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摘要：以北京某商场中庭气流组织做为研究对象，通过能耗分析软件对中庭的负荷进行计算，利用计算流体力学（CFD）对中庭夏季、冬季工况下送风方案进行模拟，结合寒冷地区的实际项目案例，对中庭空调系统的设计方案的可行性、合理性进行分析研究，为大型商场中庭空调系统的设计提供参考依据。
关键词：CFD ;中庭设计;负荷计算;寒冷地区
随着社会的不断发展，商场综合体项目越来越多，商场作为人员密集场所，人们对舒适性要求也逐渐提高，空调系统能耗在商场总能耗中占据很大一部分比例，此部分应该引起足够的重视。中庭作为商场的一部分，通过开敞的顶部引入阳光，利用中庭的广阔空间达到引导客流的作用[1]。
中庭等高大空间的热舒适性一直是空调设计中的难点，长期以来，设计人员大多依据经验进行空调系统的设计，同时为了配合室内装修效果，轻易调整空调送风系统的形式和送风位置，造成整体空调效果不佳，舒适性较差。本文针对实际工程设计项目，通过能耗分析软件对商场中庭进行负荷计算，同时结合计算流体力学（CFD）模拟工具对中庭的气流组织进行模拟分析，对空调系统的设计过程和要點进行探讨[2]。
本工程位于北京市亦庄开发区某商业天街项目，地下为三层，地上为5层;建筑高位为36米（室外地坪至屋面面层，消防高度）;总建筑面积为162743m2，其中地上总建筑面积为84553m2，地下总建筑面积为78190m2，主要业态包括零售、餐饮、影院等。
本文主要以项目中的一个中庭作为研究对象，通过HDY负荷计算软件及CFD软件进行模拟分析，结合实际项目土建条件及内装末端点位要求，对中庭空调系统的设计过程进行介绍。
选取的中庭贯穿商场1层～顶层，高度为29.6m，出屋面中庭四周采用玻璃幕墙，中庭平面图纸图详见图1。中庭一层和五层分别采用全空气系统，末端送风方式为首层采用喷口侧喷，五层采用双层百叶风口下送，二、三、四层中庭走廊采用吊柜式空气处理机组，双层百叶下送风口，风口设置于店铺门头环形走廊区域。
1 中庭空调负荷计算的分析
1.1 本项目中庭区域的室内设计参数详见下表1：
根据HDY-SAMD负荷计算软件搭建计算模型，输入对应的中庭室内设计参数，建筑专业提供的围护结构参数，遮阳系数，设计参数满足北京市《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2015和《民用建筑热工设计规范》Gb50176-2016中的限值规定。
负荷计算结果如下：
总冷负荷（全热）：157.39kW，总冷（全热）指标347.5W/m2，发生时刻12：00，冬季总热负荷52.8kW，冬季总热（全热）指标119W/m2。全年负荷计算结果如下图2：
从图2，图3的对比可以看出，通过玻璃遮阳系数的不同，对于中庭夏季热负荷的影响较大，计算冷负荷和遮阳系数成正比。对于中庭来讲，夏季主要冷负荷为太阳辐射热，设置遮阳措施可以大幅度减少顶部热负荷，有助于提高中庭顶部的热舒适性。
2 中庭热环境模拟分析
2.1 结合空调设计方案进行模拟设置，本项目中庭空调方案首层、顶层等高大空调设置全空气系统，首层中庭采用侧送风，顶层采用走廊上送风，2层至5层中庭走廊采用吊顶式空调机，走廊设上送风口上回风口，送风口结合内装风口布置均匀布置在走廊商铺门头上方区域。通过对本项目中庭进行各类风环境模拟，对中庭末端的设置进行指导设计。夏季模拟工况如下：
夏季模拟工况一：a.中庭填充不设置遮阳;b.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;c.中庭顶部设置排风。夏季模拟工况二：a.中庭天窗设置内遮阳，内遮阳综合遮阳系数为0.3的浅色遮阳板;b.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;c.中庭顶部设置排风。夏季模拟工况三：a.中庭天窗设置内遮阳，内遮阳综合遮阳系数为0.3的浅色遮阳板;b.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;c.中庭顶部设置排风;d.顶层中庭周围设置空调处理中庭天窗负荷。
由图4夏季模拟工况一可见，无遮阳的天窗仅依靠顶部排风并不能有效的去处夏季的太阳辐射热，顶层温度甚至达到了31～33℃。图5夏季模拟工况二可见，增加内遮阳后降温效果比较明显，但顶层的人员活动区域基本在设计温度+2～3℃左右，舒适性仍不佳。图6夏季模拟工况三可见，增加内遮阳后，同时顶层额外设置空调处理中庭天窗负荷后效果比较明显，顶层人员活动区域基本在设计温度+1℃左右，基本满足舒适性要求。因此夏季工况，中庭的空调系统按照顶部集中排风进行设计，同时顶层天窗周围公共走道区域增加空调送风处理天窗负荷，效果比较好，可以满足设计需求。
