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送风方式与温度的耦合对人体热舒适的影响研究

徐静  
【摘要】:2019~2020年间,全球爆发新冠肺炎疫情,在此病毒猖獗、人人居家设防的情势下,室内具有良好的通风条件和空气环境尤为重要。本课题采用数值模拟和实验相结合的研究方法,细化地研究了送风方式与送风温度的耦合作用对人体热舒适的影响规律。其中,模拟研究设置了置换通风、层式通风和地板送风三种送风系统,采用ANSYS Fluent软件对三种送风系统下的气流组织、温度分布和CO_2浓度分布进行了数值模拟。实验研究设置了置换通风系统、层式通风系统、地板送风系统、由置换通风与地板送风组合而成的组合送风系统,对多种实验工况下的室内温度场、送风口气流温度分布、人体热舒适和能量利用系数等方面开展了对比研究。此外,模拟结果和实验结果验证吻合,得出结论如下:(1)置换通风系统下,数值模拟结果表明:不同的送风温度会使置换通风系统产生不同的空气速度分布模式、温度分布模式和CO_2浓度分布模式。实验结果表明:室内温度分布呈现下低上高的温度分层结构,人体周围(I列和H列)的头部(Z=1.2m)和脚踝(Z=0.3m)的平均温度差在0.7℃左右;送风口空气射流长度较短,a送风口和c送风口存在水力不平衡现象;送风温度为20.86℃、22.43℃、23.26℃和24.19℃时,人体热舒适度较为适宜。(2)层式通风系统下,数值模拟结果表明:不同的送风温度会使层式通风系统产生不同的空气速度分布模式、温度分布模式和CO_2浓度分布模式。实验结果表明:室内温度分布在E、F、G、M列差别较小,在其余列差异较大。人体周围(I列和H列)的头部(Z=1.2m)和脚踝(Z=0.3m)的平均温度差在0.35℃左右;送风口空气射流长度较长,A送风口和B送风口存在较为严重的水力失衡现象;送风温度为21.15℃、21.96℃、22.80℃和23.78℃时,人体热舒适度较为适宜。(3)地板送风系统下,数值模拟结果表明:不同的送风温度会使地板送风系统产生不同的空气速度分布模式、温度分布模式和CO_2浓度分布模式。实验结果表明:室内温度分布在Z=1.8m高度波动最大。人体周围(I列和H列)的头部(Z=1.2m)和脚踝(Z=0.3m)的平均温度差在0.6℃左右。送风口空气射流长度较短,且2、3送风口水力失衡现象较不明显;送风温度为21.16℃、21.70℃和22.82℃时,人体热舒适度较为适宜。(4)以送风温度为18℃的模拟结果为例,对比置换通风、层式通风和地板送风系统发现,地板送风系统下,室内气流速度较为均匀,且人体周围的气流速度最小,气流范围为0m/s~0.32m/s;就人体周围降温效果而言,层式通风系统效果最佳,置换通风系统效果次之,地板送风系统效果最差;层式通风系统排除CO_2气体效果最佳,置换通风系统排除CO_2气体效果次之,地板送风系统排除CO_2效果最差。(5)以送风温度为18~24℃的实验结果为例,对比置换通风、层式通风和地板送风系统发现,在不同送风温度下,三种送风系统均呈现不同的温度分布,即不同的送风系统在不同的送风温度下会产生不同的空气分布模式;就人体热舒适度而言,当送风温度为18℃左右时,推荐选用地板送风系统,当送风温度为21~23℃时,推荐选用层式通风系统;当送风温度为19~20℃和24℃左右时,推荐选用置换通风系统;从节能效果的角度考虑,当送风温度为18℃和22℃左右时,推荐选用地板送风系统或置换通风系统,当送风温度为19℃、21℃和24℃左右时,推荐选用置换通风系统,当送风温度为20℃和23℃左右时,推荐选用地板送风系统。(6)实验结果得出:组合送风系统下,在大多数高度处,人体周围I列的温度值高于远离人体周围的温度值。人体周围(I列和H列)的头部(Z=1.2m)和脚踝(Z=0.3m)的平均温度差在0.6℃左右。


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