高大空間中碰撞射流熱風(fēng)供暖特征

賈劍波， 亢燕銘， 左　濱， 鐘　珂

(東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 201620)

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高大空間中碰撞射流熱風(fēng)供暖特征

賈劍波， 亢燕銘， 左濱， 鐘珂

(東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 201620)

摘要：碰撞射流通風(fēng)氣流以較高速度將熱風(fēng)直接輸送到房間下部空間，避免了常規(guī)供暖時(shí)熱空氣難以到達(dá)人員空間的缺點(diǎn). 以大面積側(cè)窗的高大空間為研究對(duì)象，利用數(shù)值模擬方法，研究碰撞射流用于高大空間供暖時(shí)的熱環(huán)境特征. 結(jié)果表明，盡管沿冷表面下沉的冷空氣對(duì)熱射流的運(yùn)動(dòng)軌跡有明顯影響，但直接到達(dá)地面的熱射流仍能夠克服冷空氣的不利作用，消除大空間供暖房間下部溫度偏低的缺點(diǎn). 同時(shí)研究也表明，碰撞射流熱風(fēng)供暖房間中腳踝部吹風(fēng)感超出人體舒適范圍的風(fēng)險(xiǎn)很大，需要以減小吹風(fēng)感為目標(biāo)對(duì)送風(fēng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.

關(guān)鍵詞：碰撞射流通風(fēng)； 高大空間； 熱風(fēng)供暖； 冷表面； 吹風(fēng)感

隨著人們對(duì)建筑通透性要求的提高，許多公共建筑的側(cè)墻被大面積玻璃窗替代.由于玻璃傳熱系數(shù)大，窗戶內(nèi)表面和附近空氣溫度偏低.在負(fù)浮力作用下，大量冷空氣沿窗戶冷表面下沉，最終在地面附近形成“冷空氣湖”，不僅使人員空間溫度低于房間上部溫度，還因浮力作用阻礙了熱風(fēng)向人員空間的輸送.文獻(xiàn)[1]對(duì)頂部送風(fēng)和上側(cè)送風(fēng)的熱風(fēng)供暖房間室內(nèi)的風(fēng)速和溫度分布進(jìn)行了實(shí)測(cè)，結(jié)果表明，雖然增加送風(fēng)速度可以緩解沿玻璃窗下沉的冷空氣導(dǎo)致的室內(nèi)溫度梯度過大的問題，但會(huì)增大人體吹風(fēng)感的風(fēng)險(xiǎn).文獻(xiàn)[2]通過改變送、回風(fēng)口高度，研究了沿冷表面下沉的冷空氣對(duì)室內(nèi)溫度分布形成的不利影響，結(jié)果表明，在上送式熱風(fēng)供暖房間很難徹底解決室內(nèi)溫度下低上高的分布特征.文獻(xiàn)[3]在熱風(fēng)供暖高大空間中對(duì)室內(nèi)溫度分布的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，垂直高度上的最大溫差接近13 ℃.盡管高大空間中，以滿足房間下部的人員舒適要求為目標(biāo)進(jìn)行供暖系統(tǒng)控制，上部空氣溫度分布對(duì)人員舒適沒有影響，但是房間上部溫度過高將造成供暖能耗的浪費(fèi).

置換通風(fēng)和地板送風(fēng)等下送風(fēng)方式可以將熱風(fēng)直接送入人員空間，但由于送風(fēng)速度過低，在熱浮力作用下，容易造成風(fēng)口送出的熱氣流短路，沒有在人員空間擴(kuò)散開就直接從回風(fēng)口排出，使遠(yuǎn)離送風(fēng)口處氣溫偏低，難以滿足房間下部人員空間的供暖要求，因此，下送風(fēng)方式很少用于高大空間熱風(fēng)供暖.碰撞射流通風(fēng)是新型的通風(fēng)方式，送風(fēng)氣流以較高速度從垂直送風(fēng)口撞擊地面后擴(kuò)散開.碰撞射流通風(fēng)供冷時(shí)與置換通風(fēng)類似，具有空氣品質(zhì)好和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)[4-6]，同時(shí)還克服了置換通風(fēng)不適合供暖的缺點(diǎn)，因此，碰撞射流通風(fēng)方式被認(rèn)為同時(shí)具有置換通風(fēng)和混合通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)[4-6].但目前關(guān)于碰撞射流通風(fēng)性能的研究大都集中在供冷和等溫通風(fēng)方面[4-7]，關(guān)于碰撞射流通風(fēng)用于供暖的研究極少.

