不同送風(fēng)方式對(duì)室內(nèi)空氣相對(duì)濕度分布的影響

趙航宇，劉澤勤

(天津商業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院/天津市制冷技術(shù)工程中心，天津 300134)

?

不同送風(fēng)方式對(duì)室內(nèi)空氣相對(duì)濕度分布的影響

趙航宇，劉澤勤

(天津商業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院/天津市制冷技術(shù)工程中心，天津 300134)

摘要：采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，數(shù)值模擬了空調(diào)房間在不同送風(fēng)方式下的濕度分布，上送上回送風(fēng)方式下空氣的速度矢量分布及溫度分布。研究表明：下送上回的送風(fēng)方式下，濕度分層較為明顯，梯度較大，人體活動(dòng)區(qū)域的相對(duì)濕度較高。由上送上回的送風(fēng)方式可見(jiàn)，研究平面內(nèi)相對(duì)濕度分布規(guī)律會(huì)受空氣速度及溫度分布的強(qiáng)烈影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；送風(fēng)方式；相對(duì)濕度分布

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)空氣品質(zhì)的要求越來(lái)越高。然而人類活動(dòng)尤其工業(yè)生產(chǎn)對(duì)大自然的影響不斷增大，其自我凈化能力遭到直接或者間接的破壞，造成環(huán)境質(zhì)量大幅度下降，環(huán)境質(zhì)量的下降不僅影響到人類的生活質(zhì)量，也對(duì)人類的身體健康產(chǎn)生了諸多影響[1]。作為提供室內(nèi)人工環(huán)境控制的空調(diào)系統(tǒng)，不但維持室內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，并對(duì)室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度進(jìn)行控制。室內(nèi)空氣相對(duì)濕度同溫度和空氣流速一樣，對(duì)于人居建筑，不僅關(guān)系到人體的熱舒適性[2，3]，對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)也有顯著的影響[4，5]。研究顯示，當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度參數(shù)偏低，人們的舒適感將變差，并易引起多種疾病，如皮膚干燥、口唇開(kāi)裂、感冒等等[6]，還可能會(huì)導(dǎo)致靜電的產(chǎn)生[7]。同樣，室內(nèi)空氣相對(duì)濕度偏高，也會(huì)引起人體的不舒適，而且空調(diào)房間內(nèi)濕度過(guò)高還容易導(dǎo)致結(jié)露或發(fā)霉。

鑒于此，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者曾對(duì)室內(nèi)空氣相對(duì)濕度進(jìn)行研究。西安建筑科技大學(xué)陳英杰[8]對(duì)現(xiàn)常用的變流量空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對(duì)不同的變流量空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)相對(duì)濕度的影響給予分析。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院龔光彩[9]老師等人運(yùn)用CFD方法研究證明，在大空間座椅送風(fēng)系統(tǒng)中，空間的相對(duì)濕度分布與溫度相似，同樣存在層狀梯度分布。McIntyre[10]對(duì)不同空氣相對(duì)濕度(20%、50%、70%)對(duì)人體熱感覺(jué)的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高空氣濕度會(huì)使人體有悶的感覺(jué)。 日本學(xué)者Tanabe[11]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，80%RH下的熱舒適水平與70%RH或濕度更低時(shí)不同。本文在此基礎(chǔ)上，采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，數(shù)值模擬空調(diào)房間在上送下回、側(cè)送下回、下送上回、上送上回4種送風(fēng)方式下的濕度分布，探索不同送風(fēng)方式對(duì)室內(nèi)空氣相對(duì)濕度分布的影響，并重點(diǎn)模擬分析了上送上回送風(fēng)方式下空氣相對(duì)濕度與速度矢量分布及溫度分布的關(guān)系。