2.2 本项目处理寒冷地区，结合北京市《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2015第4.4.11的规定，全楼中采用对室内空气进行冷/热循环处理的末端设备加集中新风的空调系统，其设计最小新风总送风量大于等于40000m3/h时，应有相当于总新风送风量至少25%的排风设置集中排风系统，并进行能量回收[3]。故模拟工况中增设底部排风措施，具体模拟工况如下：
冬季模拟工况一：a.不考虑太阳辐射、人员、设备照明的得热负荷;b.考虑冬季冷风渗透负荷;c.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;d.中庭底部设置排风;e.中庭底部不设置地暖。冬季模拟工况二：a.不考虑太阳辐射、人员、设备照明的得热负荷;b.考虑冬季冷风渗透负荷;c.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;d.中庭底部设置排风;e.中庭底部设置地暖。
由图7冬季模拟工况一结果可见，底层人员活动区温度在16～18℃，底部由于冷风渗透缘故，一层供热效果不佳，因此在商场整体风平衡控制上需经过计算确定集中排风量，减少冷风渗透负荷的侵入，中庭冬季可基本满足舒适性要求。由图8冬季模拟工况二结果可见，增设地暖后其舒适性效果更好，整个中庭及相邻走道在人体活动区域的温度分布较为稳定，通过上述模拟结果可以看出，冬季中庭的空调系统按照底部集中排风进行设计，同时首层中庭设置地暖可以有效的保证舒适性。
3 结语
通过对中庭空调系统的负荷计算及模拟分析，对于中庭天窗区域，当屋顶玻璃天窗面积较大时，需通过负荷计算进行校验，对于空调系统的设置建议：1）中庭天窗建议设置遮阳措施，以减少夏季太阳通过中庭玻璃顶传入大量热负荷;2）中庭夏季设置顶部排风，防止“热顶”产生以及削弱冷气从底部外溢;冬季集中底部排风，改变室内的气流组织，以防止大量热空气上升，并减少冷风渗入;3）中庭底部建议设置地暖，以提高中庭冬季的热舒适性;4）结合整个项目做好风量平衡控制，商场项目餐饮数量较多，风量平衡计算的时候应包括餐饮排油烟和排油烟补风量进行整体风量平衡计算，同时要注意风机的连锁启停，以减少冬季从商场大门进入的冷风侵入负荷。
参考文献：
[1] 张君瑛，吴喜平，章学来等;夏季建筑中庭内的热环境数值模拟及中庭外窗自然通风研究[J] ;FLUD MACHINERY ，64
[2]程艳，宋阳光，颜苏芊;夏季商场中庭气流组织的数值模拟[J];ENERGY CONSERVATIION，38
[3]北京市公共建筑节能设计标准（DB11/687-2015）;27
作者简介：作者：李贺，男，1987年出生，硕士研究生。
关键词：CFD ;中庭设计;负荷计算;寒冷地区
随着社会的不断发展，商场综合体项目越来越多，商场作为人员密集场所，人们对舒适性要求也逐渐提高，空调系统能耗在商场总能耗中占据很大一部分比例，此部分应该引起足够的重视。中庭作为商场的一部分，通过开敞的顶部引入阳光，利用中庭的广阔空间达到引导客流的作用[1]。
中庭等高大空间的热舒适性一直是空调设计中的难点，长期以来，设计人员大多依据经验进行空调系统的设计，同时为了配合室内装修效果，轻易调整空调送风系统的形式和送风位置，造成整体空调效果不佳，舒适性较差。本文针对实际工程设计项目，通过能耗分析软件对商场中庭进行负荷计算，同时结合计算流体力学（CFD）模拟工具对中庭的气流组织进行模拟分析，对空调系统的设计过程和要點进行探讨[2]。
本工程位于北京市亦庄开发区某商业天街项目，地下为三层，地上为5层;建筑高位为36米（室外地坪至屋面面层，消防高度）;总建筑面积为162743m2，其中地上总建筑面积为84553m2，地下总建筑面积为78190m2，主要业态包括零售、餐饮、影院等。
本文主要以项目中的一个中庭作为研究对象，通过HDY负荷计算软件及CFD软件进行模拟分析，结合实际项目土建条件及内装末端点位要求，对中庭空调系统的设计过程进行介绍。
选取的中庭贯穿商场1层～顶层，高度为29.6m，出屋面中庭四周采用玻璃幕墙，中庭平面图纸图详见图1。中庭一层和五层分别采用全空气系统，末端送风方式为首层采用喷口侧喷，五层采用双层百叶风口下送，二、三、四层中庭走廊采用吊柜式空气处理机组，双层百叶下送风口，风口设置于店铺门头环形走廊区域。
1 中庭空调负荷计算的分析
1.1 本项目中庭区域的室内设计参数详见下表1：
根据HDY-SAMD负荷计算软件搭建计算模型，输入对应的中庭室内设计参数，建筑专业提供的围护结构参数，遮阳系数，设计参数满足北京市《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2015和《民用建筑热工设计规范》Gb50176-2016中的限值规定。
负荷计算结果如下：
