建筑中庭冬季空调气流组织影响因素的研究

闫 勇

（山西建工集团有限公司， 山西 太原 030006）

就我国的能源消耗比重来看，建筑的暖通工程已经占据了整体社会能源总消耗量的60%以上，尤其是在高大建筑类型和数量日益增多的当下，合理规划冬季空调的供热参数，可以有效改善能源消耗过胜的状态。因此充分分析建筑中庭冬季空调气流组织的影响因素，建立起节能环保的暖通工程，合理规划建筑中庭的功能送风参数，不仅能够为人们提供舒适的居住以及工作环境，也可以符合节能环保、低碳生活的标准。

1 建筑中庭的常见送风方式

由于不同建筑的建筑中庭使用用途以及建设标准有一定的差距，因此在中庭的送风方式上也分为以下几种类型。

首先顶部送风方式。该种方式利用中庭顶部的空调系统，将暖风从上至下的传送到整体的中庭空间内，暖通系统的回风口设置在靠近地面的工作区域内，该种送风方式能够将暖空气全面的融合到工作空间的各个角落，能够满足不同工作环境的要求，但是该种送风方式对于空间整体的把控较强，因此消耗的能量较多。

其次，底部送送方式，该种方式便是从工作区域的底部进行送风，这种方式距离人们的工作区域较近，并且能够在短时间内掌控整体的中庭空间，达到舒适的工作标准。因此能够有效地减少送风量以及送风时间，节约了相关的能源消耗。

再次，侧面送风方式。该种方式在当前的高大建筑中庭空间中使用的较为普遍，主要是在中庭侧面墙面设置送风口，进行分层送风，可以合理的调节空调区域内的气流组织形式，较为典型的便是双侧对喷下部排风系统。

2 气流组织的评价标准

针对建筑中庭的气流组织进行评价，并且建立起评价指标和评价体系，是合理分析建筑中庭气流组织优劣性的重要方式。气流组织评价标准的设定要建立起以自地面起向上两米的空间内为主体的空调气流工作区，该工作区与人们的工作以及生活环境密切相关，能够作为评价气流组织形式的依据。根据标准的气流组织评价指标来看，可以分为以下几点。

首先是工作区的温度梯度标准，该项标准主要建立在当人体正坐状态下，在0.1m-1.1m 垂直范围内，温度梯度要＜3℃；当人处在正常的站立状态下，在0.1m-0.8m 垂直范围内温度梯度要＜3℃。当垂直的温度梯度大于以上标准时，便会给人们带来不够舒适的体验感。

其次便是工作区的风速标准。在工作区内人们需要稳定舒适的送风环境，如果风速较大便会出现极强的吹风感，导致工作状态不稳定，常见的工作区域内的风速标准为：冬季空调送风速度控制在0.2m/s 以下。夏季的空调送风速度控制在0.3m/s 以下。

再次便是空调送风的有效吹风温度标准。有效吹风温度与人们直观感受到的风速有直接的关系，通常来讲在计算有效吹风温度（ΔET）时要考虑到室内的平均温度（TR）、某一点的干球温度（TL）以及室内某一点的风速（VL）。常见的室内吹风温度有效标准是控制在0.36m/s。计算公式为：

3 建筑中庭冬季空调室气流组织影响因素分析

单就节约能耗的角度来看，国内外的众多学者已经利用了大量的科研技术，例如CFD 技术对于冬季中庭内部气流组织状态以及影响因素进行了模拟分析，初步认为对于冬季空调气流组织产生影响的因素有送风的角度、高度、温度差以及送风的速度这几项因素。

3.1 空调送风角度因素

我国当前大部分的高层建筑的建筑中庭空调系统普遍利用了分层送风的设计理念。但是这种分层送风的理念对于冬夏季温度变化较为明显的地区来讲，并不能起到全面的分层空调、全面管控的目的，对于夏季工况来讲，空调送冷风，风的密度较大，射流下坠速度快，只要能够保证送风的角度合理，很容易能够起到分层的效果。但是在冬季的工况影响下，室内的温度较低，射流中的暖风大部分上升到非供暖的区域，使得一阶段内供暖无法起到调节室内温度的作用，如果依旧保持着夏季送风的角度，室内的温度无法快速的进行分层，便需要进行长时间的送风供暖，便会进一步增加能耗。

3.2 送风速度影响因素

我们在研究送风速度是否能够对中庭冬季的空调气流组织产生影响时，主要基于热负荷以及风量展开定位分析，将通风口的面积以及送风的速度作为变量，进行模拟对比，同时也针对中庭空间内的湿度进行了针对性计算，最终发现当送风速度控制在3.5m/s 时，经过送风口推送出的热风射流在扩散的过程中衰减速度较快，会在中庭空间内形成多股温度不够均匀的暖风射流，无法满足整体中庭区域内的中部供暖。而当送风速度不断加大时，送风的射流衰减力度变缓，能够直达中庭的整体空间，对于工作空间的升温效率明显提升。

因此合理的控制送风速度，保证热射流能够达到整体供暖的目的，也不会对工作人员产生吹风影响。经过多次的模拟分析之后，我们将送风的速度标准控制在3.5m/s 到5.5m/s 的区域内，不仅能够保障工作区域内的舒适环境，也可以减少垂直温度梯度。

3.3 送风温差影响因素

在研究送风温差是否能够影响空调气流组织的时候，将室内的热负荷值作为定量，将送风的温差作为变量，并且利用合理的调整送风口的面积来进行模拟实验。实验表明当送风温差发生变化时，中庭空间内部的垂直温度梯度以及升温速度都发生了相应的变化。当送风的温度与室内原本温度差较大时，所送出的暖风射流会急剧聚拢在中庭的顶部，形成内部较大的温差，大量的暖气流在非供暖区域内的停留会延长整体空间的供暖速度，浪费能源。同时我们也发现，当不断调整送风温差的情况下，室内非供暖区域的温度始终要较供暖区域的温度较高。最终我们发现当送风温差控制在4K-10K 之间时，室内的温度系数调整最快，所消耗的能量最少。

3.4 送风高度影响因素

在针对送风高度能否影响空调气流组织的研究时，我们保证室内的热负荷处于不变的状态，调整空调系统送风口的高度，发现当送风口的高度在6m 左右时，热射流在整体的中庭空间内衰减的速度缓慢，并且两侧相对的送风口能够形成热空气搭接，在空间内成热风屏障，能够有效阻止下部分工作区域的热空气上升，对于缓解整体中庭温度有着促进作用，当送风口的高度控制在10m 时，热空气会大量堆积到非供暖区域，导致整体空间的功能效果较差。从人体的热舒适性角度来分析，在标准的8m 左右的高度还需要进行降低处理，使送风口位于4m 左右，能够起到良好的热供应效果。

4 总结语

综上所述，高层建筑的暖通工程并不仅仅是单纯的提供温度调节功能，也要合理的考虑到能源消耗以及温度调节效率，结合上文论述，我们能够发现影响中庭空间冬季空调气流组织结构的因素较多，但是也可以利用合理调节的方式来构建出低耗能、高效率的空调气流组织结构，保证能在短时间内达到中庭空间整体的供暖效果。不同的建筑中庭空间也需要结合实际情况进行分析，进行多次的尝试，确定最合理的参数，才能够保证在节约能耗的前提下达到调温的价值最大化。