趙建博黃曉瑞

1山東省建筑設(shè)計(jì)研究院

2青島海信日立空調(diào)系統(tǒng)有限公司

側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)研究

趙建博1黃曉瑞2

1山東省建筑設(shè)計(jì)研究院

2青島海信日立空調(diào)系統(tǒng)有限公司

對側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)在不同負(fù)荷率下進(jìn)行夏季工況，過渡季節(jié)工況，冬季內(nèi)區(qū)工況的系統(tǒng)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出此種通風(fēng)方式下送風(fēng)口的速度分布，室內(nèi)的溫度分布，0.1m處的風(fēng)速等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)在滿足室內(nèi)熱舒適性的前提下，能夠提高房間的負(fù)荷承擔(dān)能力，與混合通風(fēng)相比能夠得出較高的通風(fēng)效率；另外，階梯形的風(fēng)口較普通的送風(fēng)口能較少地卷吸上區(qū)品質(zhì)差的空氣，能更好地滿足側(cè)墻上置置換通風(fēng)的風(fēng)口特性要求。

上置風(fēng)口 置換通風(fēng) 負(fù)荷承擔(dān)能力 通風(fēng)效率

0 引言

與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)相比，置換通風(fēng)作為一種空氣品質(zhì)高、熱舒適性好的送風(fēng)方式，開始受到廣泛的重視，在工業(yè)、民用和公共建筑中開始得到越來越多的應(yīng)用。一般說來，置換通風(fēng)可分為風(fēng)口落地式，地板下送風(fēng)，風(fēng)口上置式，可以將風(fēng)口落地式和地板下送風(fēng)統(tǒng)稱為傳統(tǒng)的置換通風(fēng)。傳統(tǒng)的置換通風(fēng)既占用了房間下部的有效空間，又在某些場合造成風(fēng)口難以布置，因此，課題組曾提出利用側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)這種送風(fēng)方式來解決傳統(tǒng)置換通風(fēng)風(fēng)口布置受限、負(fù)荷能力較低（一般為40W/m2[1]等缺點(diǎn)，并做了相應(yīng)工作[2]，但是做的還不夠深入，還需要進(jìn)一步的研究。

本文在課題組原有工作的基礎(chǔ)上，對側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)在不同負(fù)荷率下進(jìn)行夏季工況，過渡季節(jié)工況，冬季內(nèi)區(qū)工況的系統(tǒng)性能做了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，得到了此種送風(fēng)方式下的負(fù)荷承擔(dān)能力及通風(fēng)效率值。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和測試手段

實(shí)驗(yàn)在一個(gè)如圖1所示的氣流分布實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室的L×B×H=3.40m×2.90m×2.95m，實(shí)驗(yàn)室的四壁絕熱，在東墻上開有一窗戶，以便于觀察。送風(fēng)口安裝于北墻，風(fēng)口出風(fēng)斷面高度2.20m，斷面尺寸1.25m×0.20m（b），其中送風(fēng)口為普通條形百葉風(fēng)口簡稱普通風(fēng)口，送風(fēng)口為在普通風(fēng)口內(nèi)裝有一傾斜插板，使內(nèi)側(cè)風(fēng)量占總風(fēng)量的65%，外側(cè)風(fēng)量占35%，并且送風(fēng)面分為寬度相等的兩部分，從而使內(nèi)側(cè)速度（u1）大外側(cè)速度（u1）小，簡稱階梯形風(fēng)口[2]，如圖2所示，出風(fēng)口寬度均為0.10m。回風(fēng)口位于房頂南側(cè)中心處，尺寸0.40m×0.40m；實(shí)驗(yàn)室東西墻各裝有一盞熒光燈，均為60W；以發(fā)熱電爐絲作熱源，將均勻打孔鐵皮做成熱源形狀反扣于發(fā)熱電爐絲上，以此做成模擬熱源，熱源靠近房間的西南角。

圖1 辦公室實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖2 階梯形送風(fēng)口模型圖

本實(shí)驗(yàn)采用JWB一體化溫度變送器測量溫度場，精度A級（±0.15%FS）；采用HD103T.0微風(fēng)速變送器測量速度場，精度±0.04m/s（0～0.99m/s），±0.2m/s（4～5m/s）。室內(nèi)裝有滑軌系統(tǒng)可改變測點(diǎn)的位置。

2 實(shí)驗(yàn)方案和測點(diǎn)布置

實(shí)驗(yàn)分為夏季，過渡季節(jié)，冬季內(nèi)區(qū)三大工況。其中，階梯形風(fēng)口記為工況a，普通風(fēng)口記為工況b，工況a和b根據(jù)負(fù)荷率的不同又各分為四個(gè)工況，各工況的參數(shù)列于表1中（其中熱源模型為：人體100W/人，電腦300W/臺，打印機(jī)200W/臺）。

