基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)的大型鋼鐵廠房自然通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計研究——以某硅鋼熱源廠房建筑為例.pdf

1、建筑在建造和使用的過程中消耗了大量的能源，工業(yè)建筑的能耗占了相當比例。大型鋼鐵工業(yè)廠房體積大，并且內(nèi)部存生產(chǎn)性熱源，廠房在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的余熱、余濕和有害氣體，嚴重影響工人的工作環(huán)境和儀器的正常使用。如果這些影響環(huán)境的不利因素全部靠機械排風(fēng)解決的話將會產(chǎn)生大量的能耗。自然通風(fēng)通風(fēng)量大，能有效改善工廠內(nèi)部的熱環(huán)境，同時自然通風(fēng)作為一種零能耗的通風(fēng)方式可以節(jié)約常規(guī)能源，減少對環(huán)境的污染。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量要求和工作生活品質(zhì)要求的提高，工人

2、對廠房內(nèi)部工作環(huán)境的要求也越來越高。很多廠房都選擇自然通風(fēng)的方式以節(jié)約廠房運行的成本，然而廠房建筑設(shè)計人員往往僅憑經(jīng)驗和規(guī)范來進行自然通風(fēng)設(shè)計，實地測量表明廠房建造出來之后，其通風(fēng)的效果不一定能滿足工人工作需要和儀器運行需要。
　　 大型鋼鐵工業(yè)廠房其內(nèi)部有大量生產(chǎn)性熱源，由自然通風(fēng)的原理得知熱壓通風(fēng)是廠房的主要通風(fēng)形式。為避免進氣短流現(xiàn)象，應(yīng)盡量降低中和面的高度使中和面位置靠近熱源。這樣做可以使得室外的新鮮空氣盡量流經(jīng)熱源帶走

3、余熱。降低中和面的高度可以通過增加進、排風(fēng)口的高差來實現(xiàn)。增加排風(fēng)口的高度會使得排風(fēng)壓力加大，排風(fēng)壓力加大意味著排風(fēng)口的面積減小。排風(fēng)口的面積大小的確定對廠房的工程造價，降低土建工程投資起一定的作用。不言而喻，在廠房設(shè)計之前對進排風(fēng)口高度和面積等參數(shù)的確定有較大意義。確定在減少工程造價的同時，如何讓廠房自然通風(fēng)的效果達到最優(yōu)是本次課題研究的主要目的，這對廠房的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)設(shè)計會起一定的理論指導(dǎo)作用。
　　 本文針對大型鋼鐵工業(yè)廠房

4、建筑，采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，利用標準k-湍流模型對其自然通風(fēng)情況進行數(shù)值模擬，對廠房內(nèi)部不同斷面的溫度場和速度場進行分析，模擬數(shù)據(jù)結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比比較吻合，驗證了模型的可靠性，同時分析廠房內(nèi)部通風(fēng)存在的問題，對比實測的數(shù)據(jù)對廠房進、排風(fēng)口的各項參數(shù)提出優(yōu)化設(shè)計意見。
　　 在調(diào)研的多個廠房中筆者最終選擇一個廠房通風(fēng)環(huán)境較差的典型案例進行優(yōu)化改造。經(jīng)過數(shù)值模擬之后發(fā)現(xiàn)，由于該廠房的進、排風(fēng)口設(shè)計不合理，廠房內(nèi)熱環(huán)境存在很大的問

5、題。本文針對進、排風(fēng)口的標高和面積這兩個廠房建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)提出改進方案。第一、三改進方案分別針對排、進風(fēng)口高度進行優(yōu)化，分別改變排、進風(fēng)口的標高，得出廠房不同斷面溫度場和速度場的變化，得出結(jié)論：提高排風(fēng)口的高度有利于廠房的自然通風(fēng)，這一點與文獻吻合。第二、四改進方案分別針對排、進風(fēng)口面積進行優(yōu)化，分別改變排風(fēng)口的面積，得出廠房不同斷面溫度場和速度場的變化，得出優(yōu)化方案。結(jié)合四個不同的優(yōu)化結(jié)果，逐步得出廠房最佳自然通風(fēng)設(shè)計方案。研究的結(jié)果對