层式通风房间垂直温度分布预测方法

郇超+王沣浩+吴小舟+林章+王志华+王冠

摘要：基于层式通风房间室内空气流动特性建立了室内垂直温度分布预测模型.该模型将室内空气流动特性与热质平衡方程有机结合，并反映了室内热源强度、墙体辐射及送风参数等边界条件对室内垂直温度分布的影响.通过将模型计算结果与实验数据进行对比分析，发现室内垂直温度预测值与实验数据吻合较好，并在趋势上反映出层式通风房间室内垂直温度的变化特征.因此，本文提出的模型具有较好的预测精度，能够很好地用来指导层式通风系统的实际应用及能耗分析.

关键词：层式通风;垂直温度分布;节点模型;能量平衡

中图分类号：TU831.8 文献标识码：A

AMethodtoPredictVerticalTemperatureDistribution

inaStratumventilatedEnvironment

HUANChao1，WANGFenghao2，WUXiaozhou2，LINZhang3，WANGZhihua1，WANGGuan2

（1.SchoolofEnergyandPowerEngineering，XianJiaotongUniv，Xian，Shaanxi710049，China;

2.SchoolofHumanSettlementsandCivilEngineering，XianJiaotongUniv，Xian，Shaanxi710049，China;

3.BuildingEnergy&EnvironmentTechnologyResearchUnit，DivisionofBuildingScience

andTechnology，CityUnivofHongKong，HongKongSAR，China）

Abstract：Asanewenergysavingairsupplymode，stratumventilationsystemhasnotbeenwidelyappliedduetoinadequatetheoreticalsupport.Amathematicalmodelbasedonthecharacteristicsoftheindoorairflowwasestablishedtopredicttheverticaltemperatureprofileinastratumventilatedroom.Bycombiningthecharacteristicsofindoorairflowwithmassandenergyequilibriumequations，thismodelgavethequantitativerelationshipbetweenindoorverticaltemperaturesandboundaryconditionssuchasheatsource，enclosureradiationandsupplyairparameters.Acomparativestudyshowsthatthepredictionsofthismodelfittheexperimentvalueswell.Themodelcanrepresentthepracticalverticaltemperatureprofilesinastratumventilatedroom.Theanalysesindicatethatthisproposedmodelhasacceptableaccuracyandcanbeusedforpracticalengineeringdesignsandenergyconsumptionanalysis.

Keywords：stratumventilation;verticaltemperaturedistribution;nodalmodel;energybalance

目前，中国的建筑能耗约占总能耗的30%[1]，为了减少夏季建筑空调能耗，许多国家都倡导提高夏季空调设定温度以降低空调能耗.然而，落实的情况却差强人意.原因是传统送风方式（混合通风、置换通风）均要求室内气流速度不能过高，若将空调设定温度调高必然会引起室内人员热舒适性的降低（出汗）.采用现有系统，纵使室温26℃，节能也只有几个百分点，激励效果有限.个性化送风技术虽节约能耗[2]，但因其在费用、布置和设计方面的困难，至今并未大规模地应用在实际工程中[3].基于此，香港城市大学的林章等学者提出了层式通风系统[4]，保证在低能耗的前提下（亦即在热中性温度较高的条件下），为室内人员提供良好的空气品质和热舒适环境[5-6].

层式通风系统的典型特征为风口布置在墙体中部，通过空气射流将新鲜的空气直接送入室内人员呼吸区，在呼吸区内形成一个新鲜的空气层.该系统是一种建立在室内气流速度相对较高环境下的高温通风方式，通过加强气流运动（风速+紊流强度）来实现人体热舒适，因此所要求的送风速度相对较大.但是太大的送风速度会导致人体的热不舒适，故其应用范围有一定的限制.林章通过大量研究发现，层式通风可很好地应用于沿送风方向进深不大于9m，热负荷不大于180W/m2的房间[7].实际中常规的教室、办公室及小商店等建筑大多在此应用范围内，只要合理设计层式通风系统（送风速度控制在1.3m/s左右），则人体周围的气流速度会小于0.8m/s，计算出的最大PMV介于±0.7之间，PPD<15%[8]，完全能创造出舒适的热环境.

层式通风作为一种新的通风方式，其研究工作仍处于初级阶段.田林等人通过全尺寸实验测试及数值模拟[9-10]对层式通风房间内的环境参数进行了一系列研究，发现垂直方向上室内空气温度存在不均匀性，呼吸区温度明显低于房间其他区域，即层式通风房间内呼吸区与房间上、下部区域存在较大的温度梯度，这要求我们在计算层式通风房间负荷时必须充分考虑其室内温度分布不均匀特性.本文的目的就是要提出层式通风房间室内垂直温度分布预测方法，为层式通风房间负荷及能耗的计算提供理论模型.