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桌面工位空调系统室内热环境与热舒适性研究

端木琳  
【摘要】: 空调技术的推广应用使人们摆脱了对自然环境的依赖,大大改善了人类的生存质量,传统的空调方式力求创造一个稳态均一的热环境,但却难以满足所有人不同的热舒适要求,长时间生活在这种空调环境中,还会导致建筑综合症。提高人体热舒适性、改善室内空气品质一直是空调技术进步的目标,工位空调正是针对这一目标提出的一种空调方式。 目前,尽管工位空调在国内外已有一些应用,但人们对工位空调的认识还局限于概念,正在围绕人体热舒适和改善室内空气品质两个方面开展研究工作。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法,认识工位空调所造成的室内热环境场的分布规律,探究其对人体热舒适性的影响,从而提出工位送风的具体模式和送风参数。 本文在分析人体热舒适性基础上,以桌面工位空调为对象,通过人体热舒适实验,分析了在一定背景温度条件下,不同送风量与送风温度对人体舒适性的影响,着重分析了中性—热环境下,人体的局部热舒适及其对整体热舒适的影响。发现当背景区温度为28℃时,在一定的送风温度下,人体不会出现热不适;当在工作区的热感觉接近中性时,进入背景区后热感觉有明显的滞后现象。建议背景区的温度设定不超过28℃。 用数值模拟的方法,建立了桌面工位—背景空调系统模型,通过对比选择直接模拟出口边界条件的方法,作为工位空调送风的风口模型,以提高模拟的准确性。进一步分析了背景空调与工位空调联合运行条件下,不同背景温度、工位送风参数、送风量等条件的组合所形成的局部环境参数场的特征,发现桌面工位送风造成人体周围形成了一个非均匀的环境参数场,人体前后和上下存在一定的温度差,从而可能引起人体不同的热感觉。研究表明,可以通过送风温度与送风量的组合,使处于工位区的人体不会有过冷或过热的感觉,并提出了双风口送风桌面工位空调的送风参数范围。 送风气流本身的特性改变,也可以起到改善人体舒适性的作用,根据这一原理提出射流撞击式送风方式,通过实验分析了其湍流特性。研究表明,在送风量较大时,送风气流速度衰减、湍流度增大,可以利用这一特性改善人体的舒适性。在上述研究的基础上,提出了一种空调末端送风装置的阀门调节方法,可以减少吹向工位的送风量,从而满足不同的舒适要求,但工位末端装置送风的总风量可以减少也可以不变,以保证室内空气的新鲜程度。最后,以大连地区一幢2061m~2的小型办公建筑为例,将工位空调系统和常规空调系统进行了对比,分析表明,工位空调工况的峰值冷负荷小于常规空调,大约减少24%;桌面工位—背景空调系统比常规空调系统的运行能耗大约可以降低20%。


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