低温送风变风量空调热舒适性研究

黄忠杰，王亚林

(1.浙江省省直建筑设计院，浙江 杭州 310011；2.浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州 310006)



低温送风变风量空调热舒适性研究

黄忠杰1，王亚林2

(1.浙江省省直建筑设计院，浙江 杭州 310011；2.浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州 310006)

摘要：以一个典型办公房间为模型,通过对一款国产射流型低温送风口产品数值建模，对比研究了采用低温送风和常规风机盘管散流器送风这两种不同送风方式下，变送风量工况时的房间速度场、温度场分布及舒适性指标。结果表明，该类型射流型风口与变风量空调结合，在较广的送风量变化范围内，均可实现很好的气流分布和热舒适性。

关键词：低温送风；变风量空调；热舒适性

按送风温度的高低，低温送风空调通常可分为三大类[1]。本文研究的低温送风是指送风温度范围为6℃～8℃的第二类低温送风，该送风温度适合与冰蓄冷技术结合，因而受到工程设计欢迎。

在低温送风发展早期，有人指出该系统的低温射流容易下降到工作区，造成室内人员的吹风感，由于送风温度低这种不适感可能更为强烈[2]。出于以上顾虑，一些工程设计人员在设计低温送风工程时更倾向于采用带风机的混合动力箱末端。但是，这种风机动力箱末端的小功率定速风机甚至可完全抵消主送风机因变频调速节约的能耗，且小风机的噪声会降低室内环境质量。

本文通过数值分析，力图表明采用射流型低温送风口可实现很好的气流分布和热舒适性，并且指出其工况适用性，充分发挥低温送风的优势实现空调末端系统的最优节能效果。

1研究模型和方法

1.1空间与送风布局模型

以位于杭州市钱江新城区域的某办公大楼为研究背景，选取该大楼一侧临窗的典型办公间为研究对象，其主体为长方体结构，尺寸为10.2 m×7.6 m×2.7 m(长×深×高)。房间一面为通长通高外窗(朝西)，其余三面均为内墙。针对该研究对象，构建了两个送风模型进行研究。其中，模型一为该房间实际设计采用的低温送风模型，天花板上均匀布置6只低温送风口，使用一沿窗长条型回风口进行回风；模型二为对比模型，使用常规风机盘管新风系统，该模型采用典型设计，使用2只8#风机盘管，300 mm×300 mm散流器送风，200 mm×800 mm格栅风口回风。图1为两种模型的示意图。

1.2风口模型

低温风口模型参照该项目采用的国内某品牌自主研发和制造的射流型方形低温风口建立。该风口由复合材料一次成型，送风芯体由许多圆形喷口组成，一次低温风以较高的速度经过喷口，对周围环境空气产生强烈的诱导和卷吸，并形成二次风。该风口面板尺寸为600 mm×600 mm，颈部尺寸240 mm×240 mm。图2给出了该低温风口的断面示意图。对于常温散流器风口，参照常见的普通型散流器建立模型，风口颈部尺寸300 mm×300 mm，面板尺寸600 mm×600 mm。计算时，以风口内部喷口或风口喉部断面作为边界条件，通过数值计算获得风口自身的流体力学特性，确保风口出风面流场更为接近真实情况。

图1　送风模型示意图

图2　低温送风口断面示意图

1.3变工况场景

为考察空调负荷变化时送风特性的变化，计算考虑了表1所示的四种负荷不同场景下的边界热流密度构成和室内平均含湿量数据(根据室内散湿量、空调送风含湿量计算得到)。

表1　计算场景表

1.4数值计算方法

考虑到高速射流过程是高度复杂的三维非稳态过程，属于紊流运动，数值计算选用RNG的k-ε紊流模型，该模型可提高快应变流动计算精度。

对于房间各壁面，取无穿透不可滑移条件。为简化问题，使控制方程适用于本问题，作如下假设：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；在近壁面处采用非平衡壁面函数法。忽略热辐射对气流组织的影响。

使用前处理软件ICEM对风口内部流道及房间进行整体建模，划分六面体结构化网格，使用CFD计算软件Fluent对研究对象进行数值求解。

2气流组织与热舒适性评价

本文采用空气分布特性指标(ADPI)和预计平均热感觉指数PMV(predictedmeanvote)分别作为气流组织和热舒适性评价方法。

2.1空气分布特性指标

与定风量系统不同，变风量空调系统的气流分布特性随送风量的改变而变化，类似的风机盘管系统随着风量调节也如此。对于低温送风变风量系统，由于空调送风与室内空气温差较常规系统大，送风量小，其气流分布是否均匀对热舒适性影响尤为显著。