2建模

圖1為空調(diào)房間示意圖，幾何尺寸為6 m(長(zhǎng))×4 m(寬)×3.5 m(高)。室內(nèi)布置有4組熱源，包括模擬人、模擬電腦、燈、墻壁。房間內(nèi)有4個(gè)人，考慮到人的一般坐姿，將人體設(shè)為1.2 m高的方體，單個(gè)人體發(fā)熱量為75 W；室內(nèi)有兩組日光燈用于照明，單組發(fā)熱量為34 W；房間內(nèi)配備4臺(tái)電腦用于辦公，單臺(tái)電腦的發(fā)熱量115 W。室內(nèi)所有的熱源均設(shè)為面熱源。墻壁散熱量設(shè)為4.5 m2。送回風(fēng)口布置見(jiàn)圖1。控制室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度26 ℃[12]，計(jì)算送風(fēng)溫度為20.7 ℃，保持720 m3/h的恒定送風(fēng)量，由于4種不同送風(fēng)方式的送風(fēng)口合面積相等，故送風(fēng)速度均為1 m/s，設(shè)計(jì)室內(nèi)相對(duì)濕度為60%[12]。模擬工況見(jiàn)表1。

3模擬結(jié)果分析與討論

圖2～圖5分別為上送下回、側(cè)送下回、下送上回、上送上回4種不同送風(fēng)方式下室內(nèi)不同區(qū)域的濕度分

表1　模擬工況

布圖。取x=1.2 m截面作為切面研究空調(diào)室內(nèi)相對(duì)濕度分布，從圖中可以看出，不同送風(fēng)方式下房間的整個(gè)

研究平面內(nèi)大部分區(qū)域的相對(duì)濕度值符合設(shè)計(jì)要求。上送下回、側(cè)送下回、上送上回3種送風(fēng)方式下研究平面內(nèi)的相對(duì)濕度基本均在58%～65%范圍內(nèi)變化。下送上回的送風(fēng)方式下人體周?chē)南鄬?duì)濕度相比其它送風(fēng)方式相對(duì)較高，濕度分層也較為明顯，梯度較大。其它3種送風(fēng)方式下濕度分層都較為紊亂，梯度大小也較為一致，而上送上回的送風(fēng)方式下室內(nèi)大部分區(qū)域的濕度大小要略高于另兩種。

圖6～圖7分別給出了上送上回送風(fēng)方式下室內(nèi)不同區(qū)域的速度矢量分布及溫度分布。取x=1.2 m截面作為研究平面，對(duì)比圖5和圖6發(fā)現(xiàn)室內(nèi)相對(duì)濕度分布規(guī)律與空氣流動(dòng)規(guī)律比較相似，其會(huì)受到空氣流動(dòng)方向的強(qiáng)烈影響。由圖5和圖7可見(jiàn)，溫度較高的區(qū)域空氣相對(duì)濕度均較低，因?yàn)楫?dāng)空氣含濕量相等時(shí)，隨著溫度的升高空氣相對(duì)濕度將有所下降，而濕空氣的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可近似為一個(gè)等含濕量過(guò)程[9]。從保證工作區(qū)舒適性的角度來(lái)看，室內(nèi)空氣相對(duì)濕度、溫度及送風(fēng)速度的這種分布特性，導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只要保證工作區(qū)滿足人的舒適性的要求即可，這將有助于能源的合理化利用。

4結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，人們對(duì)自己的生活環(huán)境提出了更高的質(zhì)量要求，舒適性空調(diào)較高的濕度控制要求便被提上日程。本文鑒于此，采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，數(shù)值模擬空調(diào)房間在上送下回、側(cè)送下回、下送上回、上送上回四種送風(fēng)方式下的濕度分布，并重點(diǎn)模擬分析了上送上回送風(fēng)方式下空氣相對(duì)濕度與速度矢量分布及溫度分布的關(guān)系，結(jié)論如下。

