酒店套房空调系统舒适性浅析

陈计宏，王大龙，杨光琴，熊云辉，孙英杰，李宝明，王 聪，朱腾飞

（中建三局安装工程有限公司，湖北武汉 430064）

0 引言

随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，许多城市中星级酒店数量逐年递增。五星级酒店被视为具有一定档次的公共建筑，其内部的机电系统体现着一定的档次与品质。空调系统可以提高室内环境舒适度，是影响酒店品质的关键因素。合理的气流组织不仅提高酒店的舒适度，同时也可以减少酒店空调能耗。

1 工程概况

本项目位于福建省龙岩市一综合体项目，地上建筑150 636.36 m2，地下建筑53 907.81 m2。酒店塔楼40层，办公塔楼35层，建筑高度148.72～174.12 m，为一类高层综合楼。

2 设计参数

2.1 主要设计气象参数

1）夏季：空调干球温度 34.6℃；空调湿球温度 25.5℃；通风干球温度：32.1℃；大气压力：968.1 kPa；平均风速：1.6 m/s。

2）冬季：空调干球温度：3.7℃；空调相对湿度：73%；通风干球温度：11.6℃；大气压力：981.1 kPa；平均风速1.5 m/s。

2.2 室内设计参数

夏季温度：24℃；夏季相对湿度：60%；冬季温度：22℃；冬季相对湿度40%；新风量：50 m3/(h*人)；卫生间排风量：90 m3/h。

3 数值分析

3.1 几何模型及参数处理

在套房CAD图的基础上建立了房间的三维模型，其中对房间中的床、灯、桌子、浴池等设备进行了简化处理，根据前期测量的数据，将这部分设备的负荷以功率的形式表现在了内墙的热效应中，具体可以参见边界条件设置部分。

客房的面积为60 m2。房间吊顶层高为2.8 m，房间的CAD图和3D模型如图1、2所示。其中图中外围护结构为玻璃幕墙，幕墙西南角分解至朝南与朝西两部分，传热系数为2.8（W/m2·K）；内墙与房间内隔墙均为轻质隔墙，传热系数为2.02（W/m2·K）；房间地板和天花板传热系数为1.24（W/m2·K）。

图1 房间平面图

图2 房间三维模型

3.2 网格划分

在几何模型的基础上进行了网格划分，采用四面体网格划分方法对房间网格进行了总体划分，在出回风口的位置进行了局部加密，网格单元数为247万左右，满足计算要求，网格图如图3、4所示。

图3 房间的网格划分情况1

图4 房间的网格划分情况2

3.3 边界条件

在网格计算域的基础上建立了物理模型，对房间内流场和温度场进行了数值分析，流动介质选用空气理想气体状态，比热为1 004 J/kg·K，其中各个参数如表1所示。

表1 数值分析的边界条件输入

为了简化模型，将人体、设备、灯等的热功率平均分摊到室内墙上，太阳光辐射平均分配至幕墙及室内墙体负荷上。

卫生间排风系统运行为间歇性运行，本次模拟暂时不予考虑。新风对整体影响较小，且新风口在设计中与风机盘管共用风口，为简化模型将其风量及负荷并入风机盘管考虑。

模拟选用的风机盘管型号为设计采用型号FCU-06，高档运行（风量：1 020 m3/h，机外静压：12 Pa，制冷量：6.1 kW，制热量：9.7 kW，3排管功率：96 W/220V，噪声：45 dB）的状态下进行模拟。

采用传热模型及湍流模型对房间内的流场及温度场进行了稳态分析，计算收敛，结果可以参见以下内容。

3.4 结果讨论分析

分别针对房间的速度场和温度场进行了讨论，其中重点讨论了出风口处的速度和温度分布情况，如图5、6。

图5 房间内流线速度图

图6 房间内流线温度图

从图5中可以看出客厅处的空气流动情况是最好的，因为出风口方向的原因，卧室的空气流动次之，卧室卫生间浴缸房间里的空气流动性最差，几乎没有流动。从图6中可以看出在流线范围内温度是达标的，两个出风口房间内的温度最低，入户花园处的温度和卧室卫生间处的温度较高，结合图5、6可以看出，空气流动性较差的房间内的温度都比较高。

