空調送風溫度對室內舒適性的影響分析

李林　金梧鳳　李惠

摘要：指出了在空調制熱運行時，從開機到室內到達舒適的溫度需要較長的時間，而且穩定后垂直方向熱力分層現象比較嚴重，人體極不舒適。針對以上這種現象，利用Fluent軟件模擬了送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，空調房間內溫度場的變化情況，并分析了人體活動范圍1.8m以下的溫度隨時間的變化情況以及熱力分層現象。

關鍵詞：時間；送風溫度；熱力分層現象

中圖分類號：TU831文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02027403

1引言

在國民經濟快速發展的現代社會中，人們日益增長的物質文化水平，使得人們對生存環境的舒適度提出了更高的要求，但是能源問題的出現，尤其是近年來電能的緊缺，使人們在追求舒適的室內環境的同時，也更加關注和重視設備的節能環保。隨之對創造室內環境的空調系統及其附屬設備的要求越來越高。而建筑設備想要節約能源空調系統本身特性的優化研發非常重要，但是建筑空調設備的使用方法是否合理也是值得足夠重視的。

目前，國內很多單位或個人對空調室內機送風方式等問題進行了模擬或實驗研究。然而大多數的研究都是針對空調的送風方式對室內熱環境與氣流組織的影響，由于一般室內機從開始到達舒適的室內溫度需要較長的時間，對于如何優化送風參數以縮短空調運行時間并減少熱力分層現象以盡快達到整個房間舒適性方面的研究很少。

本文應用Fluent軟件模擬分析了空調機制熱運行時幾種不同的送風溫度下室內溫度隨時間變化的情況及垂直高度分層現象對人體舒適性的影響。為提高人生活區域的舒適性以及分體空調的控制和系統的優化發展有著實際的理論和現實意義。同時也為非采暖地區冬季熱泵空調制熱運行方案的優化提供一定的技術支持。

2物理模型

本文以一個長×寬×高約為5.10m×2.94m×3.13m的房間作為研究對象，壁掛式的室內熱風機作為物理模型。房間的北外墻上距地面0.93m，距西墻0.3m，距東墻0.2m的高度上有1.7m×2.44m塑鋼外窗；在距離北外墻1.3m，距離地面2.4m的西墻上安裝了1臺熱風機。距離北外墻5.1m的南墻上有1扇寬×高為0.98m×2.00m的門。空調器的回風口等效簡化成為1個0.21m×0.885m的長方形風口，同樣，送風口簡化等效成0.785m×0.123m的長方形風口，具體參數如表1所示。房間及各結構的示意圖如圖1所示。

由于出風口的溫度與環境溫度有關是可變數，現在家用空調有關進風口與出風口溫差標準沒有一個確切的說法，不同牌子，不同型號，不同匹數，不同氣溫下的各不一樣，一般進出口溫差大于8℃，而有的空調帶有電加熱 出風口會更高些，本次模擬設置回風溫度由實驗測試得到。根據《采暖通風與空氣調節設計規范》民用建筑的主要房間宜采用16～24℃，本文室內設計溫度取22℃。空調送風溫度先研究22℃、26℃、30℃、35℃、40℃共5種典型的溫度。

3.1模擬工況

本文采用的室外平均溫度為3℃，空調房間的初始溫度取6℃，模擬內容主要是：模擬送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，室內的溫度分布隨時間的變化。

3.2數值模型

室內空調機在運行過程中為三維、不可壓縮、非穩態、湍流的物理過程，采用κ-ε模型，考慮重力的影響，同時為了使問題得到簡化，本文將對要建立的數學模型做以下幾點假設。

（1）忽略經過玻璃的太陽輻射得熱以及內部輻射熱的影響；

（2）室內的空氣物性為不可壓縮、密度是僅受溫度影響的變量，且滿足Boussinesq假設；

（3）忽略室內污染物對氣流的影響；

（4）東西內墻、屋頂、地板采用絕熱壁面；

（5）房間的燈具在試驗階段未開啟，故其發熱量忽略不計。

3.3模擬的邊界條件

模擬的邊界條件如表2所示。

4模擬結果及分析

本文主要模擬了送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，空調房間內不同時刻的溫度變化情況，分析人體活動范圍內，沿高度方向代表站立時頭部高度1.8m、坐姿時頭部高度1.2m、腳踝處0.2m水平層的溫度變化過程以及上下平面的熱力分層現象。

