老年公寓典型房間氣流組織數值預測

摘要：通過老年公寓設計實例，對老年公寓典型房間（臥室）內風機盤管的兩種送風方向對應的氣流組織形式進行數值預測，分析風機盤管不同送風方向對臥室內溫度場和速度場的影響，得出風機盤管送風沿著垂直于窗戶的方向且吹向窗戶的方向，是對人體舒適的送風方向。新風是老年公寓客廳和臥室內空氣質量的重要的方面，并提出了微負壓新風系統。

關鍵詞：老年公寓 氣流組織 新風系統 數值預測

中圖分類號：TU83文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0044-03

中國65歲及以上人口占中國總人口的8.87%[1]，中國已經進入老齡化社會，急需健全社區老年福利服務網絡，如托老所、養老院、護理院、照料中心、文化活動中心等。因為老年人的健康狀況伴隨年齡的增長，處于從活躍到衰減的持續變化過程中，所以這些養老建筑的室內空氣質量成為設計和建設方關注的問題。本文結合設計實例，從室內空氣質量方面討論老年公寓在空調設計方面關注的問題。

1 設計實例

1.1 工程概況

本工程是江蘇揚州某養生會所工程，位于儀征市新集鎮，占地約1.89公頃，建筑面積約4.85萬m2。項目包括兩個獨立公寓提供給完全自理的老人、四棟安養公寓提供給半自理的老人、一棟護理公寓提供給完全失去自理的老人、活動中心及其他配套用房，其中老年公寓總面積約3.0萬m2。

一般來說居民每天停留在建筑物內的時間約為22 h[2]，所以公寓的室內空氣質量對老年人的休息和放松尤其重要。下面主要針對會所半自理和完全失去自理能力的老年人的公寓內客廳和臥室房間，探討臥室的氣流組織以及臥室和客廳的新風引入問題。

1.1 公寓空調系統的選擇及室內參數的設置

儀征市位于東經：119°10′，北緯：32°18′，夏熱冬冷屬于Ⅲ類建筑氣候區，年平均氣溫為14.8℃。最冷月為1月，月平均氣溫1.8℃，最熱月為7月，月平均氣溫為27.5 ℃高于25 ℃，夏季需要考慮供冷降溫。雖然項目所在地屬于不宜設置采暖的地區，但是考慮到老年人隨著機體的衰老，身體抵抗力以及免疫力日趨減弱，冬季對室內溫度要求較高，所以考慮冬季設置集中供暖。整個公寓內設置風機盤管加新風空調系統，冬季供暖夏季供冷，其的室內主要設計參數詳見表1。

1.2 公寓臥室氣流組織方式分析及選擇

1.2.1 建立氣流組織數值模擬模型：

老年公寓的臥室空調要考慮室內的溫度場和速度場滿足老年人的需求，要防止風直接吹到老人身上，預防氣流組織不當帶來的感冒、關節疼痛或者引發其他疾病。選取公寓中的一個典型房間（房間尺寸為3.8 m×3.5 m×2.6 m，窗戶尺寸為2.4 m×1.5 m，電視柜1.5 m×0.3 m× 0.6 m，床尺寸2.0 m×1.5 m×0.5 m，所列尺寸均為長x寬x高），人體按臥姿體溫度36.5 ℃恒溫考慮，除有外墻與房間之間以及外窗與房間有熱量交換外，其余三面均為內墻，不考慮內墻與房間內空氣的熱交換，房間總冷負荷為2.3 KW（按照當地空調室外計算干球溫度35℃[3]以及其他室內外參數參考[4]計算得到），其中顯熱負荷2.1 KW，風盤供回水溫度7/12 ℃，按照回風干球溫度26 ℃計算得到送風溫度14 ℃，室內的風機盤管承擔室內所有的冷熱負荷，風盤選用某品牌的低噪聲004號風盤（按中檔風量518 m3/h選擇），風機盤管出風口尺寸740×136 mm，送風口選用雙層百葉風口，風口尺寸為800×120 mm，出風口均避免直吹人體，送風速按照2 m/s設置。風機盤管吊裝在與床頭相反方向的吊頂內，按照側送下回的氣流模式運行。風機盤管具體擺放位置以及室內家具的設置示意圖如圖1、2所示。

計算關注人員主要活動的區域，即距地面2 m范圍內的溫度和速度場，特別關注人員在躺著的姿勢下，頭部位置的溫度場和速度場。數值計算中空氣的三維控制微分方程采用連續性方程、動量方程和能量方程[5]，室內時均和瞬時值假設采用零方程湍流模型[6]。

1.2.2 計算結果及分析：

（1）兩種送風方式的計算結果如表2、3所示：

注：

①表2、3中“床3/4范圍”指從床頭算起占床3/4平面范圍，高度在床鋪高度加上身體厚度以上200 mm內的范圍內。

②表2、三中的“2 m范圍內溫度”指距地面2米的空間范圍內溫度，此范圍內近玻璃窗溫度受玻璃導熱影響，人體表面高度位置的溫度受人體恒溫熱源影響，溫度超出26℃，不在統計的結果內。

