侧送低温风口防结露的数值模拟分析

周　磊，刘　辉

（1.浙江省建筑设计研究院，浙江杭州310006；2.浙江东南建筑设计有限公司，浙江杭州310012）

侧送低温风口防结露的数值模拟分析

周磊1，刘辉2

（1.浙江省建筑设计研究院，浙江杭州310006；2.浙江东南建筑设计有限公司，浙江杭州310012）

通过对设计的侧送低温风口进行气流组织和温度场的CFD模拟（FLUENT），分析了引起结露的主要因素，并采取改进措施以达到防结露的要求，制作出符合要求的侧送低温风口。得出的结论可以为侧送低温风口的设计提供理论基础。

侧送低温风口；气流组织；防结露；数值模拟

0　引言

近年来，我国用电负荷不断增长，且增长的用电负荷绝大部分集中在高峰用电时段，各地区频繁出现电力紧张，甚至拉闸限电的状况。国家现行的峰谷电价措施，推进了冰蓄冷和低温送风技术的发展。低温的风是“高品位冷量”，可以提高空调制冷系统整体能效和降低制冷系统整体投资及建筑造价，改善室内空气品质和热舒适性［1］，如何合理的利用低温送风，关键在于低温风口的设计选择。

然而，现在应用的大多是顶送的低温风口，对于那些要求较高层高的空间，就要采用侧送的形式，但是某些顶送的低温风口能不能用于侧送，以及如何开发出合适的侧送低温风口，仍然是需要探讨的问题。

鉴于实际试验条件的限制以及制作低温风口的复杂过程，针对以上问题，本文主要借助于CFD软件对侧送低温风口进行气流组织和温度场的数值模拟，并采取改进措施以达到防结露的要求，制作出符合要求的侧送低温风口。

1　工程概况

现有某工程根据现场装修及层高要求，需要侧面安装低温风口。以前大多采用的是顶送低温风口，顶送低温风口的送风形式不易将其用于侧送（如图1所示），使得低温风口的模板要重新制作，但可以借鉴顶送的形式来开发侧送低温风口。考虑到夏季低温风口需要防结露的特殊性，要确保其改造后的风口不结露才好成批生产。为了节约时间和费用，本文简化一侧送风房间来进行CFD模拟，用其来指导侧送低温风口的设计。

图1　顶送低温风口气流组织分布图

图2　侧送低温风口气流组织分布图

从图1和图2中可以看出，顶送和侧送都是贴附平面射流的形式，可以相互借鉴，贴附射流轴心速度的衰减比自由射流慢，达到同样的轴心速度射程更远，防止冷风过早沉降，适合低温送风空调系统。

本文设计的侧送低温风口模型尺寸为800×110mm，两排小孔的尺寸为φ20mm，共56个，如图3所示。

2　房间模型

本模拟采用的一个简化的侧送风房间。模拟低温送风下送方式情况下室内气流场和温度场。房间的尺寸5m×3m×3m，内部热源为人员和计算机，其中电脑1台（300W/台），工作人员1人（150W/人），总计所需冷负荷为3.08kW；低温送风口1个；回风口尺寸为0.5m× 0.3m。将坐姿的人体简化为0.4m×0.3m×1.2m长方体，电脑简化为0.4m×0.4m×0.4m的正方体。房间内的具体布置如图4所示。

图3　侧送低温风口的模型

图4　房间模型

3　房间模型说明

室内的冷负荷是由低温送风来承担的，室内设计温度为25℃，相对湿度为60%。设定低温送风的送风温度9℃，低温风口一个，送风风量560m3/h。为简化问题，使控制方程适用于本问题，作如下假设：对于流场计算条件的设定室内流体为不可压缩常物性牛顿流体；空气密度采用Boussinesq假设，即流体密度仅依赖温度变化，与压力无关；室内的湍流Re数较低，采用RNG的k-ε模型求解流场控制方程；在近壁面处采用非平衡壁面函数法［2］。

