地板送風靜壓箱送風均勻性研究

吳 姝 趙樹興 黃 隆 范 彬 安志紅 臧效罡

1天津城市建設學院能源與安全工程學院

2浙江華展工程研究設計院有限公司

3天津市城市建設規劃研究院

地板送風靜壓箱送風均勻性研究

吳 姝1趙樹興1黃 隆1范 彬2安志紅3臧效罡3

1天津城市建設學院能源與安全工程學院

2浙江華展工程研究設計院有限公司

3天津市城市建設規劃研究院

地板送風空調系統因其在熱舒適、室內空氣品質和節能性等方面的諸多優點，在我國逐漸得到研究和應用。本文采用CFD建立地板送風靜壓箱模型，模擬分析了靜壓箱地板送風系統靜壓箱高度、進風口位置及形狀對靜壓箱送風均勻性的影響，可為工程設計提供參考。

地板送風空調系統送風均勻性靜壓箱高度

地板送風空調系統是利用架高地板的下部空間作為送風靜壓箱，通過送風靜壓箱上的地板送風口將處理的空氣直接送到空調房間的工作區，因其所具有的節能性、靈活性、改善室內熱舒適性及室內空氣品質等優點，近十年來在影劇院、體育館、辦公室等建筑中得到越來越多的應用。但國內應用因起步較晚且缺少相應的設計規范，還存在一定問題，因此，開展這方面的研究就顯得十分重要。地板靜壓箱送風均勻性[1]（即每個地板送風口都能送出相等的風量）將直接影響到地板送風空調系統的使用效果，而地板送風靜壓箱的合理設計對于保證地板送風均勻性至關重要。影響靜壓箱送風均勻性的因素有很多，比如靜壓箱高度、進風口的位置和形狀、送風口的密度及作用半徑等。本文重點研究了靜壓箱高度、進風口位置及形狀對送風均勻性的影響。

本文采用地板送風口送風不平衡率χ作為衡量地板靜壓箱送風均勻性的指標。用式（1）表達：

式中：Ga為送風口實際出風量；Gd為送風口設計風量。

1 靜壓箱物理模型及網格劃分

建立靜壓箱物理模型如圖1所示。靜壓箱面積為82.26m2（9.07m×9.07m），共有16個送風口，每個送風口的設計風量為158.4m3/h（靜壓箱的靜壓力為20Pa時每個送風口的最大風量為40～47L/s[2]，本文取中間值44L/s，即158.4m3/h），靜壓箱的總設計風量為2600m3/h，進風口面積為0.24m2（1.1m×0.22m），進風口速度為3m/s。

圖1 靜壓箱物理模型

網格劃分：送風口采用Quad/Tri網格單元，Pave網格類型；進風口及其他面采用Quad網格單元，Map網格單元；整個靜壓箱體采用Tet/Hybrid網格單元，TGrid網格類型[3]。這樣劃分網格容易成功。邊界條件設置：進風口為速度入口（velocity-inlet）；送風口為壓力出口（pressure-outlet）；湍流模型為標準K-ε模型。使用的方程：連續性方程和動量守恒方程，方程的離散模式為二階迎風格式。

2 靜壓箱高度對送風均勻性的影響

在研究靜壓箱高度對送風均勻性的影響時，本文一共設置了9種不同的靜壓箱高度，即100mm、110mm、120mm、150mm、200mm、220mm、250mm、280mm、300mm。根據所設置的靜壓箱高度，分別進行了CFD模擬計算，最后得出各高度下送風口不平衡情況如表1所示。

表1 靜壓箱高度對送風均勻性的影響

由表1可以看出，隨著靜壓箱高度的增高，靜壓箱的送風均勻性越來越好。這說明了，靜壓箱的送風均勻性受到靜壓箱高度的影響，并且靜壓箱高度越大，送風均勻性越好。

3 進風口位置對送風均勻性的影響

在研究進風口位置對送風均勻性的影響時，本文主要建立矩形進風口分別位于靜壓箱中央上吹、側面中部上吹、側面中部側吹三個位置的模型如圖1、圖2、圖3所示。選取靜壓箱高度220mm、250mm、280mm、300mm四種情況進行模擬分析，模擬結果如表2。

圖2 側面中部（上吹）

圖3 側面中部（側吹）

表2 進風口位置對送風均勻性的影響

從表2可以得出：當進風口位于靜壓箱中央上吹時，隨著靜壓箱高度的增高，送風口的不平衡率≤5%的個數逐漸增多，這就表明靜壓箱送風均勻性越來越好；當進風口位于靜壓箱側面中部上吹時，隨著靜壓箱高度的增高，其送風口的不平衡率＞10%的個數越來越少，不平衡率逐漸趨近于5%，這也表明靜壓箱送風均勻性也逐漸變好；當進風口位于靜壓箱側面中部側吹時，隨著靜壓箱高度的增高，不平衡率大于10%的送風口的個數居多，這說明靜壓箱的進風口不宜于處于靜壓箱的側面側吹，否則會嚴重地影響靜壓箱的送風均勻性，從而體現不出地板送風空調系統優越性。