4.1不同垂直平面的分析結果

利用fluent 軟件分別對22℃、26℃、30℃、35℃、40℃送風溫度下室內的溫度分布進行非穩態模擬，每隔60s記錄一次，共記錄了1200s時間內的溫度變化過程。圖2為距離地面0.2m、1.2m、1.8m高度的平面在5種不同送風溫度下的平均溫度隨時間變化的曲線對比。

4.2垂直溫差的分析結果

室內到達設定溫度時，不同送風溫度所需要的時間和此時的垂直溫差具體數值如表3所示。

可以看出，室內到達設定溫度時，送風溫度越高，需要的時間越短，但室內上下溫差越大，人體感覺越不舒適；送風溫度越低，垂直熱力分層現象不太明顯，但是到達設定溫度的時間較長。

5結論

從以上的模擬結果和分析比較可知，冬季制熱工況下，室內空調機采用不同的送風溫度送風對室內的熱環境和熱舒適性有著重要的影響，在合理的送風溫度范圍內，利用22℃、26℃、30℃、35℃、40℃的溫度送風的結果如下。

（1）送風溫度越高，密度越小，下沉能力越弱，越不利于提高低層平面的溫度，反之，溫度越低，下沉能力卻強，對于提高低層平面的溫度越有利；

（2）送風溫度越高，到達室內設定溫度的時間越短，但是垂直熱力分層現象越嚴重，人體越不舒適；反之，送風溫度越低，需要的時間越長，但垂直熱力分層現象越不明顯，人體越舒適。

參考文獻：

[1] 李惠. 分體式空調制熱運行時室內溫度場流場的特性研究[D].天津：天津商業大學， 2013.

[2] 張繼剛.壁掛式空調房間內流場溫度場特性與人體熱舒適的研究[D].濟南：山東大學，2007.

[3] 王馳，陳亮.分體式空調器室內機送風角度和速度對室內溫度場影響的實驗研究[J].制冷空調與電力機械，2007，118（28）：32～35.

[4] 陳劍波，黃俊毅，宋振寧.掛壁式變頻空調器熱舒適性的數值模擬及實驗研究[J].制冷與空調，2008，22（4）：1～5.

[5] M.Bojic，FYik，T.Y..Lo.Locating Air-conditioners and Furniture inside Residential Flats to Obtain Good Thermal Comfort[J].Energy and Buildings，2002，34：745～751.

[6] Juan Ababto，Daniel Barrero，Marcelo Reggio，Benoit Ozell.Airflow Modeling in a Computer Room[J].Building and Environment，2004，39：1393～1402.

[7] 徐濤.居住建筑分體式房間空調器運行能效研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[8] 宋金良.嵌入式空調室內機氣流短路改善[D].上海：上海交通大學，2009.endprint

摘要：指出了在空調制熱運行時，從開機到室內到達舒適的溫度需要較長的時間，而且穩定后垂直方向熱力分層現象比較嚴重，人體極不舒適。針對以上這種現象，利用Fluent軟件模擬了送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，空調房間內溫度場的變化情況，并分析了人體活動范圍1.8m以下的溫度隨時間的變化情況以及熱力分層現象。

關鍵詞：時間；送風溫度；熱力分層現象

中圖分類號：TU831文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02027403

1引言

在國民經濟快速發展的現代社會中，人們日益增長的物質文化水平，使得人們對生存環境的舒適度提出了更高的要求，但是能源問題的出現，尤其是近年來電能的緊缺，使人們在追求舒適的室內環境的同時，也更加關注和重視設備的節能環保。隨之對創造室內環境的空調系統及其附屬設備的要求越來越高。而建筑設備想要節約能源空調系統本身特性的優化研發非常重要，但是建筑空調設備的使用方法是否合理也是值得足夠重視的。

目前，國內很多單位或個人對空調室內機送風方式等問題進行了模擬或實驗研究。然而大多數的研究都是針對空調的送風方式對室內熱環境與氣流組織的影響，由于一般室內機從開始到達舒適的室內溫度需要較長的時間，對于如何優化送風參數以縮短空調運行時間并減少熱力分層現象以盡快達到整個房間舒適性方面的研究很少。

