復合式空調系統的數值模擬研究

張英琛　隋學敏

摘 要 利用CFD軟件對運用輻射供冷/置換通風空調系統的房間進行了房間氣流的數值模擬，得到了輻射供冷條件下不同冷板位置室內氣流的溫度場，以及溫度梯度對于其熱舒適性的影響。結果表明，復合式空調系統創造了相較于傳統空調系統更舒適的熱環境。

關鍵詞 輻射供冷 置換通風 CFD模擬 溫度場

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A

0引言

隨著城市化建設的不斷發展，人們物質文化生活水平的逐漸提高，自我保護意識加強，他們對室內空氣的品質（IEQ）也提出了更高的要求。近年來，我國建筑能耗日益增長，暖通空調部分能源消耗占建筑運行全部能量的30%～60%之多，因此，我們提出了輻射供冷與置換通風相結合的新型空調系統。室內負荷由二者共同承擔，不需要供給更低溫度的冷凍水，在冷凍水制取方面為低品位能源的使用創造了條件。

本文將通過建立相關的幾何模型并利用CFD模擬軟件來研究復合式空調系統房間內的氣流組織分布，分別對不同冷板位置時輻射式復合空調系統的室內熱環境進行模擬，并對其形成的溫度場作出評價分析。

1數值模擬

采用了standard k-€%^湍流模型結合壁面函數法來解決近壁區的流動計算問題。求解方式采用segregated，離散格式采用一階迎風格式，其中，壓力、動量、溫度、粘性、體力、k、e的欠松弛因子分別為：0.3、0.7、1.0、1.0、0.1、0.5、0.5。

網格單元結構可分為四面體、五面體及六面體網格，網格生成分為結構化與非結構化網格。因為模型均為四面體，結構簡單，形狀固定，因此面網格選用四邊形網格，體網格選用六面體網格。面網格劃節點距離為0.05，體網格節點距離為0.1，得到大約4272654個網格。房間采用輻射供冷/置換通風的復合式空調系統，分別將輻射板設于頂板、東內墻及地面，送風口位于西內墻左下角。內墻的傳熱系數設為0.43W/（m2·k），外窗為3W/（m2·k）。

2模擬結果與分析

下圖分別為冷板鋪設于不同位置室內0.1m處及X=2.25m處溫度場分布云圖，風速為1.6m/s。（見圖1、圖2、圖3、圖4）

3結論

（1）采用1.6m/s的送風速度時，輻射冷板的敷設位置對室內不同高度的溫度場影響較小，0.1m處的溫度梯度均在1.3℃左右。在Z=0.1m處，下送風系統中，無論輻射板的位置在頂板、地板，人員所在區域（人體腳踝處高度）平面溫度差在1.2～1.5℃左右，溫度分布較為均勻。人體無不適感。由于輻射換熱占比較大，地板供冷時，在縱向垂直斷面處，人員工作區域內最高溫度為25.57℃，最低溫度為24.39℃，垂直溫度差為1.18 ℃。側墻供冷時，最高溫度為25.6 ℃，最低溫度為24.35 ℃，垂直溫度差為1.25 ℃。房間上部溫度低，下部溫度高，符合熱舒適性要求；

（2）人體、計算機等熱源的散熱量對室內氣流組織分布和舒適度影響較大；

（3）負荷較小時，無論輻射冷板的位置被置于頂板、墻壁或者地面，均能滿足室內熱舒適性要求，從工程施工與系統設計方面考慮，地板輻射供冷系統較頂板輻射供冷系統更加簡單，需求費用相對較低，因此從此種角度考慮地板輻射供冷更有優勢，更易被廣泛推廣。負荷較大時，復合式空調系統能滿足室內熱舒適度并能有效防止結露。

參考文獻

[1] 劉九五，連之偉，王月梅.CFD在暖通空調系統中的應用現狀與發展[J].建筑熱能通風空調，2010（6）：1-6.

[2] 高治國.置換通風條件下地板輻射供冷的熱環境數值模擬[D].山東建筑大學，2013.

[3] 韓占忠.Fluent流體工程仿真計算實例與分析[M].北京理工大學出版社，2009.

[4] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.