针对两个出风口，文中选取了出风口处截面处对速度矢量和温度分布进行了研究，所取平面分别为ZX平面Y方向-1.68 m处，YZ平面X方向-3.5 m处，如图7、8所示。

图7 XZ平面截面处温度分布

图8 XZ平面截面处速度矢量分布

从图7中可看出平面内最高温度出现在房间的内墙部分，为25.3℃，究其原因是因为邻墙温度传递至室内，而此处的空气流动性很差，所以温度最高，西侧窗户部分由于空调出风口吹出冷空气的原因导致传热效应明显，所以温度较低。截面处温度分布云图（图7）可以看出，客厅空调布置合理，房间内温度分布较为均匀，舒适度较高。

图9 YZ平面截面处温度分布

图10 YZ平面截面处速度矢量分布

卧室房间里的温度分布及速度矢量和客厅处的规律类似，从云图（图9、10）中可以看出卧室处空调布置合理，床的安放位置合理，出风口的风不会直接吹到床的安置位置，人的舒适度较高。

4 结论

通过对空调房间的数值分析，对房间内的流场和温度场有了较直观的认识，从模拟的结果可以发现以下几个问题。

（1）酒店客房设计中卫浴的空调设计容易被忽略，通常设计中只考虑卫生间的排风，忽略了有外墙的情况下卫生间的单位冷负荷甚至可能大于房间内部的单位冷负荷。

（2）套房客厅部分，人员活动空间内风速0.01 314 m/s(根据GB50736-2012，夏季空调房间风速要求不大于0.25 m/s，冬季不大于0.2 m/s)较舒适。风机盘管在高档情况下温度为15.6℃～17.33℃之间，人体感觉较寒冷，与室外温差较大人体容易不适应，舒适性较差，可以切换至较低档位以提高温度达到合理的房间温度。

（3）卧室内采用上送上回的方式，风口布置在床的尾部。床铺部位风速接近0.01 314 m/s，较舒适。温度为15.6℃～17.33℃之间，可以切换至较低档位以提高温度达到合理的房间温度。但在风口下方时风速为0.65 m/s～1.29 m/s，有明显的吹风感；温度13.9℃～15.61℃，感觉较寒冷，舒适性较差。由于是高档状况下模拟，实际运行中可以降低档位以满足房间的舒适性要求。

（4）风机盘管的能力大于房间的负荷要求，即使在负荷最大的时候也大于使用要求，在实际使用中中低档即可满足负荷要求且有较好的舒适性，所以建议选择风机盘管型号时候可以考虑低一个规格型号的设备即可。

整体上看，该客房空调布置较为合理，能够保证一定的舒适度，在此基础上，针对卫生间空气流动性差的现象增加一个风机盘管或增设空调送风口，从室内风机盘管引风管至卫生间，可以改善卫生间的温度场提高舒适性。

由于空调在整个机电中所占比重较大，运行能耗较大，通过数值分析的方法对套房内的空调系统进行温度场和流场分布情况分析，根据分析的结果可以帮助优化空调的选型和风口的布置位置以及空调实际使用时的调节提供一定的参考，提高房间的舒适性和节约成本。

参考文献：

［1］张涤明.计算流体力学［M］.广州：中山大学出版社，1991.

［2］朱一坤.流体力学基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1990.

［3］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［4］赵斌，李先庭，彦启森.室内空气流动数值模拟的风口模型综述［J］.暖通空调，2000，32（5）：33-37.

［5］S·V·帕坦卡著，张政译.传热与流体流动的数值计算［M］.北京：科学出版社，1984.