趙建博黃曉瑞

1山東省建筑設計研究院

2青島海信日立空調系統有限公司

側墻上置風口置換通風系統性能的實驗研究

趙建博1黃曉瑞2

1山東省建筑設計研究院

2青島海信日立空調系統有限公司

對側墻上置風口置換通風在不同負荷率下進行夏季工況，過渡季節工況，冬季內區工況的系統性能進行實驗研究，得出此種通風方式下送風口的速度分布，室內的溫度分布，0.1m處的風速等實驗數據。通過分析實驗數據得出，側墻上置風口置換通風在滿足室內熱舒適性的前提下，能夠提高房間的負荷承擔能力，與混合通風相比能夠得出較高的通風效率；另外，階梯形的風口較普通的送風口能較少地卷吸上區品質差的空氣，能更好地滿足側墻上置置換通風的風口特性要求。

上置風口 置換通風 負荷承擔能力 通風效率

0 引言

與傳統的混合通風相比，置換通風作為一種空氣品質高、熱舒適性好的送風方式，開始受到廣泛的重視，在工業、民用和公共建筑中開始得到越來越多的應用。一般說來，置換通風可分為風口落地式，地板下送風，風口上置式，可以將風口落地式和地板下送風統稱為傳統的置換通風。傳統的置換通風既占用了房間下部的有效空間，又在某些場合造成風口難以布置，因此，課題組曾提出利用側墻上置風口置換通風這種送風方式來解決傳統置換通風風口布置受限、負荷能力較低（一般為40W/m2[1]等缺點，并做了相應工作[2]，但是做的還不夠深入，還需要進一步的研究。

本文在課題組原有工作的基礎上，對側墻上置風口置換通風在不同負荷率下進行夏季工況，過渡季節工況，冬季內區工況的系統性能做了進一步的實驗研究，得到了此種送風方式下的負荷承擔能力及通風效率值。

1 實驗裝置和測試手段

實驗在一個如圖1所示的氣流分布實驗室內進行，實驗室的L×B×H=3.40m×2.90m×2.95m，實驗室的四壁絕熱，在東墻上開有一窗戶，以便于觀察。送風口安裝于北墻，風口出風斷面高度2.20m，斷面尺寸1.25m×0.20m（b），其中送風口為普通條形百葉風口簡稱普通風口，送風口為在普通風口內裝有一傾斜插板，使內側風量占總風量的65%，外側風量占35%，并且送風面分為寬度相等的兩部分，從而使內側速度（u1）大外側速度（u1）小，簡稱階梯形風口[2]，如圖2所示，出風口寬度均為0.10m。回風口位于房頂南側中心處，尺寸0.40m×0.40m；實驗室東西墻各裝有一盞熒光燈，均為60W；以發熱電爐絲作熱源，將均勻打孔鐵皮做成熱源形狀反扣于發熱電爐絲上，以此做成模擬熱源，熱源靠近房間的西南角。

圖1 辦公室實驗模型

圖2 階梯形送風口模型圖

本實驗采用JWB一體化溫度變送器測量溫度場，精度A級（±0.15%FS）；采用HD103T.0微風速變送器測量速度場，精度±0.04m/s（0～0.99m/s），±0.2m/s（4～5m/s）。室內裝有滑軌系統可改變測點的位置。

2 實驗方案和測點布置

實驗分為夏季，過渡季節，冬季內區三大工況。其中，階梯形風口記為工況a，普通風口記為工況b，工況a和b根據負荷率的不同又各分為四個工況，各工況的參數列于表1中（其中熱源模型為：人體100W/人，電腦300W/臺，打印機200W/臺）。

表1 實驗工況

參照文獻[3]，將距離風口安裝墻面1.0m（X＞1.0m），離地面0.1m（Z＞0.1m）以上，1.8m（Z＜1.8m）以下的區域定義為工作區。

實驗中主要測量室內溫度分布，0.1m處風速及送風口沿豎墻各斷面的速度分布。因此，在室內均勻布置9個測點分別測量各點的垂直溫度分布，見圖3；為了測量地面上0.1m處的風速，分別布置Y1=0.70m、Y2=1.45m、Y3=2.20m三條測量線，每條測量線上自北墻根沿X方向分別布置10個測點，測點坐標見圖4；風口出口沿射流方向（Y方向）布置11個射流水平斷面，在每個斷面上（X方向）從墻面向射流外緣測量每間隔20mm布置一個點用以測量風口各斷面的速度分布，見圖5。

圖3 室內溫度測點布置圖

圖4 0.1m處速度測點布置圖

圖5 風口特性測點布置圖

3 實驗結果

3.1 工作區垂直溫度梯度

置換通風的熱舒適性要求室內工作區0.1～1.8m處的垂直溫差小于3℃，因此，在室內均勻地選擇了9個點來查看室內的溫度分布特性。現僅將冬季內區工況a2的9個點的垂直溫度分布給出于圖6中，可以發現，水平溫度分布均勻；盡管各點的水平位置不同，但各點的垂直溫度梯度還是基本相同的，第三點對應的溫度大于其它各點的溫度，這是由于第三點位于熱源附近的緣故，其它各工況具有相同的特點。圖7～9將各工況工作區（0.1m＜Z＜1.8m）處的垂直溫差繪成曲線，可以發現，隨著負荷率及送風量的增大，0.1～1.8m處的垂直溫度有增大的趨勢，但除負荷率較大工況時（114W/m2）的某些點外，各工況工作區各點0.1～1.8m處的垂直溫差均滿足小于3℃的要求。由此可以說明，在負荷率≤93W/m2時側墻上置風口置換通風工作區滿足置換通風熱舒適性的垂直溫差要求。