為此，本文將在采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，對(duì)具有大面積側(cè)窗的高大空間，利用數(shù)值模擬方法對(duì)室內(nèi)氣流和溫度分布進(jìn)行研究，以分析碰撞射流用于高大空間供暖時(shí)的熱環(huán)境特征.

1數(shù)學(xué)計(jì)算模型

1.1計(jì)算模型的確定

本文以兩個(gè)不同高度(H=6 m和H=18 m)的高大空間為物理模型進(jìn)行研究，模擬建筑為框架結(jié)構(gòu)，柱子橫截面尺寸為0.6 m × 0.6 m，柱距9 m，如圖1所示.建筑外墻上設(shè)大面積落地窗，每扇寬度為3.3 m，窗間墻寬度為1.2 m.采用碰撞射流熱風(fēng)供暖，送風(fēng)管圍在立柱周圍，寬為0.15 m，距離地面高度h分別為0.3， 0.6和0.9 m，回風(fēng)口尺寸為0.45 m×0.45 m，高大空間計(jì)算區(qū)域與送、回風(fēng)口布置如圖2所示.每個(gè)柱距內(nèi)空調(diào)送、回風(fēng)口布置相同，因此，除靠近山墻的柱距單元外，所有柱距單元內(nèi)氣流速度和溫度分布規(guī)律原則上應(yīng)相同.考慮到建筑的對(duì)稱性，本文選擇中間一個(gè)柱距單元作為研究對(duì)象，其平面分布見圖1中陰影部分.

圖1　所研究空間平面圖Fig.1　Plan of the space researched

圖2　高大空間計(jì)算區(qū)域與送、回風(fēng)口布置Fig.2　Computational domain of the large-height space 　and the locations of inlet and outlet

由于側(cè)墻熱損失造成混合通風(fēng)供暖房間溫度垂直分布很不均勻，因此，本文側(cè)重于研究側(cè)墻作為主要熱損失面時(shí)，碰撞射流供暖房間內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布.在模擬計(jì)算中假設(shè)地板和屋頂為絕熱表面，而人、燈和電腦等室內(nèi)熱源都對(duì)房間供熱有利，但對(duì)房間內(nèi)氣流和溫度的局部分布影響很小[8]，因此，在模擬中將不考慮室內(nèi)熱源的影響.在供暖房間中，門窗縫隙的冷風(fēng)滲透也是其冬季熱負(fù)荷的來源之一，但空調(diào)房間需要保持室內(nèi)正壓，故模擬計(jì)算中不考慮冷風(fēng)滲透產(chǎn)生的熱損失.計(jì)算過程中保證不同送風(fēng)狀態(tài)時(shí)的室內(nèi)溫度均在20 ℃左右，不同計(jì)算工況對(duì)應(yīng)的落地窗和窗間墻的熱流密度不同，以對(duì)應(yīng)不同的室外氣候條件.碰撞射流送風(fēng)通過送風(fēng)口垂直向下噴出，由于同時(shí)用于夏季供冷，因此送風(fēng)溫差一般不超過4 ℃.本文模擬計(jì)算中分別設(shè)送風(fēng)速度v為1和2 m/s，送風(fēng)溫差Δt為2和4 ℃.

1.2數(shù)學(xué)計(jì)算模型

本文研究采用三維連續(xù)不可壓縮流體，在研究過程中認(rèn)為流體的屬性不變.數(shù)值計(jì)算時(shí)，對(duì)控制方程采用二階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散化，并對(duì)離散方程采用SIMPLE算法進(jìn)行求解.由于供熱時(shí)溫差引起的浮升力會(huì)影響流場(chǎng)的分布，故對(duì)空氣密度采用Boussinesq近似，數(shù)值模型中所有的墻壁都滿足無滲透和無滑移條件.送、回風(fēng)口邊界類型分別定義為velocity-inlet和outflow形式.物理模型采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，對(duì)傳熱的墻體附近以及送、回風(fēng)口的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理.