考虑到人员活动范围，将高度0.2～1.8m，距离外窗0.5m以上的区域定义为工作区，本文只考察该区域的ADPI。为分析更全面，对落在工作区的所有计算网格每个网格点都计入ADPI样本点，并以网格体积作为权重参与计算。计算所得的ADPI见表2。分析表2可见，对于参与分析的二种设计方案，无论是低温送风变风量系统还是风机盘管散流器系统都有较理想的气流分布特性。需要指出的是，即便在送风量很小的场景下，虽然气流卷吸作用减弱，但是使用射流型风口的低温送风系统，其工作区ADPI指标也未见有明显恶化。

表2　不同场景下工作区ADPI指标汇总

2.2热舒适性与送风能量利用率

以往文献对空调末端送风系统的能量利用率一般均以送风能量利用率为标准。这种分析未将送风中含有的冷热量和速度综合加以考虑，因此不能充分反映送入到空调区的冷量与人的冷热感之间的关系。因此，有必要考察同样冷量投入到空调区后不同送风形式对应温度的影响和PMV的差异。若同样的送风能量进入房间可以使人获得更冷的感受，则我们认为这种方式有较好的能量利用率，在工程实践中获得同样的热舒适性可以减少空调能量的投入。

图3～6分别给出了不同风量负荷率场景下，离地1m高度截面处，两种送风模型的PMV指标分布图。左列为低温送风，右列为风机盘管送风。由图可知，在离地1m高度处，两种送风系统均能达到让人满意或者基本满意的空调环境。但是低温送风方式使人主观感受更加凉快(PMV指标更低)，且满意度相对风机盘管更高，尤其在空调负荷较低(送风量也较低)的工况时这种情形更加明显，此时的风机盘管送风系统更趋向于湿热感，见表3。

图3　Z=1.0 m高度PMV分布图(一)

图4　Z=1.0 m高度PMV分布图(二)

图5　Z=1.0 m高度PMV分布图(三)

图6　Z=1.0 m高度PMV分布图(四)

场景场景描述加权平均|PMV|-0.5≤PMV≤0.5的点占整个工作区的比例/%-1≤PMV≤1的点占整个工作区的比例/%1-1低温风口100%0.22044793.0100.01-2低温风口75%0.20091195.7100.01-3低温风口50%0.22020195.6100.01-4低温风口25%0.4389973.5100.02-1散流器100%0.5725836.2096.522-2散流器75%0.477254.6796.742-3散流器50%0.446764.4996.752-4散流器25%0.93010.0474.36

3结语

使用CFD方法计算分析了不同负荷率场景下，变风量低温送风系统与常规散流器风机盘管系统气流特性和室内热舒适性的差异。结论如下：

1)变风量低温送风系统与常规散流器风机盘管系统都能获得让人满意的气流分布指数(ADPI)，得益于低温送风系统更好的除湿能力;其所能获得的热感觉指数(PMV)要明显优于常规散流器风机盘管系统。对于同样的冷量供应，低温送风使人主观感受更加凉快，有利于降低空调能耗。

2)空调送风量的变化，对房间ADPI指标的影响不大，但是对PMV指标的影响相对明显，尤其是在较低风量时，常规散流器风机盘管系统的PMV指标迅速恶化。相比较而言，变风量低温送风系统在低送风量条件下，仍能取得较好的PMV指标。

3)选择合适的送风口形式和布置方式，是变风量低温送风系统成功运行的重要条件之一。对于本文所研究射流型低温送风口，它可在较大的送风量变化范围内，取得良好的送风效果。小风量、多风口的设计方法，在本文研究的工程项目中得到了成功应用。

参 考 文 献

[1]BerglundLD.Comfortcriteriainalow-humidityenvironment.EPRITR-104373[S].ElectricPowerResearchInstitute,PaloAlto,CA, 1994.

[2]严德隆，张维群.空调蓄冷应用技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1997:245-247.

收稿日期：2016-01-27

作者简介：黄忠杰(1984—)，男，浙江乐清人，工程师，从事暖通设计工作。

中图分类号：TU834.5+2

文献标志码：B

文章编号：1008-3707(2016)05-0055-05

Study on Thermal Comfort of Low-temperature VAV System

HUANG Zhongjie1, WANG Yalin2