广州白云机场主航站楼空调气流组织模拟研究

9 送风口 9 900 × 250 喷口侧送 8． 74 13． 7
10 送风口 90 156 × 156 喷口侧送 18． 9 13． 7
11 回风口 6 900 × 900 百叶侧回风
12 回风口 2 2000 ×4000 百叶竖井回风 自然回风
13 回风口 1 2000 ×8760 百叶竖井回风
选取最不利工况数据进行模拟，查阅机场负 荷 计 算 书 可 得 玻 璃 幕 墙 、屋 面 、天 窗 及 屋 顶 帐 幕 边界条件 值 如 表 2 所 示，其 余 设 定 为 对 称 边 界 条件。
4 模拟结果分析
4． 1 温度分析 取 X、Y、Z 三个剖面云图对主楼三层整个区
域的温度场进行分析，图 2、3 是计算区域沿高度 方向的纵剖面图，从图 3 中可以看出在 4m 以下 的空调区域最低温度为 25． 8℃ ，4m 以上温度逐 步升高，并开始出现温度分层现象，在靠近屋面处 温度达到了 35． 3℃ ，至此垂直高度上温差 高 达 9． 5℃ ，整个区域温度分层现象明显。图 2 可以看 出，越靠近主楼中间分层现象越明显，从主楼中间 朝着西面幕墙方向由于高度在逐步降低，垂直高
关键词： 分层空调； 气流组织； 数值模拟； 温度分层
中图分类号： TB6
文献标识码： A
doi： 10． 3969 / j． issn． 1005 － 0329． 2011． 11． 016
Simulation of Air Distribution for Main Terminal of Guangzhou Baiyun Airport
3． 2 边界条件的确定 三层大厅区 域，旅 客 处 于 轻 度 劳 动 状 态，室
内人体的散热量按定热流（ Fixed Heat Flux） 取 q = 134W / 人进行模拟计算，候机厅一般折算标准 取 0． 3 人 / m2 来计算人数，将人体散热量均匀分 布在 地 面 上。 送 风 温 度 为 13． 7℃ ，相 对 湿 度 90% 。送、回风设计参数如表 1 所示。
摘 要： 以广州新白云机场主航站楼分层空调系统为研究对象，利用 CFD 对其部分区域进行数值模拟，分析得到空调
区温度为 25 ～ 26℃ 之间，整个大厅垂直区域温差最大值为 9． 5℃ 。大厅大部分区域风速都在 0． 2 ～ 0． 4m / s 之间，基本满
足室内风速设计要求。整个大厅温度分层明显，不辜负分层空调系统可以节能的初衷。
冷负荷、减少空调设备容量、节省设备投资和运行 费用，文献［3］指 出，分 层 空 调 与 全 室 空 调 相 比， 最大可节省冷量 50% ，最 小 亦 达 14% 。近 几 年 来，随着计算机大容量化和高速度化以及计算流 体力学（ CFD） 的发展，采 用 CFD 技 术 对 气 流 组 织、热舒适进行数值模拟越来越受到人们青睐。
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FLUID MACHINERY
文章编号： 1005 － 0329（ 2011） 11 － 0074 － 03
Vol. 39，No. 11，2011
广州白云机场主航站楼空调气流组织模拟研究
黄艳山1 ，邓伟雄2 ，廖坚卫2 ，陈小辉2 ，周孝清1
（ 1． 广州大学，广东省建筑节能与应用技术重点实验室，广东广州 510006； 2． 广东省建筑设计研究院，广东广州 510010）
图 7 Y = 1． 5m 速度场云图
5 结语
笔者对广州白云机场主航站楼空调在夏季工 况下的气流组织及热舒适性进行数值模拟，获得 了温度场、速度场云图和数据。通过对模拟结果 进行分析后发现原工况空调区域室内温度维持在 25 ～ 26℃ 之间，基本上满足设计工况的要求、非空 调区域内风速较小，一般都在 0． 3m / s 以下，办票 岛附近风速最大，最大值达到了 1． 4m / s，整个大 厅温度分层明显，系统运行参数达到了分层空调 系统可以节能的初衷。