图5　侧送低温风口的气流组织分布

图7　房间的气流组织分布

4　侧送低温风口气流组织和温度场的模拟分析

4.1侧送低温风口防结露的分析

由图5可以看出，低温风口侧送出的气流是贴附着风口侧壁流出的，形成贴附射流，因此风口侧壁不接触高温气流不易结露。值得注意的是，有气流被诱导反吹到中间百叶和孔芯上，考虑到结露的标志是物体的表面温度低于空气的露点温度，所以还要根据该气流的露点温度来判断是否会引起结露，这就要由该风口的温度场分布（如图6所示）来分析。由图6可以看出，这股诱导返回的气流温度接近送风温度9℃，由焓湿图可以计算出：不论诱导返回的气流的相对湿度是多少，该气流的露点温度都应该低于中间百叶和孔芯的表面温度，就不易出现结露的现象。

图6　侧送低温风口的温度场分布

图8　房间的温度场分布

由图5和图6可见，低温气流离开风口时，利用产生较高的流速来诱导旁边的气流，使得送出的低温气流没有完全包络到风口包边，包边周围的气流温度高于送风温度9℃，且下面包边周围的气流温度显著高于上面包边，因此风口的包边是易于产生结露的部位。防结露的措施是：上面包边可以将风口紧贴顶板安装，通过产生较好的贴附射流效果来避免结露，下面包边仅靠气流组织的方法很难做到防结露的要求，一般采用在包边上贴附导热性差的材料--塑料或者注绒来提高包边表面温度的方法。

4.2房间舒适性的分析

分析完低温风口是否结露的首要条件，再来看看房间的气流组织和温度场分布情况。由图7可以看出，气流射流到墙边，在离墙边较近的距离下沉，再从人体下方自下向上流动，使得人体旁边的气流是呈上升的羽流形式，温度较高的气流由顶板的排风口排出，气流的涡流区远离人体，人体周围的流速在0.3m/s左右，符合较好的气流组织标准［3］。由图8可以看出，低温的气流贴近顶板和墙边，人体周围的气流温度在垂直方向上的温差不超过3℃，符合设计要求。

5　结语

从以上的模拟分析来看，侧送低温风口的包边是最容易结露的部位，很难通过外形改进的措施（即优化气流组织的方式）来避免结露，但可以借鉴别的厂家防结露的经验：贴附导热性差的材料--塑料或者注绒。本文仅为侧送低温风口防结露的设计提供理论基础，具体的实施还需要通过试验来验证实际的应用效果。当然要设计出较合理的侧送低温风口还要考虑房间的特征长度、射程、贴附长度及静压降等参数，这就需要试验来分析计算和不断完善。

［1］周俊凯.冰蓄冷低温送风空调系统低温风口的设计和实验研究［D］.杭州：浙江大学，2004.

［2］王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用［M］.1版.北京：清华大学出版社，2004.

［3］吴喜平，朱哲.低温送风空调室内气流和舒适度的研究［J］.华东电力，2000，18：16～18

Numerical Simulation Study on Preventing Moisture Condensation of the Cold Air Diffuser in the Side

ZHOU Lei1，LIU Hui2
（1.Zhejiang Province Institute of Architectural Design And Research，Hangzhou 310006，China；2.Zhejiang Southeast Architectural Design Co.，Ltd，Hangzhou 310012，China）

This paper analyses the important factors that cause dew by the CFD（FLUENT）which simulates the air distribution and temperature fields of the cold air diffuser in the side，and takes measures to prevent moisture condensation，and manufactures the cold air diffuser in the side according to quality requirements.The conclusion provides the theoretical foundation for the actual design of cold air diffuser in the side.

cold air diffuser in the side；air distribution；prevention of moisture condensation；numerical simulation

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.019

TU831

B

2095-3429（2015）04-0070-04

2015-05-25

修回日期：2015-07-10

周磊（1981-），男，山东泰安人，工学硕士，工程师，从事暖通设计工作。