家用热泵空调热舒适的研究

林嘉萍

摘 要：为了提升家用热泵空调器能效和舒适性，改善室内环境质量，本文研究并提出分布式送风技术解决方案，实践表明，该技术具有很好的市场推广前景。

关键词：热泵空调；分布式送风技术；送风形式

中图分类号：TU831 文献标志码：A

随着人们生活水平的提高，空调在人们的生活中越来越常见，在家里使用空调可以提高住宅的舒适度，还可以满足人们对居室空气环境的新要求。家用中央空调的种类很多。其中，热泵空调系统就是家用中央空调的一种主要的空调类型。因此，如何提升家用热泵空调的室内热舒适及其能量的利用率，成为家用热泵空调推广应用中亟待解决的问题。

1 气流组织与人体热舒适

1.1 影响人体热舒适的因素

人体热舒适的影响因素主要包括人体因素和环境因素，环境因素包括空气温度、风速、相对湿度和平均辐射温度，其中空气温度和风速对人体热舒适的影响最大，重要性系数分别为0.53及0.27。家用熱泵空调如何营造人体热舒适所需的温度场和速度场就需要具备合理的送风气流组织，气流组织又主要由送风形式决定，而空调送/回风口位置、数量、规格等参数将决定送风形式。

1.2 分布式送风气流组织

气流组织能够通过影响房间温度场和速度场影响人体热舒适，人体达到热舒适需要合理的气流组织形式。合理的送风形式及其气流组织对人体热舒适至关重要。家用热泵空调具有间歇性使用的特点，故在进行气流组织设计时须结合空气的物理特性，综合考虑人体在稳态环境及动态环境下的热舒适。

2 对比试验

2.1 试验方案

选取两种常规送风形式的家用热泵空调与分布式送风家用热泵空调进行对比测试。其中常规送风形式分别为上部方形风口送风和正面长条形风口送风。3种不同送风形式家用热泵空调均为3HP机，变频1级能效。由于测试样机的外形及尺寸不一，故出风口面积存在一定偏差，出风面积在0.0978m2～0.1455m2。测试时出风风量均取1200m3/h。在相同试验室及工况下进行测试。

试验室为砖墙结构，模拟实际用户住所，试验室的面积为47.16m2，其中长为9.0m，宽为5.24m，高为2.8m。试验室示意图及温度布点如图1所示，监测温度的热电偶数量共计850个。当室内外工况稳定后，即达到制冷或者制热工况时，设定最高风挡，左右扫风及上下导风角度均默认，对应温度，开机运行，并实时监测及记录各测点温度，稳定运行3h后停止试验。

2.2 试验结果及分析

2.2.1 室内空气温度云图

在家用热泵空调开机运行3h后，上部送风和正面送风形式的家用热泵空调温度分层严重，靠近地面的空气温度为12℃～15℃，而房间顶部温度可达24℃左右。而分布式送风形式的家用热泵空调，在开机运行3h后，其温度场均匀，靠近地板处的空气温度为19℃，靠近屋顶处的空气温度为21℃，房间平均空气温度更接近于设定温度20℃，且房间上部与房间下部的温差值仅为2℃，远低于常规送风形式的家用热泵空调。

2.2.2 垂直空气温差

垂直空气温差指房间内沿垂直方向上存在的空气温差（以0.1m高度处温度为基准的差值）。从房间不同高度与0.1m截面的垂直空气温差来看，分布式送风家用热泵空调比上部送风家用热泵空调的垂直空气温差低3.8℃～5.4℃，降低幅度可达70%～75%；相比常规正面送风家用热泵空调的垂直空气温差低5.8℃～9.9℃，降低幅度可达81%～84%。在人体经常活动区域，即1.6m～0.1m区域，分布式送风可比常规送风热泵空调的垂直空气温差低5.4℃～9.5℃，降低幅度可达71%～81%。

2.2.3 耗电量

运行相同的时间，分布式送风家用热泵空调的耗电量最低，比常规送风形式节能29%～48%。这是因为分布式送风能够向房间上下部同时输送热风，使室内空气温度分布均匀，非人体活动区域的平均温度与人体活动区域的平均温度的偏差值较小，舒适性较佳的同时，热能能够得到有效利用。而上部送风及正面送风形式的热泵空调因存在较为严重的温度分层现象，非人体活动区域的温度过高，而人体活动区域的温度过低，空调所监测的环境温度过低，一直处于满负荷高频运行，从而导致耗能大，人体所感受的舒适性也差。

2.2.4 吹风感

吹风感指数是指由于空气流动引起的人体感觉不满意率。其计算方法如式（1）所示：

DR=（34-ta）（va-0.05）0.62（0.37vaTu+3.14） （1）

式中：DR为吹风感指数，即由于涡动气流引起的不满意率，若DR>100%，则DR=100%；ta为局部空气温度（℃）；va为局部平均空气流速（m/s），若va≤0.05m/s，则va=0.05m/s；Tu为局部紊流强度（%），即局部空气流速的标准差与局部平均空气流速之比在10%～60%，若未知，可取40%。

此项指标的数值越低，表明由于空气流动引起的人体感觉不满意率越低，即人体感觉越满意，所处的环境越舒适。而在较热环境下使用热泵空调制冷时，往往存在冷风直吹的不舒适感。

结论

综上分析，分布式送风方式能够将热量均匀地输送至整个房间，大幅降低人体活动区域的垂直空气温差，且在房间较低处及人体脚部区域的加热效果优势明显；相较于传统送风形式的家用热泵空调，具有分布式送风气流组织的家用热泵空调可使房间1.6m～0.1m高度的垂直空气温差降低71%～81%；在相同运行时间内，相比其他送风形式家用热泵空调，在热舒适性大幅提升的同时，分布式送风家用热泵空调能够节能29%～48%。因而，分布式送风技术在家用热泵空调中的应用具有实际应用价值，可推广应用。

参考文献

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