（2）兩種送風方式比較：

圖1中對應的風機盤管送風方式，在2 m人體活動范圍內的溫度不高于26℃，溫度場滿足設計要求。整個速度場中送風速度場集中在如圖3所示的送風區1、2內，房間的剩余部分絕大部分處在回風區域中，整個床鋪所在的平面位置完全處在回風區域中。風盤的送風首先貼附在頂板送至靠近外墻部位開始以0.5m/s的速度下降并逐漸衰減，在圖3的送風區2中，風盤送風沿著圖中箭頭標示的方向，從房間頂部逐漸降低到達地面，送風一部分從沿著窗戶所在的外墻，垂直房間頂板指向地面的方向下降，在近地面附近沿著箭頭①方向進入送風區1，另一部分下降過程中沿著送風區2中的箭頭②方向擴展，計算送風側視簡圖見圖五。送風在衰減的過程中不斷引射周圍的空氣，從而擴大送風區域的范圍。整個送風區1以及送風區2中接近床頭部位的區域，送風已經到達近地面高度并且低于床鋪的高度。送風速度場沒有進入到床鋪所在位置到房間頂部的區域，整個床鋪完全處在回風區域中。從表2中計算結果可以看出，處于回風區的床3/4范圍內以及頭部區域的風速處于0.20～0.25 m/s范圍內，≯0.25 m/s，滿足人體舒適度要求，并且即使老年人倚在床頭采取上身直立的坐姿，也不會對老年人造成直吹的感覺，有利于老年人的身體保養及身體護理。

圖2中對應的風機盤管送風方式，在2米人體活動范圍內的溫度不高于26℃，溫度場滿足設計要求。3個計算工況下，圖4中陰影線送風區1、2（從地面算起1.2米高度范圍內）部分完全處于送風范圍內。表三對應的工況1，送風貼附頂板送至靠近床頭所在的墻部位開始以0.5m/s的速度下降，并逐漸衰減，送風一部分進入送風區1，另一部分進入送風區2，沿著箭頭①、②方向掠過整個床鋪，并且從頭部開始風速逐漸降低，計算送風側視簡圖見圖6。從表3對應的計算結果可以得到，床的3/4范圍內風速最小為0.4 m/s，頭部風速為0.5 m/s遠大于0.25 m/s，滿足不了人體舒適型需求，并且直吹老人頭部極不舒服。工況2、3僅增大送風百葉的角度，其他計算條件不變，頭部0.5 m/s的送風速度范圍擴大，從頭部逐漸擴展至前胸部，床3/4范圍內風速處于0.40～0.50 m/s范圍內，無法根本改變工況1送風帶來的送風弊端。

所以通過比較圖1和圖2中的送風方式，選擇按照圖1的送風方式風機盤管的送風布置。

1.3 公寓客廳通風方式選擇

居民停留在有毒的、會引起過敏癥狀的或者是有傳染性污染物質環境中的時間，大約是8～24 h[2]，其中90%的時間是停留在室內呼吸室內空氣，所以為改善老年公寓中的客廳和臥室的空氣質量，解決或者緩解室內污染物對老年人身體的危害，考慮在客廳和臥室中引入新風。

1.3.1 新風氣流分析：

為有效的將新風引入公寓臥室和客廳，并節省公寓的運行能耗，公寓樓內以每套公寓住戶為單位，單獨設置機械排風輔助自然進風的微負壓新風系統。即在臥室和客廳的外圍護結構頂部設專用的新風進氣孔，衛生間與客廳的隔墻上設置固定百葉，室內不設新風管道，衛生間內設低噪管道排風機。當衛生間內管道排風機運轉時，排風導致室內產生微負壓，在室內外壓差作用下，新風經進氣孔過濾后進入臥室和客廳，稀釋完室內的污濁空氣后，通過衛生間頂部的固定百葉排風口進入衛生間的管道排風機排至室外。新風引入和排出氣流預測流線圖如圖7所示。

進氣孔內藏過濾網，可以防止灰塵、蟲子和花粉的侵入（定期更換），并且在衛生間內排風機停止工作時，進氣孔可以防止外風倒灌回室內。

1.3.2 低噪管道排風機的選擇：

低噪聲管道風機的風量按照1次/h的換氣次數進行計算，典型房間的客廳和臥室的總面積為36.5，房間凈高度按照2.6 m計算，得到排風量為：Q=36.5×2.6=95 m3/h。選用排風量為120 m3/h，噪音為40dBA的低噪聲管道風機。

2 結語

（1）臥室吊裝風機盤管送風建議按照垂直于外窗的方向送風，使人體處于回風區，且風速處于規范要求的范圍，提高臥室的人體舒適度。

（2）為減少設備噪音對老年人的影響，應選用低噪音的末端風機盤管設備和管道排風機，臥室空調末端設備布置在遠離人體頭部的位置。

（3）老年公寓需要考慮人員的新風需求以提高室內空氣質量，考慮到新風引入的效率、管理方便以及運行能耗，建議采用每套公寓設置單獨的微負壓新風系統。

參考文獻

[1]2010全國第六次人口普查主要數據公報，中華人民共和國國家統計局，2011.

[2]可持續發展設計指南，（法）SERGESALAT主編，清華大學出版社，2006年

[3]民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范，GB50736-2012，中國建筑工業出版社，2012.

[4]空氣調節設計手冊[M].（第二版），電子工業部第十設計研究院主編，中國建筑工業出版社，1995.

[5]王啟杰.對流傳熱傳質分析[M].1版.西安交通大學出版社，1990.

[6]Q.Chen and W.Xu.A zero-equation turbulence model for indoor airflow simulation.Energy and Buildings，1998，28（2）：137-144.