本文利用 CFD 技术对采用分层空调系统的 广州新白云国际机场主航站楼部分区域进行分 析，对其在夏季工况下的气流组织及其热舒适性 进行数值模拟。经过计算得到主航站楼中温度 场、速度场、热舒适性指标随空间变化的规律。
2 工程概况
广州白云国际机场位于白云区人和镇和花都
收稿日期： 2011 － 06 － 27 基金项目： 广东省高校自然科学重点研究项目（ 05Z017）
表 2 边界条件汇总
名称 西面玻璃幕墙
金属屋面 天窗
屋顶帐幕 南面玻璃幕墙空调区 南面玻璃幕墙非空调区
边界条件类型 常热流 常热流 常热流 常热流 常热流 常热流

（ W / m2 ）
数值 120 15． 11 75 111． 15 53． 6 31． 6
3． 3 计算求解 CFD 技术在室内热环境中的应用是基于对
1 引言
高大空间建筑物的空气调节具有其特殊性， 气流 存 在 明 显 的 分 层 现 象，且 垂 直 方 向 梯 度 大［1］，要实 现 良 好 的 热 环 境 并 实 现 节 能 的 目 标， 关键在于引导与实施合理的气流组织［2］。
分层空调技术是 20 世纪 60 ～ 70 年代分层空 调技术在美国和日本已经开始采用，而且节能效 果显著。我国对于分层空调的研究始于 20 世纪 80 年代，中国建筑科学研究院对分层空调进行 了系统研究。分层空调技术广泛应用于大空间建 筑，它是通过利用合理的气流组织方式，仅对建筑 内的下部空间进行空气调节，使地面附近区域具 有良好的舒适或工艺特性，而对建筑内的上部空 间不进行空调或采用通风排热，从而降低空调的
参考文献
［1］ 黄晨，李美玲． 大空间建筑室内垂直温度分布的研 究［J］． 暖通空调，1999，25（ 5） ： 28-33．
［2］ 林素菊，刘小兵，苏华，等． 高大空间分层空调室内气 流的数值模拟［J］． 制冷与空调，2005，19（ 1） ： 4-6．
［3］ 陈 矛 章． 粘 性 流 体 动 力 学 理 论 及 紊 流 工 程 计 算 ［M］． 北京： 北京航空学院出版社，1986．
4 送风口 2 750 × 150 喷口侧送 9． 88 13． 7
5 送风口 3 750 × 150 喷口侧送 10． 93 13． 7
6 送风口 3 750 × 150 喷口侧送 10． 93 13． 7
7 送风口 7 900 × 250 喷口侧送 9． 24 13． 7
8 送风口 7 900 × 250 喷口侧送 13． 12 13． 7
2011 年第 39 卷第 11 期
流体机械
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区花东镇交界处，距离广州市中心 28 km。机场 占地面积为 1500 万 m2 ，分三期建设。首期航站 楼面积为 33 万 m2 ，主要由主航站楼、连接楼和指 挥楼组成，分为地下一层和地上三层。主航站楼 三楼是 一 个 长 约 300m，宽 约 170m 的 大 空 间 建 筑，屋面整体呈双曲抛物线，最高点为 39m，最低 点为 33m。该层主要承担售票、办理登机手续以 及安检的功能，其特点是人流量大并且流动频繁， 滞留时间短。
室内不可压缩气体质量、动量、能量守恒微分方程 的离散化处理及其数值解析。本文基于空气紊流 特性的 微 观 解 析，主 要 方 法 是 采 用 Launder 及 Spalding 等提出 k － ε 双方程湍流模型，并用控制 容离散法对控制方程组进行离散，同时考虑辐射 换热的作用。
图 1 主楼三层简化模型
图 7 是垂直高度 1． 5m 处的速度场分布图， 图中可以 看 出 整 个 平 面 内 风 速 分 布 不 均 匀，大 部分区域 内 风 速 都 在 0． 2 ～ 0． 4m / s 之 间，由 于 办票岛上方有 40 个球形风口，导致附近风速最 大，最大值达到了 1． 4m / s，且越靠近柜台处风速 越大。
HUANG Yan-shan 1 ，DENG Wei-xiong2 ，LIAO Jian-wei2 ，CHENG Xiao-hui2 ，ZHOU Xiao-qing1
