復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究

張英琛　隋學(xué)敏

摘 要 利用CFD軟件對運(yùn)用輻射供冷/置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的房間進(jìn)行了房間氣流的數(shù)值模擬，得到了輻射供冷條件下不同冷板位置室內(nèi)氣流的溫度場，以及溫度梯度對于其熱舒適性的影響。結(jié)果表明，復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造了相較于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)更舒適的熱環(huán)境。

關(guān)鍵詞 輻射供冷 置換通風(fēng) CFD模擬 溫度場

中圖分類號：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的逐漸提高，自我保護(hù)意識加強(qiáng)，他們對室內(nèi)空氣的品質(zhì)（IEQ）也提出了更高的要求。近年來，我國建筑能耗日益增長，暖通空調(diào)部分能源消耗占建筑運(yùn)行全部能量的30%～60%之多，因此，我們提出了輻射供冷與置換通風(fēng)相結(jié)合的新型空調(diào)系統(tǒng)。室內(nèi)負(fù)荷由二者共同承擔(dān)，不需要供給更低溫度的冷凍水，在冷凍水制取方面為低品位能源的使用創(chuàng)造了條件。

本文將通過建立相關(guān)的幾何模型并利用CFD模擬軟件來研究復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)房間內(nèi)的氣流組織分布，分別對不同冷板位置時輻射式復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行模擬，并對其形成的溫度場作出評價分析。

1數(shù)值模擬

采用了standard k-€%^湍流模型結(jié)合壁面函數(shù)法來解決近壁區(qū)的流動計(jì)算問題。求解方式采用segregated，離散格式采用一階迎風(fēng)格式，其中，壓力、動量、溫度、粘性、體力、k、e的欠松弛因子分別為：0.3、0.7、1.0、1.0、0.1、0.5、0.5。

網(wǎng)格單元結(jié)構(gòu)可分為四面體、五面體及六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格生成分為結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。因?yàn)槟Ｐ途鶠樗拿骟w，結(jié)構(gòu)簡單，形狀固定，因此面網(wǎng)格選用四邊形網(wǎng)格，體網(wǎng)格選用六面體網(wǎng)格。面網(wǎng)格劃節(jié)點(diǎn)距離為0.05，體網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離為0.1，得到大約4272654個網(wǎng)格。房間采用輻射供冷/置換通風(fēng)的復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)，分別將輻射板設(shè)于頂板、東內(nèi)墻及地面，送風(fēng)口位于西內(nèi)墻左下角。內(nèi)墻的傳熱系數(shù)設(shè)為0.43W/（m2·k），外窗為3W/（m2·k）。

2模擬結(jié)果與分析

下圖分別為冷板鋪設(shè)于不同位置室內(nèi)0.1m處及X=2.25m處溫度場分布云圖，風(fēng)速為1.6m/s。（見圖1、圖2、圖3、圖4）

3結(jié)論

（1）采用1.6m/s的送風(fēng)速度時，輻射冷板的敷設(shè)位置對室內(nèi)不同高度的溫度場影響較小，0.1m處的溫度梯度均在1.3℃左右。在Z=0.1m處，下送風(fēng)系統(tǒng)中，無論輻射板的位置在頂板、地板，人員所在區(qū)域（人體腳踝處高度）平面溫度差在1.2～1.5℃左右，溫度分布較為均勻。人體無不適感。由于輻射換熱占比較大，地板供冷時，在縱向垂直斷面處，人員工作區(qū)域內(nèi)最高溫度為25.57℃，最低溫度為24.39℃，垂直溫度差為1.18 ℃。側(cè)墻供冷時，最高溫度為25.6 ℃，最低溫度為24.35 ℃，垂直溫度差為1.25 ℃。房間上部溫度低，下部溫度高，符合熱舒適性要求；

（2）人體、計(jì)算機(jī)等熱源的散熱量對室內(nèi)氣流組織分布和舒適度影響較大；

（3）負(fù)荷較小時，無論輻射冷板的位置被置于頂板、墻壁或者地面，均能滿足室內(nèi)熱舒適性要求，從工程施工與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面考慮，地板輻射供冷系統(tǒng)較頂板輻射供冷系統(tǒng)更加簡單，需求費(fèi)用相對較低，因此從此種角度考慮地板輻射供冷更有優(yōu)勢，更易被廣泛推廣。負(fù)荷較大時，復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)能滿足室內(nèi)熱舒適度并能有效防止結(jié)露。

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