随着国民经济的不断发展和人口的急剧增加，建筑物的发展开始不断向天空和地下延伸，且以地下空间的利用为多。特别是近年来，兴建地下建筑的国家越来越多；规模越来越大；应用范围越来越广。比如地下仓库、地下商场、地下停车库、地下医院等。这些建筑平时为人员生产和工作的地方，战时就转换为人员的掩护单元。

正因为地下工程的不断发展，人们对地下工程内部的环境质量要求也越来越高。不同于地面工程，由于地下工程的封闭性，通风很多以强制通风为主，新风也是通过新风管道送入工程内。以下结合珠海某地下广场的典型房间分析了不同的风口布置方式对人体热舒适性的影响，并分别模拟了房间内温度场，速度场等。

1 概况

珠海某地下广场是1999年开发建设的，总面积约20000平方米。地下广场中央是一个商业大厅，其他部分是用做商业店面的小房间，每个房间有单独的风机盘管，而设计时房间内只设有送风口和回风口，新风是通过新风管道直接送入大厅，再通过走廊流进室内，房间内没有专门的新风口（如图1）。

图1房间空调示意图

因为房间用作小商品买卖，所以大多数情况下卷帘门是打开的，这样走廊上的新风就可以经过门直接进入室内。当前在送回风口的布置上设有两种情况，一种是送风口靠近门，另一种是回风口靠近门，而这两种情况下的气流组织就有很大不同，从而人体的舒适性也有很大差别。目前，人们对室内空气质量的要求越来越高，因此本文通过数值模拟的方法，对两种情况下的温度场、速度场以及空气龄、PPD和PMV值都进行比较分析与评价。

2 数值模拟

2.1 模型建立

为避免其他干扰物对气流组织的影响，选取了内部无其他摆设的空房间。房间的原始尺寸经测量为4.95m×3.07m×2.5m（至天花板高度），送、回风口尺寸分别为：220mm×1000mm、200mm×1000mm。根据这些参数可以建立适当的物理模型，考虑到房间较小，模型必须与实际情况充分接近，因此在房间内加了两个人体的模型，站姿，有发热量，具体按规范中轻微工作人员的各项参数带入（房间模型见图2）。

图2 房间物理模型

1.2 边界条件及数学模型

通过风速仪检测出送风口速度为1.2m/s，回风口速度约为1m/s，初始环境温度为28℃，房间所有壁面绝热。送风口出风温度16℃，相对湿度70%；数学模型上本文采用美国麻省理工学院Chen等人提出的专用于模拟自然对流和混合对流的零方程模型。该模型对室内空气的模拟具有一定的精度，并具有耗时少、计算和收敛速度快、运算方便等优点。

1.3 解算量

I 房间速度场、温度场和空气年龄场的分布参数；

II 调用热舒适性评价指标数学模型，计算PMV，PPD值。

3 可行性验证

为了了解利用CFD工具对解决、分析房间气流问题的可行性，首先必须进行模拟验证^［１］。以该房间为研究对象，利用多点温湿度检测仪测试房间内某些点温湿度变化情况。如果实验结果与模拟结果相一致，则模拟是可靠的，模拟同时得到的各分布参数也是可信的。

实验在房间内安排了四个检测点，位置详见图1，检测点1位于送风口下方，点4位于回风口下方，四个点高度一样，点与点之间距离相等，检测稳定情况下这四点的温湿度值，并与模拟值比较。实验数据和模拟对比见图3。

定性分析测量值与模拟值，二者变化趋势一致，定量上看，测量值和模拟值平均误差为5%。这个误差值不是很大，对于模拟来讲是可以接受的，因而模拟结果是可信的。

4 模拟结果分析

模拟主要是针对打开空调并将电磁阀达到最大，房间内气流达到稳定状态时，室内气流的各项参数以及两种情况下对热舒适性问题的比较。当电磁阀达到最大，此时盘管内冷冻水流量最大，送风温度为16℃，风速为1.2m/s，回风速度为1m/s，而室内的设计温度为18℃。图4至图6是分别为两种工况下房间中截面处的速度场，温度场和空气年龄场。其中A工况为回风口接近门的情况，B工况为送风口接近门的情况。

（a）A工况

（b）B工况
图4 两种不同工况的截面速度场

从图4可以看出，两种情况下风口下的风速都很高，处于风口下方的人体周围的风速大于人敏感的0.5m/s，有强烈的吹风感。在B工况下送风口靠近走廊，受到走廊内热气压的影响，风口速度变化梯度较大，送风气流在下送的同时往室内偏，而回风口速度除风口附近外速度都很小。而A工况下，送风口处也受到室内气压的影响，但相对于B工况讲，影响要小的多，y方向上的速度梯度也小，而回风口由于靠近走廊，受走廊热压的影响，风口回风很大一部分是来自走廊上的空气，因为温度比房间内温度高，所以增加了房间内盘管的负荷。