（ 1． Guangzhou University，Guangdong Province Key Laboratory of Building Energy Efficiency and Application Technologies， Guangzhou 510006，China； 2． Architectural Design Institute of Guangdong Province，Guangzhou 510010，China）
图 4 是人活动平面温度场云图，从图中可以看 出，高度 1． 5m 处大部分区域温度维持在 25 ～ 26℃之 间，由于天窗和屋顶帐幕的采光，加之办票柜台后部 风口布置少，整个办票岛后部温度要略高于柜台前 部分温度，由于柜台处的弱电室和系统用房的存在， 导致附近温度要高于其他区域，温度达到了 28℃。
Abstract： Simulate the stratified air conditioning system of Guangzhou Baiyun airport’s main terminal by CFD． The temperature of air-conditioned area are 25 ～ 26℃ ，and the temperature difference is 9． 5℃ in vertical region． The speeds of the most of the lobby are 0． 2 ～ 0． 4m / s，which meet the design requirements on the whole． The temperature stratification is significant throughout the hall，to the stratified air conditioning system can be energy-saving in mind． Key words： stratified air conditioning； airflow organization； numerical simulation； temperature stratification
表 1 送、回风口设计参数
风口尺寸 编号 名称 个数 （ mm）
送风方式
速度 温度 （ m /s） （ ℃ ）
1 送风口 20 500 × 150 喷口侧送 9． 25 13． 7
2 送风口 2 750 × 150 喷口侧送 9． 26 13． 7
3 送风口 2 750 × 150 喷口侧送 9． 57 13． 7
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度上温度差也逐步减小，最高温度差只有 5． 4℃ ， 与大厅中间相比相差 4． 1℃ 。
Vol. 39，No. 11，2011
图 2 X = 50m 温度场纵剖面图
图 5 X = 50m 速度场云图
图 6 Z = 10m 速度场云图
图 3 Z = 10m 温度场纵剖面云图
3 模型的建立和边界条件的确定
3． 1 模型的建立 考虑到主航站楼三层大厅呈对称布置，故选
取其约四分之一区域进行模拟分析，具体尺寸为： 长度 X 方向为 81m，宽度 Z 方向为 132m，高度 Y 方向屋顶最高点为 48． 5m，最低点为 19m。鉴于 该建筑空间大且结构复杂，模型建立和网格生成 困难，对候车厅作了相应的简化： （ 1） 由于屋面弧 度不大，在建模过程中用曲面进行逼近； （ 2） 送 风口的上沿高度为 4m，以此为分界，以上区域称 为非空调区，以下区域称为空调区； （ 3） 换登机牌 柜台上方送风管上风口太多，且相距较近，建模时 对其进行适当简化。具体模型如图 1 所示。
图 4 Y = 1． 5m 温度场云图
4． 2 风速分析 根据 GBJ19 － 1987《采暖通风与空气调节设
计规范》中的规定，舒适性空调室内风速≤0． 3m / s，图 5 ～ 7 为整个计算区域速度场分布，从图 5、6 速度场纵剖面图中可以看出，整个区域内速度分 布不均匀，尤其是在非空调区域内速度变化不大， 大小都在 0． 3m / s 之内，靠近屋顶壁面处风速有 所稍微的增加。