1.1 热舒适性指标热舒适指标是指人体对热环境各项因素的综合反应热舒适指数的评价指标有有效温度热应力指标和预测平均热感觉指标 (predicted mean vote,pmv) 等几种, 在 ISO7730 标准中, 用 PMV 和 PPD 指标来描述和评价热环境 [3] 本文利用 Fluent

Size: px

Start display at page:

Download "1.1 热舒适性指标热舒适指标是指人体对热环境各项因素的综合反应热舒适指数的评价指标有有效温度热应力指标和预测平均热感觉指标 (predicted mean vote,pmv) 等几种, 在 ISO7730 标准中, 用 PMV 和 PPD 指标来描述和评价热环境 [3] 本文利用 Fluent"

圆犹姜
5 years ago
Views:

3 冬季北方地区住宅建筑通风方式对比研究王国建李庆平陈辰胡颐蘅 ( 北京市住宅建筑设计研究院有限公司 ) 摘要 : 随着住宅节能技术的广泛推行, 对窗户的气密性要求越来越高, 冬季冷风渗透远远不能满足室内人员对新风的最低需求为了寻找节能舒适的通风方式, 本研究利用 FLUENT 对工程中较为常见的通风方式 : 自然通风方式自然进机械排通风方式带热交换的墙式通风器方式带热交换的通风换气机组方式在气流组织舒适性能能耗特性及初投资方面进行了应用效果评价最终得出 : 对于层高和装修标准较高的高级住宅中使用带热交换的通风换气机组, 可以使通风系统在满足热舒适性和空气品质的基础上, 更加节能, 而对于一般住宅建筑, 自然进机械排通风方式是相对最优选择关键词 : 住宅通风方式 ; 住宅节能 ; 热舒适性 ;CFD 数值模拟技术 Comparative Study on the Ventilation Mode of the Residential Building in North Area in Winter Wang Guo-jian, Li Qing-ping, Chen Chen, Hu Yi-heng (Beijing Institute of Residential Building Design & Research Co.,Ltd) Abstract: With the development of residential energy conservation technology, the air tightness requirement of the window is higher and higher. So in winter the cold penetration wind cannot satisfy the requirement of indoor personnel to fresh air. The common ventilation mode includes natural ventilation, natural inlet and mechanical exhaust, wall type ventilator with heat exchange, ventilation unit with heat exchange. Looking for energy saving, comfortable way of ventilation, the application effect of the way of ventilation is evaluated in air distribution and comfort performance and the energy consumption features by using FLUENT software. Results show that ventilation unit with heat exchange mode is the best ventilation mode in the senior residential, which can satisfy the ventilation system in thermal comfort, air quality and more energy efficient. For general residential building, the natural inlet and mechanical exhaust ventilation mode is the optimal choice. Keywords: residential ventilation mode, residential energy-saving, thermal comfort, numerical simulation technology 0 引言随着住宅节能技术的广泛推行, 对墙体的保温性能和窗户的气密性要求越来越高, 窗户的高气密性意味着最大限度地减少房间与外界的空气交换量, 减少供暖时房间因冷风渗透而形成的热损失在常用的塑钢窗的检测报告中, 测试压力为 10 Pa 条件下其冷风渗透量已经小到 0.7 m³/(m h), 几近封闭 [1] 可见, 冬季冷风渗透远远不能满足室内人员对新风的最低需求, 室内污染物无法及时排除, 由此造成的室内空气品质不合格问题也越来越突出维持良好的室内空气品质是健康住宅的基本要求, 而作者简介 : 李庆平 (1969~), 男, 本科, 高级工程师 ; 北京市东城区东总布胡同 5 号 (100005); 保持良好的室内空气品质最基本也最有效的手段就是通风住宅节能与通风是一对矛盾, 在此情况下, 采取何种通风方式, 使其既能确保住宅室内良好的空气品质, 又使采暖能源消耗处在一个最佳水平, 已成为当前较为突出急需解决的问题 [2] 为此, 本研究从舒适性能能耗特性以及初投资三个方面比较分析了住宅建筑自然通风自然进机械排带热交换的墙式通风器带热交换的通风换气机组四种通风方式的优缺点, 以期找出某种通风系统能够在满足热舒适性和空气品质的基础上, 更加节能 1 评价方法

