265 利用地下空間通風(fēng)對(duì)空氣降溫的數(shù)值模擬和分析

1、利用地下空間通風(fēng)對(duì)空氣降溫的數(shù)值模擬和分析NUMERICALSIMULATIONANALYSISOFAPPLYINGTHEUNDERGROUNDSPACEVENTILATIONFAIRCOOLING同濟(jì)大學(xué)金敏剛張旭摘要：本文對(duì)空氣通過地下空間時(shí)的能量傳遞過程建立了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。并通過與相關(guān)文獻(xiàn)中的計(jì)算方法相比較驗(yàn)證了該模型的可靠性。同時(shí)根據(jù)已驗(yàn)證的模型，對(duì)上海某實(shí)際工程利用地下空間通風(fēng)系統(tǒng)冷卻空氣的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并進(jìn)一步分析了通

2、風(fēng)量，地下空間尺寸，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間以及運(yùn)行方式對(duì)降溫效果的影響。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：地下空間通風(fēng)；降溫；數(shù)值模擬0前言隨著社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展，我國(guó)城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建造了大量的地下人防工程。目前，除了部分人防工程用于倉(cāng)庫(kù)、旅館、舞廳外，其余幾乎都處于閑置狀態(tài)。另外，一些新建造的高層建筑也建造了地下停車場(chǎng)或地下室(一層，二層或更多層)，而這些地下室中很大一部分也作為發(fā)展用房閑置。在上海，目前約有30％左右的住宅大樓地下室未利用或未全部利用。另一方面，由于土

3、壤的蓄熱能力，地溫隨著地表深度的增加而衰減和延遲。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定深度后，地溫為一個(gè)常數(shù)[1]。一般認(rèn)為在地下5m處，土壤溫度穩(wěn)定在該地區(qū)的空氣年平均溫度如在上海地區(qū)，地下5米處的土壤溫度為18℃左右[2]。土壤的熱惰性使得這些地下建筑擁有冬暖夏涼的特點(diǎn)。因此，在夏季，這些地下空間可以用作天然的冷源對(duì)空氣進(jìn)行降溫，以達(dá)到降低空調(diào)負(fù)荷的目的。夏季溫度較高的室外空氣被送入地下室空間，與具有較低溫度的地下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行換熱，將自身的熱量通過圍護(hù)結(jié)

4、構(gòu)傳給土壤，使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土壤的溫度逐漸升高，同時(shí)自身也達(dá)到降溫的效果。本文對(duì)地下空間通風(fēng)中的能量傳遞過程進(jìn)行簡(jiǎn)化并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)值模擬進(jìn)一步分析了利用地下空間作為天然冷源對(duì)室外空氣進(jìn)行降溫的影響因素。1地下空間通風(fēng)降溫動(dòng)態(tài)模型對(duì)于一般通風(fēng)地下空間，工程中常采用文獻(xiàn)[4]中的計(jì)算式來估算夏季地下空間內(nèi)空氣的溫度。這種計(jì)算方法主要考慮室外空氣溫度年周期性波動(dòng)和日周期性波動(dòng)對(duì)地下空間內(nèi)的空氣溫度的影響，只能粗略計(jì)算夏季地下空間

5、內(nèi)空氣的平均溫度及波幅，不能計(jì)算地下空間逐時(shí)的冷卻空氣能力。因此需要建立一個(gè)動(dòng)態(tài)模型來逐時(shí)計(jì)算室外空氣經(jīng)地下空間冷卻后的溫度，并較準(zhǔn)確地模擬地下空間通風(fēng)降溫的效果為工程設(shè)計(jì)提供幫助。1.1模型假設(shè)條件1）土壤物性為常數(shù)；初始Ts(x)，Ta是否通風(fēng)設(shè)定運(yùn)行與間歇時(shí)間調(diào)用Tout(τ)，上個(gè)時(shí)刻的Ts(x)，Ta調(diào)用通風(fēng)時(shí)的模型，求解線性方程組調(diào)用上個(gè)時(shí)刻的Ts(x)，Ta調(diào)用間歇時(shí)的模型，求解線性方程組存儲(chǔ)求解結(jié)果是否結(jié)束輸出結(jié)果開始結(jié)

6、束YNN其中，——為土壤的溫度，℃sT——為土壤熱擴(kuò)散系數(shù)m2sa土壤初始條件：(4))(0gsTxT???邊界條件：(5))(000???????xsaxsTTFxTx??(6)gsTTx???其中，――土壤恒溫層溫度，℃gT2動(dòng)態(tài)模型的求解上述數(shù)學(xué)模型為非穩(wěn)態(tài)傳熱過程，采用有限差分法求解，空間上采用中間差分格式，時(shí)間上采用全隱格式[3]。利用數(shù)值計(jì)算軟件編寫相應(yīng)的程序進(jìn)行計(jì)算，求解各個(gè)時(shí)刻的地下空間空氣的溫度和土壤的溫度場(chǎng)。計(jì)算機(jī)求