碰撞射流通風(fēng)供暖房間的研究范文

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《建筑熱能通風(fēng)空調(diào)雜志》2014年第三期

查閱文獻(xiàn)可知，碰撞射流供熱房間內(nèi)最佳送風(fēng)速度為2m/s，因此本文以送風(fēng)速度2m/s，送風(fēng)溫差ΔT=7K為例，通過(guò)數(shù)值模擬方法對(duì)碰撞射流通風(fēng)方式進(jìn)行模擬。

1碰撞射流供暖房間內(nèi)速度和溫度分布特征

1.1數(shù)值模擬結(jié)果為了研究碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)供熱房間內(nèi)速度和溫度的分布情況，本文以穿過(guò)送風(fēng)管所在位置的剖面（Y=0.1m）為例，分別對(duì)速度矢量圖和溫度分布圖進(jìn)行分析。圖2是送風(fēng)管所在位置剖面的速度和溫度模擬結(jié)果圖，由圖2（a）可以看出，熱氣流以一定的動(dòng)量從噴管噴出，當(dāng)碰撞到地板時(shí)沿地面時(shí)，隨著動(dòng)量的減小向四周擴(kuò)散。近地面靠近送風(fēng)口處氣流速度較大，隨著不斷遠(yuǎn)離風(fēng)口，氣流速度逐漸減小，最終熱浮力對(duì)氣流擴(kuò)散的影響占主導(dǎo)地位，氣流擴(kuò)散一段距離后便向上運(yùn)動(dòng)。由于受室外冷空氣影響，屋頂?shù)臏囟鹊停詿釟饬飨蛏线\(yùn)動(dòng)到屋頂時(shí)受到冷卻作用而溫度下降，與上升的熱氣流在房間的上部形成漩渦。圖2（b）給出了室內(nèi)溫度分布圖，由圖可知，送風(fēng)口附近出現(xiàn)了垂直的溫度分層，靠近送風(fēng)口處溫度較高，隨著房間高度增加，溫度也逐漸降低，這與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)供暖的溫度完全不同。

1.2數(shù)值處理與分析為了研究室內(nèi)氣流速度和室內(nèi)溫度分布隨房間高度方向的變化，在送風(fēng)口位置到氣流最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離（y=4.6m）之間依次取五條直線，這五條直線距風(fēng)口距離分別為y=0.9m，y=1.8m，y=2.7m，y=3.6m，y=4.5m。圖3給出了不同位置速度和溫度沿房間高度的分布曲線圖。圖3是不同位置速度和溫度沿房間高度的分布曲線，由圖3（a）可知，距風(fēng)口位置水平距離較近（y=0.9m，y=1.8m，y=2.7m）時(shí)，氣流速度在靠近地面處最大，當(dāng)房間高度增加到0.3m左右時(shí)，速度急劇下降到0.1m/s左右，此后速度隨著房間高度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而這個(gè)速度變化的臨界高度為Z=4.5m；距風(fēng)口水平距離增加到y(tǒng)=3.6m時(shí)，室內(nèi)氣流在靠近地面處具有一定速度值，但隨著房間高度增加，速度并沒(méi)有急劇減小，而是先增大后減小；在距風(fēng)口水平距離較遠(yuǎn)（y=4.5m，y=4.6m）時(shí)，室內(nèi)氣流在靠近地面處速度基本為零，隨著房間高度增加，出現(xiàn)了與近風(fēng)口水平距離位置處同樣的規(guī)律。分析圖3（b），當(dāng)距風(fēng)口距離較近（y=0.9m，y=1.8m，y=2.7m）時(shí)，各直線上溫度在靠近地面處最高，并且隨著房間高度而逐漸降低，最終保持在同一溫度值；隨著水平距離增加到3.6m時(shí)，氣流溫度隨著房間高度的增加先增大而后減小；而距風(fēng)口所在位置水平距離較遠(yuǎn)（y=4.5m，y=4.6m）時(shí)，溫度分布出現(xiàn)了相反的分布規(guī)律，即在地面處溫度最小，基本上為房間室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度20℃（293K），而隨著房間高度增加溫度也逐漸升高，最終達(dá)到穩(wěn)定，這種現(xiàn)象是由于送出的氣流受到熱浮力作用的影響后，便沿房間高度向上運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)致氣流在擴(kuò)散距離的邊界處溫度最小。

