热风送风温差对室内环境的影响

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(1.西安航空学院，陕西 西安 710077；2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

热风送风温差对室内环境的影响

李异1,马建平2,魏朝晖1

(1.西安航空学院，陕西 西安 710077；2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

为了降低空调系统的能耗，本文以某一典型的空调办公室为研究对象,，采用数值计算软件Fluent模拟冬季室内气流组织的分布状况，对比分析了在相同的热负荷时不同的送风速度和送风温差对室内环境的影响，确定了在既定的热负荷时，在满足规范规定的送风温差的前提下，大温差送风可以提高人体活动区的温度，降低人体活动区的风速，为其他相同或类似房间空调系统的选择和气流组织设计提供参考。

数值计算;气流组织;送风速度;室内环境;人体活动区

0 前言

空气调节的意义在于“使空气达到所要求的状态”或“使空气处于正常的状态[1]”，受控的空气环境对工业生产过程的稳定操作和保证产品质量有重要的作用，而且对提高劳动生产率、保护人体健康、创造舒适的工作和生活环境有重要的意义[2]。一个内部受控的空气环境，一般是指在某一特定空间(或房间)内，对空气温度、湿度、空气流动速度及清洁度进行人工调节，以满足人体舒适和工艺生产过程的要求[3-5]。由此可见，室内温度和空气流动速度是室内环境的重要的因素[6]，因此研究室内温度和空气流动速度对室内环境的影响是很有必要的。本文应用Fluent专业软件, 建立目标房间的物理模型，模拟分析了在相同的热负荷条件下不同的送风温差和送风速度所产生的室内温度和空气流动速度对室内环境的影响，确定了在既定的热负荷时，在满足规范规定的送风温差的前提下，大温差送风可以提高室内活动区的温度，降低室内活动区的风速的结论，为其他相同或类似房间空调系统的选择和气流组织设计提供参考。

1 物理模型的建立

本文选取一典型的办公室做为计算模型,房间的长×宽×高为6 m×3.6 m×3.3 m，办公室的外墙有一个宽×高为1.5 m×1.8 m的窗户。根据我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB 50736-2012)》中规定,选择冬季室内空调设计温度为18℃[7],整个系统计划采用侧送上回的方式。在天花板吊顶中间设置1个送风口,吊顶下设立回风口，具体结构如图1所示。

图1 办公室具体结构

2 数值模拟方案

冬季室内空调的热负荷只包括围护结构的热负荷[8],在送风负荷和送风口不变的情况下，只要送风温差作出变化，则送风速度也会发生相应变化，则室内活动区的温度和风速也会随之改变,室内环境也会随之发生变化[9]。所以不同的送风温差和送风速度对室内环境有很大的影响。针对不同的送风温差和速度， 本文选取了4种工况进行模拟,分别为

工况1：送风温差6℃，送风速度2 m/s；

工况2：送风温差4℃，送风速度3 m/s；

工况3：送风温差3℃，送风速度4 m/s；

工况4：送风温差2.4℃，送风速度5 m/s。

3 模拟结果及分析

3.1 温度场

图2～图5是工况1，工况2，工况3，工况4，在xoz平面上y=2 m活动区域的温度场等值线图。

图2 工况1 温度场等值线图

图3 工况2 温度场等值线图

图4 工况3 温度场等值线图

图5 工况4 温度场等值线图

由图可见，在送风负荷和送风口不变的情况下，工况1送风温差6℃，送风速度2 m/s，xoz平面上y=2 m活动区域的温度绝大部分等于室内设计温度18℃，小部分等于19℃，平均温度为18.2℃，工况2送风温差4℃，送风速度3 m/s，xoz平面上y=2 m活动区域的平均温度为17.3℃，工况3送风温差3℃，送风速度4 m/s，xoz平面上y=2 m活动区域的平均温度为17.1℃，工况4送风温差最小，送风速度最大，xoz平面上y=2 m活动区域的温度最低，为16.9℃。这说明在同样的送风负荷的情况下，送风温差越大，送风速度越低，热气流与室内的换热越充分，人体活动区的温度就越高；送风温差越小，送风速度越高，热气流与室内来不及换热就排出室外了，人体活动区的温度就越低，送风温差对空调房间室内环境有着重要的影响[10]。

