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(1.西安航空學(xué)院，陜西 西安 710077；2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

熱風(fēng)送風(fēng)溫差對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響

李異1,馬建平2,魏朝暉1

(1.西安航空學(xué)院，陜西 西安 710077；2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

為了降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，本文以某一典型的空調(diào)辦公室為研究對(duì)象,，采用數(shù)值計(jì)算軟件Fluent模擬冬季室內(nèi)氣流組織的分布狀況，對(duì)比分析了在相同的熱負(fù)荷時(shí)不同的送風(fēng)速度和送風(fēng)溫差對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，確定了在既定的熱負(fù)荷時(shí)，在滿足規(guī)范規(guī)定的送風(fēng)溫差的前提下，大溫差送風(fēng)可以提高人體活動(dòng)區(qū)的溫度，降低人體活動(dòng)區(qū)的風(fēng)速，為其他相同或類似房間空調(diào)系統(tǒng)的選擇和氣流組織設(shè)計(jì)提供參考。

數(shù)值計(jì)算;氣流組織;送風(fēng)速度;室內(nèi)環(huán)境;人體活動(dòng)區(qū)

0 前言

空氣調(diào)節(jié)的意義在于“使空氣達(dá)到所要求的狀態(tài)”或“使空氣處于正常的狀態(tài)[1]”，受控的空氣環(huán)境對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定操作和保證產(chǎn)品質(zhì)量有重要的作用，而且對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保護(hù)人體健康、創(chuàng)造舒適的工作和生活環(huán)境有重要的意義[2]。一個(gè)內(nèi)部受控的空氣環(huán)境，一般是指在某一特定空間(或房間)內(nèi)，對(duì)空氣溫度、濕度、空氣流動(dòng)速度及清潔度進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，以滿足人體舒適和工藝生產(chǎn)過程的要求[3-5]。由此可見，室內(nèi)溫度和空氣流動(dòng)速度是室內(nèi)環(huán)境的重要的因素[6]，因此研究室內(nèi)溫度和空氣流動(dòng)速度對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響是很有必要的。本文應(yīng)用Fluent專業(yè)軟件, 建立目標(biāo)房間的物理模型，模擬分析了在相同的熱負(fù)荷條件下不同的送風(fēng)溫差和送風(fēng)速度所產(chǎn)生的室內(nèi)溫度和空氣流動(dòng)速度對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，確定了在既定的熱負(fù)荷時(shí)，在滿足規(guī)范規(guī)定的送風(fēng)溫差的前提下，大溫差送風(fēng)可以提高室內(nèi)活動(dòng)區(qū)的溫度，降低室內(nèi)活動(dòng)區(qū)的風(fēng)速的結(jié)論，為其他相同或類似房間空調(diào)系統(tǒng)的選擇和氣流組織設(shè)計(jì)提供參考。

1 物理模型的建立

本文選取一典型的辦公室做為計(jì)算模型,房間的長×寬×高為6 m×3.6 m×3.3 m，辦公室的外墻有一個(gè)寬×高為1.5 m×1.8 m的窗戶。根據(jù)我國《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50736-2012)》中規(guī)定,選擇冬季室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為18℃[7],整個(gè)系統(tǒng)計(jì)劃采用側(cè)送上回的方式。在天花板吊頂中間設(shè)置1個(gè)送風(fēng)口,吊頂下設(shè)立回風(fēng)口，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 辦公室具體結(jié)構(gòu)

2 數(shù)值模擬方案

冬季室內(nèi)空調(diào)的熱負(fù)荷只包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷[8],在送風(fēng)負(fù)荷和送風(fēng)口不變的情況下，只要送風(fēng)溫差作出變化，則送風(fēng)速度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，則室內(nèi)活動(dòng)區(qū)的溫度和風(fēng)速也會(huì)隨之改變,室內(nèi)環(huán)境也會(huì)隨之發(fā)生變化[9]。所以不同的送風(fēng)溫差和送風(fēng)速度對(duì)室內(nèi)環(huán)境有很大的影響。針對(duì)不同的送風(fēng)溫差和速度， 本文選取了4種工況進(jìn)行模擬,分別為

工況1：送風(fēng)溫差6℃，送風(fēng)速度2 m/s；

工況2：送風(fēng)溫差4℃，送風(fēng)速度3 m/s；

工況3：送風(fēng)溫差3℃，送風(fēng)速度4 m/s；

工況4：送風(fēng)溫差2.4℃，送風(fēng)速度5 m/s。

3 模擬結(jié)果及分析

3.1 溫度場

圖2～圖5是工況1，工況2，工況3，工況4，在xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的溫度場等值線圖。