高木躺回身去，靜靜地想，如果這些年，他們都能像今夜這樣……可是，洞房之夜梨花卻不讓他碰，自己像個(gè)死人一般挺在床上，高木忍了半宿，剛伸手，她就冷冷地說：“你敢再動(dòng)一下，我就死給你看?！崩淅涞恼Z言，冷冷的身體；躺在他身邊的，不是一個(gè)活生生的女人，而是一把冷冰冰的刀子，高木心里格噔了一下，一切就都縮了回去。后來，高木不知纏了多少夜，梨花才松開手，任由他壓在身上，不哼也不哈，始終沒有動(dòng)靜。高木就像買了塊豬肉壓在身下。有過兩三次房事后，高木就打消了那方面的念頭。

1.3數(shù)學(xué)計(jì)算模型的合理性驗(yàn)證

為了保證數(shù)值模擬方法的可靠性，首先需要驗(yàn)證上述數(shù)學(xué)模型的合理性.熱風(fēng)采暖實(shí)驗(yàn)參照文獻(xiàn)[2]在東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院人工氣候?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行，對(duì)室內(nèi)的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量.實(shí)驗(yàn)室中共布置4個(gè)測(cè)量桿，并在每個(gè)測(cè)量桿上沿高度方向設(shè)置7個(gè)測(cè)量點(diǎn).

實(shí)驗(yàn)過程中采用Humlog20型溫度儀進(jìn)行溫度測(cè)量，分辨率為0.1 ℃，并采用意大利Delta公司的萬向風(fēng)速儀測(cè)量氣流速度，測(cè)量范圍為0.05～5.00 m/s，精度為±3%，分辨率為0.01 m/s.為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)在完全穩(wěn)定的條件下連續(xù)測(cè)量5～6 h，直到室內(nèi)的壁面溫度和空氣溫度的波動(dòng)范圍小于±0.5 ℃，最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均取自穩(wěn)定狀態(tài)下的實(shí)測(cè)值,實(shí)驗(yàn)過程中送風(fēng)速度為2 m/s，送風(fēng)溫度為30 ℃.

運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)上述實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行模擬，通過對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較與分析，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型在高大空間進(jìn)行模擬分析的合理性.圖3(a)給出了高大空間垂直方向上1號(hào)測(cè)量桿的溫度實(shí)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，圖3(b)給出了3號(hào)測(cè)量桿的氣流速度實(shí)測(cè)值與模擬值.受篇幅限制，2號(hào)和4號(hào)測(cè)量桿的比較結(jié)果不再給出.

圖3溫度和速度實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比

Fig.3Comparison of the numerical results and experiment data of the temperature and velocity

從圖3可以看出，除某些位置由于門的開啟以及實(shí)驗(yàn)過程中的冷風(fēng)滲透等原因，會(huì)對(duì)室內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)造成一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生偏差外，整體上數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果能夠較好地吻合.

文獻(xiàn)[9]對(duì)于送風(fēng)口高度h=0.95 m的碰撞射流系統(tǒng)的氣流速度進(jìn)行了測(cè)量，從碰撞點(diǎn)開始擴(kuò)散的3個(gè)角度和不同的距離設(shè)置12個(gè)測(cè)速點(diǎn)，測(cè)得每個(gè)點(diǎn)的平均速度.本文利用數(shù)學(xué)計(jì)算模型模擬了該實(shí)驗(yàn)工況，模擬結(jié)果與文獻(xiàn)[9]實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比如圖4所示.由圖4可以看出，模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好.結(jié)合圖3和4的結(jié)果，可以認(rèn)為本文所采用的數(shù)值模擬計(jì)算方法是可靠的，可以用于后續(xù)的模擬計(jì)算.

圖4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比

2數(shù)值模擬結(jié)果與分析

2.1送風(fēng)參數(shù)對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)和氣流分布的影響

房間近窗處與地面附近氣流速度軌跡如圖5所示.由圖5可以看到，由于窗戶玻璃內(nèi)表面溫度偏低，窗戶附近空氣通過對(duì)流換熱被冷卻后下沉.在混合通風(fēng)和碰撞射流通風(fēng)中，冷空氣下沉速度高達(dá)0.1～0.4 m/s.在混合通風(fēng)中，冷空氣下沉至地面后擴(kuò)散到整個(gè)地面，能夠形成冷空氣湖，進(jìn)而在浮力作用下阻止從房間上部送出的熱空氣到達(dá)底部空間，形成溫度呈下低上高的分布特征，如圖5(a)所示[1-2].在碰撞射流通風(fēng)中，下沉到地面的冷空氣與沿地面擴(kuò)散的熱射流相遇，并改變熱射流的運(yùn)動(dòng)軌跡.當(dāng)碰撞射流送風(fēng)速度較大時(shí)，沿玻璃冷表面下沉的冷空氣僅改變了近窗處熱射流的運(yùn)動(dòng)軌跡，大部分地面被送風(fēng)熱空氣覆蓋，如圖5(b)所示；當(dāng)碰撞射流送風(fēng)速度較小時(shí)，冷空氣沿地面擴(kuò)散距離增大，地面附近的大部分氣流在冷空氣的控制之下，兩個(gè)送風(fēng)口的熱射流沿地面擴(kuò)散距離都因冷氣流而縮短，如圖5(c)所示.

