酒店大空間場所氣流組織模擬分析

鄭宗達

摘 要：為研究不同形式的風口對酒店高大空間空調氣流組織的影響，本文以福建省廈門市某酒店多功能廳為模型，利用氣流組織模擬方法對其夏季室內工況分別采用球形噴口和雙層百葉風口進行模擬，得到室內速度場、溫度場、預計平均熱感覺指數、預計不滿意者的百分數。結果表明：采用球形噴口時，2 m以下人員活動區域水平溫度、速度分布均較為均勻。基于預計平均熱感指數、預計不滿意者的百分數的熱環境數值預測和評價，可得出球形噴口的熱舒適性與百葉風口相當。

關鍵詞：多功能廳;百葉風口;球形噴口;氣流組織

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0091-04

Simulation and Analysis of Air Distribution in Large Space of Hotel by

ZHENG Zongda

（Xiamen Helidao Engineering Design Group Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361000）

Abstract： In order to study the influence of different forms of tuyeres on the air distribution of air conditioning in large spaces of hotels， taking a multi-functional hall of a hotel in Xiamen as a model， this paper uses the air distribution simulation method to simulate its indoor working conditions in summer by using spherical nozzle and double-layer louver tuyere respectively， and obtains the indoor velocity field， temperature field， expected average thermal sensation index and the percentage of dissatisfied people. The results show that when the spherical nozzle is used， the horizontal temperature and velocity distribution in the personnel activity area below 2 m are more uniform. Based on the numerical prediction and evaluation of thermal environment based on PMV， PPD， it can be concluded that the thermal comfort of spherical nozzle is equivalent to that of louver vent. There is little difference in air age between the two. The spherical nozzle is adopted， and the air quality in the banquet hall is relatively good.

Keywords： multi-function hall;louver vent;spherical vent;air distribution

影響空調區域內溫度、氣流速度分布的因素包括：空調送風口形式和位置、送風射流的參數（送風量、出口風速、送風溫度）、回風口的位置、房間幾何形狀、熱源在室內的位置，其中送風口形式和位置以及送風射流的參數是主要影響因素[1]。在酒店等對室內裝修要求較高的場所，為了配合裝修風格，風口的形式和位置很多情況下并不符合要求，導致氣流組織并不合理，使空調區內空氣參數達不到設計要求[2]。近年來，我國酒店行業發展迅速，五星級酒店大量增加，這對室內熱舒適提出了更高的要求。本文以福建廈門某酒店的多功能廳為模型，通過數值模擬球形噴口和雙層百葉風口送風的溫度場、速度場和熱舒適，為二次機電設計風口的選型和布置提供參考。

1 空調設計參數

建筑位于福建省廈門市，是可容納300人的多功能廳。凈高8.0 m，橫向長31.5 m，縱向長16.0 m。夏季室內設計溫度為25 ℃，相對濕度為50%，空調區風速≤0.3 m/s。計算得到空調的送風量為30 000 m/h，回風量為24 000 m/h，新風量為6 000 m/h，新風比為25.0%。由于廈門市處于夏熱冬暖地區，人員密集場所供冷時間長，本文僅針對夏季工況進行模擬分析。

2 模型建立

2.1 幾何模型

該宴會廳長31.5 m，寬16.0 m，風口高度為8.0 m。將其簡化為內部尺寸為31.5 m×16.0 m×9.0 m的房間建立模型。方案一：模型頂部設置20個球形噴口，并在側墻設置一個回風口，如圖1所示，風口參數如表1所示。方案二：模型頂部設置20個雙層百葉風口，并在側墻設置一個回風口，如圖2所示，風口參數如表2所示。

2.2 邊界條件

由于多功能廳大多位于建筑物的內區，人員發熱量所占比例較大，建立模型時假定只有內熱源，將圍護結構設置為絕熱邊界面[3]。根據空調送風量、夏季室內空調設計溫度和送風溫差，將傳熱簡化為穩態傳熱，將室內冷負荷平均分攤給均勻布置的人員模型。方案一采用表3給出的邊界條件進行模擬;方案二采用表4給出的邊界條件進行模擬。

2.3 網格劃分

本文采用Airpak軟件中的hexa dominant網格劃分方法，設定網格類型及參數生成體網格，通過尺寸函數的控制提升網格密度和平滑度，并對送回風口等關鍵部位的網格進行細化，增強模擬結果的精確性[4]。

