空调系统送风方式对热舒适性的影响
摘要：本文介绍了地板送风、工位送风和置换通风的基本原理，分析了影响三种送风方式热舒适性的主要因素，如温度梯度、气流速度及送风口形式等。对三种送风方式的使用条件、热舒适性及系统运行能耗进行了比较。（参考《www.jianzhu518.com》）
关键词：地板送风 工位送风 置换通风 热舒适性
1 引言相关研究表明，病态建筑综合症（SBS：Sick Building Syndrome）和建筑相关疾病（BRI：Building Related Illness）都与不良的通风方式有关。加大新风量可以明显改善室内空气品质，但能耗也随之增加。随着空调技术的发展，送风方式也日益多样化。与传统的顶板送风（Ceiling Supply System）相比，在某些场合采用地板送风（UFAD：Underfloor Air Distribution）、工位送风（TAC：Task Ambient Conditioning）和置换通风（DV：Displacement Ventilation）等空调方式具有通风效率高、运行能耗低等优点。
2 送风方式的基本原理室内空气品质不仅影响人的舒适感，对人员的工作效率也有一定的影响。传统的顶板送风属于混合通风，处理后的低温空气通过顶板送风散流器与室内空气混合，消除室内余热余湿，室内温湿度在空间上分布均匀。但顶板送风的室内空气品质较差，能耗较高，使用上也受到限制。以下分别介绍地板送风、工位送风和置换通风三种送风方式的基本原理。
2.1 地板送风
地板送风是混合通风的另一种形式，处理后的空气经过地板下的静压箱，由送风散流器送入室内，与室内空气混合。其特点是洁净空气由下向上经过人员活动区，消除余热余湿，从房间顶部的排风口排出，室内温度均匀一致。由于地板提升的高度有限，送风量受到限制，地板送风多用于空气—水系统。近些年，地板送风广泛用于机房、控制中心、办公室和实验室等散热设备多、人员密集的建筑。
2.2 工位送风
工位送风是一种集区域通风、设备通风和人员自调节为一体的个性化的送风方式。在核心区域（人的呼吸区）安装送风口，通过软管与地板下的送风装置相连，送风口的位置可以根据室内设施灵活变动。个人可以根据舒适需要调节送风气流的流量、流速、流向及送风温度。而在周边区域（会议厅、休息室、走道等）安装一般的地板送风装置，用于控制室内大环境的热湿负荷。由于现代办公建筑多采用统间式（open plan office）设计，个人对周围空气的冷热需求差异较大，更适宜安装工位送风。
2.3 置换通风
置换通风属于下送风的一种，气流从位于侧墙下部的散流器水平低速送入室内，在浮升力的作用下上升至工作区，吸收人员和设备负荷形成热羽流。在上升过程中，热羽流不断卷吸周围空气，流量逐渐增加。热力分层高度将整个空间分为上下两区，下区空气由下向上呈单向“活塞流”，沿高度方向形成明显的温度梯度和污染物浓度梯度；上区空气循环流动，污染物浓度较大，温度趋于均匀一致。目前置换式通风较多用于层高大于2.4m，室内冷负荷小于40W/m2的空调系统，如办公室、会议室、计算机机房和剧院等。
置换通风和地板送风形式上都是下送上回的方式，但二者又存在区别。表1为置换通风与地板送风的综合比较。
以上的三种送风方式的室内气流组织形式有较大的差别，三者的换气效率均大于顶板送风，能量利用系数大于1，三种送风方式均可以满足不同的热舒适性需求。
3 热舒适性影响3.1 地板送风
影响舒适性的因素较多，其中送风速度、送风温度及空气品质对室内环境的舒适性影响较大。
3.1.1 送风速度
地板送风是射流送风的一种，送风散流器的形状和结构决定气流的扩散性能和湍流状态，故在出风口2.5m范围的速度场主要由散流器类型决定。为了防止人员有吹风感，送风气流的速度不能超过3m/s。对于旋流式散流器，出风气流受扭转叶片的影响形成涡流，使气流扰动增加，出口风速减小，避免了产生吹风感。同时，送风气流与室内空气混合充分，人员活动区内温度场分布均匀。
表1 置换通风
地板送风 空调负荷 送风主要负担工作区负荷，送风量较小 送风负担全部室内负荷，送风量较大 送风速度 送风气流速度较低，一般小于0.2m/s 送风气流速度较高1.5～2.0m/s 送风温度 送风温度18～20℃送风温差2～4℃
送风温度15.5～18℃送风温差6～8℃
气流组织 推荐全部使用室外新风，以保证空气品质下区存在温度梯度，上区温度比较均匀
室内空气品质好
利用部分室内回风，气流掺混、扰动较大室内气流温湿度分布比较均匀
室内空气品质较好
对于自由射流，射流主体段轴心速度的衰减规律可表示为：
(1)
其中，ux：以风口为起点，到射流计算断面距离为x处的轴心速度，m/s；u0：风口出流的平均速度，m/s；d0：风口直径，m；a：无量纲紊流系数。
无量纲紊流系数a与散流器的结构特性有关，a值越大，则射流的扩散和速度衰减越大。此外，合理布置散流器的位置对舒适性有很大的影响，应保证每个工作台附近有一个散流器；若两人共享一个散流器时，二者的距离不可超过2m。
3.1.2 送风温度
由于人脚对温度的敏感性较强，通常地板送风的送风温度较高，一般为18℃，送回风温差为8-10℃。图1为地板送风方式情况下，室内温度沿高度的分布。根据ISO 7730-1990及ASHRAE 55-1992的热舒适性标准：Δt1.1≤3℃（坐姿1.1m处）或Δt1.8≤3℃（站立1.8m处）可以看出，地板送风室内温度分布较一致，没有出现明显的温度梯度。
实验测试一个采用地板送风系统的办公室（4.2×3.4×3.7m）(夏季)，散流器周围（φ200mm）气流扰动强度为30%-40%。送风温度18℃。送风口风量为16.7L/s 和19.4L/s，距地面0.1m-1.1m之间的平均温差分别为1.3 ℃、0.9℃；位于人头部附近的空气流速分别为0.05m/s、0.1m/s（送风口风量19.4L/s）。试验人员的服装热阻为0.4clo，代谢率为1.2met。结果得到，试验人员对空气舒适性的不满意率低于15%。
图1 室内温度分布曲线 图2室内污染物浓度曲线
3.1.3 空气品质
图2对比了顶板送风、地板送风两种送风方式下，同一高度处污染物的浓度的大小。可以看出，地板送风在人员活动区能够达到良好的室内空气品质和舒适的室内环境。此外地板送风系统的总安装费用也比顶板送风系统节省10%。
3.2 工位送风
工位送风也属于地板的一种，室内大环境的温度及污染物浓度分布与上述地板送风类似，在此不再赘述。由于工位送风的送风参数可以根据需要进行调节，实行区域控制，它的舒适性较一般高于地板送风。
根据ASHRAE舒适度标准，核心区域的空气流速必须限制在：冬季不超过0.15m/s，夏季不超过0.8m/s。由于送风口在人员的头部附近，送风温度高于一般的地板送风，因此，空调系统的蒸发温度相应可以提高，故冷水机的性能系数（COP）增加，研究表明，蒸发温度升高1℃，离心式冷水机的COP增加3.1%。工位送风在满足舒适要求的同时，也降低了系统的能耗。