(a) 上送上回供暖[2]　(b) 送風(fēng)速度較大時(shí)的碰撞射流供暖　(c) 送風(fēng)速度較小時(shí)的碰撞射流供暖

層高為6 m，送風(fēng)口高度為0.9 m時(shí)，碰撞射流通風(fēng)中不同送風(fēng)狀態(tài)時(shí)典型垂直剖面(位置見圖2)上溫度和氣流流線分布圖如圖6所示.由圖6(a)可以看到，送風(fēng)速度較大時(shí)，在沿窗戶下沉的冷空氣干擾下，送風(fēng)熱射流在近窗處產(chǎn)生局部渦流，渦流中心的溫度較低，但熱風(fēng)仍能順利到達(dá)窗戶附近，并有效地阻止冷空氣在這個(gè)位置下沉，部分冷空氣在距離地面較高處與熱空氣混合并上浮.由圖6(b)可以看到，當(dāng)送風(fēng)速度較小時(shí)，沿玻璃冷表面下沉的冷氣流與熱射流相遇后，在垂直方向上形成渦流，并使下部溫度偏低.盡管熱射流在離送風(fēng)口較近處就被迫上浮，但附近渦流加劇了上浮熱空氣與近地面冷空氣的熱交換，并使部分熱空氣與近窗戶冷空氣混合，提高了窗戶附近的空氣溫度.因此，盡管下沉冷空氣對(duì)送風(fēng)射流軌跡有明顯影響，但室內(nèi)溫度梯度仍很小.

(a) v=2 m/s, Δt=2 ℃　　　　(b) v=1 m/s, Δt=4 ℃

為了得到近窗處的空氣特性，在距離窗戶表面0.1 m處均勻設(shè)置考察點(diǎn)，每個(gè)考察點(diǎn)間隔1.0 m，對(duì)層高6和18 m的高大空間，分別設(shè)置54和162個(gè)點(diǎn).對(duì)所有考察點(diǎn)的溫度和垂直方向氣流速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并規(guī)定氣流方向向上為正，向下為負(fù)，最終得到近窗處冷氣流平均速度和平均溫度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示.由圖7(a)可以看到，玻璃窗附近絕大部分區(qū)域的氣流方向都向下.層高為18 m時(shí)的下沉氣流速度均小于層高為6 m的情況，這是由于模擬計(jì)算中為保證不同層高房間通過玻璃窗的熱損失相同，在大層高時(shí)玻璃窗表面溫度設(shè)置較高導(dǎo)致的.由此可以得知，玻璃表面溫度對(duì)冷空氣下沉速度的影響大于玻璃整體熱損失的影響.此外，由圖7(a)還可以看到，相同的送風(fēng)速度下，送風(fēng)溫差越大，靠窗處的冷氣流下沉速度越大，這同樣是因?yàn)檩^大的送風(fēng)溫差對(duì)應(yīng)著較大的熱損失和較低的玻璃表面溫度，即玻璃窗表面溫度越低，下沉冷氣流速度越大.

(a) 速度

(b) 溫度

由圖7(b)可以看到，窗戶附近0.1 m處的空氣溫度呈現(xiàn)出與氣流速度基本一致的變化趨勢(shì).將所有工況下窗戶附近的空氣溫度與室內(nèi)平均溫度(20 ℃左右)相比，可以看到兩者非常接近.這是因?yàn)榕鲎采淞魍L(fēng)通過將熱空氣直接送入下部區(qū)域，有效地提高了房間冷表面附近的空氣溫度，從而消除了可能導(dǎo)致熱風(fēng)供暖房間下部溫度偏低的缺點(diǎn).

房間層高為6和18 m、送風(fēng)口高度為0.3 m時(shí)不同送風(fēng)狀態(tài)下，房間靠窗處和中心位置處溫度沿高度的變化曲線如圖8所示.由圖8可以看到，兩種層高房間中心位置的溫度沿高度分布非常均勻，近地面溫度與頂棚附近空氣溫差不到1 ℃，離窗戶0.1 m處空氣在高度方向的最大溫差在層高為6 m時(shí)約為3 ℃，在層高為18 m時(shí)僅為1.5 ℃，但后者在頂棚附近的空氣在近窗處溫度略低，這可能是層高較大時(shí)，熱空氣上浮動(dòng)力不足造成的.高大空間供暖的目的是保證近地面人員空間空氣達(dá)到舒適溫度，在滿足該要求的情況下，房間上部溫度越低，熱損失越小.因此，頂棚溫度降低這個(gè)特征可以使高大空間上部玻璃窗附近室內(nèi)外溫差較小，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果.但這僅僅是一種猜測(cè)，在隨后的工作中將進(jìn)行探索.