表1 實(shí)驗(yàn)工況

參照文獻(xiàn)[3]，將距離風(fēng)口安裝墻面1.0m（X＞1.0m），離地面0.1m（Z＞0.1m）以上，1.8m（Z＜1.8m）以下的區(qū)域定義為工作區(qū)。

實(shí)驗(yàn)中主要測量室內(nèi)溫度分布，0.1m處風(fēng)速及送風(fēng)口沿豎墻各斷面的速度分布。因此，在室內(nèi)均勻布置9個(gè)測點(diǎn)分別測量各點(diǎn)的垂直溫度分布，見圖3；為了測量地面上0.1m處的風(fēng)速，分別布置Y1=0.70m、Y2=1.45m、Y3=2.20m三條測量線，每條測量線上自北墻根沿X方向分別布置10個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)坐標(biāo)見圖4；風(fēng)口出口沿射流方向（Y方向）布置11個(gè)射流水平斷面，在每個(gè)斷面上（X方向）從墻面向射流外緣測量每間隔20mm布置一個(gè)點(diǎn)用以測量風(fēng)口各斷面的速度分布，見圖5。

圖3 室內(nèi)溫度測點(diǎn)布置圖

圖4 0.1m處速度測點(diǎn)布置圖

圖5 風(fēng)口特性測點(diǎn)布置圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 工作區(qū)垂直溫度梯度

置換通風(fēng)的熱舒適性要求室內(nèi)工作區(qū)0.1～1.8m處的垂直溫差小于3℃，因此，在室內(nèi)均勻地選擇了9個(gè)點(diǎn)來查看室內(nèi)的溫度分布特性?，F(xiàn)僅將冬季內(nèi)區(qū)工況a2的9個(gè)點(diǎn)的垂直溫度分布給出于圖6中，可以發(fā)現(xiàn)，水平溫度分布均勻；盡管各點(diǎn)的水平位置不同，但各點(diǎn)的垂直溫度梯度還是基本相同的，第三點(diǎn)對應(yīng)的溫度大于其它各點(diǎn)的溫度，這是由于第三點(diǎn)位于熱源附近的緣故，其它各工況具有相同的特點(diǎn)。圖7～9將各工況工作區(qū)（0.1m＜Z＜1.8m）處的垂直溫差繪成曲線，可以發(fā)現(xiàn)，隨著負(fù)荷率及送風(fēng)量的增大，0.1～1.8m處的垂直溫度有增大的趨勢，但除負(fù)荷率較大工況時(shí)（114W/m2）的某些點(diǎn)外，各工況工作區(qū)各點(diǎn)0.1～1.8m處的垂直溫差均滿足小于3℃的要求。由此可以說明，在負(fù)荷率≤93W/m2時(shí)側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)工作區(qū)滿足置換通風(fēng)熱舒適性的垂直溫差要求。

圖6 冬季內(nèi)區(qū)工況a2室內(nèi)各點(diǎn)的垂直溫度分布

圖7 夏季各個(gè)工況0.1～1.8m垂直溫差

圖8 過渡季節(jié)各個(gè)工況0.1～1.8m垂直溫差

圖9 冬季內(nèi)區(qū)各個(gè)工況0.1～1.8m垂直溫差

3.2 工作區(qū)0.1m處的風(fēng)速

文獻(xiàn)[3]給出舒適性空調(diào)室內(nèi)風(fēng)速冬季≤0.20m/s，夏季≤0.30m/s，而一般認(rèn)為置換通風(fēng)室內(nèi)最大風(fēng)速出現(xiàn)在地板附近，特別是0.1m高度左右，因此，測量了各工況下室內(nèi)各測點(diǎn)的0.1m處的風(fēng)速值，現(xiàn)僅將各工況測線Y2=1.45m上的風(fēng)速值曲線在圖10～12中給出。由圖可知：在送風(fēng)射流沿地面擴(kuò)散的方向上，0.1m處的風(fēng)速總體呈不斷減小的趨勢，工作區(qū)范圍內(nèi)，僅在負(fù)荷率較大工況時(shí)（114W/m2）的個(gè)別點(diǎn)速度值超過了規(guī)定值，其它各工況各點(diǎn)的速度值均滿足舒適性空調(diào)要求，其余側(cè)線有相同的特點(diǎn)。這充分說明：在負(fù)荷率≤93W/m2時(shí)此種送風(fēng)方式下室內(nèi)工作區(qū)0.1m處風(fēng)速基本滿足舒適性要求。

