摘要：为研究廊道式和箱体式两种双幕墙体系的通风性能，以及外层幕墙通风百叶倾角对通风效果的影响，利用 A十算流体力学中的数值风洞模拟双幕墙建筑的通风状况，并与风洞试验结果相比较；采用多种倾角工况和不同来流 风向对通风口百叶进行建模计算■分析结果表明，采用大涡湍流模型中的动力亚格子尺度（SGS)模型能很好地模拟 双幕墙体系的实际风场；在满足建筑通风要求的前提下使用箱体式来代替廊道式幕墙能获得更加良好的居住环境； 通风百叶在一定程度上起到导风板的作用，在45°倾角附近具有最佳的通风效果.

 

关键词：双幕墙建筑；通风性能；计算流体力学；大涡模拟

 

玻璃幕墙由于它的轻盈、美观和采光好等优 点在现代建筑中被广泛应用.然而，这种围护体系 同时存在着隔音、隔热性能差等缺点.使用双层玻 璃幕墙能够克服单层幕墙的诸多不足，但却同时 带来建筑物通风换气的新问题.为此，人们设计出 各种类型的双层幕墙通风体系，期望满足建筑物 通风换气要求.

 

双层幕墙通风体系的基本结构是由内、外两层 幕墙组成，内层与外层幕墙之间形成一个相对独立 的通风空间，在热压或风压的作用下空气可以从外 层幕墙的百叶窗口进出流动.根据分隔布置形式的

收稿日期：2003 - 12- 03. 浙江大学学报（工学版）网址:

 

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50378085).

不同，现有的双幕墙通风体系可分为：整体式、廊道 式、通道式和箱体式四种形式[K2].

 

双幕墙建筑最早兴起于20世纪90年代的欧 洲，尤其在德国应用较为广泛.目前我国也开始设计 和建造具有双层幕墙围护的建筑，如浙江省电信公 司大楼、拟建的杭州黄龙体育中心20号B地块办 公楼等.但由于应用尚少，对其通风性能更是鲜有研 究，而通风性能又是取舍该种建筑方案的重要指标. 本文利用计算流体动力学（CFD)数值风洞技术，采 用大涡湍流模型（LES)中的动力亚格子尺度（SGS) 模型，对某双幕墙办公楼在各风向角下的通风性能

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进行了详细分析，并与风洞试验结果相对比，验证了 动力SGS模型的适用性.在此基础上，进一步分析 比较了廊道式和箱体式双层幕墙体系的通风状况， 提出了通风口百叶的最佳倾斜角度，为今后设计合 理通风路径、实现较高通风效率的双幕墙体系提供 参考.

 

1 CFD数值风洞

 

目前常用的数值模拟湍流模型有：标准k模 型、改进h模型、雷诺应力方程（RMS)模型和LES 模型，它们有各自的优缺点.在现阶段，LES方法中 的SGS模型对各种流动类型都能给出较好的结 果本文将采用这一模型进行双层幕墙通风流场 计算.

 

大涡湍流模型的主要思想是：紊流由不同尺度 的涡漩组成，紊流的脉动与混合主要由大尺度涡造 成.大尺度涡表现为高度的各向异性，强烈依赖于边 界条件；小尺度涡几乎是各向同性的，主要作用是耗 散能量，受边界条件影响较小.大涡湍流模拟方法旨 在用非稳态的Navier-Stokes方程来直接模拟大尺 度涡，但不计算小尺度涡，小尺度涡对大涡的影响采 用紊流模型模拟[4].

 

大涡湍流模拟方法的第一步是将所有运动参变 量划分为大尺度量和小尺度量，这一过程称为滤波. 大尺度量通常把瞬时运动参变量uU，y, z, t)和 大涡模拟运动参变量U(x，y, z, t)建立加权平均 关系，即

 

式中：u(x，y； Zj t)为瞬时运动参量，t/O，yj Zj t)为大涡湍流模拟的运动参变量，G(:r，为权 函数，称为滤波函数.不同的学者所取的滤波函数 不同，例如Deardorff取权函数为 Gix, jy, z)=

 

 

2. 1 工程概况

 

图1所示为待建办公楼，其建筑面积24 399 m2， 建筑高度82. 6 m.在建筑方案中考虑办公环境和人 体的舒适性，强调贴近自然和环保的设计理念，引进 国际先进的建筑风环境设计方法，构造了上、下通风 百叶窗和拔风井相结合的廊道式双幕墙体系（图 2)，期望以自然风改善建筑的室内空气和建筑内部 的风环境.显然在热压下，上、下百叶窗分别起到排 气和进气作用，见图2.

6表示滤波@宽度或网格宽度.在SGS模型中，将 C?用不同特征尺度的两个滤波作为空间与时间的 变量予以确定，即网格滤波和试验滤波[3].

 

将对角线张量部分与压力项合并，可定义一个 修正的压力：

式中：R,j包含了小尺度量，称为雷诺应力.通常把 式（3)的亚格子雷诺应力张量分解成一个对角线张 量与一个迹为零的张量之和：

式中：K称为亚格子涡黏性系数