2.4 模擬結果分析

采用k-ε Standard湍流模型對方案一和方案二進行計算，流動和傳熱計算過程都遵守能量守恒、質量守恒和動量守恒這三個最基本的物理規律。本文采用穩態計算方法，使用Coupled的壓力和速度耦合計算方式進行計算，此方法計算精度高，能較快得到收斂[5]。

選取典型截面進行分析，高度方向上：Y=1.6 m（人員活動區高度水平面），Z=3.2 m（送風口垂直面）。兩個方案的典型截面的溫度分布如圖3和表5所示。

由圖3和表5可知，方案一、方案二人員活動區域平均溫度分別為24.7 ℃、26.9 ℃。方案一絕大部分區域滿足設計要求和相關標準中對夏季空調23～26 ℃的要求;方案二無法完全滿足要求。方案一水平溫度場較為均勻，這是由于噴口頂部安裝時，高速噴口送出的射流帶動室內空氣發生強烈混合，射流截面不斷增大，室內形成較大的回旋氣流，在到達工作區域前，溫度場可以達到較為均衡的狀態。

兩個方案在高度Y=1.6 m的水平截面和Z=3.2 m的豎直截面速度場如圖4所示。

由圖4可知，從氣流形式來看，室內氣流包含射流、回流、渦流，在多功能廳的四角容易形成通風滯留區，風速停滯。兩種方案在人員坐姿和站姿高度上的速度均能滿足設計要求。兩個方案的平均風速數值相近，但方案二在1.6 m高度的上最大風速較大，吹風感較強。方案一氣流更加均勻，且無吹風感，舒適度較高。

3 室內熱舒適評價

3.1 熱舒適指標

預計平均熱感覺指數（Predicted Mean Vote，PMV）反映了人體熱平衡偏離人體熱負荷的程度，人體的熱負荷越大，人體偏離熱舒適的狀態越遠。人體所處環境中的空氣溫度和氣流速度影響著人體與環境的熱交換，因此可以通過空氣溫度和空氣流速間接反映出PMV。PMV將人體熱感覺劃分為7個標尺[6]，見表6。由于PMV指標并不一定能夠代表所有個人的感覺，因此需要引入表征人群對熱環境不滿意百分數的指標，即預計不滿意者的百分數（Predicted Percent of Dissatisfied，PPD）。

3.2 模擬結果分析

高度1.6 m水平面上的PMV和PPD分布情況如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可知，方案一、方案二在高度1.6 m的水平截面上，PMV的均值分別約為-0.6、-0.3，總體感覺適中，局部感覺微涼;PPD的均值分別約為15%、9%。國際標注化組織ISO7730中熱舒適要求：-0.5≤PMV≤+0.5，PPD≤10%。相較而言，方案二的熱舒適評價更符合要求。但從模擬結果可以看出，方案一偏離標準的程度很小，且偏離的主要原因是溫度偏低。在實際應用中，對保證夏季空調降溫效果來說更為可靠。

4 結論

本文對酒店內高大空間相同夏季工況采用球形噴口（方案一）和雙層百葉（方案二）進行模擬，得出以下結論。

①方案一可以更好地滿足夏季工況的要求，其溫度場、速度場分布較為均勻，且采用方案二的工作區域平均溫度較低，降溫效果更好。

②方案一和方案二的室內PMV值絕大多數處于熱舒適要求范圍內;方案一的室內熱舒適偏離標準值較小，在可接受范圍內。

綜上所述，在高大空間設計空調時，采用噴口送風相較于百葉風口送風更加符合設計要求。

參考文獻：

[1]李琳，楊洪海.高大空間四種氣流組織的比較[J].建筑熱能通風空調，2012（3）：60-62.

[2]陳露，郝學軍，任毅.高大空間建筑不同送風形式氣流組織研究[J].北京建筑工程學院學報，2010（4）：25-28.

[3]溫新華.運用CFD模擬工具優化某酒店宴會廳空調設計[J].建筑熱能通風空調，2011（3）：102-103.

[4]葉欣，蔣修英，沈國民.Airpak軟件在氣流組織領域的應用[J].應用能源技術，2006（10）：45-47.

[5]師奇威，賈代勇，杜雁霞.CFD技術及其應用[J].制冷與空調，2005（6）：14-17.

[6]袁東升，田慧玲，高建成.氣流組織對空調房間空氣環境影響的數值模擬[J].建筑節能，2008（9）：9-13.