空调系统送风方式对热舒适性的影响

    3.3 置换通风

    置换通风系统中，温度梯度和送风速度是两个比较关键的因素，为保证人体热舒适性要求，必须严格控制工作区的温度梯度和气流速度大小。

    3.3.1 送风速度

    置换通风的送风散流器一般位于侧墙下部，为避免产生吹风感，必须严格控制送风速度。散流器出口处的空气流速主要取决于于送风量，气流阿基米德数和散流器类型。

    当送风量增加时，散流器出口附近气流的平均速度增加，使得靠近风口处的人有强烈的吹风感。

    对于非等温射流，阿基米德数Ar是反映气流重力和惯性力综合作用的特性参数：

    (2)

    其中，g：重力加速度，m/s2；h：散流器高度，m；β：体积膨胀系数；uf：出风口面风速，m/s；tn：，送风温度，ts：工作区温度

    散流器的结构类型决定了气流在贴地气流层和整个工作区的速度分布，当送风气流的速度波动较大时会使人有吹风感，为了避免这种危险，送风射流必须加以控制。Nielsen通过实验分析了七种不同类型落地散流器对送风速度的影响，给出了近地面气流最大速度的计算公式，并指出：不同送风量下，对于近地面气流速度，弧面散流器较平面散流器要小，高开孔率的散流器较低开孔率的要小。

    3.3.2 温度梯度

    由于置换通风系统在垂直方向上存在明显的温度梯度，根据ASHRAE 55-1992热舒适性度的要求，应减小室内温度梯度。研究表明温度梯度的大小受送风量和送风速度的影响较大，送风量增加，温度梯度减小。温度梯度与送风量的关系可表述如下：

    (3)

    其中，V：送风量，m3/h；ρ：空气密度，kg/m3；αr：顶板与地板的辐射换热系数，W/m2℃，取αr=5；αcf：地板与室内空气的对流换热系数，W/m2℃，取αcf =4；A：地板面积，m2；cp：空气定压比热，J/kgK； θf：无量纲温度。

    文献[8] 通过CFD方法对一个6m×4m×3m的办公室进行了模拟，房间负荷50W/m2，送风温度22℃，模拟结果如图3。可以看出，适当增大送风速率，室内垂直温度梯度明显减小，有助于提高热舒适性。

    根据ISO7730的PMV/PPD评价指标，PPD应该低于10%，在置换通风系统中，减小送风速量或提高送风温度都可以降低PPD。

    3.3.3 室内空气品质评价

    由于置换通风热力分层的存在，工作区产生污浊空气被热羽流及时带入上区，避免形成横向扩散；进入上区的气流也不会再回流到工作区，因此置换同风度热力分层高度应高于工作区高度，从而保证了工作区较好的空气洁净度。置换通风的换气效率通常介于0.5～0.67，通风效率介于100%～200%。而混合通风理想换气效率只有0.5，当发生短路时还要低，通风效率一般也只有50～70%；

   
    送风速度0.4m/s 送风速度0.5m/s
    图3 不同送风速度下的垂直温度分布

    实测数据表明，对于一个9000m2的办公建筑采用置换通风后，冷负荷比混合通风减少了25～30%，送风量减少了30%。对于冷负荷较大的建筑，采用置换通风系统结合冷却顶板的辐射作用，最大负荷可增至100 W/m2。与传统混合式系统相比，置换通风/顶板冷却系统可节能37% 。

    地板送风室内温度均匀一致，污染物浓度较小，可以满足机房、办公室和实验室等散热设备多、人员密集场合的热舒适性需求；工位送风以其个性化的送风方式及灵活调节的优点，更适宜现代办公建筑；置换通风室内空气上下分区，通风效率和换气效率较高，可用于办公室、会议室和剧院等高大空间空调系统。

    [1] Heinemeier, K. E. Task conditioning for the workplace: issues and challenges. ASHARE Transactions, 1990, 106 (1): 678～689

    [2] Yuan, X., Chen Q. A critical review of displacement ventilation. ASHARE Transactions, 1998, 104 (1): 78～90

    [3] McDonnell, G. Underfloor & displacement why they’re not the same. ASHRAE Journal, 2003, July: 18～24

    [4] Brunk, M. Cooling ceiling -An opportunity to reduce energy cost by way of radiant cooling. ASHARE Transactions, 1993, 99: 479～487

    [5] Sodec, F. The underfloor air supply system-the European experience. ASHARE Transactions, 1990, 106 (1): 690～695

    [6] Hanzawa, H. Thermal comfort with underfloor air-condition systems. ASHARE Transactions, 1990, 106 (1): 696～698

    [7] Mundt, E. Displacement ventilation systems -convection flows and temperature gradients. Building and Environment, 1995, 30: 129～133

    [8] 于松波.置换通风在办公室建筑中的应用与分析.暖通空调，2003, 33 (3): 99～104

    [9] Nielsen, P. Velocity distribution in a room ventilated by displacement ventilation and wall-mounted air terminal devices. Energy Buildings, 2000, 31: 179～187

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