1、空調系統送風方式對熱舒適性的影響摘要：本文介紹了地板送風、工位送風和置換通風的基本原理，分析了 影響三種送風方式熱舒適性的主要因素，如溫度梯度、氣流速度及送風口形 式等。對三種送風方式的使用條件、熱舒適性及系統運行能耗進行了比較。關鍵詞：地板送風 工位送風 置換通風 熱舒適性1引言相關研究表明，病態建筑綜合癥(sbs： sick building syndrome)和建筑相關 疾病(bri： building related illness)都與不良的通風方式有關。加大新風量 可以明顯改善室內空氣品質，但能耗也隨之增加。隨著空調技術的發展，送 風方式也fi益多樣化。與傳統的頂板送風(ceili

2、ng supply system)相比，在 某些場合采用地板送風(ufad： underfloor air distribution)工位送風(tac： task ambient conditioning)和置換通風(dv： displacement ventilation)等空 調方式具有通風效率高、運行能耗低等優點。2送風方式的基本原理室內空氣品質不僅影響人的舒適感，對人員的工作效率也有一定的影響。傳 統的頂板送風屬于混合通風，處理后的低溫空氣通過頂板送風散流器與室內 空氣混合，消除室內余熱余濕，室內溫濕度在空間上分布均勻。但頂板送風 的室內空氣品質較差，能耗較高，使用上也受到限制。以下分

3、別介紹地板送 風、工位送風和置換通風三種送風方式的基本原理。2.1地板送風地板送風是混合通風的另一種形式，處理后的空氣經過地板下的靜壓箱，rti 送風散流器送入室內，與室內空氣混合。其特點是潔凈空氣由下向上經過人 員活動區，消除余熱余濕，從房間頂部的排風口排出，室內溫度均勻一致。市于地板提升的高度有限，送風量受到限制，地板送風多用于空氣一水系統。 近些年，地板送風廣泛用于機房、控制中心、辦公室和實驗室等散熱設備多、 人員密集的建筑。2.2工位送風工位送風是一種集區域通風、設備通風和人員自調節為一體的個性化的送風 方式。在核心區域(人的呼吸區)安裝送風口，通過軟管與地板下的送風裝 置相連，送風口

4、的位置可以根據室內設施靈活變動。個人可以根據舒適需要 調節送風氣流的流量、流速、流向及送風溫度。而在周邊區域(會議廳、休 息室、走道等)安裝一般的地板送風裝置，用于控制室內大環境的熱濕負荷。 由于現代辦公建筑多采用統間式(open plan office)設計，個人對周圍空氣的 冷熱需求差異較大，更適宜安裝工位送風。2.3置換通風置換通風屬于下送風的一種，氣流從位于側墻下部的散流器水平低速送入室 內，在浮升力的作用下上升至工作區，吸收人員和設備負荷形成熱羽流。在 上升過程中，熱羽流不斷卷吸周圍空氣，流量逐漸增加。熱力分層高度將整 個空間分為上下兩區，下區空氣由下向上呈單向“活塞流"，

5、沿高度方向形成明 顯的溫度梯度和污染物濃度梯度；上區空氣循環流動，污染物濃度較人，溫 度趨于均勻一致。目前置換式通風較多用于層高大于2.4m,室內冷負荷小于 40w/m2的空調系統，如辦公室、會議室、計算機機房和劇院等。置換通風和地板送風形式上都是下送上回的方式，但二者又存在區別。表1 為置換通風與地板送風的綜合比較。以上的三種送風方式的室內氣流組織形式有較大的差別，三者的換氣效率均 大于頂板送風，能量利用系數大于1,三種送風方式均可以滿足不同的熱舒適 性需求。3熱舒適性影響3.1地板送風影響舒適性的因素較多，其中送風速度、送風溫度及空氣品質對室內環境的 舒適性影響較大。3.1.1送風速度地板

