的研究時，我們保證室內的熱負荷處于不變的狀態，調整空調系統送風口的高度，發現當送風口的高度在6m 左右時，熱射流在整體的中庭空間內衰減的速度緩慢，并且兩側相對的送風口能夠形成熱空氣搭接，在空間內成熱風屏障，能夠有效阻止下部分工作區域的熱空氣上升，對于緩解整體中庭溫度有著促進作用，當送風口的高度控制在10m 時，熱空氣會大量堆積到非供暖區域，導致整體空間的功能效果較差。從人體的熱舒適性角度來分析，在標準的8m 左右的高度還需要進行降低處理，使送風口位于4m 左右，能夠起到良好的熱供應效果。

4 總結語

綜上所述，高層建筑的暖通工程并不僅僅是單純的提供溫度調節功能，也要合理的考慮到能源消耗以及溫度調節效率，結合上文論述，我們能夠發現影響中庭空間冬季空調氣流組織結構的因素較多，但是也可以利用合理調節的方式來構建出低耗能、高效率的空調氣流組織結構，保證能在短時間內達到中庭空間整體的供暖效果。不同的建筑中庭空間也需要結合實際情況進行分析，進行多次的嘗試，確定最合理的參數，才能夠保證在節約能耗的前提下達到調溫的價值最大化。