公共建筑内中庭空调模拟设计浅析

摘要：以上海海航总部办公楼的工程设计为例，介绍了其中庭设置情况，分析了中庭对周边区域的影响；利用CFD软件对中庭及其周边区域进行气流组织模拟，对中庭设计提出了合理化建议，指导中庭及周边区域的空调通风设计。

关键词：中庭空间；办公建筑；气流组织；热环境

0引言

随着人们生活水平的不断提高，健康、舒适的办公环境逐渐被人们所重视和追求，而建筑中庭能带给人们良好的空间感受，提供更多的交流和放松空间，越来越广泛地被建筑师所采用。但中庭设计考虑不周全，也会严重影响中庭及其周边区域的使用，达不到舒适、节能的效果。本文利用CFD软件对中庭及其周边区域的气流组织进行模拟，就中庭的合理化设计与大家一起探讨。

1工程概况

该工程位于上海市浦东新区黄浦江中心段E18中1－10地块，主要功能为地上办公、地下商业及车库。地下3层，地上20层，总建筑面积87368．6m2，建筑高度89．325m。建筑分类：一类高层。根据建设方对该建筑的空间效果需求，及其建筑的品质定位，经多方市场调研和经济性比较分析，最终建设方选定空调冷热源为冰蓄冷系统，空调末端采用地板送风系统。

2建筑内的中庭设计

该工程除1层办公大堂外，东西侧与电梯厅各设中庭。

2．11层办公大堂

1层办公大堂位于建筑正立面，为建筑的主出入口。建筑立面采用全玻璃幕墙设计，其实景图见图1。建筑设计：1层办公大堂两层通高，与中庭相连，其1层建筑面积紧张，为减小空调机房面积，建筑设计要求采用风机盘管侧送风。存在的问题：办公大堂面积大、空间高，热压作用明显，风机盘管的冷量是否可以送达人员活动区域，满足设计舒适度要求?气流模拟分析：为满足建筑专业需求，分别就中庭采用风机盘管侧送风和全空气系统喷口侧送风进行气流组织模拟，大堂送风温度场见图2、3。从图2可知，中庭让气流比较紊乱，建筑内冷热不均现象比较明显，如1层有隔断的南侧咖啡厅的平均温度为24．16℃，表明冷量过剩，而1层敞开的北休息区温度达到26．86℃，冷量又相对不足，无法满足设计要求。从图3可知，采用喷口侧送风相比风机盘管侧送风，其温度场明显低2℃左右，舒适度提高较大，基本可以满足设计要求。

2．2西侧中庭

西侧中庭位于电梯厅中庭的西侧。建筑设计：地下1层功能为餐饮、商业，为了营造良好的体验空间，提高地下商业的购物、娱乐环境，拟将地下1层与1层中庭贯穿。存在的问题：1）地下商业区、办公区中庭相连通，地下商业的噪声对地上办公区的影响很大，无法满足办公区的噪声指标。2）中庭的烟囱效应会加剧地下餐厅的串味，且舒适度比较差，对办公环境影响较大，很大程度上降低了办公楼的品质。综合考虑各种因素，地下1层商业与1层办公区域利用楼板完全隔离封闭，将商业区域与办公区域完全隔开，取消商业中庭，保留办公中庭的独立性。

2．3电梯厅中庭

电梯厅中庭共设有3处，其实景图见图4。建筑设计：标准层建筑南北方向一个柱网内设置3个中庭，高度均为60多m。存在的问题：1）较小的公共公间内中庭设置达3处之多，高度为60多m，其中庭附近环境与中庭之间气流的交换较频繁，气流组织复杂、冷量逃逸现象显著。2）电梯厅面积较小，无法设置全空气系统，只能采用风机盘管送风。3）电梯厅由于有大量的非空调区热气流通过，传统的吊顶式风机盘管的送风很容易被该气流带走，使得冷量不能充分利用，难以实现设计的温湿度要求。针对以上问题，对电梯厅空调作如下模拟。1）未采取任何措施。办公区与中庭未采取任何措施，电梯厅采用侧送风方式，模拟的温度场见图5、6。从图5、6可以看出：办公区与中庭未采用任何措施，电梯厅采用侧送方式，1层北区由于热压作用比较明显，导致了从中庭返流的气流较多，而这部分热气流引入了大量额外的负荷，造成了整体热环境的恶化；2层电梯厅很多冷量被上升的热气流直接带出该区域，无法满足设计的要求。2）不考虑中庭影响时室内热环境分析。为了能够更清楚地了解室内热环境恶化与中庭气流反向流动之间的关系，将办公区域完全封闭，从而关闭了中庭返流的入口，借以考察空调机组整体提供的冷量是否足够，模拟的温度场见图7。从图7可知，空调的设计冷量完全可以承担室内热负荷，由此可以判定室内热环境恶化的主要原因是热压引起的中庭气流返流带入了额外冷负荷。3）半高隔断对气流组织和热环境的改善效果。由于在实际使用中1层北区根据功能需要必然会进行分隔，为了解在出现半高隔断的情况下1层热环境分布情况，将1层北区的核心筒体处增加了一道2m高的隔断，模拟的温度场见图8。从图8可知，增加2m高隔断可以起到一定阻挡气流作用，但是作用比较有限。4）办公区域与中庭区域完全隔断，电梯厅空调送风采用上送风。为了达到良好的舒适环境，尝试将中庭与办公区直接用防火墙完全隔断，电梯厅采用上送的方式，模拟的温度场见图9、10。从图9、10可知，中庭与办公区直接用防火墙完全隔断，电梯厅采用上送风的方式，办公区域和电梯厅的热环境情况得到明显改善，基本上满足了设计要求。

3优化方案及分析总结

利用CFD软件对中庭及其周边环境的气流组织和温度场进行模拟，对中庭设计提出以下优化方案。1）1层办公大堂的空调送风形式由风机盘管侧送风优化为全空气低风速喷口侧送风方式。2）西侧中庭原方案采用商业区域与办公区域共享中庭，优化为取消商业中庭，独立设置办公中庭的优化方案。3）标准层的办公区域，原方案是与电梯中庭相贯通，办公区域采用防火卷帘与中庭相连。优化方案为办公区域完全独立，采用防火墙与中庭隔离。4）电梯厅空调采用风机盘管送风，原方案为侧送上回形式，优化方案改为上送上回。分析总结：由于受到热压作用的影响，具有中庭结构的建筑内部气流组织较一般建筑复杂得多。在室内各项负荷计算时，并未考虑由于热压影响中庭处室内空气冷量逃逸，必然在某些核心筒区域有热气流反流进入室内热环境，致使实际空调冷负荷比计算冷负荷大，导致室内温度偏高。为遏止核心筒反流气流引起的负荷偏大问题，不仅仅需要适量增加该区域的冷量，同时还需考虑综合隔断，以防止中庭热压过大，致使所增加的冷量并不能解决反流气流进入室内所增加的负荷。

4结语

中庭在如今的办公建筑设计中越来越普遍，已成为提升办公建筑空间品质的重要手段之一。中庭设计已不再是建筑师单专业的事情，还需要从全专业综合考虑。从空间效果和视觉感受来看，中庭应采用全玻璃幕墙，以增加自然采光和通透性；从节能角度来说，应尽量减少中庭玻璃幕墙的面积，降低传热系数，做好遮阳措施，同时应尽量避免中庭热压对中庭及周边区域的影响，以保障一个健康、舒适、节能的办公环境。

作者:王建伟 单位:上海中森建筑与工程设计顾问有限公司