黃忠杰，王亞林

(1.浙江省省直建筑設計院，浙江 杭州 310011；2.浙江省建筑設計研究院，浙江 杭州 310006)

?

低溫送風變風量空調熱舒適性研究

黃忠杰1，王亞林2

(1.浙江省省直建筑設計院，浙江 杭州 310011；2.浙江省建筑設計研究院，浙江 杭州 310006)

摘要：以一個典型辦公房間為模型,通過對一款國產(chǎn)射流型低溫送風口產(chǎn)品數(shù)值建模，對比研究了采用低溫送風和常規(guī)風機盤管散流器送風這兩種不同送風方式下，變送風量工況時的房間速度場、溫度場分布及舒適性指標。結果表明，該類型射流型風口與變風量空調結合，在較廣的送風量變化范圍內，均可實現(xiàn)很好的氣流分布和熱舒適性。

關鍵詞：低溫送風；變風量空調；熱舒適性

按送風溫度的高低，低溫送風空調通常可分為三大類[1]。本文研究的低溫送風是指送風溫度范圍為6℃～8℃的第二類低溫送風，該送風溫度適合與冰蓄冷技術結合，因而受到工程設計歡迎。

在低溫送風發(fā)展早期，有人指出該系統(tǒng)的低溫射流容易下降到工作區(qū)，造成室內人員的吹風感，由于送風溫度低這種不適感可能更為強烈[2]。出于以上顧慮，一些工程設計人員在設計低溫送風工程時更傾向于采用帶風機的混合動力箱末端。但是，這種風機動力箱末端的小功率定速風機甚至可完全抵消主送風機因變頻調速節(jié)約的能耗，且小風機的噪聲會降低室內環(huán)境質量。

本文通過數(shù)值分析，力圖表明采用射流型低溫送風口可實現(xiàn)很好的氣流分布和熱舒適性，并且指出其工況適用性，充分發(fā)揮低溫送風的優(yōu)勢實現(xiàn)空調末端系統(tǒng)的最優(yōu)節(jié)能效果。

1研究模型和方法

1.1空間與送風布局模型

以位于杭州市錢江新城區(qū)域的某辦公大樓為研究背景，選取該大樓一側臨窗的典型辦公間為研究對象，其主體為長方體結構，尺寸為10.2 m×7.6 m×2.7 m(長×深×高)。房間一面為通長通高外窗(朝西)，其余三面均為內墻。針對該研究對象，構建了兩個送風模型進行研究。其中，模型一為該房間實際設計采用的低溫送風模型，天花板上均勻布置6只低溫送風口，使用一沿窗長條型回風口進行回風；模型二為對比模型，使用常規(guī)風機盤管新風系統(tǒng)，該模型采用典型設計，使用2只8#風機盤管，300 mm×300 mm散流器送風，200 mm×800 mm格柵風口回風。圖1為兩種模型的示意圖。

1.2風口模型

低溫風口模型參照該項目采用的國內某品牌自主研發(fā)和制造的射流型方形低溫風口建立。該風口由復合材料一次成型，送風芯體由許多圓形噴口組成，一次低溫風以較高的速度經(jīng)過噴口，對周圍環(huán)境空氣產(chǎn)生強烈的誘導和卷吸，并形成二次風。該風口面板尺寸為600 mm×600 mm，頸部尺寸240 mm×240 mm。圖2給出了該低溫風口的斷面示意圖。對于常溫散流器風口，參照常見的普通型散流器建立模型，風口頸部尺寸300 mm×300 mm，面板尺寸600 mm×600 mm。計算時，以風口內部噴口或風口喉部斷面作為邊界條件，通過數(shù)值計算獲得風口自身的流體力學特性，確保風口出風面流場更為接近真實情況。

圖1　送風模型示意圖

圖2　低溫送風口斷面示意圖

1.3變工況場景

為考察空調負荷變化時送風特性的變化，計算考慮了表1所示的四種負荷不同場景下的邊界熱流密度構成和室內平均含濕量數(shù)據(jù)(根據(jù)室內散濕量、空調送風含濕量計算得到)。

表1　計算場景表

1.4數(shù)值計算方法

考慮到高速射流過程是高度復雜的三維非穩(wěn)態(tài)過程，屬于紊流運動，數(shù)值計算選用RNG的k-ε紊流模型，該模型可提高快應變流動計算精度。

對于房間各壁面，取無穿透不可滑移條件。為簡化問題，使控制方程適用于本問題，作如下假設：室內流體為不可壓縮常物性牛頓流體；空氣密度采用Boussinesq假設，即流體密度僅依賴溫度變化，與壓力無關；在近壁面處采用非平衡壁面函數(shù)法。忽略熱輻射對氣流組織的影響。

使用前處理軟件ICEM對風口內部流道及房間進行整體建模，劃分六面體結構化網(wǎng)格，使用CFD計算軟件Fluent對研究對象進行數(shù)值求解。

2氣流組織與熱舒適性評價

本文采用空氣分布特性指標(ADPI)和預計平均熱感覺指數(shù)PMV(predictedmeanvote)分別作為氣流組織和熱舒適性評價方法。

2.1空氣分布特性指標

與定風量系統(tǒng)不同，變風量空調系統(tǒng)的氣流分布特性隨送風量的改變而變化，類似的風機盤管系統(tǒng)隨著風量調節(jié)也如此。對于低溫送風變風量系統(tǒng)，由于空調送風與室內空氣溫差較常規(guī)系統(tǒng)大，送風量小，其氣流分布是否均勻對熱舒適性影響尤為顯著。

