張 帥

沈陽世茂新發(fā)展置業(yè)有限公司

低溫送風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)值模擬分析

張 帥

沈陽世茂新發(fā)展置業(yè)有限公司

低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的興起是隨著冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展而逐漸被人們所熟知，在國外被譽為繼變風(fēng)量技術(shù)以來空調(diào)技術(shù)的又一重大變革。低溫送風(fēng)與冰蓄冷技術(shù)的結(jié)合在一定程度上可以更好的利用冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫冷凍水，而且使初投資的回收年限縮短，具有較明顯的節(jié)能效果。因此，在能源消耗越來越大的空調(diào)領(lǐng)域，有越來越多的學(xué)者開始將研究課題轉(zhuǎn)向研究低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。

低溫送風(fēng)系統(tǒng)；室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)值；分析

前言：

本論文采用數(shù)值模擬方法，并與理論分析相結(jié)合，針對沈陽地區(qū)的實際工程，對低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進行研究、預(yù)測和評價；對速度場、溫度場、相對濕度場進行模擬和預(yù)測，得到房間內(nèi)速度、溫度、相對濕度的詳細分布情況，分析不同氣流組織方式對室內(nèi)熱舒適性的影響。為低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實際工程應(yīng)用提供一些理論參考和指導(dǎo)意義。

1、模型的建立

1.1 低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

相對于送風(fēng)溫度在12-16℃范圍內(nèi)的常溫空調(diào)系統(tǒng)而言，所謂低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，是指系統(tǒng)運行時送風(fēng)溫度≤11℃的空調(diào)系統(tǒng)。

本論文所研究的為沈陽地區(qū)一電玩城，冬夏天均采用空調(diào)系統(tǒng)進行供熱供冷。考慮到由于夏天的冷負荷比冬季的熱負荷要大很多，而且電玩城的人員密度比較大，冷負荷中主要是人體散熱負荷，潛熱負荷的比例很大，要求空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理設(shè)備具有較強的去濕功能。故采用低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，不僅具有較好的去濕功能，還可以使風(fēng)管的尺寸得到較好的匹配，而且低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)比常溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)具有運行費用低、初投資少、提高空調(diào)舒適性等優(yōu)點。該電玩城的房間尺寸為30m×7m×4.5m，此房間除南墻外，其余各墻均為內(nèi)墻。設(shè)計參數(shù)為室內(nèi)溫度25℃，相對濕度45%。

1.2 模型描述及簡化

1.2.1 異側(cè)上送下回。模型尺寸：根據(jù)房間建筑尺寸，建立三維立體模型，長、寬、高分別為30m、7m、4.5m，除南墻外，其余各墻均為內(nèi)墻。氣流組織：采用上側(cè)送風(fēng)，異側(cè)下部回風(fēng)的形式。風(fēng)口布置：在南北兩側(cè)分別布置送、排風(fēng)口，北墻布置送風(fēng)口，南墻布置排風(fēng)口。北墻布置8個條縫形風(fēng)口側(cè)壁送風(fēng)，風(fēng)口尺寸為1200mm×40mm，風(fēng)口中心距地面高度為4.4m，南墻布置6個尺寸為300mm×300mm的格柵式回風(fēng)口側(cè)壁排風(fēng)，風(fēng)口中心距地面高度為0.4m。在房間里有電子游戲設(shè)備和人員，需要對這些設(shè)備及人員進行一定的處理。本文中將不考慮這些設(shè)備及人員的體積，而把它們所產(chǎn)生的冷負荷平均分配到各個墻壁。

1.2.2 同側(cè)上送下回。風(fēng)口布置：送風(fēng)口排風(fēng)口均布置在北墻，布置8個條縫形送風(fēng)口側(cè)壁送風(fēng)，風(fēng)口尺寸為1200mm×40mm，風(fēng)口中心距地面高度為4.4m，布置6個尺寸為300mm×300mm的格柵式回風(fēng)口側(cè)壁排風(fēng)，風(fēng)口中心距地面高度為0.4m。

1.3 網(wǎng)格劃分及計算設(shè)置

本文模擬的對象的建筑空間整體幾何尺寸較大，而風(fēng)口的幾何尺寸相對整體尺寸而言較小，為了更好的描述空調(diào)房間內(nèi)的氣流組織分布，在物理模型的網(wǎng)格劃分中，對模型的送、排風(fēng)口進行了單獨的細化劃分，增強了計算的準確性和模擬結(jié)果的可信度。