本文應用Fluent軟件模擬分析了空調機制熱運行時幾種不同的送風溫度下室內溫度隨時間變化的情況及垂直高度分層現象對人體舒適性的影響。為提高人生活區域的舒適性以及分體空調的控制和系統的優化發展有著實際的理論和現實意義。同時也為非采暖地區冬季熱泵空調制熱運行方案的優化提供一定的技術支持。

2物理模型

本文以一個長×寬×高約為5.10m×2.94m×3.13m的房間作為研究對象，壁掛式的室內熱風機作為物理模型。房間的北外墻上距地面0.93m，距西墻0.3m，距東墻0.2m的高度上有1.7m×2.44m塑鋼外窗；在距離北外墻1.3m，距離地面2.4m的西墻上安裝了1臺熱風機。距離北外墻5.1m的南墻上有1扇寬×高為0.98m×2.00m的門。空調器的回風口等效簡化成為1個0.21m×0.885m的長方形風口，同樣，送風口簡化等效成0.785m×0.123m的長方形風口，具體參數如表1所示。房間及各結構的示意圖如圖1所示。

由于出風口的溫度與環境溫度有關是可變數，現在家用空調有關進風口與出風口溫差標準沒有一個確切的說法，不同牌子，不同型號，不同匹數，不同氣溫下的各不一樣，一般進出口溫差大于8℃，而有的空調帶有電加熱 出風口會更高些，本次模擬設置回風溫度由實驗測試得到。根據《采暖通風與空氣調節設計規范》民用建筑的主要房間宜采用16～24℃，本文室內設計溫度取22℃。空調送風溫度先研究22℃、26℃、30℃、35℃、40℃共5種典型的溫度。

3.1模擬工況

本文采用的室外平均溫度為3℃，空調房間的初始溫度取6℃，模擬內容主要是：模擬送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，室內的溫度分布隨時間的變化。

3.2數值模型

室內空調機在運行過程中為三維、不可壓縮、非穩態、湍流的物理過程，采用κ-ε模型，考慮重力的影響，同時為了使問題得到簡化，本文將對要建立的數學模型做以下幾點假設。

（1）忽略經過玻璃的太陽輻射得熱以及內部輻射熱的影響；

（2）室內的空氣物性為不可壓縮、密度是僅受溫度影響的變量，且滿足Boussinesq假設；

（3）忽略室內污染物對氣流的影響；

（4）東西內墻、屋頂、地板采用絕熱壁面；

（5）房間的燈具在試驗階段未開啟，故其發熱量忽略不計。

3.3模擬的邊界條件

模擬的邊界條件如表2所示。

4模擬結果及分析

本文主要模擬了送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，空調房間內不同時刻的溫度變化情況，分析人體活動范圍內，沿高度方向代表站立時頭部高度1.8m、坐姿時頭部高度1.2m、腳踝處0.2m水平層的溫度變化過程以及上下平面的熱力分層現象。

4.1不同垂直平面的分析結果

利用fluent 軟件分別對22℃、26℃、30℃、35℃、40℃送風溫度下室內的溫度分布進行非穩態模擬，每隔60s記錄一次，共記錄了1200s時間內的溫度變化過程。圖2為距離地面0.2m、1.2m、1.8m高度的平面在5種不同送風溫度下的平均溫度隨時間變化的曲線對比。

4.2垂直溫差的分析結果

室內到達設定溫度時，不同送風溫度所需要的時間和此時的垂直溫差具體數值如表3所示。

可以看出，室內到達設定溫度時，送風溫度越高，需要的時間越短，但室內上下溫差越大，人體感覺越不舒適；送風溫度越低，垂直熱力分層現象不太明顯，但是到達設定溫度的時間較長。

5結論

從以上的模擬結果和分析比較可知，冬季制熱工況下，室內空調機采用不同的送風溫度送風對室內的熱環境和熱舒適性有著重要的影響，在合理的送風溫度范圍內，利用22℃、26℃、30℃、35℃、40℃的溫度送風的結果如下。

（1）送風溫度越高，密度越小，下沉能力越弱，越不利于提高低層平面的溫度，反之，溫度越低，下沉能力卻強，對于提高低層平面的溫度越有利；

（2）送風溫度越高，到達室內設定溫度的時間越短，但是垂直熱力分層現象越嚴重，人體越不舒適；反之，送風溫度越低，需要的時間越長，但垂直熱力分層現象越不明顯，人體越舒適。

參考文獻：

[1] 李惠. 分體式空調制熱運行時室內溫度場流場的特性研究[D].天津：天津商業大學， 2013.