4 1.1 热舒适性指标热舒适指标是指人体对热环境各项因素的综合反应热舒适指数的评价指标有有效温度热应力指标和预测平均热感觉指标 (predicted mean vote,pmv) 等几种, 在 ISO7730 标准中, 用 PMV 和 PPD 指标来描述和评价热环境 [3] 本文利用 Fluent 软件模拟出房间的温度和风速, 然后根据 PMV 定义式计算出房间 PMV 分布, 再根据 PMV 值计算出 PPD, 最终选取 PPD 来评价室内热舒适性 1.2 能耗特性指标及初投资冬季, 新风形成热负荷为显热负荷, 根据室内外空气的温度差可以计算冬季新风热负荷结合负荷计算软件对建筑总负荷进行计算分析, 最终本文重点对比采用热回收与不采用热回收通风方式时, 新风负荷的变化对建筑总负荷的影响本文除了对四种通风方式的新风负荷做了对比外, 还对四种通风方式的初投资进行了分析说明 2 物理模型及边界条件本文研究对象为 120 m2的住宅建筑 ( 如图 1 所示 ), 为了使四种通风方式在同一层面进行对比分析, 因此在边界条件设定中, 四种通风方式房间的风量设定保持一致, 风速大小根据实际风口面积计算确定 ; 温度边界条件一致, 具体选取原则如下 : m2, 换气次数取 0.5h -1 计算, 共需新风量 168m³/h 因此本研究中, 通风量按照室内换气次数 0.5h -1 选定 2) 面积的选定 : 自然通风的进风口面积按照窗户的可开启面积确定, 自然进机械排带热交换的墙式通风器以及带热交换的通风换气机的风口面积按照实际尺寸确定 3) 风速的计算 : 根据 1) 2) 计算进风口风速的大小其中, 自然通风中风向的确定参考民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB 冬季频率最大风向温度边界条件的选取 : 1) 外墙的温度确定 : 房屋墙壁在冬季的散热过程为, 首先热由室内空气以对流换热的形式传给墙体内表面 ; 再由墙内表面以固体导热方式传递到墙外表面 ; 最后由墙外表面以空气对流换热的方式把热传到室外环境 [7] 根据室内向室外的传热量与室内到外墙内表面的传热量相等, 可计算出外墙内表面温度 t, 其温度值作为第一类边界条件赋给外墙内墙的温度值同室内设计温度 2) 外窗内表面温度的确定与外墙的确定方法一致, 唯一不同就是外窗的传热系数与外墙不同 3) 不带热回收的通风方式的进风口空气温度取供暖室外计算温度, 带热回收的通风方式的进风口温度根据热回收效率 60% 计算确定 3 通风方式对比分析 3.1 舒适性对比利用 Fluent 软件模拟出房间的温度和风速, 然后根据 PPD 定义式计算出室内 PPD 分布, 室内距地 1.5m 平面上 PPD 数值散点分布如图 2~ 图 5 所示通过图 2~ 图 5PPD 计算结果可以看出, 自然通风以及带热交换的墙式通风器两种通风方式中 PPD 超过 10% ( 图中直线所示 ) 的测点较多, 甚至有超过 30% 以上, 超出民用建筑供暖通风与空气调节设计规范要求而自然进机械排与带热交换的通风换气机组 PPD 都在 10% 以内, 可见舒适度较高图 1 户型平面图速度边界条件的选取 : 1) 风量的确定 : 按照室内空气质量标准 [4] 新风量规定为 30m³/(h 人 ) 计算, 室内人数取 3.5 人, 共需新风量 105m³/h; 按照严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 [5] 冬季采暖计算换气次数应取 0.5h -1 计算, 共需新风量 168m³/h; 按照民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB [6] 规定 : 当人均居住面积为 20 m2 ~50 图 2 自然通风 PPD 分布图

5 建筑总负荷包括室内负荷 ( 即图 6 图 7 中室内采暖负荷 ) 与新风负荷, 本文把四种通风方式分成采用热回收与不采用热回收两种方式进行对比, 其中室内采暖负荷保持不变, 主要考虑新风热回收与否对能耗的影响图 3 自然进机械排 PPD 分布图图 6 新风负荷与室内采暖负荷所占比例分布图 4 带热交换的墙式通风器 PPD 分布图 3.2 能耗特性对比图 5 带热交换的通风换气机组 PPD 分布图图 7 考虑热回收后的新风负荷与室内采暖负荷所占比例通过图 6 和图 7 可以计算得出, 采用热回收方式 ( 带热交换的墙式通风器带热交换的通风换气机组 ) 比不采用热回收方式 ( 自然通风自然进机械排通风方式 ) 节能 4% 左右 3.3 初投资对比四种通风方式所需设备的初投资如表 1 所示表 1 四种方式的经济性对比自然通风自然进机械排带热交换的墙式通风器带热交换的通风换气机组所需设备 1 个风机 +6 个进风口 +4 个回风口 + 风管 5 个墙式通风器 1 个换气机组 +5 个进风口 +4 个出风口初投资 3000~3600 元 20000~25000 元 5000~6000 元 4 结论通过四种通风方式的能耗对比人体舒适性指标的对比以及经济性分析比较, 对四种方式的综合评价指标如表 2 所示针对综合性能指标本研究对不同类型住宅推荐通风方式如表 3 所示

6 表 2 四种通风方式性能比较通风方式气流组织均匀性热舒适性能耗特性经济性能综合性能指标自然通风一般一般一般好一般自然进机械排较好好一般好较好带热交换的墙式通风器带热交换的通风换气机组一般较好好一般较好好好好较好好表 3 不同住宅类型推荐通风方式住宅类型普通住宅保障房高级住宅别墅推荐通风方式自然进机械排带热交换的通风换气机组参考文献 [1] 欧阳沁, 朱颖心. 北方地区住宅冬季通风换气方案研究. 技术交流,2004,( 6): [2] 王智超. 住宅通风设计及评价. 北京 : 中国建筑工业出版社,2011 [3] 薛殿华. 空气调节. 北京 : 清华大学出版社,1991 [4] 室内空气质量标准 GB/T [5] 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ [6] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB [7] 章熙民, 任泽霈, 梅飞鸣. 传热学 ( 第四版 ). 北京 : 中国建筑工业出版社,2001

图物理模型

图物理模型熊可嘉王伟张万平同济大学汽车学院上海奇瑞汽车有限公司安徽芜湖采用算法紊流模型考虑了自然对流换热的影响应用整体求解法计算气固耦合传热问题讨论了固体壁面间辐射对计算的影响结果表明固壁辐射对处于低流速区域的壁面温度有较大影响不应忽略进回风口的布置不仅影响车室内气流速度和温度的具体数值大小而且决定了整个流场和温度场的分布结构轿车热舒适性计算固壁辐射图物理模型