大空间建筑由于通风、采光等设计方面的要求，通常在建筑上部设有开口，其上部开口对室内热环境和空调能耗影响显著，且不同上开口形式室内热环境和空调能耗的差别亦十分明显，故上部开口是影响大空间建筑热环境设计和空调运行的重要因素之一。本文围绕顶部开口和上部侧墙开口形式的大空间建筑室内热环境特性和空调能耗进行了一系列理论分析、数值模拟和现场实测研究。 为了能够利用CFD比较准确地模拟暖通空调领域中的气流流动和传热问题，论文对上海国际体操中心数值模拟用数学模型边界条件进行深入探讨和完善。将壁温作为边界条件时，考虑到壁面之间的互相辐射，本文利用GEBHART吸收系数建立墙体各项传热的能量守恒方程式求解壁温，并对墙体对流换热系数这一计算中的关键参数采用表面换热分析的方法求解，计算所得壁温值与实测值接近。由于壁温和室内空气温度存在对流换热，使得墙体换热计算和CFD室温计算互相影响，因此本文对壁面温度和垂直温度进行多次迭代计算。采用国际体操中心现场实测数据与数值模拟计算结果进行对比，结果显示模拟值与实测值基本一致，误差最大值为6.9％。 针对不同上开口形式下，不同结构参数和空调运行参数对室内热环境特性的影响，以及不同上开口形式热环境特性的差别等问题，应用PHOENICS模拟软件分别对设有顶部开口和上部侧墙开口的大空间建筑进行室内速度场和温度场的多工况模拟。模拟结果显示，上部侧墙开口时的空调区温度略高于顶部开口时2℃左右；非空调区温度明显高于顶部开口工况约15℃左右。无论是温度分布还是速度分布，顶部开口形式都要比侧墙开口更加有利于改善大空间建筑室内热环境。 分别采用分层空调负荷计算方法、数值模拟和热平衡计算方法，计算和比较这两种不同上部开口形式下大空间建筑室内负荷构成及其节能特性。采用现场实测数据与负荷计算结果进行对比，结果显示计算值与实测值基本一致，且顶部开口形式较上部侧墙开口空调负荷小9.3％。根据此计算结果和现场实测数据，初步探讨大空间建筑非空调区对空调区的热转移问题和不同上开口结构参数及空调运行参数对空调负荷的影响及规律。结果表明，顶部开口时喷嘴高度是影响非空调区对空调区对流热转移的主要因素之一。顶部开口时，喷嘴高度对负荷的影响较其它因素更加显著。喷嘴高度增加，负荷接近线性递增。上部侧墙开口时，非空调区上开口高度是影响负荷的主要因素之一。开口高度增高，负荷明显减少。 对上海国际体操中心比赛主场外环境、室内温度分布和室内负荷热平衡三大项目进行现场实测。依据实测结果得到了室内温度分布和室内负荷及其构成。利