图5a可以清楚看出在回风口附近的气流温度相对较高，房间内空气出现了温度分层，人体活动区域温度在21℃左右，而上部温度在23℃左右，在x方向上，由门到房间内部温度有递减现象，结合图4中速度场不难看出，由于向下送风，密度大的冷空气到达地面后，在底部扩散，由于靠近地板的气流流速大静压小，而周围空气的流速小静压大，上下的压差使得送风气流在较长一段距离内能够贴附地板流动；当然，送风气流的温度低，密度大也是使得送风气流能沿地面弥散开来的另一个主要原因。这样低温空气在房间底部扩散并且不断从门的下面流出室内，而室外的高温空气从门的上面流进室内，结果就形成了图示的温度场。

（a） A工况

（b）B工况
图5 两种不同工况的截面温度场

B工况的情况与A就有很大不同，房间温度场上下温差较大，房间大部分区域温度在20℃以下，而房间上面的部分区域温度明显高于其他区域。结合速度场分析可以看出空调送风在门外热气压影响下大部分都送入了室内，有效的带走了房间内的余热，很小部分的流出了房间。综合比较两种工况，就送风效果及气流组织来看，B情况下的风口布置形式明显好于A的风口布置，B工况更能有效的利用冷量满足室内的要求。

图6是空气年龄场，这一数值表示了空间各点处空气的新鲜程度，其物理意义是空气从进风口到达该点所经历的时间，可通过求解微分方程获得。空气龄定量反映了室内空气的新鲜程度，它可以综合衡量房间的通风换气效果。送风空气容易到达的地方和室外新风流过的区域，空气龄就小。A工况下空气龄最高为141.594，B工况下空气龄最高为220.75。可见从整体上看，A的换气效果要较B好。

（a） A工况

（b） B工况
图6 两种不同工况的截面空气年龄场

图7分别是两种情况下气流运动的轨迹图，从中可以看出详细的气体的流动过
（a） A工况

（b） B工况
图7 两种不同工况的气体流动粒子场

研究过程中，还引入热舒适评价指标PMV，PPD。其中热舒适指标值针对夏季处于站立，衣着较少，轻微活动的人体，衣服热阻I_cl=1clo，能耗速率1.6met，空气相对湿度取70%。假定人体本身不发热，与环境初始温度相当，相对恒定，房间内也无其它热源。具体见图8。PMV指标是对一大群人暴露在相同环境下热感觉评定的平均值。由于每人的热感觉程度不同，因此当一部分人感觉到舒适时,也会有另一部分人感觉不舒适。PPD值是预测一大群人中感到热不舒适的人数的百分数，在ISO7730中，规定按下式确定PPD值：PPD=100-95e-(0.03353×PMV4+0.2179×PMV2)。ISO7730对PMV-PPD指标的推荐值为：PPD＜10%，即PMV值在-0.5～+0.5之间。根据这个推荐值，并结合图8可以看出A、B中工作区内基本都能满足人体舒适要求，B中的舒适性的范围更大些。应该注意到PMV评定出的平均值：+3热、+2温暖、+1微暖、0中性、-1微凉、-2凉、-3冷，模拟时为了更能看清楚PMV值在-0.5～+0.5之间的舒适区域，将PMV范围设定为-1~1^［2-5］。

（a） A工况

（b） B工况

图8 两种不同工况的PMV值

5 结论

本文采用CFD软件对珠海某地下广场的典型房间进行了数值模拟，对实际存在的两种风口布置方式从各个方面进行了分析评价。综合上面的各项分析，笔者认为在靠门处布置送风口，更有利于室内气体的充分混合，并能在保证一定的换气次数的基础上达到人体的舒适性，满足设计要求。

参考文献

[1] 陶建兴等. CFD仿真技术在空调房间温度场研究中的应用. 暖通空调，2002

[2] David Efan M. Concepts in thermal comfort. Prentice-Hall Inc, 1975

[3] ASHRAE.AHSRAE standard 55-1992,55a-1995.Thermal environmental conditions for human occupancy

[4] ISO 7730, Moderate thermal environments determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort. International Standard.1994

[5] 李先庭等. 用数值方法计算通风房间的空气年龄. 建筑热能通风空调，1999