某超高层建筑冬季空调送风工况下烟囱效应的研究

在1972年美国主持召开的国际高层建筑会议上，明确定义建筑高度在40层以上或者高度在100m以上的建筑为超高层建筑。超高层建筑会加重冬季烟囱效应，可能会增大渗风能耗、引起开关门障碍等问题，这些问题对建筑节能及建筑的正常使用都是非常不利的。21世纪以来，超高层建筑不断涌现，人们更加关注超高层建筑可能带来的问题。本文针对西安市一栋在建超高层建筑，采用数值模拟方法展开相关研究，具体对超高层建筑烟囱效应的形成、影响因素、产生的问题进行分析。笔者运用CFD建立实体建筑全尺寸的物理模型，通过改变模型的边界条件及其参数来实现考虑热压单独作用和风压、热压综合作用两种工况下的建筑烟囱效应的数值模拟，计算得到两种工况下建筑内部空调房间（有送风）及竖井的流场的温度分布、速度分布和压力分布。通过对两种工况模拟结果进行数值分析得到：由于空调送风的原因，两种工况作用下的外墙和建筑大门都没有室外冷风渗入，只有渗出。由于热压的作用，空调房间内压力随着竖直高度的升高逐渐增大，且内部阻力小的房间内的压力随高度递增的程度比内部阻力大的房间大。空调房间内外压差随着竖直高度的增加而逐渐增大，因此向外渗出的风量沿建筑高度逐渐增加。建筑内电梯门两侧压差（前室侧相对于电梯井）的绝对值随着与中和面的距离的增大而递增，与其它层相比，首层电梯门两侧的压差绝对值最大，影响了电梯门的正常开关；在热压和风压综合作用下，空调房间内压力随着竖直高度的升高逐渐增大，且仍有内部阻力小的房间内的压力随高度递增的程度比内部阻力大的房间大。各房间外墙缝隙仍只有气流向外渗出，迎风面空调房间和背风面空调房间内外压差沿竖直高度仍为递增，只是迎风面空调房间各层内外压差值比在热压单独作用下的有所减小，背风面空调房间各层内外压差值比在热压单独作用下的有所增大，电梯门两侧压差（前室侧相对于电梯井）的绝对值随着与中和面的距离的增大而递增，并未影响电梯门的正常开关。本文的研究结果为减轻超高层建筑烟囱效应提供了理论依据，旨在工程设计中能够优化超高层建筑内部的气流组织，为工程设计提供参考和帮助。