265 利用地下空間通風(fēng)對空氣降溫的數(shù)值模擬和分析

1、利用地下空間通風(fēng)對空氣降溫的數(shù)值模擬和分析NUMERICALSIMULATIONANALYSISOFAPPLYINGTHEUNDERGROUNDSPACEVENTILATIONFAIRCOOLING同濟大學(xué)金敏剛張旭摘要：本文對空氣通過地下空間時的能量傳遞過程建立了簡化數(shù)學(xué)模型。并通過與相關(guān)文獻中的計算方法相比較驗證了該模型的可靠性。同時根據(jù)已驗證的模型，對上海某實際工程利用地下空間通風(fēng)系統(tǒng)冷卻空氣的過程進行了數(shù)值模擬，并進一步分析了通

2、風(fēng)量，地下空間尺寸，系統(tǒng)運行時間以及運行方式對降溫效果的影響。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：地下空間通風(fēng)；降溫；數(shù)值模擬0前言隨著社會的建設(shè)和發(fā)展，我國城市和鄉(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庫、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_一定深度后，地溫為一個常數(shù)[1]。一般認為在地下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。因此，在夏季，這些地下空間可以用作天然的冷源對空氣進行降溫，以達到降低空調(diào)負荷的目的。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結(jié)構(gòu)進行換熱，將自身的熱量通過圍護結(jié)

4、構(gòu)傳給土壤，使得圍護結(jié)構(gòu)和土壤的溫度逐漸升高，同時自身也達到降溫的效果。本文對地下空間通風(fēng)中的能量傳遞過程進行簡化并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)值模擬進一步分析了利用地下空間作為天然冷源對室外空氣進行降溫的影響因素。1地下空間通風(fēng)降溫動態(tài)模型對于一般通風(fēng)地下空間，工程中常采用文獻[4]中的計算式來估算夏季地下空間內(nèi)空氣的溫度。這種計算方法主要考慮室外空氣溫度年周期性波動和日周期性波動對地下空間內(nèi)的空氣溫度的影響，只能粗略計算夏季地下空間

5、內(nèi)空氣的平均溫度及波幅，不能計算地下空間逐時的冷卻空氣能力。因此需要建立一個動態(tài)模型來逐時計算室外空氣經(jīng)地下空間冷卻后的溫度，并較準確地模擬地下空間通風(fēng)降溫的效果為工程設(shè)計提供幫助。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)定運行與間歇時間調(diào)用Tout(τ)，上個時刻的Ts(x)，Ta調(diào)用通風(fēng)時的模型，求解線性方程組調(diào)用上個時刻的Ts(x)，Ta調(diào)用間歇時的模型，求解線性方程組存儲求解結(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，時間上采用全隱格式[3]。利用數(shù)值計算軟件編寫相應(yīng)的程序進行計算，求解各個時刻的地下空間空氣的溫度和土壤的溫度場。計算機求