6、送風是射流送風的一種，送風散流器的形狀和結構決定氣流的擴散性能 和湍流狀態，故在出風口 2.5m范圍的速度場主要由散流器類型決定。為了防 止人員有吹風感，送風氣流的速度不能超過3m/so對于旋流式散流器，出風 氣流受扭轉葉片的影響形成渦流，使氣流擾動增加，出口風速減小，避免了 產生吹風感。同時，送風氣流與室內空氣混合充分，人員活動區內溫度場分 布均勻。表1置換通風1地板送風空調 負荷送風主要負擔工作區負荷， 送風量較小送風負擔全部室內負荷，送 風量較大送風 速度送風氣流速度較低，一般小 于 0.2m/s送風氣流速度較高152.0m/s送風 溫度送風溫度1820°c送風溫差24

7、6;c送風溫度15.518°c 送風溫差68°c氣流 組織推薦全部使用室外新風，以 保證空氣品質下區存在溫度梯度，上區溫 度比較均勻室內空氣品質好利用部分室內回風，氣流摻 混、擾動較大室內氣流溫濕度分布比較均 勻室內空氣品質較好對于自由射流，射流主體段軸心速度的衰減規律可表示為：u, 0-4g+0.145比(1)其中，g 以風口為起點，至u射流計算斷面距離為x處的軸心速度，m/s； u0： 風口出流的平均速度，m/s； d0：風口直徑，m； a：無量綱紊流系數。無量綱紊流系數a與散流器的結構特性有關，a值越大，則射流的擴散和速度 衰減越大。此外，合理布置散流器的位置對舒適性

8、有很大的影響，應保證每 個工作臺附近有一個散流器；若兩人共享一個散流器時，二者的距離不可超 過2m。3.1.2送風溫度由于人腳對溫度的敏感性較強，通常地板送風的送風溫度較高，一般為18°c, 送回風溫斧為8-10°co圖1為地板送風方式情況下，室內溫度沿高度的分布。 根據 iso 7730-1990 及 ashrae 55j992 的熱舒適性標準:atki<3°c（坐姿 1.1m 處）或atl8<3°c （站立1.8m處）可以看出，地板送風室內溫度分布較一致， 沒有出現明顯的溫度梯度。實驗測試一個采用地板送風系統的辦公室（4.2x3.4x3.

9、7m）（夏季），散流器周 圍（p200mm）氣流擾動強度為30%40%。送風溫度18°c。送風口風量為16.7l/s 和19.4l/s,距地血o.lmj.lm之間的平均溫差分別為1.3 °c、0.9°c；位于人 頭部附近的空氣流速分別為005m/s、0m/s （送風口風量19.4l/s）。試驗人 員的服裝熱阻為0.4clo,代謝率為1.2meto結果得到，試驗人員對空氣舒適性 的不滿意率低于15%。圖1室內溫度分布曲線圖2室內污染物濃度曲線3.1.3空氣品質圖2對比了頂板送風、地板送風兩種送風方式下，同一高度處污染物的濃度 的大小?？梢钥闯?，地板送風在人員活動區能

10、夠達到良好的室內空氣品質和 舒適的室內環境。此外地板送風系統的總安裝費用也比頂板送風系統節省 10%o3.2工位送風工位送風也屬于地板的一種，室內大環境的溫度及污染物濃度分布與上述地 板送風類似，在此不再贅述。由于工位送風的送風參數可以根據需要進行調 節，實行區域控制，它的舒適性較一般高于地板送風。根據ashrae舒適度標準，核心區域的空氣流速必須限制在：冬季不超過 0.15m/s,夏季不超過08m/s。由于送風口在人員的頭部附近，送風溫度高于 一般的地板送風，因此，空調系統的蒸發溫度相應可以提高，故冷水機的性 能系數（cop）增加，研究表明，蒸發溫度升高1°c,離心式冷水機的cop

