低温送风系统室内热环境数值模拟分析

2017-03-10张帅

环球市场 2017年4期

关键词：气流组织排风风口

张帅

沈阳世茂新发展置业有限公司

低温送风系统室内热环境数值模拟分析

张帅

沈阳世茂新发展置业有限公司

低温送风空调系统的兴起是随着冰蓄冷空调技术的发展而逐渐被人们所熟知，在国外被誉为继变风量技术以来空调技术的又一重大变革。低温送风与冰蓄冷技术的结合在一定程度上可以更好的利用冰蓄冷系统产生的低温冷冻水，而且使初投资的回收年限缩短，具有较明显的节能效果。因此，在能源消耗越来越大的空调领域，有越来越多的学者开始将研究课题转向研究低温送风空调系统的应用。

低温送风系统；室内热环境数值；分析

前言：

本论文采用数值模拟方法，并与理论分析相结合，针对沈阳地区的实际工程，对低温送风空调系统的应用进行研究、预测和评价；对速度场、温度场、相对湿度场进行模拟和预测，得到房间内速度、温度、相对湿度的详细分布情况，分析不同气流组织方式对室内热舒适性的影响。为低温送风空调系统的实际工程应用提供一些理论参考和指导意义。

1、模型的建立

1.1 低温送风空调系统

相对于送风温度在12-16℃范围内的常温空调系统而言，所谓低温送风空调系统，是指系统运行时送风温度≤11℃的空调系统。

本论文所研究的为沈阳地区一电玩城，冬夏天均采用空调系统进行供热供冷。考虑到由于夏天的冷负荷比冬季的热负荷要大很多，而且电玩城的人员密度比较大，冷负荷中主要是人体散热负荷，潜热负荷的比例很大，要求空调系统的空气处理设备具有较强的去湿功能。故采用低温送风空调系统，不仅具有较好的去湿功能，还可以使风管的尺寸得到较好的匹配，而且低温送风空调系统比常温送风空调系统具有运行费用低、初投资少、提高空调舒适性等优点。该电玩城的房间尺寸为30m×7m×4.5m，此房间除南墙外，其余各墙均为内墙。设计参数为室内温度25℃，相对湿度45%。

1.2 模型描述及简化

1.2.1 异侧上送下回。模型尺寸：根据房间建筑尺寸，建立三维立体模型，长、宽、高分别为30m、7m、4.5m，除南墙外，其余各墙均为内墙。气流组织：采用上侧送风，异侧下部回风的形式。风口布置：在南北两侧分别布置送、排风口，北墙布置送风口，南墙布置排风口。北墙布置8个条缝形风口侧壁送风，风口尺寸为1200mm×40mm，风口中心距地面高度为4.4m，南墙布置6个尺寸为300mm×300mm的格栅式回风口侧壁排风，风口中心距地面高度为0.4m。在房间里有电子游戏设备和人员，需要对这些设备及人员进行一定的处理。本文中将不考虑这些设备及人员的体积，而把它们所产生的冷负荷平均分配到各个墙壁。

1.2.2 同侧上送下回。风口布置：送风口排风口均布置在北墙，布置8个条缝形送风口侧壁送风，风口尺寸为1200mm×40mm，风口中心距地面高度为4.4m，布置6个尺寸为300mm×300mm的格栅式回风口侧壁排风，风口中心距地面高度为0.4m。

1.3 网格划分及计算设置

本文模拟的对象的建筑空间整体几何尺寸较大，而风口的几何尺寸相对整体尺寸而言较小，为了更好的描述空调房间内的气流组织分布，在物理模型的网格划分中，对模型的送、排风口进行了单独的细化划分，增强了计算的准确性和模拟结果的可信度。

2、模拟结果及分析

2.1 异侧上送下回

2.1.1 从断面Z=1.2m和Z=1.8m的温度可以看出，北墙侧的空气温度要低于南墙侧的温度，并且北墙侧的温度梯度也要小于南墙侧。这是由于南墙受太阳辐射的作用，使得南墙侧的热流量比较大。整体上看，温度分布较均匀，且集中在24～26℃。房间内部个别较大温度点(27℃、28℃)分布在角落的位置，不会引起室内人员不舒适感。温度场基本达到了设计要求。

2.1.2 从断面Z=1.2m和Z=1.8m的速度可以看出，由于送风射流的卷吸作用、重力作用和排风口的负压作用，工作区内存在四个较明显的回旋涡流。并且气流有向上偏移的趋势，这是由于在送风口中间的垂直区域形成了负压区所造成的。旋涡的存在虽在一定程度上有利于室内空气的流动，但不利于室内污染物的直接排除。从断面Z=1.2m和Z=1.8m的速度云图可以看出，风速都集中在0.3m/s以下，风速都很小而且分布均匀，没有大的波动。速度场基本达到了设计要求。

2.1.3 从断面Z=1.2m和Z=1.8m的湿度场可以看出，房间靠墙侧湿度较低，尤其是南墙，这是由于部分冷空气沿着墙壁流下，对墙壁周围空气的湿度造成较大影响，而且南墙位于射流末端，下降冷空气较多，湿度较低。整体上看，人员活动区域湿度分布较均匀，集中在45%～55%。

2.1.4 从整体上看，温度场、速度场和湿度场的分布都随着高度的降低逐渐趋于均匀。

2.2 同侧上送下回

同侧上送下回与异侧上送下回气流组织比较分析：

2.2.1 从断面Z=1.2m和Z=1.8m的温度分布可以看出，与异侧上送下回气流组织一样，都会在热流量比较大的南墙附近形成较大的温度梯度。温度大都集中在24～26℃。尽管同侧上送下回与异侧上送下回气流组织的温度值都满足251℃的要求，但无论从整体上看，还是从测点的温度值上看，同侧上送下回气流组织方式符合设计温度25℃的点更多，温度梯度更小，而且同侧上送下回气流组织方式的温度不均匀系数比异侧上送下回气流组织小。即同侧上送下回比异侧上送下回气流组织的温度分布更均匀，更贴近设计温度值。

2.2.2 从断面Z=1.2m和Z=1.8m的速度矢量和速度云图可以看出，由于送风射流的卷吸作用、重力作用和排风口的负压作用，工作区内仍然存在三个较明显的回旋涡流。虽然依然无法消除工作区域的涡流，但速度不均匀系数比异侧上送下回气流组织小，即速度分布更均匀。

2.2.3 同侧上送下回气流组织方式的空气分布特性指标ADPI值比异侧上送下回气流组织的ADPI值大，热舒适性较好。

2.2.4 从同侧上送下回气流组织方式的湿度场可以看出，人员活动区域湿度分布较均匀，集中在45%～55%，不同气流组织方式对湿度场的影响较小。

2.2.5 从整体上看，两种气流组织方式的温度场、速度场和湿度场的分布都随着高度的降低逐渐趋于均匀。