(1)4種不同送風(fēng)方式下房間的整個(gè)研究平面內(nèi)大部分區(qū)域的相對(duì)濕度值符合設(shè)計(jì)要求。而上送下回、側(cè)送下回、上送上回三種送風(fēng)方式下人體活動(dòng)區(qū)域的相對(duì)濕度均低于下送上回的送風(fēng)方式下的相對(duì)濕度。下送上回的送風(fēng)方式下，濕度分層也較為明顯，梯度較大，其它三種送風(fēng)方式下濕度分層都較為紊亂。

(2)研究平面內(nèi)相對(duì)濕度分布規(guī)律與空氣流動(dòng)規(guī)律比較相似，其會(huì)受到空氣流動(dòng)方向的強(qiáng)烈影響。而溫度較高的區(qū)域空氣相對(duì)濕度均較低，除數(shù)值大小的變化規(guī)律外，濕度分布與溫度分布具有相似的分布特性。

參考文獻(xiàn)：

[1]封澤鵬.導(dǎo)流板抑塵效果與散料特性關(guān)系研究[D].天津：天津商業(yè)大學(xué)，2013(5).

[2]J Toftum，A S Jorgensen，P O Fanger.Upper limits for indoor air humidity to avoid uncomfortably humid skin[J].Energy and Buildings，1998(28):1～13.

[3]K Kitagawa，N Komoda，H Hayano，et al.Effect of humidity and small air movement on thermal comfort under a radiant cooling ceiling by subjective experiments[J].Energy and Buildings，1999(30):185～193.

[4]馬曉鈞.通風(fēng)空調(diào)房間溫濕度和污染物分布規(guī)律及其應(yīng)用研究[D].北京：清華大學(xué)，2012.

[5]C J Simonson，M Salonvaara，T Ojanen.The effect of structures on indoor humidity possibility to improve comfort and perceived air quality[J].Indoor Air，2002(12):243～251.

[6]周亮.關(guān)于空調(diào)加濕的幾種方式及應(yīng)用的探討[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)雜志，2003，24(4):25～28.

[7]G H Green.Positive and negative effects of building humidification[J].ASHRAE Transaction，1982，88(1):1049～1061.

[8]陳英杰.不同條件下空調(diào)系統(tǒng)對(duì)相對(duì)濕度控制的研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

[9]龔光彩，謝賽男，吳京龍，等.座椅送風(fēng)大空間濕度分布模擬[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，35(7):21～24.

[10]D A McIntyre，I D Griffths.Subjective resp-onses to atmospheric humidity[J].Environmental Research，1975(9):66～75.

[11]S Tanabe，K Kimura，T Hara.Thermal comfort requirements during the summer season in Japan[J].ASHRAE Transactions，1987，93(1):564～577.

[12]ASHRAE standard 62-2001.Fundamentals of good indoor air quality (Humidity management)[S].Atlanta:ASHRAE Inc，2001.

Effect of Different Air Supply Modes on Relative Humidity Distributionof Indoor Air

Zhao Hangyu， Liu Zeqin

(SchoolofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofCommerce，EngineeringCenterofTianjinRefrigerationTechnology，Tianjin300134，China)

Abstract:Adoptingthe computational fluid dynamics software FLUENT，the article makes a numerical simulation of the humidity distribution under different air supply modes in air-conditioned room，and the velocity vector distribution and temperature distribution under the air supply mode of up-inlet and up-outlet.The article finds out that under the air supply mode of down-inlet and up-outlet，the humidity stratification is more obvious and the gradient is greater，and the air relative humidity of human activity region is lower.By the air supply mode of up-inlet and up-outlet，the article finds out that the relative humidity distribution laws will be strongly influenced by the distribution of air velocity and temperature.

Key words:numerical simulation;air supply mode;relative humidity distribution

文章編號(hào)：1674-9944(2016)02-0105-03

中圖分類號(hào)：X913

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：趙航宇(1986—)，男，河北張家口人，天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。通訊作者：劉澤勤(1961—)，男，上海人，博士，教授，主要從事人工環(huán)境控制研究。

基金項(xiàng)目天津市高等學(xué)校科技發(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：20120910)

收稿日期：2015-12-02