空调送风口位置对室内热舒适性的影响

周港 高清民 翟兆国 高旭明 张永

1.山东建筑大学热能工程学院 山东 济南 250101；

2.同方德诚（山东）科技股份公司 山东 济南 250000

引言

随着国民经济的增长，空调被越来越广泛地应用到生产生活当中，人们对空调房间的热舒适性的要求也在逐步升高。对于人员长期停留的办公室来说，良好的气流组织能提高室内工作人员的热舒适性，有益于身体健康，同时能提升工作效率。本文利用Airpak3.0软件，针对某办公室的空调系统气流组织进行模拟研究，分析比较不同工况下室内的速度场和温度场，为空调系统的优化提供参考[1]。

1 物理模型

图1 物理模型

本文以济南市某办公室为研究对象，利用Airpak3.0建立办公室模型[2]。办公室X轴方向长12m，Z轴方向长8m，Y轴方向长4m，Z轴正向为北向，四周围护结构除北面墙壁及窗户为恒壁温外，其余均为绝热墙壁。其余模型参数见表1。房间内两个盘管均距地面3m，采用侧送风方式。参考《实用供热空调设计手册》，办公室空调冷负荷指标取用90W/m2，人均新风量按照30m3/人，送风温度18℃，经计算风口风速为1.5m/s。同时通过调整空调送风口与南墙的距离，共建立3种工况：工况一（距南墙1.5m）；工况二（距南墙2.5m）；工况三（距南墙3.5m）[3]。

表1 模型参数

2 数学模型

为简化问题，提出以下假设：

①办公室内空气为不可压缩流体，符合Boussinesq假设；②室内空气为稳态流动；③门窗气密性良好。湍流模型采用Launder和Spalding提出的标准k-ε湍流模型。控制方程采用连续性方程、动量方程和能量方程。通用形式如下：

式中： 为空气密度； 为速度矢量； 为因变量，可表示速度矢量分量、温度等流体参数； 为对应 的扩散系数；为源项[4]。

3 模拟结果及分析

3.1 室内速度场模拟结果及分析

由图2至图4中的速度场模拟结果可知，三种工况在截面Y=1.1m处的速度场差异并不大。由于墙壁的阻挡，送风碰到墙壁后，向两边分散，并在两侧角落处形成涡流，且风口位置离南墙越远，涡流越明显。三种方案下，人员工作区的风速均在0.3m/s以下，人不会有强烈吹风感，能满足空调房间夏季舒适性的标准。

图2 工况一模拟结果

图3 工况二模拟结果

图4 工况三模拟结果

3.2 室内温度场模拟结果及分析

由图2至图4中的Y=1.1m截面温度场模拟结果可以看到，三种工况在人员呼吸平面上均会形成两个明显的温度在24℃～25℃的区域，且随着送风口距离北墙越近，这两个区域也逐渐靠近北墙。

三种工况在人员活动区域内的垂直温差均小于3℃，无明显温度差异，满足国际标准ISO7730中的“脚暖头凉”的要求。但工况一中Y=1.1m人员呼吸区域，温度在27℃～28℃，温度较高[5]。

4 结束语

通过在送风温度18℃，送风速度1.5m/s，送风角度0°，侧送风口距墙1.5m、2.5m、3.5m的三种工况进行模拟，并对各个工况在速度场、温度场、PMV和PPD方面进行了对比，可以得出以下结论：

工况一、工况二和工况三的速度场虽然在垂直方向上都有一定的分层，但在人员工作区域内差异并不大，均能满足人员热舒适性要求，三种工况下不会让室内人员有明显吹风感。由于采用侧送风对房间送风，由于受到北墙的阻碍，三种工况均会在北墙附近形成涡流，气流扰动较大。

在工况三中，大部分人员位置，温度场和速度场均符合设计要求，均能有较高的满意度，建议实际应用中考虑工况三的安装位置。