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竖壁贴附通风水平贴附射程及室内热环境研究

韩腾  
【摘要】:混合通风作为目前通风空调气流组织的主要形式之一,已广泛应用于各类建筑。然而,冬季送热风时,热气流从房间上部送入室内,由于热浮力的作用,热风易浮升至房间上部区域,为了使下部工作区温度达到设计值,必然会产生较大的空调能耗;此外,混合通风工作区一般处于回流区,通风效率较低。置换通风室内空气品质较高,但因其送风速度一般低于0.5m/s,承担室内负荷有限,难以适用于冬季送热风工况。竖壁贴附通风作为一种新型气流组织形式,既能克服混合通风能耗高、卫生条件差的缺陷,又能弥补置换通风难以用于冬季供热的不足,是一种兼顾夏季供冷和冬季供热的气流组织方案。本研究首先在人工热舒适实验室内,对比测试了竖壁贴附通风和混合通风在冬季送热风时的室内热环境和通风性能,验证了竖壁贴附通风作为冬季送热风气流组织的有效性。结果表明,竖壁贴附通风用于送热风时,一方面室内垂直温度梯度造成的上热下冷现象得到改善,热量能有效送入工作区,有利于降低空调能耗;另一方面,室内温度分布更加均匀,头脚温差(35)t在3℃以内,温度不均匀系数0.05左右,吹风感不满意率PD值均小于20%,空气特性分布指标ADPI均大于80%,热浮力对室内热舒适造成的不利影响得到有效改善。其次,竖壁贴附通风用于冬季送热风时,水平贴附射程的大小直接影响室内热舒适和能量利用率。水平贴附射程L定义为在贴附通风水平空气湖区,热气流开始脱离地面上浮的位置与贴附竖壁的水平距离。若送风参数不合理,水平贴附射程过小,可能导致室内出现供暖空白区域。本文通过实验验证的数值模拟(CFD)方法探讨了影响水平贴附射程的因素,分析了送风速度、送风温度、送风口高度对室内流场、温度场及水平贴附射程的影响,通过回归分析建立了水平贴附射程L与阿基米德数Ar的一元线性回归模型,并给出了相关显著性检验。结果表明,送风温差越小,送风速度越大,热风贴附越充分,室内温度越均匀;但相比于送风温差,送风速度对水平贴附射程L的影响更为显著。在舒适性空调送热风参数范围内(送风温度30~50℃,送风速度0~5m/s),竖壁贴附通风模式为惯性力主导的送风,热浮升力影响次之。送风速度与水平贴附射程L成反比,随着送风速度的增大,虽然L依然增长,但增长率明显减小。降低送风口高度也可以明显增大水平贴附射程。非等温射流判断准则阿基米德数Ar,综合反映了浮升力与惯性力对射流轨迹的作用。在舒适性空调冬季送风参数范围内,水平贴附射程L大于房间长度方向的50%,室内80%的区域便可达到温度设计值,此时送风口Ar0.0025,可认为水平贴附射程达到送风要求。根据研究结果,竖壁贴附通风利用“康达效应”使得气流在竖壁的“扶持”下被送到工作区。合理的设计送风参数,可使送风热射流撞击地面,在流动转为水平向后,以较高的射流剩余动量克服热浮升力的作用,在地板表面形成“空气湖”,使热风有效送入工作区。


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