2碰撞射流供暖房間的熱舒適分析

選擇合理的通風(fēng)方式，需要考慮很多因素，對(duì)熱舒適性空調(diào)來(lái)說(shuō)，室內(nèi)人員的熱舒適性也是一項(xiàng)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文采用有效溫度差△ET來(lái)評(píng)價(jià)空調(diào)房間內(nèi)人員的舒適感覺(jué)，它是反映空氣溫度和速度對(duì)舒適感覺(jué)的綜合作用效果，表達(dá)式為：式中：Ti，Tn分別為工作區(qū)某點(diǎn)的空氣溫度和室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，K；ui為工作區(qū)某點(diǎn)的空氣流速，m/s。一般情況下，△ET的值在-1.7K到+1.1K之間時(shí)大多數(shù)人感覺(jué)到舒適。為考查房間內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)域的空氣溫度和速度對(duì)人體舒適感覺(jué)的綜合作用，以人體腳踝所在高度平面（Z=0.1m）和房間中心平面（Y=0.1m）為例，分析這兩個(gè)平面上有效溫度差，如圖4所示。圖4是送風(fēng)速度為2m/s，送風(fēng)溫差ΔT=7K時(shí)人體腳踝平面（Z=0.1m）和房間中心平面（Y=0.1m）兩個(gè)典型平面的有效溫度差△ET云圖。圖4（a）中出現(xiàn)大量的深色區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的△ET基本都大于+1.15K，并且這些區(qū)域也包括了人體活動(dòng)區(qū)域（2m以下區(qū)域），說(shuō)明過(guò)送風(fēng)管剖面的平面處溫度較高，室內(nèi)人員在這個(gè)區(qū)域會(huì)感覺(jué)偏熱。觀察圖4（b），距地面Z=0.1m的距離基本上認(rèn)為是人體腳踝處所在位置，是人體比較敏感的部位之一，如果此處溫度分布不均勻，足部會(huì)感到很大的溫差，帶來(lái)舒適性的問(wèn)題，除送風(fēng)口剖面所在平面外，這個(gè)平面上幾乎所有區(qū)域的△ET值在-1.7K到+1.1K之間，而出現(xiàn)的少量深色區(qū)域基本上就是圖4（a）中所表示的風(fēng)管剖面所在平面，通過(guò)綜合分析圖4可知，采用碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)供熱時(shí)，在送風(fēng)速度為2m/s，送風(fēng)溫差ΔT=7K的工況下，室內(nèi)人員在不靠近風(fēng)管附近活動(dòng)區(qū)域內(nèi)整體感覺(jué)熱舒適。

3能量和能量利用系數(shù)η分析

為了了解不同工況下的能量利用情況，定義能量利用系數(shù)η如下所示：一般情況下，采用下送上回通風(fēng)方式送風(fēng)時(shí)，η的值應(yīng)大于1，并且能量利用系數(shù)η越大表明能量利用越好。根據(jù)模擬結(jié)果可得：采用碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)供熱時(shí)，在送風(fēng)速度為2.0m/s，送風(fēng)溫差為7℃時(shí)，ts=299.7K，tp=293.3K，t2m=293.5K。則可計(jì)算此工況下能量利用系數(shù)為：η=1.03。表明人體空間的平均溫度高于房間上部溫度，送風(fēng)能量得到了充分利用。這在采用傳統(tǒng)的混合通風(fēng)（含分層空調(diào)）的高大空間中是不可能實(shí)現(xiàn)的[8~9]。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析，得到采用碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)供熱房間的室內(nèi)氣流分布特性，結(jié)論如下：1）采用碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)供熱時(shí)，隨著送風(fēng)高度的增加，室內(nèi)氣流速度會(huì)出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而這個(gè)速度改變的臨界點(diǎn)位置所在高度為房間高度的一半（即Z=4.5m）。2）在碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)所管轄范圍內(nèi)，室內(nèi)溫度隨著房間高度的增加逐漸減小，并且在室內(nèi)形成垂直的溫度分層，室內(nèi)人體活動(dòng)區(qū)域（2m以下區(qū)域）的溫度分布滿足人體“頭冷腳熱”的要求，送風(fēng)能量得到了充分利用。3）采用碰撞射流通風(fēng)系統(tǒng)供熱時(shí)，送風(fēng)口附近靠近地面薄薄的一層區(qū)域內(nèi)能感到吹風(fēng)感，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意將送風(fēng)口設(shè)置在人員活動(dòng)不頻繁區(qū)域。

作者：王艷鐘珂亢燕銘單位：東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院