地板送风静压箱送风均匀性研究

吴 姝 赵树兴 黄 隆 范 彬 安志红 臧效罡

1天津城市建设学院能源与安全工程学院

2浙江华展工程研究设计院有限公司

3天津市城市建设规划研究院

地板送风静压箱送风均匀性研究

吴 姝1赵树兴1黄 隆1范 彬2安志红3臧效罡3

1天津城市建设学院能源与安全工程学院

2浙江华展工程研究设计院有限公司

3天津市城市建设规划研究院

地板送风空调系统因其在热舒适、室内空气品质和节能性等方面的诸多优点，在我国逐渐得到研究和应用。本文采用CFD建立地板送风静压箱模型，模拟分析了静压箱地板送风系统静压箱高度、进风口位置及形状对静压箱送风均匀性的影响，可为工程设计提供参考。

地板送风空调系统送风均匀性静压箱高度

地板送风空调系统是利用架高地板的下部空间作为送风静压箱，通过送风静压箱上的地板送风口将处理的空气直接送到空调房间的工作区，因其所具有的节能性、灵活性、改善室内热舒适性及室内空气品质等优点，近十年来在影剧院、体育馆、办公室等建筑中得到越来越多的应用。但国内应用因起步较晚且缺少相应的设计规范，还存在一定问题，因此，开展这方面的研究就显得十分重要。地板静压箱送风均匀性[1]（即每个地板送风口都能送出相等的风量）将直接影响到地板送风空调系统的使用效果，而地板送风静压箱的合理设计对于保证地板送风均匀性至关重要。影响静压箱送风均匀性的因素有很多，比如静压箱高度、进风口的位置和形状、送风口的密度及作用半径等。本文重点研究了静压箱高度、进风口位置及形状对送风均匀性的影响。

本文采用地板送风口送风不平衡率χ作为衡量地板静压箱送风均匀性的指标。用式（1）表达：

式中：Ga为送风口实际出风量；Gd为送风口设计风量。

1 静压箱物理模型及网格划分

建立静压箱物理模型如图1所示。静压箱面积为82.26m2（9.07m×9.07m），共有16个送风口，每个送风口的设计风量为158.4m3/h（静压箱的静压力为20Pa时每个送风口的最大风量为40～47L/s[2]，本文取中间值44L/s，即158.4m3/h），静压箱的总设计风量为2600m3/h，进风口面积为0.24m2（1.1m×0.22m），进风口速度为3m/s。

图1 静压箱物理模型

网格划分：送风口采用Quad/Tri网格单元，Pave网格类型；进风口及其他面采用Quad网格单元，Map网格单元；整个静压箱体采用Tet/Hybrid网格单元，TGrid网格类型[3]。这样划分网格容易成功。边界条件设置：进风口为速度入口（velocity-inlet）；送风口为压力出口（pressure-outlet）；湍流模型为标准K-ε模型。使用的方程：连续性方程和动量守恒方程，方程的离散模式为二阶迎风格式。

2 静压箱高度对送风均匀性的影响

在研究静压箱高度对送风均匀性的影响时，本文一共设置了9种不同的静压箱高度，即100mm、110mm、120mm、150mm、200mm、220mm、250mm、280mm、300mm。根据所设置的静压箱高度，分别进行了CFD模拟计算，最后得出各高度下送风口不平衡情况如表1所示。

表1 静压箱高度对送风均匀性的影响

由表1可以看出，随着静压箱高度的增高，静压箱的送风均匀性越来越好。这说明了，静压箱的送风均匀性受到静压箱高度的影响，并且静压箱高度越大，送风均匀性越好。

3 进风口位置对送风均匀性的影响

在研究进风口位置对送风均匀性的影响时，本文主要建立矩形进风口分别位于静压箱中央上吹、侧面中部上吹、侧面中部侧吹三个位置的模型如图1、图2、图3所示。选取静压箱高度220mm、250mm、280mm、300mm四种情况进行模拟分析，模拟结果如表2。

图2 侧面中部（上吹）

图3 侧面中部（侧吹）

表2 进风口位置对送风均匀性的影响

从表2可以得出：当进风口位于静压箱中央上吹时，随着静压箱高度的增高，送风口的不平衡率≤5%的个数逐渐增多，这就表明静压箱送风均匀性越来越好；当进风口位于静压箱侧面中部上吹时，随着静压箱高度的增高，其送风口的不平衡率＞10%的个数越来越少，不平衡率逐渐趋近于5%，这也表明静压箱送风均匀性也逐渐变好；当进风口位于静压箱侧面中部侧吹时，随着静压箱高度的增高，不平衡率大于10%的送风口的个数居多，这说明静压箱的进风口不宜于处于静压箱的侧面侧吹，否则会严重地影响静压箱的送风均匀性，从而体现不出地板送风空调系统优越性。