圖2 工況1 溫度場等值線圖

圖3 工況2 溫度場等值線圖

圖4 工況3 溫度場等值線圖

圖5 工況4 溫度場等值線圖

由圖可見，在送風(fēng)負(fù)荷和送風(fēng)口不變的情況下，工況1送風(fēng)溫差6℃，送風(fēng)速度2 m/s，xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的溫度絕大部分等于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18℃，小部分等于19℃，平均溫度為18.2℃，工況2送風(fēng)溫差4℃，送風(fēng)速度3 m/s，xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的平均溫度為17.3℃，工況3送風(fēng)溫差3℃，送風(fēng)速度4 m/s，xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的平均溫度為17.1℃，工況4送風(fēng)溫差最小，送風(fēng)速度最大，xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的溫度最低，為16.9℃。這說明在同樣的送風(fēng)負(fù)荷的情況下，送風(fēng)溫差越大，送風(fēng)速度越低，熱氣流與室內(nèi)的換熱越充分，人體活動(dòng)區(qū)的溫度就越高；送風(fēng)溫差越小，送風(fēng)速度越高，熱氣流與室內(nèi)來不及換熱就排出室外了，人體活動(dòng)區(qū)的溫度就越低，送風(fēng)溫差對(duì)空調(diào)房間室內(nèi)環(huán)境有著重要的影響[10]。

3.2 速度場

圖6～圖9是工況1，工況2，工況3，工況4， 在xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的速度場等值線圖。

圖6 工況1 速度場等值線圖

圖7 工況2 速度場等值線圖

圖8 工況3 速度場等值線圖

圖9 工況4 速度場等值線圖

由圖可見，在送風(fēng)負(fù)荷和送風(fēng)口不變的情況下，工況1送風(fēng)溫差最大，送風(fēng)速度最小，xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的速度等于0.1 m/s，符合《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50736-2012)》中規(guī)定室內(nèi)溫度為18℃時(shí)，活動(dòng)區(qū)允許流速為0.1 m/s[11]；工況2在xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的速度等于0.14 m/s，工況3在xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的速度等于0.19 m/s，工況4送風(fēng)溫差最小，送風(fēng)速度最大，xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的速度0.24 m/s，工況2，工況3，工況4在xoz平面上y=2 m活動(dòng)區(qū)域的速度均超過規(guī)范規(guī)定的允許的速度，且超過的幅度越來越大。這說明在同樣的送風(fēng)負(fù)荷下，送風(fēng)溫差越大，速度越低，人體活動(dòng)區(qū)速度越低，送風(fēng)溫差越小，速度越高，人體活動(dòng)區(qū)速度越高，而人體活動(dòng)區(qū)速度越高，舒適性越差[12]。所以在人體活動(dòng)區(qū)風(fēng)速方面，工況1舒適性最好，工況2，工況3，工況4舒適性依次遞減。

4 結(jié)論

在熱負(fù)荷和送風(fēng)口尺寸相同的情況下，通過以上4種工況的綜合分析，可得出如下結(jié)論：

(1)送風(fēng)溫差越大，送風(fēng)速度越小，空調(diào)房間的平均溫度越高，人體活動(dòng)區(qū)的溫度越高；反之空調(diào)房間的平均溫度越低，人體活動(dòng)區(qū)的溫度越低。

(2)送風(fēng)溫差越大，送風(fēng)速度越小，空調(diào)房間的平均速度越小，人體活動(dòng)區(qū)的速度越??；反之空調(diào)房間的平均速度越大，人體活動(dòng)區(qū)的速度越大。

(3)在同樣的熱負(fù)荷下，工況1溫差大，速度低，人體活動(dòng)區(qū)溫度為18.3℃，符合設(shè)計(jì)溫度要求；而工況2，工況,3，工況4，溫差依次降低，速度依次增大，人體活動(dòng)區(qū)的溫度依次降低，達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度要求，說明在滿足規(guī)范規(guī)定的送風(fēng)溫差限制下，大溫差，小速度，能夠消耗最少的能量來滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的要求。

[1]蘇德權(quán)，李曉東，王全福.置換通風(fēng)和混合通風(fēng)室內(nèi)舒適性對(duì)比研究[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29(2)：149-154.

[2]呂文娟，陳樂，陳正時(shí).青藏±400 kV格爾木換流站建筑節(jié)能及防風(fēng)沙研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012,28(2):40-43.

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[4]劉建濤，張建成，馬杰，等.儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011，27(7)：62-66.

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[11]M. Fountain,G.S. Brager,R.de Dear,Energy and Buildings[M].1996.

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ImpactofHeatingSupplyAirDifferenceonIndoorEnvironment

LI Yi1,MA Jian-ping2,WEI Zhao-hui1

(1.Xi’an Aeronautical University,Xi’an 710077,China;2.CCCC First Highway Consultants Co., Ltd.,Xi’an 710075,China)

In order to reduce the energy consumption of air conditioning system，by applying the numerical calculation software FLUENT, the paper simulates the air distributions in winter in a typical air conditioning office, and analyzes the impact of different air velocities and supply air temperature difference on the indoor environment at the same thermal load. It concludes that a large difference between supply air temperature and room temperature can enhance the temperature of people’s surroundings at the specified thermal load and the temperature difference which is allowed in relevant standards. The paper provides suggestions for selecting an air-conditioning system and designing air distribution in the same or similar rooms.

numerical calculation;air distribution;air velocity;indoor environment;people’s surroundings

2013-10-30修訂稿日期2014-02-26

李異(1982～)，男，碩士，講師，主要從事建筑節(jié)能方面的工作。

TU831

A

1002-6339 (2014) 05-0427-03