11、 增加3。工位送風在滿足舒適要求的同時，也降低了系統的能耗。3.3置換通風置換通風系統中，溫度梯度和送風速度是兩個比較關鍵的囚素，為保證人體 熱舒適性耍求，必須嚴格控制工作區的溫度梯度和氣流速度大小。3.3.1送風速度置換通風的送風散流器一般位于側墻下部，為避免產生吹風感，必須嚴格控 制送風速度。散流器出口處的空氣流速主要取決于于送風量，氣流阿基米德 數和散流器類型。當送風量增加時，散流器出口附近氣流的平均速度增加，使得靠近風口處的 人有強烈的吹風感。對于非等溫射流，阿基米德數ar是反映氣流重力和慣性力綜合作用的特性參 數：幻(2)其中，g：重力加速度，m/s2； h：散流器高度，m； p：體

12、積膨脹系數；uf：出 風口血風速，m/s； tn：,送風溫度，ts：工作區溫度散流器的結構類型決定了氣流在貼地氣流層和整個工作區的速度分布，當送 風氣流的速度波動較大時會使人有吹風感，為了避免這種危險，送風射流必 須加以控制。nielsen通過實驗分析了七種不同類型落地散流器對送風速度的 影響，給出了近地面氣流最大速度的計算公式，并指出：不同送風量下，對 于近地面氣流速度，弧面散流器較平面散流器要小，高開孔率的散流器較低 開孔率的要小。3.3.2溫度梯度由于置換通風系統在垂直方向上存在明顯的溫度梯度，根據ashrae 55-1992 熱舒適性度的要求，應減小室內溫度梯度。研究表明溫度梯度的大小

13、受送風 量和送風速度的影響較人，送風量增加，溫度梯度減小。溫度梯度與送風量 的關系可表述如下：其屮，v：送風量，m3/h； p：空氣密度，kg/m3； ar：頂板與地板的輻射換熱 系數，w/m2°c,取acf：地板與室內空氣的對流換熱系數，w/m2°c,取 gf=4； a：地板面積，m2； cp：空氣定壓比熱，j/kgk； 0f：無量綱溫度。 文獻8通過cfd方法對一個6mx4mx3m的辦公室進行了模擬，房間負荷 50w/m2,送風溫度22°c,模擬結果如圖3?？梢钥闯觯m當增大送風速率， 室內垂直溫度梯度明顯減小，有助于提高熱舒適性。根據iso7730的pmv/

14、ppd評價指標，ppd應該低于10%,在置換通風系統 中，減小送風速量或提高送風溫度都可以降低ppdo333室內空氣品質評價由于置換通風熱力分層的存在，工作區產生污濁空氣被熱羽流及吋帶入上區, 避免形成橫向擴散；進入上區的氣流也不會再冋流到工作區，因此置換同風 度熱力分層高度應高于工作區高度，從而保證了工作區較好的空氣潔凈度。置換通風的換氣效率通常介于0.50.67,通風效率介于100%200%。而混 合通風理想換氣效率只有0.5,當發生短路時還要低，通風效率一般也只有 50 70%；實測數據表明，對于一個9000m2的辦公建筑采用置換通風后，冷負荷比 混合通風減少了 2530%,送風量減少了

15、 30%o對于冷負荷較大的建筑，采 用置換通風系統結合冷卻頂板的輻射作用，最大負荷可增至100 w/m2o與傳 統混合式系統相比，置換通風/頂板冷卻系統可節能37% o結論地板送風室內溫度均勻一致，污染物濃度較小，可以滿足機房、辦公室 和實驗室等散熱設備多、人員密集場合的熱舒適性需求；工位送風以其個性 化的送風方式及靈活調節的優點，更適宜現代辦公建筑；置換通風室內空氣 上下分區，通風效率和換氣效率較高，可用于辦公室、會議室和劇院等高大 空間空調系統。參考文獻1 heinemeier, k. e. task conditioning for the workplace: issues and c

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