從以上分析中，靜壓箱的高度對靜壓箱送風均勻性的影響是十分重要的，靜壓箱進風口位置對靜壓箱送風均勻性的影響也與靜壓箱高度有一定的關系。從表2看出在相同靜壓箱高度時，進風口位于靜壓箱中央上吹時靜壓箱的送風均勻性優于進風口位于側面中部上吹的靜壓箱送風均勻；同時也可以看出，當進風口位于靜壓箱側面中部上吹時，隨著靜壓箱高度的增高，靜壓箱的送風均勻性也越來越好，此結論在天津圖書館新館項目[4]中已得到驗證。

4 進風口形狀對送風均勻性的影響

為了研究進風口形狀對送風均勻性的影響，本文設置了位于靜壓箱底面中央的圓形進風口與矩形進風口進行對比分析，一共設置了10種不同的情況，其計算結果如表3所示。

表3 進風口形狀對送風均勻性的影響

從表3中可以看出，在靜壓箱高度為220mm、250mm、280mm時，圓形進風口的靜壓箱的送風口的不平衡率≤5%的個數多于矩形進風口的靜壓箱，這說明，對于該模型靜壓箱高度h≤280mm時，圓形進風口的靜壓箱的送風均勻性優于矩形進風口的靜壓箱；在靜壓箱高度≥300mm時，圓形進風口的靜壓箱的送風口的不平衡情況與矩形進風口的靜壓箱的送風口幾乎相同，這說明，在靜壓箱高度h≥300mm時，圓形進風口的靜壓箱的送風均勻性與矩形進風口的靜壓箱的送風均勻性差不多。

下面給出h=220mm靜壓箱截面z=110mm和h=300mm靜壓箱截面z=150mm時的壓力和速度分布圖，如圖4～11所示。

圖4 h=220mm截面z=110mm壓力分布圖（矩形）

圖5 h=220mm截面z=110mm速度分布圖（矩形）

圖6 h=220mm截面z=110mm壓力分布圖（圓形）

圖7 h=220mm截面z=110mm速度分布圖（圓形）

圖8 h=300mm截面z=150mm壓力分布圖（矩形）

圖9 h=300mm截面z=150mm速度分布圖（矩形）

圖10 h=300mm截面z=150mm壓力分布圖（圓形）

圖11 h=300mm截面z=150mm速分布圖（圓形）

從以上分析可以知道，圓形進風口靜壓箱的送風均勻性優于矩形送風口靜壓箱的送風均勻性。

5 結論

1）地板送風靜壓箱高度對靜壓箱送風均勻性影響最為明顯。地板送風靜壓箱高度越大，地板送風靜壓箱的送風均勻性就越好。就平面尺寸一定的靜壓箱而言，其靜壓箱高度存在一個低限值。譬如本文所建立的靜壓箱模型，其靜壓箱高度h≥150mm時送風均勻性較好；而當靜壓箱高度h＜150mm時，其送風均勻性明顯變差。

2）地板送風靜壓箱的進風口位置對其送風均勻性也有明顯影響。模擬分析表明：進風口位于靜壓箱中央上吹時送風均勻性優于側面中部上吹及側吹。

3）地板送風靜壓箱的進風口形狀對其送風均勻性也有一定的影響。模擬分析表明：圓形進風口的送風均勻性優于矩形進風口的送風均勻性。但考慮到圓形進風口施工方面帶來的困難，一般建議選用矩形進風口。

[1]范彬.地板送風系統的模擬與實驗研究[D].天津:天津城市建設學院,2012

[2]連之偉,馬仁民.下送風空調原理與設計[M].上海:上海交通大學出版社,2006

[3]王福軍.計算流體動力學分析—CFD軟件原理與運用[M].北京:清華大學出版社,2004

[4]安志紅,趙樹興.天津圖書館新館空調設計[J].暖通空調,2012, 42(2):22-25

The Stud y o f Plenunm Cham be r A ir Sup p ly Unm ifo rm ity o f Unde r-floo r A ir Dis tribu tion Sys tem

WU Shu1,ZHAO Shu-xing1,HUANG Long1,FAN Bin2,AN Zhi-hong3,ZANG Xiao-gang3
1Schoolof Energy and Safety Engineering,Tianjin InstituteofUrban Construction
2 Zhejiang Huazhan Instituteof Engineering Research Design
3 Tianjin InstituteofUrban Construction Planning

The underfloor air distribution system has been gradually applied for its advantages on thermal com fort indoor air quality and energy saving.CFD was carried out to build amodelof static pressure box in the UFAD system in this paper.Then the influence of the plenunm chamberheight,the distribution and the shape of the air distributor on the uniform ity of theairwere simulated and analyzed.The resultssuggestways to thedesign of thissystem.

underfloorairdistribution system,uniformity of theair,plenunm chamberheight

1003-0344（2014）02-064-4

2013-4-30

吳姝（1987～），女，碩士研究生；天津城市建設學院成德齋508（300384）；E-mail:ws13752672475@126.com