不同送风方式对室内空气相对湿度分布的影响

赵航宇，刘泽勤

(天津商业大学 机械工程学院/天津市制冷技术工程中心，天津 300134)



不同送风方式对室内空气相对湿度分布的影响

赵航宇，刘泽勤

(天津商业大学 机械工程学院/天津市制冷技术工程中心，天津 300134)

摘要：采用计算流体力学软件Fluent，数值模拟了空调房间在不同送风方式下的湿度分布，上送上回送风方式下空气的速度矢量分布及温度分布。研究表明：下送上回的送风方式下，湿度分层较为明显，梯度较大，人体活动区域的相对湿度较高。由上送上回的送风方式可见，研究平面内相对湿度分布规律会受空气速度及温度分布的强烈影响。

关键词：数值模拟；送风方式；相对湿度分布

1引言

随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对空气品质的要求越来越高。然而人类活动尤其工业生产对大自然的影响不断增大，其自我净化能力遭到直接或者间接的破坏，造成环境质量大幅度下降，环境质量的下降不仅影响到人类的生活质量，也对人类的身体健康产生了诸多影响[1]。作为提供室内人工环境控制的空调系统，不但维持室内的温度场和速度场，并对室内空气的相对湿度进行控制。室内空气相对湿度同温度和空气流速一样，对于人居建筑，不仅关系到人体的热舒适性[2，3]，对室内空气品质也有显著的影响[4，5]。研究显示，当室内相对湿度参数偏低，人们的舒适感将变差，并易引起多种疾病，如皮肤干燥、口唇开裂、感冒等等[6]，还可能会导致静电的产生[7]。同样，室内空气相对湿度偏高，也会引起人体的不舒适，而且空调房间内湿度过高还容易导致结露或发霉。

鉴于此，国内外诸多学者曾对室内空气相对湿度进行研究。西安建筑科技大学陈英杰[8]对现常用的变流量空调系统进行了研究，对不同的变流量空调系统对室内相对湿度的影响给予分析。湖南大学土木工程学院龚光彩[9]老师等人运用CFD方法研究证明，在大空间座椅送风系统中，空间的相对湿度分布与温度相似，同样存在层状梯度分布。McIntyre[10]对不同空气相对湿度(20%、50%、70%)对人体热感觉的影响进行了研究。结果发现，高空气湿度会使人体有闷的感觉。 日本学者Tanabe[11]等通过实验研究发现，80%RH下的热舒适水平与70%RH或湿度更低时不同。本文在此基础上，采用计算流体力学软件Fluent，数值模拟空调房间在上送下回、侧送下回、下送上回、上送上回4种送风方式下的湿度分布，探索不同送风方式对室内空气相对湿度分布的影响，并重点模拟分析了上送上回送风方式下空气相对湿度与速度矢量分布及温度分布的关系。

2建模

图1为空调房间示意图，几何尺寸为6 m(长)×4 m(宽)×3.5 m(高)。室内布置有4组热源，包括模拟人、模拟电脑、灯、墙壁。房间内有4个人，考虑到人的一般坐姿，将人体设为1.2 m高的方体，单个人体发热量为75 W；室内有两组日光灯用于照明，单组发热量为34 W；房间内配备4台电脑用于办公，单台电脑的发热量115 W。室内所有的热源均设为面热源。墙壁散热量设为4.5 m2。送回风口布置见图1。控制室内设计温度26 ℃[12]，计算送风温度为20.7 ℃，保持720 m3/h的恒定送风量，由于4种不同送风方式的送风口合面积相等，故送风速度均为1 m/s，设计室内相对湿度为60%[12]。模拟工况见表1。

3模拟结果分析与讨论

图2～图5分别为上送下回、侧送下回、下送上回、上送上回4种不同送风方式下室内不同区域的湿度分

表1　模拟工况

布图。取x=1.2 m截面作为切面研究空调室内相对湿度分布，从图中可以看出，不同送风方式下房间的整个

研究平面内大部分区域的相对湿度值符合设计要求。上送下回、侧送下回、上送上回3种送风方式下研究平面内的相对湿度基本均在58%～65%范围内变化。下送上回的送风方式下人体周围的相对湿度相比其它送风方式相对较高，湿度分层也较为明显，梯度较大。其它3种送风方式下湿度分层都较为紊乱，梯度大小也较为一致，而上送上回的送风方式下室内大部分区域的湿度大小要略高于另两种。

