1
项目设计概况
新疆国际会展中心二期，地处乌鲁木齐市水磨沟区，为特大型展览建筑，总建筑面积203 126 m
2
；最高檐口标高为23.30 m，屋面最高点标高为35.30 m。由6个标准展厅和1个多功能展厅（9＃～15＃展厅，其中12＃展厅为多功能展厅），以及休息廊、相关配套服务用房、管理和设备等功能用房组成。9＃～11＃，13＃～15＃展厅面积均为7 740 m
2
，屋顶高度为19.1～25.7 m；12＃展厅面积为12 800 m
2
，屋顶高度为27～35 m。
该项目夏季采用间接蒸发式空调，全新风系统；冬季热源为市政高温水，经换热后提供给空调系统，采用新风＋回风的空调系统。展厅采用分层空调，在每个展厅四角或者展厅两侧（12＃展厅），即设备平台上设置空调机组；风管从展厅两侧管廊接至展厅，风管接温控球形喷口。展厅三维剖切面见图1。
2
项目空调负荷计算
经计算，该项目采用全室空调系统时，展厅夏季空调总冷负荷为3 214 kW；采用分层空调，空调负荷为2 386 kW，减少约25.8%。若按照当量满负荷运行时间法，忽略2种空调形式的运行时间差异，则采用分层空调可节能25.8%。下面以9＃展厅为例，计算分层空调负荷。
2.1
负荷计算参数
9＃展厅平面尺寸为120 m×64.5 m，圆形屋面的高度为19.1～25.7 m，工作区高度为2 m。乌鲁木齐夏季空调室外计算干球温度
t
ｗ
＝33.5 ℃，计算日平均温度为28.3 ℃；展厅内设计温度为26 ℃。围护结构具体参数见表1。
2.2
负荷计算过程
分层空调的冷负荷由空调区域冷负荷和热转移冷负荷组成。空调区域冷负荷包括空调区的外围护结构冷负荷
Q
kw
，空调区内热冷负荷
Q
kn
（人员、设备和灯光等发热而引起的冷负荷），以及室外新风渗透造成的冷负荷
Q
x
（由于围护结构密闭性较好，且夏季全新风运行，本次设计中忽略此项）。热转移冷负荷包括辐射热转移负荷
Q
f
和对流热转移负荷
Q
d
。其中辐射热转移负荷又包括：1）非空调区各个面（屋面、墙和窗户等）对地面辐射换热引起的冷负荷；2）非空调区域各个面对空调区域墙体辐射换热引起的冷负荷。因此，分层空调的冷负荷
Q
fc
表示为
空调区域冷负荷的计算与传统冷负荷计算无异，故本文重点介绍热转移冷负荷计算。
2.2.1 空调分层高度
H
根据喷口参数，计算得出送风射流落差
Y
＝9.9 m，取10 m。分层高度
H
＝12 m。非空调区域内的温度
t
2
＝31 ℃。
2.2.2 外围护结构冷负荷及内热冷负荷
根据空调系统分层高度，采用谐波反应法分别计算空调区和非空调区的室内冷负荷，得到空调区域围护结构冷负荷
Q
kw
＝25 kW，空调区域内热冷负荷
Q
kn
＝293 kW；非空调区外围护结构冷负荷
Q
fw
＝198 kW，非空调区域设备冷负荷
Q
fn
＝65 kW。
2.2.3 外围护结构内表面温度
τ
w
展厅外围护结构内表面温度计算结果见表2。Δ
t
fp
为屋顶或外墙外表面辐射平均温升，取7.5 ℃；Δ
t
w
为屋顶或外墙“作用时间”室外温度波动部分的综合负荷温差；
t
n
为室内计算温度；Δ
t
zh
为外围护结构综合温差。
2.2.4
辐射热转移负荷
Q
f
经计算
Q
f
＝
36.6
kW，计算过程见原文。
2.2.5
对流热转移负荷
Q
d
经计算，对流热转移负荷为
61.1
kW。展厅分层空调总的冷负荷为
415.7
kW。
2.3
分析
采用全空调系统时，总冷负荷为
581
kW，采用分层空调冷负荷比全空调冷负荷减少
28.2%
。由负荷计算可知，分层空调的分层高度越小，需要保证舒适度的区域越小，则空调的冷负荷也越小。本次设计中由于建筑设备层高度和展厅宽度的限制，造成送风口安装高度较高，射程较远；为保证工作区处于回流区，需以较大仰角（
10
°）喷射。造成分层高度较高，限制了分层空调进一步发挥其节能优势。
3
气流组织计算
由于建筑所限，球形喷口设置在标高
11.8 m
处（相对于室内地面）。采用下回风，回风口底距地面
0.3 m
。
9
＃展厅及
15
＃展厅采用
80 000 m
3
/h
的空调机组，其他展厅采用
50 000 m
3
/h
的空调机组，送风温差
10
℃。按照室内空间的划分确定喷口数量和单个喷口风量范围，并查阅厂家样本，选择喷口型号。每侧设置
58
个喷口，单个喷口风量为
2 750 m
3
/h
，初选喷口规格为
D500
，出风口直径
300 mm
。每侧喷口送风距离为
28.8 m
。通过计算确定喷口的送风流速和送风方向，校核工作区的流速是否满足舒适性要求。该工程中喷口射流的计算按照《实用供热空调设计手册》介绍的方法进行。
4
气流组织模拟
在本次设计中，空调分层高度
H
是一个关键的参数，而
H
是结合气流组织计算公式，经过试算得出的，比较容易出现误差。故在设计过程中，进行了气流组织模拟验证，并检验冬季分层空调的可行性。
4.1 CFD
建模
建模过程中进行必要的简化，忽略中间展厅，将
9
＃和
15
＃展厅对接合拼在一起。采用
Gambit
软件，按照设计实际尺寸和展位布置，送回风口及排风口数量、位置、大小等信息建立模型。
外围护结构的边界条件按照设计值，输入热流边界条件；展厅底部设置展台，人员热负荷附加在展台上，人员密度按照
0.33
人
/m
2
，人员冷负荷为
108 W/
人；灯光冷负荷附加在屋顶冷负荷中。实际设计选用
Φ
500的球形喷口，单个喷口有效面积为
0.064 2 m
2
，模型中等效采用
Φ
300的圆形入口边界；风口风量、送风角度、送风温度等按照气流组织计算结果输入；根据工程实际情况，每个展厅两端设置
