高大空间模拟解决方案

高大空间实际情况下的温度梯度所产生的烟囱效应对建筑能耗模拟带来很大的困扰，特别是机场、火车站、商场中庭等高大型空间，其中烟囱效应所带来的空气流动是解决模拟的重点。IESVE软件中MacroFlo模块考虑热压等计算算法，解决高大空间因烟囱效应带来的空气流动对建筑能耗、通风等方面的影响。本文以一个简单的模型来介绍MacroFlo模拟高大空间中空气流动对温度、能耗等参数的影响，提供一种求解方案。

模拟目的：MacroFlo在高大建筑空间的应用

模型概述：10m×10m×30m（长宽高），窗墙比：40%，可忽略（方便查看数据，本次模拟不进行开窗操作，即开窗面积比例为零）；建筑材料忽略；内得热信息（灯具10w/m2）,其余信息等忽略；温度设定：冬季-20℃，夏季-24℃；地点：上海。

模拟方式：对比模型，A：基础模型；B：竖向分区模型；

竖向分区简介：竖向分区是VE软件中针对高大空间采用的分区策略，由于高大空间宜居空间为离地面0-3m，数据可自定义，其余竖向分区按照自定义方式确定高度范围，各分层之间无楼板。模拟目标是保证宜居空间的温度值在设定范围之内，非宜居竖向分区不进行温度调控。

本案例中B建筑竖向分区共6层，宜居层和5层上层空间，A和B建筑拥有同样的灯具散热量，B建筑灯具散热量归属于上层空间最顶层。因本次案例中外部窗户不打开，即打开面积比例为零，即不通风状态，采用默认MacroFlo模板，针对本次案例可不设定，若用户项目中需要进行开窗通风操作，请自行设定。

模拟设定：

A建筑进行无MacroFlo的ApacheSim动态模拟；

B建筑进行耦合MacroFlo的ApacheSim动态模拟；

模拟结果：

能耗：VistaPro变量 Total energy

能耗模拟结果对比分析，A建筑（基础模型）比B建筑（竖向分区）能耗高，且各月份能耗比例A建筑依然比重较大，采用竖向分区，本案例B建筑能耗降比43%。

温度：VistaPro变量 Ait temperature

A建筑与B建筑宜居空间全年温度对比

全年8760小时温度控制均在20-24℃之间，即模拟结果达到预设温度设定范围之内（此模拟为较为理想化模拟过程，主要应用于建筑初期阶段）。

建筑B（竖向分区）六层竖向空间区域全年温度对比分析，仅宜居空间区域温度控制在设定范围之内，其余空间温度由空气对流等换热情况决定。

一月一日竖向空间温度对比：

由图表分析，宜居空间在温度控制范围设定之内，其余空间按照高度增加，温度逐级递减；

七月一日竖向空间温度对比：

宜居空间在温度控制设定点，其余空间温度按照高度，温度逐级增加。

根据MacroFlo大口径空气流动以及烟囱效应产生的空气对流，由VistaPro中的可视化工具对B建筑各层空气对流进行查看；分别查看一月一日和八月一日中午12：30时刻的空气流动情况；

亦可用MacroFlo查看工具查看某时刻各分区空气流量：

并根据选定的空间查看逐时内部空气流量以折线图或表格方式呈现；

CFD流场分析：模拟参数设定忽略，此案例仅使用默认的设定条件。

VistaPro中导出一月一日和八月一日十二点的边界条件，用于CFD模块内部流场分析的边界条件，包括壁面温度等数据；

参数设定采用默认的参数设定；

下图为一月一日高大空间的风速场模拟结果数据进行后处理的图片，底层风速较大，因底层温度差造成较大的热压，从而推动空气流动，速度较快，而上层区域温差较小，进而空气流速较低。

下图为八月一日中午十二点温度场分析，上层空间温度较高，符合实际模拟情景，可以明显看出温度随着高度的增加而增加，从而出现一定程度的温度梯度。（此案例流场分析较为简单，采用的网格密度较大，具体项目请按照要求自行设定）

总结：针对高大空间的建筑类型模拟，IESVE软件MacroFlo模块充分考虑热压效应（烟囱效应），利用热压矩阵计算空气对流，并产生空气热交换，从而影响建筑整体能耗。从基础模型到竖向分区模型，IESVE提供一种求解理念，耦合MacroFlo进行热压通风，利用CFD模块进行验证（可选），欢迎各专业人士进行指正。