2、模擬結(jié)果及分析

2.1 異側(cè)上送下回

2.1.1 從斷面Z=1.2m和Z=1.8m的溫度可以看出，北墻側(cè)的空氣溫度要低于南墻側(cè)的溫度，并且北墻側(cè)的溫度梯度也要小于南墻側(cè)。這是由于南墻受太陽輻射的作用，使得南墻側(cè)的熱流量比較大。整體上看，溫度分布較均勻，且集中在24～26℃。房間內(nèi)部個別較大溫度點(27℃、28℃)分布在角落的位置，不會引起室內(nèi)人員不舒適感。溫度場基本達到了設(shè)計要求。

2.1.2 從斷面Z=1.2m和Z=1.8m的速度可以看出，由于送風(fēng)射流的卷吸作用、重力作用和排風(fēng)口的負壓作用，工作區(qū)內(nèi)存在四個較明顯的回旋渦流。并且氣流有向上偏移的趨勢，這是由于在送風(fēng)口中間的垂直區(qū)域形成了負壓區(qū)所造成的。旋渦的存在雖在一定程度上有利于室內(nèi)空氣的流動，但不利于室內(nèi)污染物的直接排除。從斷面Z=1.2m和Z=1.8m的速度云圖可以看出，風(fēng)速都集中在0.3m/s以下，風(fēng)速都很小而且分布均勻，沒有大的波動。速度場基本達到了設(shè)計要求。

2.1.3 從斷面Z=1.2m和Z=1.8m的濕度場可以看出，房間靠墻側(cè)濕度較低，尤其是南墻，這是由于部分冷空氣沿著墻壁流下，對墻壁周圍空氣的濕度造成較大影響，而且南墻位于射流末端，下降冷空氣較多，濕度較低。整體上看，人員活動區(qū)域濕度分布較均勻，集中在45%～55%。

2.1.4 從整體上看，溫度場、速度場和濕度場的分布都隨著高度的降低逐漸趨于均勻。

2.2 同側(cè)上送下回

同側(cè)上送下回與異側(cè)上送下回氣流組織比較分析：

2.2.1 從斷面Z=1.2m和Z=1.8m的溫度分布可以看出，與異側(cè)上送下回氣流組織一樣，都會在熱流量比較大的南墻附近形成較大的溫度梯度。溫度大都集中在24～26℃。盡管同側(cè)上送下回與異側(cè)上送下回氣流組織的溫度值都滿足251℃的要求，但無論從整體上看，還是從測點的溫度值上看，同側(cè)上送下回氣流組織方式符合設(shè)計溫度25℃的點更多，溫度梯度更小，而且同側(cè)上送下回氣流組織方式的溫度不均勻系數(shù)比異側(cè)上送下回氣流組織小。即同側(cè)上送下回比異側(cè)上送下回氣流組織的溫度分布更均勻，更貼近設(shè)計溫度值。

2.2.2 從斷面Z=1.2m和Z=1.8m的速度矢量和速度云圖可以看出，由于送風(fēng)射流的卷吸作用、重力作用和排風(fēng)口的負壓作用，工作區(qū)內(nèi)仍然存在三個較明顯的回旋渦流。雖然依然無法消除工作區(qū)域的渦流，但速度不均勻系數(shù)比異側(cè)上送下回氣流組織小，即速度分布更均勻。

2.2.3 同側(cè)上送下回氣流組織方式的空氣分布特性指標ADPI值比異側(cè)上送下回氣流組織的ADPI值大，熱舒適性較好。

2.2.4 從同側(cè)上送下回氣流組織方式的濕度場可以看出，人員活動區(qū)域濕度分布較均勻，集中在45%～55%，不同氣流組織方式對濕度場的影響較小。

2.2.5 從整體上看，兩種氣流組織方式的溫度場、速度場和濕度場的分布都隨著高度的降低逐漸趨于均勻。

3、結(jié)論

本文主要利用Fluent軟件對低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)同側(cè)上送下回和異側(cè)上送下回兩種氣流組織方式對室內(nèi)熱環(huán)境的影響進行模擬和分析，從而得到房間內(nèi)溫度場、速度場和相對濕度場的詳細分布情況，對于低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用和研究有著重要的指導(dǎo)意義。

[1]嚴德隆，張維君.空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù).中國建筑工業(yè)出版社，1997，243-255.