周港 高清民 翟兆國 高旭明 張永

1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250101；

2.同方德誠（山東）科技股份公司 山東 濟(jì)南 250000

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，空調(diào)被越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)生活當(dāng)中，人們對空調(diào)房間的熱舒適性的要求也在逐步升高。對于人員長期停留的辦公室來說，良好的氣流組織能提高室內(nèi)工作人員的熱舒適性，有益于身體健康，同時(shí)能提升工作效率。本文利用Airpak3.0軟件，針對某辦公室的空調(diào)系統(tǒng)氣流組織進(jìn)行模擬研究，分析比較不同工況下室內(nèi)的速度場和溫度場，為空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考[1]。

1 物理模型

圖1 物理模型

本文以濟(jì)南市某辦公室為研究對象，利用Airpak3.0建立辦公室模型[2]。辦公室X軸方向長12m，Z軸方向長8m，Y軸方向長4m，Z軸正向?yàn)楸毕?，四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)除北面墻壁及窗戶為恒壁溫外，其余均為絕熱墻壁。其余模型參數(shù)見表1。房間內(nèi)兩個(gè)盤管均距地面3m，采用側(cè)送風(fēng)方式。參考《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊》，辦公室空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo)取用90W/m2，人均新風(fēng)量按照30m3/人，送風(fēng)溫度18℃，經(jīng)計(jì)算風(fēng)口風(fēng)速為1.5m/s。同時(shí)通過調(diào)整空調(diào)送風(fēng)口與南墻的距離，共建立3種工況：工況一（距南墻1.5m）；工況二（距南墻2.5m）；工況三（距南墻3.5m）[3]。

表1 模型參數(shù)

2 數(shù)學(xué)模型

為簡化問題，提出以下假設(shè)：

①辦公室內(nèi)空氣為不可壓縮流體，符合Boussinesq假設(shè)；②室內(nèi)空氣為穩(wěn)態(tài)流動；③門窗氣密性良好。湍流模型采用Launder和Spalding提出的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。控制方程采用連續(xù)性方程、動量方程和能量方程。通用形式如下：

式中： 為空氣密度； 為速度矢量； 為因變量，可表示速度矢量分量、溫度等流體參數(shù)； 為對應(yīng) 的擴(kuò)散系數(shù)；為源項(xiàng)[4]。

3 模擬結(jié)果及分析

3.1 室內(nèi)速度場模擬結(jié)果及分析

由圖2至圖4中的速度場模擬結(jié)果可知，三種工況在截面Y=1.1m處的速度場差異并不大。由于墻壁的阻擋，送風(fēng)碰到墻壁后，向兩邊分散，并在兩側(cè)角落處形成渦流，且風(fēng)口位置離南墻越遠(yuǎn)，渦流越明顯。三種方案下，人員工作區(qū)的風(fēng)速均在0.3m/s以下，人不會有強(qiáng)烈吹風(fēng)感，能滿足空調(diào)房間夏季舒適性的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 工況一模擬結(jié)果

圖3 工況二模擬結(jié)果

圖4 工況三模擬結(jié)果

3.2 室內(nèi)溫度場模擬結(jié)果及分析

由圖2至圖4中的Y=1.1m截面溫度場模擬結(jié)果可以看到，三種工況在人員呼吸平面上均會形成兩個(gè)明顯的溫度在24℃～25℃的區(qū)域，且隨著送風(fēng)口距離北墻越近，這兩個(gè)區(qū)域也逐漸靠近北墻。

三種工況在人員活動區(qū)域內(nèi)的垂直溫差均小于3℃，無明顯溫度差異，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7730中的“腳暖頭涼”的要求。但工況一中Y=1.1m人員呼吸區(qū)域，溫度在27℃～28℃，溫度較高[5]。

4 結(jié)束語

通過在送風(fēng)溫度18℃，送風(fēng)速度1.5m/s，送風(fēng)角度0°，側(cè)送風(fēng)口距墻1.5m、2.5m、3.5m的三種工況進(jìn)行模擬，并對各個(gè)工況在速度場、溫度場、PMV和PPD方面進(jìn)行了對比，可以得出以下結(jié)論：

工況一、工況二和工況三的速度場雖然在垂直方向上都有一定的分層，但在人員工作區(qū)域內(nèi)差異并不大，均能滿足人員熱舒適性要求，三種工況下不會讓室內(nèi)人員有明顯吹風(fēng)感。由于采用側(cè)送風(fēng)對房間送風(fēng)，由于受到北墻的阻礙，三種工況均會在北墻附近形成渦流，氣流擾動較大。

在工況三中，大部分人員位置，溫度場和速度場均符合設(shè)計(jì)要求，均能有較高的滿意度，建議實(shí)際應(yīng)用中考慮工況三的安裝位置。