低温供热对室内舒适性影响的数值模拟

谢雯雯

摘 要：利用CFD技术，对二次网设计供回水温度降低后散热器供暖房间的舒适性进行了模拟分析，结果表明，随着二次网设计供回水温度的降低，人员主要活动区域内的温度梯度减小，温度分布更均匀，舒适性得到提高。

关键词：CFD技术；供回水温度；舒适性

中图分类号：TU832 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）12-0082-02

Abstract： By using CFD technology， the comfortableness of the radiator heating room is simulated after the temperature of the secondary network design is reduced. The results show that with the decrease of the supply and return water temperatures of the secondary network design， the temperature gradient in the main moving area of the personnel decreases. The temperature distribution is more uniform and the comfortability is improved.

Keywords： CFD technology； supply and return water temperatures； comfortability

供暖用户最关注的是室内舒适性，室内舒适性一般通过室内温度场和速度场的分布来体现。CFD技术能在较短时间内比较精细地描述流场，并能为评价系统的舒适性提供很好的指导作用[1]。本章利用CFD技术对二次网设计供回水温度分别为95/70℃、85/60℃、75/50℃、65/40℃的散热器供暖房间的温度分布和气流分布进行模拟分析。

1 物理模型

以北京市某住宅楼卧室为例进行模拟，该模拟对象为南北朝向，仅一面外墙为北墙。房间尺寸为5×4×3m，北墙上开窗面积为3×1.8m，南墙上有1×2m的门。房间供暖设计热负荷为1100W。房间在窗台下设置了一组钢制板式散热器。散热器靠墙侧面板离墙内表面0.05m，散热器下端距地面0.15m。当同一型号散热器在供给相同热量时，随着供回水温度的降低，散热器的尺寸相应增大。据此建立了不同二次网设计供回水温度下散热器供暖房间的模型，其中橘红色长方形为散热器。

2 数学模型和边界条件

采用LVEL模型、面对面辐射模型、壁面函数法来进行模拟[2]。固体壁面均为无滑移表面。模型中对渗风作用影响的考虑通过热负荷来体现。模型中北墙为含有内热源的外墙，其余均作绝热处理。为简化模拟计算过程，假设有内热源的墙面传热均匀，且为稳态传热，供暖设计热负荷可均匀分配到墙面和窗户上。墙面和窗户热流密度分别取-45.83W/m2和-122W/m2（负号表示热负荷）。散热器表面平均温度取其设计供回水温度的平均值。

3 网格划分及数值计算方法

模型网格划分采用不等间距矩形网格，在散热器处进行网格局部加密。模型采用有限容积法离散控制方程[3]，选用混合格式作为离散格式，采用SIMPLE算法来求解离散方程组。迭代次数为500次。

4 数值模拟结果

4.1 房间温度分布

对温度场的模拟结果如图1所示。

（1）从图1可知，散热器上方区域，温度较高；在散热器下方区域，温度较低。原因是，室内空气与散热器表面进行对流换热后，温度升高；室内空气经过玻璃窗时与玻璃窗进行对流换热后，温度降低，这样由温差引起的密度差，使热空气上升，冷空气下降。

（2）在垂直方向上，温度都出现了分层现象，随着高度的增加，温度呈上升趋势，随着供回水温度的降低，分层现象依次减弱。因为分层现象是对流换热和辐射换热的综合体现，95/70℃和85/60℃时散热器表面温度较高，空气流速较大，对流换热较强烈；75/50℃和65/40℃时空气流速较低，但散热器的长度与窗户长度相近，辐射换热占主导，可以改善从玻璃窗下降的全部冷气流。

（3）对于高度方向，人體脚部、坐着头部及站着头部所在高度分别为0.1m、1.1m和1.8m。随着二次网设计供回水温度降低，在人员主要活动区域内，人员处于不同活动状态时头部与脚部温差降低，室内舒适性得到提高。在95/70℃时，人员不管是处于坐姿状态还是站姿状态，头部与脚部均存在4℃～5℃温差；在85/60℃时，头部与脚部温差为2.5℃左右；在75/50℃时，头部与脚部温差不足2℃；在65/40℃时，头部与脚部温差不足1℃。在85/60℃、75/50℃和65/40℃下都能满足人员处于不同活动状态时头部与脚部温差最大不能超过3℃的热舒适要求。

4.2 房间速度分布

对速度场的模拟结果如图2所示。

（1）从图2可知，在散热器上方区域和下方区域，空气流速都较大。在散热器上方区域，由于温差引起的密度差会使空气流速变大。散热器下方区域流速较大，一是由室内空气与玻璃窗进行对流换热后冷气流下降引起；二是由散热器上方热气流的上升在散热器下方形成负压引起。

（2）在不同的二次网设计供回水温度下，在人员主要活动区域内，空气流速均在0.1m/s以下，小于人有吹风感的速度0.25m/s，符合人体的舒适性要求。

5 结束语

（1）在人员主要活动区域内，温度分布是影响室内舒适性的主要因素。

（2）随着二次网设计供回水温度降低，在人员主要活动区域内，人员处于不同活动状态时头部与脚部温差降低，室内舒适性得到提高。

参考文献：

[1]周斌，谭洪卫，王亮.低温散热器采暖方式的舒适性研究[J].建筑节能，2013，41（4）：23-26.

[2]王丽明，肖勇全，薛永明，等.散热器供暖和地板辐射供暖室内热环境PHOENICS模拟[J].制冷，2009，28（4）：36-41.

[3]韩飞燕，沈致和.散热器对流采暖与地板辐射采暖的比较分析[J].山西建筑，2008，34（20）：27-28.

[4]周传辉.住宅空调数值模拟的模型比较[J].制冷与空调，2008，3（22）：20-24.

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[6]杨金凤，符永正，周传辉.一个空调房间气流组织的数值模拟[J].制冷与空调，2006，3：17-20.

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