从以上分析中，静压箱的高度对静压箱送风均匀性的影响是十分重要的，静压箱进风口位置对静压箱送风均匀性的影响也与静压箱高度有一定的关系。从表2看出在相同静压箱高度时，进风口位于静压箱中央上吹时静压箱的送风均匀性优于进风口位于侧面中部上吹的静压箱送风均匀；同时也可以看出，当进风口位于静压箱侧面中部上吹时，随着静压箱高度的增高，静压箱的送风均匀性也越来越好，此结论在天津图书馆新馆项目[4]中已得到验证。

4 进风口形状对送风均匀性的影响

为了研究进风口形状对送风均匀性的影响，本文设置了位于静压箱底面中央的圆形进风口与矩形进风口进行对比分析，一共设置了10种不同的情况，其计算结果如表3所示。

表3 进风口形状对送风均匀性的影响

从表3中可以看出，在静压箱高度为220mm、250mm、280mm时，圆形进风口的静压箱的送风口的不平衡率≤5%的个数多于矩形进风口的静压箱，这说明，对于该模型静压箱高度h≤280mm时，圆形进风口的静压箱的送风均匀性优于矩形进风口的静压箱；在静压箱高度≥300mm时，圆形进风口的静压箱的送风口的不平衡情况与矩形进风口的静压箱的送风口几乎相同，这说明，在静压箱高度h≥300mm时，圆形进风口的静压箱的送风均匀性与矩形进风口的静压箱的送风均匀性差不多。

下面给出h=220mm静压箱截面z=110mm和h=300mm静压箱截面z=150mm时的压力和速度分布图，如图4～11所示。

图4 h=220mm截面z=110mm压力分布图（矩形）

图5 h=220mm截面z=110mm速度分布图（矩形）

图6 h=220mm截面z=110mm压力分布图（圆形）

图7 h=220mm截面z=110mm速度分布图（圆形）

图8 h=300mm截面z=150mm压力分布图（矩形）

图9 h=300mm截面z=150mm速度分布图（矩形）

图10 h=300mm截面z=150mm压力分布图（圆形）

图11 h=300mm截面z=150mm速分布图（圆形）

从以上分析可以知道，圆形进风口静压箱的送风均匀性优于矩形送风口静压箱的送风均匀性。

5 结论

1）地板送风静压箱高度对静压箱送风均匀性影响最为明显。地板送风静压箱高度越大，地板送风静压箱的送风均匀性就越好。就平面尺寸一定的静压箱而言，其静压箱高度存在一个低限值。譬如本文所建立的静压箱模型，其静压箱高度h≥150mm时送风均匀性较好；而当静压箱高度h＜150mm时，其送风均匀性明显变差。

2）地板送风静压箱的进风口位置对其送风均匀性也有明显影响。模拟分析表明：进风口位于静压箱中央上吹时送风均匀性优于侧面中部上吹及侧吹。

3）地板送风静压箱的进风口形状对其送风均匀性也有一定的影响。模拟分析表明：圆形进风口的送风均匀性优于矩形进风口的送风均匀性。但考虑到圆形进风口施工方面带来的困难，一般建议选用矩形进风口。

[1]范彬.地板送风系统的模拟与实验研究[D].天津:天津城市建设学院,2012

[2]连之伟,马仁民.下送风空调原理与设计[M].上海:上海交通大学出版社,2006

[3]王福军.计算流体动力学分析—CFD软件原理与运用[M].北京:清华大学出版社,2004

[4]安志红,赵树兴.天津图书馆新馆空调设计[J].暖通空调,2012, 42(2):22-25

The Stud y o f Plenunm Cham be r A ir Sup p ly Unm ifo rm ity o f Unde r-floo r A ir Dis tribu tion Sys tem

WU Shu1,ZHAO Shu-xing1,HUANG Long1,FAN Bin2,AN Zhi-hong3,ZANG Xiao-gang3
1Schoolof Energy and Safety Engineering,Tianjin InstituteofUrban Construction
2 Zhejiang Huazhan Instituteof Engineering Research Design
3 Tianjin InstituteofUrban Construction Planning

The underfloor air distribution system has been gradually applied for its advantages on thermal com fort indoor air quality and energy saving.CFD was carried out to build amodelof static pressure box in the UFAD system in this paper.Then the influence of the plenunm chamberheight,the distribution and the shape of the air distributor on the uniform ity of theairwere simulated and analyzed.The resultssuggestways to thedesign of thissystem.

underfloorairdistribution system,uniformity of theair,plenunm chamberheight

1003-0344（2014）02-064-4

2013-4-30

吴姝（1987～），女，硕士研究生；天津城市建设学院成德斋508（300384）；E-mail:ws13752672475@126.com