圖6 冬季內區工況a2室內各點的垂直溫度分布

圖7 夏季各個工況0.1～1.8m垂直溫差

圖8 過渡季節各個工況0.1～1.8m垂直溫差

圖9 冬季內區各個工況0.1～1.8m垂直溫差

3.2 工作區0.1m處的風速

文獻[3]給出舒適性空調室內風速冬季≤0.20m/s，夏季≤0.30m/s，而一般認為置換通風室內最大風速出現在地板附近，特別是0.1m高度左右，因此，測量了各工況下室內各測點的0.1m處的風速值，現僅將各工況測線Y2=1.45m上的風速值曲線在圖10～12中給出。由圖可知：在送風射流沿地面擴散的方向上，0.1m處的風速總體呈不斷減小的趨勢，工作區范圍內，僅在負荷率較大工況時（114W/m2）的個別點速度值超過了規定值，其它各工況各點的速度值均滿足舒適性空調要求，其余側線有相同的特點。這充分說明：在負荷率≤93W/m2時此種送風方式下室內工作區0.1m處風速基本滿足舒適性要求。

圖10 夏季Y2=1.45m截面各工況地面0.1m處風速

圖11 過渡季節Y2=1.45m截面各工況地面0.1m處風速

圖12 冬季內區Y2=1.45m截面各個工況0.1m處風速

3.3 各工況的通風效率

由測出的送風，排風及室內工作區的溫度值可以計算出各工況的通風效率，做出曲線如圖13～15。由圖可知，側墻上置風口置換通風的通風效率在各工況下最小值也大于1.4，最大值高達2.2左右，均遠大于混合通風的通風效率，這充分體現了置換通風的優越性。另外，在所做的工況里除了夏季a2工況外，階梯形的風口的通風效率均大于普通風口，這充分說明對于側墻上置風口置換通風，階梯形的風口形式較普通風口能得到較高的通風效率值，更適用于側墻上置風口置換通風。

圖13 夏季各工況通風效率E

圖14 過渡季節各工況通風效率E

圖15 冬季內區各工況通風效率E

3.4 風口的卷吸特性

將階梯形風口和普通風口在同一負荷率下沿射流（Z方向）方向各斷面最大速度的無因次速度值曲線做出，現僅將冬季內區工況a1和b1的Um/Uo曲線給出，見圖16。其中，Um為沿射流（Y方向）方向各斷面的最大速度值，m/s；Uo為出風口的平均速度值，m/s；z為沿射流（Z方向）方向與出風口斷面的距離，m；b為出風口的寬度0.2m。

圖16 冬季內區工況a1和b1的Um/Uo

分析圖中數據可知：在同樣的送風量和送風口出風斷面的前提下，階梯形送風口的Um/Uo均大于普通風口，尤其在沿射流方向0～0.4m的距離上。這反映出階梯形風口的卷吸弱于普通風口，尤其在沿射流方向0～0.5m的距離上，其余工況也有相同特點。因此可以得出，階梯形風口更適用于側墻上置風口置換通風，因為其在上區卷吸空氣品質差的空氣量小于普通風口。

4 結論

1）在滿足熱舒適性的前提下，上置置換通風能大大提高房間的負荷承擔能力，其負荷承擔能力可以由傳統的置換通風的40W/m2提高到約90W/m2。實驗中，當負荷率提高到114W/m2時房間內有些工作區內點的熱舒適性無法得到滿足。

2）在滿足熱舒適性的前提下，上置置換通風較混合通風能得到較高的通風效率值，最高時可達2.2左右。

3）階梯形風口較普通風口在沿射流方向0～0.4m的距離上的卷吸量較小，卷吸上區空氣品質差的空氣量較少，并且能得到稍高的通風效率值，更適用于側墻上置風口置換通風。

[1]A G L Svensson.Nordic experience of displacement ventilation systems[J].ASHRAE Transactions,1989,95(2):1013-1017

[2]魏京勝.上置置換通風風口特性及氣流組織實驗研究[D].西安:西安建筑科技大學,2005

[3]采暖通風與空氣調節設計規范(GB50019-2003)[S].北京:中國建筑工業出版社,2003

Expe rim e nta l Study on Sys te m Pe rform a nc e of Dis pla c e m e nt Ve ntila tion w ith High Side w a ll Outle t

ZHAO Jian-bo1,HUANG Xiao-rui2
1 Shandong Provincial Architectural Design Institute
2 Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co.,Ltd.

Experimental study on displacement ventilation with high sidewall outlet,which includes conditions of summer,transition season,winter indoor under different load rates,the experiment data which include distribution of the supply air velocity,the air temperature,the 0.1m velocity are obtained.From the experiment data,displacement ventilation with high sidewall outlet systems are capable of removing larger heat loads,maintaining higher ventilation efficiency compare with mixing ventilation before it can maintain acceptable comfort;Otherwise,according to displacement ventilation with high sidewall outlet,the diffusers which the distribution of supply air velocity was uneven are better than the distribution of supply air velocity was even,because they are capable of absorbing less contaminated air of the upper zone.

up-fixing diffusers,displacement ventilation,capacity of thermal duty,ventilation efficiency

1003-0344（2015）02-018-4

2014-2-18

趙建博（1982～），男，碩士，工程師；山東省濟南市槐蔭區經十路22799號銀座中心一號樓3501（250022）；0531-87913376；E-mail:zhaojianboly@163.com