图6～图7分别给出了上送上回送风方式下室内不同区域的速度矢量分布及温度分布。取x=1.2 m截面作为研究平面，对比图5和图6发现室内相对湿度分布规律与空气流动规律比较相似，其会受到空气流动方向的强烈影响。由图5和图7可见，温度较高的区域空气相对湿度均较低，因为当空气含湿量相等时，随着温度的升高空气相对湿度将有所下降，而湿空气的运动过程可近似为一个等含湿量过程[9]。从保证工作区舒适性的角度来看，室内空气相对湿度、温度及送风速度的这种分布特性，导致在系统设计时，只要保证工作区满足人的舒适性的要求即可，这将有助于能源的合理化利用。

4结语

当前，人们对自己的生活环境提出了更高的质量要求，舒适性空调较高的湿度控制要求便被提上日程。本文鉴于此，采用计算流体力学软件Fluent，数值模拟空调房间在上送下回、侧送下回、下送上回、上送上回四种送风方式下的湿度分布，并重点模拟分析了上送上回送风方式下空气相对湿度与速度矢量分布及温度分布的关系，结论如下。

(1)4种不同送风方式下房间的整个研究平面内大部分区域的相对湿度值符合设计要求。而上送下回、侧送下回、上送上回三种送风方式下人体活动区域的相对湿度均低于下送上回的送风方式下的相对湿度。下送上回的送风方式下，湿度分层也较为明显，梯度较大，其它三种送风方式下湿度分层都较为紊乱。

(2)研究平面内相对湿度分布规律与空气流动规律比较相似，其会受到空气流动方向的强烈影响。而温度较高的区域空气相对湿度均较低，除数值大小的变化规律外，湿度分布与温度分布具有相似的分布特性。

参考文献：

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[3]K Kitagawa，N Komoda，H Hayano，et al.Effect of humidity and small air movement on thermal comfort under a radiant cooling ceiling by subjective experiments[J].Energy and Buildings，1999(30):185～193.

[4]马晓钧.通风空调房间温湿度和污染物分布规律及其应用研究[D].北京：清华大学，2012.

[5]C J Simonson，M Salonvaara，T Ojanen.The effect of structures on indoor humidity possibility to improve comfort and perceived air quality[J].Indoor Air，2002(12):243～251.

[6]周亮.关于空调加湿的几种方式及应用的探讨[J].医药工程设计杂志，2003，24(4):25～28.

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[8]陈英杰.不同条件下空调系统对相对湿度控制的研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.

[9]龚光彩，谢赛男，吴京龙，等.座椅送风大空间湿度分布模拟[J].湖南大学学报：自然科学版，2008，35(7):21～24.

[10]D A McIntyre，I D Griffths.Subjective resp-onses to atmospheric humidity[J].Environmental Research，1975(9):66～75.

[11]S Tanabe，K Kimura，T Hara.Thermal comfort requirements during the summer season in Japan[J].ASHRAE Transactions，1987，93(1):564～577.

[12]ASHRAE standard 62-2001.Fundamentals of good indoor air quality (Humidity management)[S].Atlanta:ASHRAE Inc，2001.

Effect of Different Air Supply Modes on Relative Humidity Distributionof Indoor Air

Zhao Hangyu， Liu Zeqin

(SchoolofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofCommerce，EngineeringCenterofTianjinRefrigerationTechnology，Tianjin300134，China)

Abstract:Adoptingthe computational fluid dynamics software FLUENT，the article makes a numerical simulation of the humidity distribution under different air supply modes in air-conditioned room，and the velocity vector distribution and temperature distribution under the air supply mode of up-inlet and up-outlet.The article finds out that under the air supply mode of down-inlet and up-outlet，the humidity stratification is more obvious and the gradient is greater，and the air relative humidity of human activity region is lower.By the air supply mode of up-inlet and up-outlet，the article finds out that the relative humidity distribution laws will be strongly influenced by the distribution of air velocity and temperature.

Key words:numerical simulation;air supply mode;relative humidity distribution

文章编号：1674-9944(2016)02-0105-03

中图分类号：X913

文献标识码：A

作者简介：赵航宇(1986—)，男，河北张家口人，天津商业大学机械工程学院硕士研究生。通讯作者：刘泽勤(1961—)，男，上海人，博士，教授，主要从事人工环境控制研究。

基金项目天津市高等学校科技发展基金计划项目(编号：20120910)

收稿日期：2015-12-02