总冷负荷（全热）：157.39kW，总冷（全热）指标347.5W/m2，发生时刻12：00，冬季总热负荷52.8kW，冬季总热（全热）指标119W/m2。全年负荷计算结果如下图2：
从图2，图3的对比可以看出，通过玻璃遮阳系数的不同，对于中庭夏季热负荷的影响较大，计算冷负荷和遮阳系数成正比。对于中庭来讲，夏季主要冷负荷为太阳辐射热，设置遮阳措施可以大幅度减少顶部热负荷，有助于提高中庭顶部的热舒适性。
2 中庭热环境模拟分析
2.1 结合空调设计方案进行模拟设置，本项目中庭空调方案首层、顶层等高大空调设置全空气系统，首层中庭采用侧送风，顶层采用走廊上送风，2层至5层中庭走廊采用吊顶式空调机，走廊设上送风口上回风口，送风口结合内装风口布置均匀布置在走廊商铺门头上方区域。通过对本项目中庭进行各类风环境模拟，对中庭末端的设置进行指导设计。夏季模拟工况如下：
夏季模拟工况一：a.中庭填充不设置遮阳;b.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;c.中庭顶部设置排风。夏季模拟工况二：a.中庭天窗设置内遮阳，内遮阳综合遮阳系数为0.3的浅色遮阳板;b.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;c.中庭顶部设置排风。夏季模拟工况三：a.中庭天窗设置内遮阳，内遮阳综合遮阳系数为0.3的浅色遮阳板;b.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;c.中庭顶部设置排风;d.顶层中庭周围设置空调处理中庭天窗负荷。
由图4夏季模拟工况一可见，无遮阳的天窗仅依靠顶部排风并不能有效的去处夏季的太阳辐射热，顶层温度甚至达到了31～33℃。图5夏季模拟工况二可见，增加内遮阳后降温效果比较明显，但顶层的人员活动区域基本在设计温度+2～3℃左右，舒适性仍不佳。图6夏季模拟工况三可见，增加内遮阳后，同时顶层额外设置空调处理中庭天窗负荷后效果比较明显，顶层人员活动区域基本在设计温度+1℃左右，基本满足舒适性要求。因此夏季工况，中庭的空调系统按照顶部集中排风进行设计，同时顶层天窗周围公共走道区域增加空调送风处理天窗负荷，效果比较好，可以满足设计需求。
2.2 本项目处理寒冷地区，结合北京市《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2015第4.4.11的规定，全楼中采用对室内空气进行冷/热循环处理的末端设备加集中新风的空调系统，其设计最小新风总送风量大于等于40000m3/h时，应有相当于总新风送风量至少25%的排风设置集中排风系统，并进行能量回收[3]。故模拟工况中增设底部排风措施，具体模拟工况如下：
冬季模拟工况一：a.不考虑太阳辐射、人员、设备照明的得热负荷;b.考虑冬季冷风渗透负荷;c.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;d.中庭底部设置排风;e.中庭底部不设置地暖。冬季模拟工况二：a.不考虑太阳辐射、人员、设备照明的得热负荷;b.考虑冬季冷风渗透负荷;c.中庭底部配置全空气系统进行侧送风;d.中庭底部设置排风;e.中庭底部设置地暖。
由图7冬季模拟工况一结果可见，底层人员活动区温度在16～18℃，底部由于冷风渗透缘故，一层供热效果不佳，因此在商场整体风平衡控制上需经过计算确定集中排风量，减少冷风渗透负荷的侵入，中庭冬季可基本满足舒适性要求。由图8冬季模拟工况二结果可见，增设地暖后其舒适性效果更好，整个中庭及相邻走道在人体活动区域的温度分布较为稳定，通过上述模拟结果可以看出，冬季中庭的空调系统按照底部集中排风进行设计，同时首层中庭设置地暖可以有效的保证舒适性。
3 结语
通过对中庭空调系统的负荷计算及模拟分析，对于中庭天窗区域，当屋顶玻璃天窗面积较大时，需通过负荷计算进行校验，对于空调系统的设置建议：1）中庭天窗建议设置遮阳措施，以减少夏季太阳通过中庭玻璃顶传入大量热负荷;2）中庭夏季设置顶部排风，防止“热顶”产生以及削弱冷气从底部外溢;冬季集中底部排风，改变室内的气流组织，以防止大量热空气上升，并减少冷风渗入;3）中庭底部建议设置地暖，以提高中庭冬季的热舒适性;4）结合整个项目做好风量平衡控制，商场项目餐饮数量较多，风量平衡计算的时候应包括餐饮排油烟和排油烟补风量进行整体风量平衡计算，同时要注意风机的连锁启停，以减少冬季从商场大门进入的冷风侵入负荷。
参考文献：
[1] 张君瑛，吴喜平，章学来等;夏季建筑中庭内的热环境数值模拟及中庭外窗自然通风研究[J] ;FLUD MACHINERY ，64
[2]程艳，宋阳光，颜苏芊;夏季商场中庭气流组织的数值模拟[J];ENERGY CONSERVATIION，38
[3]北京市公共建筑节能设计标准（DB11/687-2015）;27
作者简介：作者：李贺，男，1987年出生，硕士研究生。