考慮到人員活動范圍，將高度0.2～1.8m，距離外窗0.5m以上的區(qū)域定義為工作區(qū)，本文只考察該區(qū)域的ADPI。為分析更全面，對落在工作區(qū)的所有計算網(wǎng)格每個網(wǎng)格點都計入ADPI樣本點，并以網(wǎng)格體積作為權重參與計算。計算所得的ADPI見表2。分析表2可見，對于參與分析的二種設計方案，無論是低溫送風變風量系統(tǒng)還是風機盤管散流器系統(tǒng)都有較理想的氣流分布特性。需要指出的是，即便在送風量很小的場景下，雖然氣流卷吸作用減弱，但是使用射流型風口的低溫送風系統(tǒng)，其工作區(qū)ADPI指標也未見有明顯惡化。

表2　不同場景下工作區(qū)ADPI指標匯總

2.2熱舒適性與送風能量利用率

以往文獻對空調末端送風系統(tǒng)的能量利用率一般均以送風能量利用率為標準。這種分析未將送風中含有的冷熱量和速度綜合加以考慮，因此不能充分反映送入到空調區(qū)的冷量與人的冷熱感之間的關系。因此，有必要考察同樣冷量投入到空調區(qū)后不同送風形式對應溫度的影響和PMV的差異。若同樣的送風能量進入房間可以使人獲得更冷的感受，則我們認為這種方式有較好的能量利用率，在工程實踐中獲得同樣的熱舒適性可以減少空調能量的投入。

圖3～6分別給出了不同風量負荷率場景下，離地1m高度截面處，兩種送風模型的PMV指標分布圖。左列為低溫送風，右列為風機盤管送風。由圖可知，在離地1m高度處，兩種送風系統(tǒng)均能達到讓人滿意或者基本滿意的空調環(huán)境。但是低溫送風方式使人主觀感受更加涼快(PMV指標更低)，且滿意度相對風機盤管更高，尤其在空調負荷較低(送風量也較低)的工況時這種情形更加明顯，此時的風機盤管送風系統(tǒng)更趨向于濕熱感，見表3。

圖3　Z=1.0 m高度PMV分布圖(一)

圖4　Z=1.0 m高度PMV分布圖(二)

圖5　Z=1.0 m高度PMV分布圖(三)

圖6　Z=1.0 m高度PMV分布圖(四)

場景場景描述加權平均|PMV|-0.5≤PMV≤0.5的點占整個工作區(qū)的比例/%-1≤PMV≤1的點占整個工作區(qū)的比例/%1-1低溫風口100%0.22044793.0100.01-2低溫風口75%0.20091195.7100.01-3低溫風口50%0.22020195.6100.01-4低溫風口25%0.4389973.5100.02-1散流器100%0.5725836.2096.522-2散流器75%0.477254.6796.742-3散流器50%0.446764.4996.752-4散流器25%0.93010.0474.36

3結語

使用CFD方法計算分析了不同負荷率場景下，變風量低溫送風系統(tǒng)與常規(guī)散流器風機盤管系統(tǒng)氣流特性和室內熱舒適性的差異。結論如下：

1)變風量低溫送風系統(tǒng)與常規(guī)散流器風機盤管系統(tǒng)都能獲得讓人滿意的氣流分布指數(shù)(ADPI)，得益于低溫送風系統(tǒng)更好的除濕能力;其所能獲得的熱感覺指數(shù)(PMV)要明顯優(yōu)于常規(guī)散流器風機盤管系統(tǒng)。對于同樣的冷量供應，低溫送風使人主觀感受更加涼快，有利于降低空調能耗。

2)空調送風量的變化，對房間ADPI指標的影響不大，但是對PMV指標的影響相對明顯，尤其是在較低風量時，常規(guī)散流器風機盤管系統(tǒng)的PMV指標迅速惡化。相比較而言，變風量低溫送風系統(tǒng)在低送風量條件下，仍能取得較好的PMV指標。

3)選擇合適的送風口形式和布置方式，是變風量低溫送風系統(tǒng)成功運行的重要條件之一。對于本文所研究射流型低溫送風口，它可在較大的送風量變化范圍內，取得良好的送風效果。小風量、多風口的設計方法，在本文研究的工程項目中得到了成功應用。

參 考 文 獻

[1]BerglundLD.Comfortcriteriainalow-humidityenvironment.EPRITR-104373[S].ElectricPowerResearchInstitute,PaloAlto,CA, 1994.

[2]嚴德隆，張維群.空調蓄冷應用技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997:245-247.

收稿日期：2016-01-27

作者簡介：黃忠杰(1984—)，男，浙江樂清人，工程師，從事暖通設計工作。

中圖分類號：TU834.5+2

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)05-0055-05

Study on Thermal Comfort of Low-temperature VAV System

HUANG Zhongjie1, WANG Yalin2