圖10 夏季Y2=1.45m截面各工況地面0.1m處風(fēng)速

圖11 過渡季節(jié)Y2=1.45m截面各工況地面0.1m處風(fēng)速

圖12 冬季內(nèi)區(qū)Y2=1.45m截面各個(gè)工況0.1m處風(fēng)速

3.3 各工況的通風(fēng)效率

由測出的送風(fēng)，排風(fēng)及室內(nèi)工作區(qū)的溫度值可以計(jì)算出各工況的通風(fēng)效率，做出曲線如圖13～15。由圖可知，側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)的通風(fēng)效率在各工況下最小值也大于1.4，最大值高達(dá)2.2左右，均遠(yuǎn)大于混合通風(fēng)的通風(fēng)效率，這充分體現(xiàn)了置換通風(fēng)的優(yōu)越性。另外，在所做的工況里除了夏季a2工況外，階梯形的風(fēng)口的通風(fēng)效率均大于普通風(fēng)口，這充分說明對于側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)，階梯形的風(fēng)口形式較普通風(fēng)口能得到較高的通風(fēng)效率值，更適用于側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)。

圖13 夏季各工況通風(fēng)效率E

圖14 過渡季節(jié)各工況通風(fēng)效率E

圖15 冬季內(nèi)區(qū)各工況通風(fēng)效率E

3.4 風(fēng)口的卷吸特性

將階梯形風(fēng)口和普通風(fēng)口在同一負(fù)荷率下沿射流（Z方向）方向各斷面最大速度的無因次速度值曲線做出，現(xiàn)僅將冬季內(nèi)區(qū)工況a1和b1的Um/Uo曲線給出，見圖16。其中，Um為沿射流（Y方向）方向各斷面的最大速度值，m/s；Uo為出風(fēng)口的平均速度值，m/s；z為沿射流（Z方向）方向與出風(fēng)口斷面的距離，m；b為出風(fēng)口的寬度0.2m。

圖16 冬季內(nèi)區(qū)工況a1和b1的Um/Uo

分析圖中數(shù)據(jù)可知：在同樣的送風(fēng)量和送風(fēng)口出風(fēng)斷面的前提下，階梯形送風(fēng)口的Um/Uo均大于普通風(fēng)口，尤其在沿射流方向0～0.4m的距離上。這反映出階梯形風(fēng)口的卷吸弱于普通風(fēng)口，尤其在沿射流方向0～0.5m的距離上，其余工況也有相同特點(diǎn)。因此可以得出，階梯形風(fēng)口更適用于側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)，因?yàn)槠湓谏蠀^(qū)卷吸空氣品質(zhì)差的空氣量小于普通風(fēng)口。

4 結(jié)論

1）在滿足熱舒適性的前提下，上置置換通風(fēng)能大大提高房間的負(fù)荷承擔(dān)能力，其負(fù)荷承擔(dān)能力可以由傳統(tǒng)的置換通風(fēng)的40W/m2提高到約90W/m2。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)負(fù)荷率提高到114W/m2時(shí)房間內(nèi)有些工作區(qū)內(nèi)點(diǎn)的熱舒適性無法得到滿足。

2）在滿足熱舒適性的前提下，上置置換通風(fēng)較混合通風(fēng)能得到較高的通風(fēng)效率值，最高時(shí)可達(dá)2.2左右。

3）階梯形風(fēng)口較普通風(fēng)口在沿射流方向0～0.4m的距離上的卷吸量較小，卷吸上區(qū)空氣品質(zhì)差的空氣量較少，并且能得到稍高的通風(fēng)效率值，更適用于側(cè)墻上置風(fēng)口置換通風(fēng)。

[1]A G L Svensson.Nordic experience of displacement ventilation systems[J].ASHRAE Transactions,1989,95(2):1013-1017

[2]魏京勝.上置置換通風(fēng)風(fēng)口特性及氣流組織實(shí)驗(yàn)研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2005

[3]采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50019-2003)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

Expe rim e nta l Study on Sys te m Pe rform a nc e of Dis pla c e m e nt Ve ntila tion w ith High Side w a ll Outle t

ZHAO Jian-bo1,HUANG Xiao-rui2
1 Shandong Provincial Architectural Design Institute
2 Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co.,Ltd.

Experimental study on displacement ventilation with high sidewall outlet,which includes conditions of summer,transition season,winter indoor under different load rates,the experiment data which include distribution of the supply air velocity,the air temperature,the 0.1m velocity are obtained.From the experiment data,displacement ventilation with high sidewall outlet systems are capable of removing larger heat loads,maintaining higher ventilation efficiency compare with mixing ventilation before it can maintain acceptable comfort;Otherwise,according to displacement ventilation with high sidewall outlet,the diffusers which the distribution of supply air velocity was uneven are better than the distribution of supply air velocity was even,because they are capable of absorbing less contaminated air of the upper zone.

up-fixing diffusers,displacement ventilation,capacity of thermal duty,ventilation efficiency

1003-0344（2015）02-018-4

2014-2-18

趙建博（1982～），男，碩士，工程師；山東省濟(jì)南市槐蔭區(qū)經(jīng)十路22799號銀座中心一號樓3501（250022）；0531-87913376；E-mail:zhaojianboly@163.com