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摘要：人体热舒适性的研究对改善室内环境、提升生活品质、节约能源等都至关重要。本文通过CFD模拟技术对中庭三个区域的冷、热负荷进行了分析，认为在已有的设计下部分区域的热舒适性不满足要，在此基础上提出优化方案获得了较好的热舒适性要求。为其他类似工程提供了参考与借鉴。

1引言

随着城镇化趋势的不断发展以及经济水平的提高，人们逐渐开始追求健康舒适的生活品质，在服务行业酒店经营作为重要的一环，酒店内各个区域尤其中庭区域的热舒适性能否满足要求至关重要。CFD数值模拟技术相比较于现场实测可以大大节约成本，因此被广泛应用于流场、温度场的模拟研究。本文模拟范围为酒店中庭大堂区域，包括室内负荷、日照负荷、空调系统气流组织的模拟，从而综合分析热舒适程度。通过模拟，了解现有空调系统设计下的热舒适特点，并以此进行优化设计，已达到热舒适性要求。

2工程概况

某酒店设有一至十三层通高的大堂中庭，面积约500平米，贯穿整个裙房直达塔楼十层，总高50米左右，属于典型的高大空间，且西面设有通高的玻璃幕墙，视野通透。其中在二层、三层通过连廊连接中庭两侧的功能空间。酒店大堂往往是接待客人的第一个空间，也是开启客人假日旅程，使其对酒店产生第一印象的地方。作为酒店最重要的公共空间，其热舒适的保证是至关重要。

3实际工况热舒适性模拟分析

3.1工况设置

本次模拟将分别采用冷、热负荷最大时刻为模拟工况，分别模拟空调、供暖最极端情况，便于保证最不利情况下的热舒适情况。通过对全年负荷模拟分析得出，全年中冷负荷最高的时刻为7月20日下午5点，热负荷最高时刻为12月20日上午6点，由此可确认夏季和冬季两个工况。与CFD软件耦合，进行气流组织模拟，获得温度场场、流场。根据上下分层效应，将大堂逐层分层计算负荷。典型观察平面包括首层地面、2、3层连廊地面、西及南北立面，以此观察温度及气流情况。

3.2夏季模拟结果分析

如图（2），从夏季工况下首层大堂温度与风速的分布来看，首先，大堂西南角温度偏低，约为16～17℃，主要是由于该处为送回风上送下回的区域，使气流集中在该区域内，未达到理想温度即被回风口排走，在小范围内形成“短路”，造成该处温度偏低;大堂西北角及东面两处产生较温度也偏低，在17 ℃ ，与大堂整体温度相比，产生了几处温度分布不均的低温区域。这几处为气流的风速偏高，风速分布不均，形成低温;大堂东侧的温度分布较为均匀，在18至21 ℃范围内，略为偏低。其次，对于灰色线框内的2层连廊范围，温度在29～31℃之间，高于夏季舒适度的范围，由于中庭的烟囱效应，热空气上升，在2层连廊区域温度明显超过首层的温度。最后，在灰色线框内的3层连廊范围，与2层连廊情况相比，受到烟囱效应影响更大，温度升高更明显，在32～37 ℃之间，超出舒适度的范围。

如图（3）所示，从立面的温度与风速分布来看，空气温度随着中庭高度的升高迅速增加，至中庭顶部最高温度可达到60 ℃左右高温。送风口气流向下趋势明显，中庭上部为无风区域。中庭顶部的高温将增加到相邻的客房传热，可能引起5～10层与中庭相邻的客房的舒适度。

3.3冬季模拟结果分析

如图（4），从首层大堂冬季温度与风速的分布来看，大堂西南角温度较高，约为30℃，对照风速分布来看，该处为送回风上送下回的区域，在小范围内形成“短路”，造成该处温度较高;大堂西北较温度也较高，达到30℃以上。该处为气流的涡旋区域，风速低，使送风热量较难扩散，形成高温;除以上两个区域外，大堂整体温度约为28～29℃，整体温度偏高，超出了人员舒适范围。在灰色线框内的2层连廊范围内，连廊处温度分布均匀，但整体较高，为29℃左右，风速较低在0.5m/s以内。在灰色线框内的3层连廊范围，与2层连廊情况类似，温度分布均匀，但整体高出舒适度范围，达到29℃左右，风速较低在0.5m/s以内。

如图（5）所示，从立面的温度与风速分布来看，较高温度的空气从底层送风上升至大堂中间高度。并随着风速由下往上逐渐降低，高温空气逐渐滞留在中庭中间高度区域，在中庭上部（9～10层）高度略有降温。垂直方向整体温度分布在27～29度之间，高于舒适度的范围。

4优化工况热舒适性模拟分析

4.1优化工况设置

中庭夏季顶部温度过高，整体温度分层明显，使得二、三层连廊温度过高。一方面，通过将已有设计中一组排烟风管兼排风管使用，从而增强中庭顶部排风。另一方面，在模拟中首层大堂偏冷，对地台送风及首层立面送风的模拟参数进行调整，具体是关闭地台送风，并将立面整体风量降低15%以及西南角送风风量降低15%。

3.2  夏季模拟结果分析

如图（6）所示，从优化后夏季工况下首层大堂温度与风速的分布来看：

1、大堂总体温度在21～24℃，且分布较为均匀，较首次模拟温度有所上升，达到可接受的范围。

2、绝大部分区域风速达到0.5m/s以下，较首次模拟风速略高的区域明显减小。上图灰色线框内为2层连廊范围，温度在25～26℃之间，在夏季舒适度的范围，受到烟囱效应的影响大大降低，有明显的改善。上图灰色线框内为3层连廊范围，总体温度在26～28 ℃之间，受到烟囱效应影响，比2层连廊温度高出1～2 ℃，但较首次模拟时温度有明显改善，降至可接受的范围内。

如图（7）所示，从立面的温度分布来看，顶层增加排风有效地降低了温度分层的效应，在二、三层连廊处增加风量，也使该区域的温度分布较为均匀，控制在28℃以下。并且随高度的增加，虽然中庭仍然受到烟囱效应的影响，但温度梯度大幅度降低，在顶部的温度在40～46℃之间。按照一般内墙（100mm加气混凝土）传热性能计算，会使中庭顶部相邻房间增加约969W/间客房的冷负荷

5结论

在原有设计的基础上，可以认为其不满足人体热舒适性要求，通过优化设计，在增加中庭顶部排风，并且增加二、三层连廊的送风风量后，模拟结果表明二层连廊温度降低至25～26℃，三层连廊降低至26～28 ℃之间，相比首次模拟的情况，平均温度下降7℃左右，基本达到舒适度的范围。