(a) H=6 m , h=0.3 m

(b) H=18 m , h=0.3 m

2.2熱舒適性分析

距離地面0.1 m處基本上被認(rèn)為是人體腳踝所處的位置，腳踝是人體對(duì)冷空氣比較敏感的部位之一，而頭部是對(duì)熱空氣敏感位置之一，本文定義高大空間中人員頭部高度為1.7 m.當(dāng)頭部附近空氣溫度高于腳踝部空氣溫度3.0 ℃，即頭足溫差超過3.0 ℃時(shí)，將引起人體不舒適[10].

碰撞射流通風(fēng)供暖中不同送風(fēng)工況下高大空間的頭足溫差如圖9所示.由圖9可以看到，在本文所模擬的各工況條件下，頭足溫差，基本上在0.4 ℃以內(nèi)，表明碰撞射流通風(fēng)供暖房間不存在因頭足溫差造成人體的不舒適.相比兩種不同層高的頭足溫差，由圖9還可以看到，層高較小時(shí)，部分工況下存在頭部溫度高于腳踝部的情況；層高較大時(shí)，所有工況下對(duì)應(yīng)的頭足溫差均為負(fù)值，這一特征符合人體熱舒適所要求的理想狀態(tài)，即足熱頭涼.由此表明碰撞射流通風(fēng)對(duì)溫度垂直分布的改善效果在大層高房間更顯著.

圖9　不同工況下頭足溫差Fig.9　Temperature difference between head and 　feet with different conditions

兩種層高碰撞射流房間內(nèi)中心位置處氣流速度沿高度的變化如圖10所示.由圖10可以看到，在各種工況下靠近地面處的氣流速度都比較大，部分工況的最大氣流速度超過了0.4～0.5 m/s.

盡管在較暖的環(huán)境下，吹熱風(fēng)并不導(dǎo)致人體熱平衡受到破壞，但速度過高的氣流會(huì)引起人體產(chǎn)生不舒適的“吹風(fēng)感”.因此，本文引入局部吹風(fēng)不滿意率(PD)來評(píng)價(jià)室內(nèi)的熱不舒適性.PD的計(jì)算如式(1).

PD=(tc l-t)(v-0.05)0.62(3.14+0.37vTu)(1)

式中：t為工作區(qū)考察點(diǎn)溫度，℃；v為工作區(qū)考察點(diǎn)氣流速度，m/s；Tu為湍流強(qiáng)度；tc l為著裝人體腳踝表面溫度，℃.通常人體表面溫度比環(huán)境溫度高5～7 ℃，因此在計(jì)算冬季供暖房間吹風(fēng)感時(shí)，取tc l=26 ℃.

(a) H=6 m, h=0.3 m

(b) H=18 m, h=0.3 m

文獻(xiàn)[7]將工作區(qū)即人員活動(dòng)區(qū)定為地板以上到1.8 m之間、距出風(fēng)口1 m以上、距內(nèi)墻0.3 m.在工作區(qū)內(nèi)PD的最大允許值為20%.

冬季供暖房間內(nèi)人體腳踝處是服裝熱阻最小的部位，也是人體熱損失最敏感的部位，同時(shí)，圖10表明，碰撞射流通風(fēng)房間，近地面氣流速度較大，因此，本文對(duì)腳踝高度處的吹風(fēng)感進(jìn)行分析.在距離地面0.1 m高度處，在整個(gè)人員活動(dòng)區(qū)上均勻設(shè)置間隔為0.5 m的考察點(diǎn)，共236個(gè)，得到各種模擬工況下PD的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果如圖11所示.由圖11可以看到，在所有模擬工況下，送風(fēng)速度越小，PD越小，而送風(fēng)溫度的改變對(duì)PD的影響較小，表明在碰撞射流通風(fēng)供暖房間，產(chǎn)生不舒適吹風(fēng)感的主要原因是氣流速度過高.層高(或窗戶玻璃表面溫度)增加時(shí)，相同送風(fēng)參數(shù)下的PD略有增加.送風(fēng)速度為1 m/s時(shí)，絕大多數(shù)工況下的PD值都小于10%；送風(fēng)速度為2 m/s時(shí)，大約有10%的考察點(diǎn)的PD超過了20%的限值.結(jié)合2.1節(jié)的分析，可以認(rèn)為碰撞射流通風(fēng)供暖有效提高了人員空間的溫度，相對(duì)于上送風(fēng)供暖方式，碰撞射流通風(fēng)供暖具有很好的節(jié)能效果，但近地面吹風(fēng)感過大使得其房間的熱舒適性較差.