3.2 速度场

图6～图9是工况1，工况2，工况3，工况4， 在xoz平面上y=2 m活动区域的速度场等值线图。

图6 工况1 速度场等值线图

图7 工况2 速度场等值线图

图8 工况3 速度场等值线图

图9 工况4 速度场等值线图

由图可见，在送风负荷和送风口不变的情况下，工况1送风温差最大，送风速度最小，xoz平面上y=2 m活动区域的速度等于0.1 m/s，符合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB 50736-2012)》中规定室内温度为18℃时，活动区允许流速为0.1 m/s[11]；工况2在xoz平面上y=2 m活动区域的速度等于0.14 m/s，工况3在xoz平面上y=2 m活动区域的速度等于0.19 m/s，工况4送风温差最小，送风速度最大，xoz平面上y=2 m活动区域的速度0.24 m/s，工况2，工况3，工况4在xoz平面上y=2 m活动区域的速度均超过规范规定的允许的速度，且超过的幅度越来越大。这说明在同样的送风负荷下，送风温差越大，速度越低，人体活动区速度越低，送风温差越小，速度越高，人体活动区速度越高，而人体活动区速度越高，舒适性越差[12]。所以在人体活动区风速方面，工况1舒适性最好，工况2，工况3，工况4舒适性依次递减。

4 结论

在热负荷和送风口尺寸相同的情况下，通过以上4种工况的综合分析，可得出如下结论：

(1)送风温差越大，送风速度越小，空调房间的平均温度越高，人体活动区的温度越高；反之空调房间的平均温度越低，人体活动区的温度越低。

(2)送风温差越大，送风速度越小，空调房间的平均速度越小，人体活动区的速度越小；反之空调房间的平均速度越大，人体活动区的速度越大。

(3)在同样的热负荷下，工况1温差大，速度低，人体活动区温度为18.3℃，符合设计温度要求；而工况2，工况,3，工况4，温差依次降低，速度依次增大，人体活动区的温度依次降低，达不到设计温度要求，说明在满足规范规定的送风温差限制下，大温差，小速度，能够消耗最少的能量来满足室内设计温度的要求。

[1]苏德权，李晓东，王全福.置换通风和混合通风室内舒适性对比研究[J].节能技术，2011，29(2)：149-154.

[2]吕文娟，陈乐，陈正时.青藏±400 kV格尔木换流站建筑节能及防风沙研究[J].电网与清洁能源，2012,28(2):40-43.

[3]赵荣义.空气调节[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.

[4]刘建涛，张建成，马杰，等.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电网与清洁能源，2011，27(7)：62-66.

[5]傅忠诚.房间的热微气候[M].北京:中国建筑工业出版社,1987.

[6]朱颖心,彦启森.建筑环境学[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[7]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，2005.

[8]薛殿华.空气调节[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.

[9]李异，官燕玲.办公建筑通风空调联合运行的节能分析[J].建筑热能通风空调，2010，29(5)：59-61.

[10]王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社,2004.

[11]M. Fountain,G.S. Brager,R.de Dear,Energy and Buildings[M].1996.

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ImpactofHeatingSupplyAirDifferenceonIndoorEnvironment

LI Yi1,MA Jian-ping2,WEI Zhao-hui1

(1.Xi’an Aeronautical University,Xi’an 710077,China;2.CCCC First Highway Consultants Co., Ltd.,Xi’an 710075,China)

In order to reduce the energy consumption of air conditioning system，by applying the numerical calculation software FLUENT, the paper simulates the air distributions in winter in a typical air conditioning office, and analyzes the impact of different air velocities and supply air temperature difference on the indoor environment at the same thermal load. It concludes that a large difference between supply air temperature and room temperature can enhance the temperature of people’s surroundings at the specified thermal load and the temperature difference which is allowed in relevant standards. The paper provides suggestions for selecting an air-conditioning system and designing air distribution in the same or similar rooms.

numerical calculation;air distribution;air velocity;indoor environment;people’s surroundings

2013-10-30修订稿日期2014-02-26

李异(1982～)，男，硕士，讲师，主要从事建筑节能方面的工作。

TU831

A

1002-6339 (2014) 05-0427-03