桌面?zhèn)€性化送風(fēng)末端方式對工位區(qū)熱環(huán)境的影響研究.pdf

1、自上世紀(jì)70年代爆發(fā)世界能源危機，在相當(dāng)長時期內(nèi)對建筑樓宇實施節(jié)能措施成為了對業(yè)界的工作要求，增強建筑密閉性、減少新風(fēng)供給量等技術(shù)方法被廣泛應(yīng)用于建筑樓宇，造成了室內(nèi)空氣品質(zhì)的明顯下降。當(dāng)人們長時間處在不良空氣環(huán)境中易會出現(xiàn)諸多不良反應(yīng)，如患上建筑類疾病等。隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對室內(nèi)空氣品質(zhì)重要性的認知也逐漸加深。近年來，為實現(xiàn)建筑的節(jié)能減排和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，如何對空調(diào)系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計在學(xué)術(shù)界引起了廣泛關(guān)注和研究，其

2、中個性化送風(fēng)方式以個性化調(diào)節(jié)和節(jié)能的優(yōu)勢受到重視。本課題對桌面式個性化送風(fēng)末端方式進行細化研究，采用數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方式來探索個性化送風(fēng)口末端方式及其送風(fēng)參數(shù)對工位區(qū)熱環(huán)境的影響。
　　研究過程中，選用ANSYS CFX作為數(shù)值模擬軟件，根據(jù)人工環(huán)境室綜合實驗臺的實際尺寸進行幾何模型的建立，劃分網(wǎng)格、選擇控制方程和湍流模型并設(shè)置初始及邊界條件，從而進行數(shù)值模擬求解，計算不同工況下工位區(qū)的溫度分布及速度分布，進而探索不同個

3、性化送風(fēng)口布置方式及其送風(fēng)參數(shù)對工位區(qū)的熱舒適度及空氣品質(zhì)的影響。設(shè)計并搭建實驗臺，安排實驗方案，利用數(shù)據(jù)采集器及風(fēng)速儀等儀器對溫度、速度等數(shù)據(jù)進行測量收集并予以整理，探索實驗過程中受個性化送風(fēng)口布置方式及其送風(fēng)參數(shù)影響的工位區(qū)熱環(huán)境，并利用實驗結(jié)果驗證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性與可行性。主要研究結(jié)果有：
　?。?）在PEM桌面?zhèn)€性化送風(fēng)末端方式下，人體工位區(qū)胸腹部風(fēng)速較其他位置風(fēng)速大，在0.2m/s~0.3m/s之間，頭部及腳部風(fēng)速隨

4、送風(fēng)擴散而衰減，風(fēng)速約為0.05m/s~0.1m/s；在其他桌面?zhèn)€性化送風(fēng)末端方式下，人體工位區(qū)面部風(fēng)速較其他位置風(fēng)速大，在VDG和HDG末端方式下，面部位置風(fēng)速約為0.15m/s~0.2m/s；在MP和CMP末端方式下，面部位置風(fēng)速約為0.2m/s~0.4m/s。
　　（2）通過進行工位區(qū)熱舒適性分析，發(fā)現(xiàn)隨著送風(fēng)溫度的增加，PMV值呈上升趨勢，人們對于由吹風(fēng)感引起的不滿意率隨之降低；隨著背景溫度的增加，工位區(qū)PMV值也隨之增加

5、；隨著送風(fēng)風(fēng)速的增加，人們對于由吹風(fēng)感引起的不滿意率隨之增大。綜合研究結(jié)果，當(dāng)送風(fēng)溫度在21℃~22℃之間、背景溫度在29℃以下、送風(fēng)量大于30m3/h時可以使工位區(qū)熱環(huán)境具有較好的熱舒適性。
　?。?）有個性化送風(fēng)相較于無個性化送風(fēng)可以使人體呼吸區(qū)以較快速度獲得較高的空氣品質(zhì)，其中MP和CMP兩種送風(fēng)末端方式下二氧化碳濃度較其他三種方式低，且個人暴露系數(shù)最高，吸入空氣品質(zhì)最好。在桌面?zhèn)€性化送風(fēng)方式下，送風(fēng)溫度在21℃~23℃之間

6、，背景溫度在27℃~28℃之間，送風(fēng)量大于30m3/h即送風(fēng)速度大于0.21m/s時可以提高能量利用的有效性。
　　（4）通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，在五種個性化送風(fēng)方式下溫度分布特征整體相似，即從人體腳踝位置高度到人體頭頂位置高度溫度分布呈上升趨勢，距人體距離較近的測點溫度比距人體距離較遠的測點溫度高。其中，PEM送風(fēng)方式下人體面部位置高度上各測點的溫度差異最大，在VDG與HDG送風(fēng)末端方式下人體面部位置高度上各測點的溫度差異較PEM方式

7、小，溫度分布較為均勻。在MP與CMP送風(fēng)末端方式下人體頭頂位置高度的測點平均溫度較其他方式低。
　?。?）實驗結(jié)果表明隨著背景溫度的升高，人體周圍平均溫度也隨之升高。而隨著位置高度的增加，平均溫度也隨之增加，分析P3、P6~P9工況頭腳溫差可知當(dāng)背景溫度為28℃~29℃時，人體頭腳溫差較小。個性化送風(fēng)量對溫度分布影響較小，隨著送風(fēng)量的增加，溫度呈微弱降低趨勢，分析P3、P10~P14工況頭腳溫差可得當(dāng)送風(fēng)量大于等于60m3/h時，

8、人體頭腳溫差較小。
　?。?）對比分析模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)模擬計算結(jié)果與實驗測量數(shù)據(jù)之間存在較小的誤差，且兩者之間變化趨勢基本一致，從而驗證了本課題中數(shù)值模擬方法的可行性。
　?。?）在本研究的工況中，當(dāng)個性化送風(fēng)溫度在21℃~22℃之間，送風(fēng)量在30m3/h~90m3/h之間（送風(fēng)風(fēng)速在0.21m/s~0.63m/s之間），背景溫度在27℃~28℃之間時，工位區(qū)的熱舒適性較好，不滿意率較低，能量利用系數(shù)較高。五種個性化