[2] 張繼剛.壁掛式空調房間內流場溫度場特性與人體熱舒適的研究[D].濟南：山東大學，2007.

[3] 王馳，陳亮.分體式空調器室內機送風角度和速度對室內溫度場影響的實驗研究[J].制冷空調與電力機械，2007，118（28）：32～35.

[4] 陳劍波，黃俊毅，宋振寧.掛壁式變頻空調器熱舒適性的數值模擬及實驗研究[J].制冷與空調，2008，22（4）：1～5.

[5] M.Bojic，FYik，T.Y..Lo.Locating Air-conditioners and Furniture inside Residential Flats to Obtain Good Thermal Comfort[J].Energy and Buildings，2002，34：745～751.

[6] Juan Ababto，Daniel Barrero，Marcelo Reggio，Benoit Ozell.Airflow Modeling in a Computer Room[J].Building and Environment，2004，39：1393～1402.

[7] 徐濤.居住建筑分體式房間空調器運行能效研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[8] 宋金良.嵌入式空調室內機氣流短路改善[D].上海：上海交通大學，2009.endprint

摘要：指出了在空調制熱運行時，從開機到室內到達舒適的溫度需要較長的時間，而且穩定后垂直方向熱力分層現象比較嚴重，人體極不舒適。針對以上這種現象，利用Fluent軟件模擬了送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，空調房間內溫度場的變化情況，并分析了人體活動范圍1.8m以下的溫度隨時間的變化情況以及熱力分層現象。

關鍵詞：時間；送風溫度；熱力分層現象

中圖分類號：TU831文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02027403

1引言

在國民經濟快速發展的現代社會中，人們日益增長的物質文化水平，使得人們對生存環境的舒適度提出了更高的要求，但是能源問題的出現，尤其是近年來電能的緊缺，使人們在追求舒適的室內環境的同時，也更加關注和重視設備的節能環保。隨之對創造室內環境的空調系統及其附屬設備的要求越來越高。而建筑設備想要節約能源空調系統本身特性的優化研發非常重要，但是建筑空調設備的使用方法是否合理也是值得足夠重視的。

目前，國內很多單位或個人對空調室內機送風方式等問題進行了模擬或實驗研究。然而大多數的研究都是針對空調的送風方式對室內熱環境與氣流組織的影響，由于一般室內機從開始到達舒適的室內溫度需要較長的時間，對于如何優化送風參數以縮短空調運行時間并減少熱力分層現象以盡快達到整個房間舒適性方面的研究很少。

本文應用Fluent軟件模擬分析了空調機制熱運行時幾種不同的送風溫度下室內溫度隨時間變化的情況及垂直高度分層現象對人體舒適性的影響。為提高人生活區域的舒適性以及分體空調的控制和系統的優化發展有著實際的理論和現實意義。同時也為非采暖地區冬季熱泵空調制熱運行方案的優化提供一定的技術支持。

2物理模型

本文以一個長×寬×高約為5.10m×2.94m×3.13m的房間作為研究對象，壁掛式的室內熱風機作為物理模型。房間的北外墻上距地面0.93m，距西墻0.3m，距東墻0.2m的高度上有1.7m×2.44m塑鋼外窗；在距離北外墻1.3m，距離地面2.4m的西墻上安裝了1臺熱風機。距離北外墻5.1m的南墻上有1扇寬×高為0.98m×2.00m的門。空調器的回風口等效簡化成為1個0.21m×0.885m的長方形風口，同樣，送風口簡化等效成0.785m×0.123m的長方形風口，具體參數如表1所示。房間及各結構的示意圖如圖1所示。

由于出風口的溫度與環境溫度有關是可變數，現在家用空調有關進風口與出風口溫差標準沒有一個確切的說法，不同牌子，不同型號，不同匹數，不同氣溫下的各不一樣，一般進出口溫差大于8℃，而有的空調帶有電加熱 出風口會更高些，本次模擬設置回風溫度由實驗測試得到。根據《采暖通風與空氣調節設計規范》民用建筑的主要房間宜采用16～24℃，本文室內設計溫度取22℃。空調送風溫度先研究22℃、26℃、30℃、35℃、40℃共5種典型的溫度。

