郇超+王灃浩+吳小舟+林章+王志華+王冠

摘要：基于層式通風房間室內空氣流動特性建立了室內垂直溫度分布預測模型.該模型將室內空氣流動特性與熱質平衡方程有機結合，并反映了室內熱源強度、墻體輻射及送風參數(shù)等邊界條件對室內垂直溫度分布的影響.通過將模型計算結果與實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)室內垂直溫度預測值與實驗數(shù)據(jù)吻合較好，并在趨勢上反映出層式通風房間室內垂直溫度的變化特征.因此，本文提出的模型具有較好的預測精度，能夠很好地用來指導層式通風系統(tǒng)的實際應用及能耗分析.

關鍵詞：層式通風;垂直溫度分布;節(jié)點模型;能量平衡

中圖分類號：TU831.8 文獻標識碼：A

AMethodtoPredictVerticalTemperatureDistribution

inaStratumventilatedEnvironment

HUANChao1，WANGFenghao2，WUXiaozhou2，LINZhang3，WANGZhihua1，WANGGuan2

（1.SchoolofEnergyandPowerEngineering，XianJiaotongUniv，Xian，Shaanxi710049，China;

2.SchoolofHumanSettlementsandCivilEngineering，XianJiaotongUniv，Xian，Shaanxi710049，China;

3.BuildingEnergy&EnvironmentTechnologyResearchUnit，DivisionofBuildingScience

andTechnology，CityUnivofHongKong，HongKongSAR，China）

Abstract：Asanewenergysavingairsupplymode，stratumventilationsystemhasnotbeenwidelyappliedduetoinadequatetheoreticalsupport.Amathematicalmodelbasedonthecharacteristicsoftheindoorairflowwasestablishedtopredicttheverticaltemperatureprofileinastratumventilatedroom.Bycombiningthecharacteristicsofindoorairflowwithmassandenergyequilibriumequations，thismodelgavethequantitativerelationshipbetweenindoorverticaltemperaturesandboundaryconditionssuchasheatsource，enclosureradiationandsupplyairparameters.Acomparativestudyshowsthatthepredictionsofthismodelfittheexperimentvalueswell.Themodelcanrepresentthepracticalverticaltemperatureprofilesinastratumventilatedroom.Theanalysesindicatethatthisproposedmodelhasacceptableaccuracyandcanbeusedforpracticalengineeringdesignsandenergyconsumptionanalysis.

Keywords：stratumventilation;verticaltemperaturedistribution;nodalmodel;energybalance

目前，中國的建筑能耗約占總能耗的30%[1]，為了減少夏季建筑空調能耗，許多國家都倡導提高夏季空調設定溫度以降低空調能耗.然而，落實的情況卻差強人意.原因是傳統(tǒng)送風方式（混合通風、置換通風）均要求室內氣流速度不能過高，若將空調設定溫度調高必然會引起室內人員熱舒適性的降低（出汗）.采用現(xiàn)有系統(tǒng)，縱使室溫26℃，節(jié)能也只有幾個百分點，激勵效果有限.個性化送風技術雖節(jié)約能耗[2]，但因其在費用、布置和設計方面的困難，至今并未大規(guī)模地應用在實際工程中[3].基于此，香港城市大學的林章等學者提出了層式通風系統(tǒng)[4]，保證在低能耗的前提下（亦即在熱中性溫度較高的條件下），為室內人員提供良好的空氣品質和熱舒適環(huán)境[5-6].

層式通風系統(tǒng)的典型特征為風口布置在墻體中部，通過空氣射流將新鮮的空氣直接送入室內人員呼吸區(qū)，在呼吸區(qū)內形成一個新鮮的空氣層.該系統(tǒng)是一種建立在室內氣流速度相對較高環(huán)境下的高溫通風方式，通過加強氣流運動（風速+紊流強度）來實現(xiàn)人體熱舒適，因此所要求的送風速度相對較大.但是太大的送風速度會導致人體的熱不舒適，故其應用范圍有一定的限制.林章通過大量研究發(fā)現(xiàn)，層式通風可很好地應用于沿送風方向進深不大于9m，熱負荷不大于180W/m2的房間[7].實際中常規(guī)的教室、辦公室及小商店等建筑大多在此應用范圍內，只要合理設計層式通風系統(tǒng)（送風速度控制在1.3m/s左右），則人體周圍的氣流速度會小于0.8m/s，計算出的最大PMV介于±0.7之間，PPD<15%[8]，完全能創(chuàng)造出舒適的熱環(huán)境.

層式通風作為一種新的通風方式，其研究工作仍處于初級階段.田林等人通過全尺寸實驗測試及數(shù)值模擬[9-10]對層式通風房間內的環(huán)境參數(shù)進行了一系列研究，發(fā)現(xiàn)垂直方向上室內空氣溫度存在不均勻性，呼吸區(qū)溫度明顯低于房間其他區(qū)域，即層式通風房間內呼吸區(qū)與房間上、下部區(qū)域存在較大的溫度梯度，這要求我們在計算層式通風房間負荷時必須充分考慮其室內溫度分布不均勻特性.本文的目的就是要提出層式通風房間室內垂直溫度分布預測方法，為層式通風房間負荷及能耗的計算提供理論模型.