空調送風口位置對室內熱舒適性的影響

周港 高清民 翟兆國 高旭明 張永

1.山東建筑大學熱能工程學院 山東 濟南 250101；

2.同方德誠（山東）科技股份公司 山東 濟南 250000

引言

隨著國民經濟的增長，空調被越來越廣泛地應用到生產生活當中，人們對空調房間的熱舒適性的要求也在逐步升高。對于人員長期停留的辦公室來說，良好的氣流組織能提高室內工作人員的熱舒適性，有益于身體健康，同時能提升工作效率。本文利用Airpak3.0軟件，針對某辦公室的空調系統氣流組織進行模擬研究，分析比較不同工況下室內的速度場和溫度場，為空調系統的優化提供參考[1]。

1 物理模型

圖1 物理模型

本文以濟南市某辦公室為研究對象，利用Airpak3.0建立辦公室模型[2]。辦公室X軸方向長12m，Z軸方向長8m，Y軸方向長4m，Z軸正向為北向，四周圍護結構除北面墻壁及窗戶為恒壁溫外，其余均為絕熱墻壁。其余模型參數見表1。房間內兩個盤管均距地面3m，采用側送風方式。參考《實用供熱空調設計手冊》，辦公室空調冷負荷指標取用90W/m2，人均新風量按照30m3/人，送風溫度18℃，經計算風口風速為1.5m/s。同時通過調整空調送風口與南墻的距離，共建立3種工況：工況一（距南墻1.5m）；工況二（距南墻2.5m）；工況三（距南墻3.5m）[3]。

表1 模型參數

2 數學模型

為簡化問題，提出以下假設：

①辦公室內空氣為不可壓縮流體，符合Boussinesq假設；②室內空氣為穩態流動；③門窗氣密性良好。湍流模型采用Launder和Spalding提出的標準k-ε湍流模型。控制方程采用連續性方程、動量方程和能量方程。通用形式如下：

式中： 為空氣密度； 為速度矢量； 為因變量，可表示速度矢量分量、溫度等流體參數； 為對應 的擴散系數；為源項[4]。

3 模擬結果及分析

3.1 室內速度場模擬結果及分析

由圖2至圖4中的速度場模擬結果可知，三種工況在截面Y=1.1m處的速度場差異并不大。由于墻壁的阻擋，送風碰到墻壁后，向兩邊分散，并在兩側角落處形成渦流，且風口位置離南墻越遠，渦流越明顯。三種方案下，人員工作區的風速均在0.3m/s以下，人不會有強烈吹風感，能滿足空調房間夏季舒適性的標準。

圖2 工況一模擬結果

圖3 工況二模擬結果

圖4 工況三模擬結果

3.2 室內溫度場模擬結果及分析

由圖2至圖4中的Y=1.1m截面溫度場模擬結果可以看到，三種工況在人員呼吸平面上均會形成兩個明顯的溫度在24℃～25℃的區域，且隨著送風口距離北墻越近，這兩個區域也逐漸靠近北墻。

三種工況在人員活動區域內的垂直溫差均小于3℃，無明顯溫度差異，滿足國際標準ISO7730中的“腳暖頭涼”的要求。但工況一中Y=1.1m人員呼吸區域，溫度在27℃～28℃，溫度較高[5]。

4 結束語

通過在送風溫度18℃，送風速度1.5m/s，送風角度0°，側送風口距墻1.5m、2.5m、3.5m的三種工況進行模擬，并對各個工況在速度場、溫度場、PMV和PPD方面進行了對比，可以得出以下結論：

工況一、工況二和工況三的速度場雖然在垂直方向上都有一定的分層，但在人員工作區域內差異并不大，均能滿足人員熱舒適性要求，三種工況下不會讓室內人員有明顯吹風感。由于采用側送風對房間送風，由于受到北墻的阻礙，三種工況均會在北墻附近形成渦流，氣流擾動較大。

在工況三中，大部分人員位置，溫度場和速度場均符合設計要求，均能有較高的滿意度，建議實際應用中考慮工況三的安裝位置。