3.1模擬工況

本文采用的室外平均溫度為3℃，空調房間的初始溫度取6℃，模擬內容主要是：模擬送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，室內的溫度分布隨時間的變化。

3.2數值模型

室內空調機在運行過程中為三維、不可壓縮、非穩態、湍流的物理過程，采用κ-ε模型，考慮重力的影響，同時為了使問題得到簡化，本文將對要建立的數學模型做以下幾點假設。

（1）忽略經過玻璃的太陽輻射得熱以及內部輻射熱的影響；

（2）室內的空氣物性為不可壓縮、密度是僅受溫度影響的變量，且滿足Boussinesq假設；

（3）忽略室內污染物對氣流的影響；

（4）東西內墻、屋頂、地板采用絕熱壁面；

（5）房間的燈具在試驗階段未開啟，故其發熱量忽略不計。

3.3模擬的邊界條件

模擬的邊界條件如表2所示。

4模擬結果及分析

本文主要模擬了送風溫度分別為22℃、26℃、30℃、35℃、40℃下，空調房間內不同時刻的溫度變化情況，分析人體活動范圍內，沿高度方向代表站立時頭部高度1.8m、坐姿時頭部高度1.2m、腳踝處0.2m水平層的溫度變化過程以及上下平面的熱力分層現象。

4.1不同垂直平面的分析結果

利用fluent 軟件分別對22℃、26℃、30℃、35℃、40℃送風溫度下室內的溫度分布進行非穩態模擬，每隔60s記錄一次，共記錄了1200s時間內的溫度變化過程。圖2為距離地面0.2m、1.2m、1.8m高度的平面在5種不同送風溫度下的平均溫度隨時間變化的曲線對比。

4.2垂直溫差的分析結果

室內到達設定溫度時，不同送風溫度所需要的時間和此時的垂直溫差具體數值如表3所示。

可以看出，室內到達設定溫度時，送風溫度越高，需要的時間越短，但室內上下溫差越大，人體感覺越不舒適；送風溫度越低，垂直熱力分層現象不太明顯，但是到達設定溫度的時間較長。

5結論

從以上的模擬結果和分析比較可知，冬季制熱工況下，室內空調機采用不同的送風溫度送風對室內的熱環境和熱舒適性有著重要的影響，在合理的送風溫度范圍內，利用22℃、26℃、30℃、35℃、40℃的溫度送風的結果如下。

（1）送風溫度越高，密度越小，下沉能力越弱，越不利于提高低層平面的溫度，反之，溫度越低，下沉能力卻強，對于提高低層平面的溫度越有利；

（2）送風溫度越高，到達室內設定溫度的時間越短，但是垂直熱力分層現象越嚴重，人體越不舒適；反之，送風溫度越低，需要的時間越長，但垂直熱力分層現象越不明顯，人體越舒適。

參考文獻：

[1] 李惠. 分體式空調制熱運行時室內溫度場流場的特性研究[D].天津：天津商業大學， 2013.

[2] 張繼剛.壁掛式空調房間內流場溫度場特性與人體熱舒適的研究[D].濟南：山東大學，2007.

[3] 王馳，陳亮.分體式空調器室內機送風角度和速度對室內溫度場影響的實驗研究[J].制冷空調與電力機械，2007，118（28）：32～35.

[4] 陳劍波，黃俊毅，宋振寧.掛壁式變頻空調器熱舒適性的數值模擬及實驗研究[J].制冷與空調，2008，22（4）：1～5.

[5] M.Bojic，FYik，T.Y..Lo.Locating Air-conditioners and Furniture inside Residential Flats to Obtain Good Thermal Comfort[J].Energy and Buildings，2002，34：745～751.

[6] Juan Ababto，Daniel Barrero，Marcelo Reggio，Benoit Ozell.Airflow Modeling in a Computer Room[J].Building and Environment，2004，39：1393～1402.

[7] 徐濤.居住建筑分體式房間空調器運行能效研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[8] 宋金良.嵌入式空調室內機氣流短路改善[D].上海：上海交通大學，2009.endprint