【摘要】本文以經德國被動房研究院(PHI)認證的被動房項目——河北高碑店市奧潤順達被動式專家公寓樓某戶型為研究對象，并結合Airpak3.0.16軟件對帶熱交換能量回收功能的新風系統進行氣流組織模擬研究。

　　【關鍵詞】被動房;氣流組織;室內空氣質量;熱舒適性

　　《軟件和集成電路》(月刊)創刊于1984年，郵發代碼：82-469。由中國電子信息產業發展研究院、北京中電報發展有限公司主辦的計算機科學技術刊物。

　　隨著被動房在全世界的迅速發展，人們的生活環境、學習環境、工作環境發生了巨大的變化。人們逐漸認識到：被動房內的氣流組織已經成為影響室內空氣質量及熱舒適性的重要因素之一。帶熱交換能量回收功能的新風系統是被動房的標準配備。在為被動房設計帶熱交換能量回收功能的新風系統時，通常將送風口送風氣流當做射流處理，通過射流計算公式計算送風氣流射流參數，粗略預測氣流的分布情況，但是氣流具有不規則的運動軌跡、形式變化多樣的特點，傳統的射流經驗公式并不能預測和直觀體現氣流分布的特征。隨著計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics簡稱CFD)的應用與發展，計算求解結果可預測和體現氣流的流動、傳熱、傳質等過程的細節，在很大程度上彌補了帶熱交換能量回收功能的新風系統設計中不能預測和直觀體現氣流分布而造成的不足。

　　1. Airpak3.0.16軟件特點

　　CFD是計算機和流體動力學互相結合的一門學科，主要從計算方法出發，利用計算機快速的計算能力求解流體控制方程得到結果，并在后處理器中顯示。隨著計算機的廣泛應用和迅速發展，CFD不僅得到了飛速發展，而且逐漸成為產品開發研究中的重要工具。Airpak軟件是CFD軟件中的一員，Airpak3.0.16軟件為目前最高版本。

　　Airpak3.0.16是一種準確、快速且易于使用的氣流組織模擬工具，已經在住宅通風、廚房通風、工業空調、工業通風、建筑外部風環境、車間廠房等設計中得到了應用。在住宅通風方面，主要對室內溫度場、室內空氣調節區風速、空氣齡、PPD、PMV等進行氣流組織模擬。它不僅提供了簡化氣流建模技術，同時網格的快速劃分功能與Fluent解算器相結合，根據計算求解結果進行后處理，展示氣流組織各種流動特性，可為設計師在短時間內提供解決方案。從而減少設計成本，降低設計風險，縮短設計周期。

　　Airpak3.0.16調用 Fluent解算器進行流體動力學計算以及熱環境處理時，解算器結合具體的計算模型可提供完整的多種類型的網格，同時允許計算中使用非結構化網格求解形狀復雜的模型。圖1為Airpak3.0.16軟件計算流程。

　　2.模型建立

　　本文以經德國被動房研究院(PHI)認證的被動房項目河北高碑店市奧潤順達被動式專家公寓樓某戶型為研究對象(見圖2)，采用Airpak3.0.16軟件對帶熱交換能量回收功能的新風系統進行氣流組織模擬。被動房專家公寓樓某戶型室內帶熱交換能量回收功能的新風系統，采用由河北綠色建筑科技有限公司專為被動房研發的環境一體機暖通系統。此環境一體機不僅可以向室內提供新風，還可以提供冷熱源，承擔所需冷熱負荷。客廳、臥室等公共區域設置新風風口;衛生間設置集中回風風口;餐廳設置循環風風口;廚房、設備間不設置新風風口、回風風口、循環風風口。

　　客廳、臥室的新風口采用雙層百葉側送風方式，可利用貼附式效應增大氣流的射流長度。環境一體機暖通系統采用平衡式送風模式，送入客廳、臥室內的空氣經過門下縫隙進入溢流區，然后通過集中回風風口進入環境一體機，同新風進行熱交換后排出。環境一體機暖通系統與智能電氣控制系統相結合，使室內達到“恒溫、恒濕、恒氧、恒靜、恒潔”的健康舒適狀態。

　　2.1 條件設置

　　Airpak3.0.16軟件對環境一體機暖通系統進行氣流組織模擬，送風邊界條件為機械式送風，回風邊界條件為機械式回風，送風風口溫度、墻體溫度根據實際進行設置。主要邊界條件溫度設置見表1。

　　2.2網格劃分

　　網格劃分質量的高低直接影響計算精準度和顯示結果，對于最終解決方案至關重要。為了獲取高質量的網格需要將Max X size、Max Y size和Max Z size最大值設置為約房間尺寸的1/20，同時所有送風風口進行網格局部加密處理。網格劃分結果如圖3所示。

　　3. 處理結果及分析

　　3.1室內溫度場模擬結果

　　被動房在冬季制熱工況下室內溫度要求≥20℃[2]，從模擬結果中可得出，冬季制熱工況在空氣調節區(通常是指離地面高度為2m以下的區域)[4]內室內溫度為20.25℃─21.25℃(見圖4)，滿足要求。被動房在夏季制冷工況下室內溫度要求≤25℃[2]，從模擬結果中可得出，夏季制冷工況在空氣調節區(通常是指離地面高度為2m以下的區域)內室內溫度為23.75℃─24.75℃(見圖5)，滿足要求。

　　3.2室內空氣調節區風速模擬結果

　　根據“被動式超低能耗居住建筑節能設計標準”對室內空氣調節區(通常是指離地面高度為2m以下的區域)風速要求<0.15m/s[1]，從模擬結果中可得出，冬季制熱工況室內空氣調節區(通常是指離地面高度為2m以下的區域)風速<0.11m/s(見圖6)，滿足要求;夏季制冷工況室內空氣調節區(通常是指離地面高度為2m以下的區域)風速<0.22m/s(見圖7)，不滿足要求。

　　3.3空氣齡模擬結果

　　被動房室內換氣次數要求≥0.3h-1[2]，換算成空氣齡指標≤12000s，從模擬結果中可得出，冬季制熱工況空氣齡<2500s(見圖8)，滿足要求;夏季制冷工況空氣齡<3000s(見圖9)，滿足要求。

　　3.4 PPD-PMV模擬結果

　　根據“ISO 7730建筑熱濕環境標準”要求，以預計不滿意百分比PPD、預計平均得票數PMV來表述熱環境和熱舒適度指標。對PPD的數值要求：PPD<10%;PMV的數值要求：-0.5