圖11　各種工況下腳踝高度處平面PD的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3結(jié)語

大面積玻璃窗的出現(xiàn)加劇了高大空間供暖房間上部溫度過高，供暖能量利用率低的現(xiàn)象.碰撞射流送風(fēng)氣流以較高速度將熱風(fēng)直接輸送到房間下部空間，避免了混合通風(fēng)時(shí)熱風(fēng)難以到達(dá)近地面區(qū)域的缺點(diǎn)，但同時(shí)也出現(xiàn)了人員空間氣流速度過高的風(fēng)險(xiǎn).本文以大面積側(cè)窗的高大空間為研究對(duì)象，利用數(shù)值模擬方法研究分析了碰撞射流用于高大空間供暖時(shí)的熱環(huán)境特征，主要結(jié)論如下所述.

(1) 沿冷表面下沉的冷空氣對(duì)碰撞射流供暖房間熱射流的運(yùn)動(dòng)軌跡有明顯影響，送風(fēng)速度越小，熱射流軌跡變化越大.

(2) 盡管熱射流在冷空氣作用下被迫上浮，但在冷熱空氣交匯處形成的渦流加劇了上浮熱空氣與近地面和近窗處冷空氣的熱交換，使冷空氣溫度接近平均空氣溫度，從而使碰撞射流熱風(fēng)供暖房間空氣溫度沿高度分布非常均勻，消除了大空間供暖房間通常下部溫度偏低的缺點(diǎn).

(3) 碰撞射流通風(fēng)將熱空氣直接送入下部空間，形成良好溫度分布的同時(shí)，也使得近地面氣流速度過大，使腳踝處吹風(fēng)感超出人體舒適范圍的風(fēng)險(xiǎn)增大.供暖房間出現(xiàn)吹風(fēng)感的原因是人員空間氣流速度過大，為了減小氣流速度，可以減小送風(fēng)速度或送風(fēng)面積并增大送風(fēng)溫差，但這可能出現(xiàn)送風(fēng)慣性不足的問題.為此，本文將在隨后的研究中以減小碰撞射流熱風(fēng)供暖房間吹風(fēng)感為目標(biāo)，對(duì)送風(fēng)面積和送風(fēng)參數(shù)的優(yōu)化展開深入研究.

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Characteristics on Large-Height Spaces’ Warm-Air Heating Systems for Impinging Jet Ventilation

JIAJian-bo，KANGYan-ming,ZUOBin,ZHONGKe

(School of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620， China)

Abstract:To avoid the disadvantage of the conventional heating that the warm air is difficult to reach the occupied space, a new systems like impinging jet ventilation systems (IJVS) has been developed which is directly put the air with high momentum downwards onto the floor and spreads over a large area. Based on the large-height space containing a large area of the side windows as the research object, numerical simulation has been used to analyze the indoor thermal environment characteristics when IJV is used in the large space heating. The results show that, although the cold air sinking along the cold surface has a significant effect on the trajectory of the hot jet, the hot jet reaching directly to the ground can still overcome the adverse effects of the cold air, and eliminate the shortcomings that the lower temperature of the low space of the large heating room. The research result also indicates that draught sensation of the ankles have a high risk beyond the range of human comfort. It is necessary to optimize the air parameters to reduce draught sensation.

Key words:impinging jet ventilation; large-height space; warm-air heating; cold surface; draught sensation

中圖分類號(hào)：TU 111.1; TU 834.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：賈劍波(1989—)，男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向?yàn)榻ㄖL(fēng)與室內(nèi)空氣品質(zhì)．E-mail:jiajianbo1225@126.com亢燕銘(聯(lián)系人)，男，教授，E-mail:ymkang@dhu.edu.cn

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278094)；上海市教委科研創(chuàng)新重點(diǎn)資助項(xiàng)目(13ZZ054)

收稿日期：2014-11-05

文章編號(hào)：1671-0444(2016)01-0079-07