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摘要：本文采用CFD数值模拟的方法建立了长17.2m*宽5.7m*高4.0m的空调房间模型，模拟对比分析了一种地面对流器出口风速对空调房间速度场和温度场的影响，并将分析结果应用于工程实例。分析结果发现：当送风口风速为1.1m/s～1.5m/s时，房间内2m以下工作区内平均温度小于28℃，平均风速小于0.5m/s，满足人体舒适性需求。送风口风速较低时，由于室内热源和建筑围护结构等负荷条件的变化，工作区内的平均温度较高，整体温度环境较差;送风口风速较高时，工作区内的紊流程度增大，平均风速增大，人体舒适程度降低。

关键词：CFD模拟;地面对流器;风速;温度

0 前言

近年来，随着现代人居环境品质的提高，地板送风作为一种重要的空调组织形式而被人们重视，其施工和应用上分别具有灵活性、舒适性的特点[1]。

由于地板送风具有较好的的实用价值，国内外学者对其进行了大量的模拟和试验研究。陈瑜等通过对地板送风的CFD模拟表明：地板送风均匀性随着静压箱的高度增大而提高，随着送风口密度的增大而降低[2]。曹双华等采用Airpark软件对变风量地板送风系统进行了模拟研究，模拟结果表明，为了在工作区内形成稳定的热力分层，地板送风的送风量应小于常规空调形式送风量，风口的风速应根据房间负荷及风口水平扩散度综合考虑[3]。

周文慧等对办公建筑内地板送风和置换通风模式对室内环境质量的影响进行了数值模拟和对比研究，研究表明地板送风具有更大的送风温差，且工作区的温度梯度较小，更具有舒适性和节能性，可以为工程设计和运行管理提供有益的参考[4]。张恺等通过对机房地板送风系统的模拟及试验对比研究发现：地板送风配合封闭机柜之间冷通道的方法能够有效促使机柜局部温度降低至9℃，并导致机柜前门的垂直温度分布均匀，一定程度上优化了机房内的气流组织[5]。

MH. Fathollahzadeh等通过CFD模拟方法研究了地板送风在人员密集场所的应用。作者认为，地板送风口不宜布置在座椅下方，人员密集场所的地板送风口应根据人员密集程度合理布置[6]。Kong Q等通过CFD软件模拟了房间内地板下送风的气流分布，并通过实验对模拟结果进行了验证。作者表示，气流出口的速度分布及是否均匀受位置的影响，最小出口速度是最大速度的10%[7]。

本文在前人研究的基础上，采用CFD数值模拟的方法对地面对流器在夏季空调房间进行模拟对比，分析出口风速对工作区内（2m以下）空间速度场和温度场的影响，为其在工程中的后续应用提供一定的理论支持。

1 数值模拟

1.1 模型建立

以工程实例为背景，本文采用CFD数值模拟的方法建立长17.2m*宽5.7m*高4.0m的空调房间模型，送风口和回风口并列位于房间地板四周，内圈为回风口，外圈为送风口，送回风口总长度均为32m*0.15m，外墙设置15m*3.0m的幕墙，内置5个0.7m*0.2m*1.8m的热源，如图1所示。

为了合理简化房间内的流动过程，重点考虑室内温度场和速度场的变化，忽略其他无关因素的影响，对模型做如下假设[8]：

1）考虑空气浮力的影响，空气密度仅随温度的变化而变化，且密度满足Boussinesq模型，即定义密度是温度的函数，如公式（1）所示。

式中，ρ0表示参照的空气参考密度（kg/m3），ρ表示计算空气密度（kg/m3），β表示空气的热膨胀率，Δt表示参照温度与计算温度之间的差值（℃）。

2）房间墙壁为良好的绝热壁面，不考虑墙体的散热，房间内初始温度为20℃;

3）窗户为辐射界面，不受环境温度影响，模拟过程中定义为恒定边界;

4）不考虑太阳辐射的影响，太阳直射面屋顶定义为恒定边界。

本文在上述简化的基础上采用GAMBIT软件构建三维模型，并进行划分网格和边界条件设

1.2 FLUENT模拟计算

由于本模型主要用于计算室内空气流动，空气流速较低，雷诺数（Re）作为其特征参数能够更好地体现空气流动的特性。同时，考虑到当局部湍流雷诺数（Re）低于150时，低Re数的k-ε模型具有更强的适应性[8]。因此，本文采用经过修正的k-ε方程即为低Re数 k-ε模型作为CFD模拟计算的运输方程，如公式（2）至（5）所示[8]：

式中，η表示动力粘度系数，ηt表示湍流粘度系数，Ret为无量纲的湍流雷诺数，cu、f1、c2、f2、σk、c1、σε均为常数项。

在模拟过程中，空调房间的初始温度均为30℃保持不变，送风口温度恒定为17.5℃，通过改变送风口风速，即风速由0.7m/s增大至2m/s，分别模拟不同进口风速条件下室内空调环境的变化，并进行对比分析。

2 结果分析

如图2为送风口风速为1.2m/s条件下空调房间的流场。从图中可以看出，该模型在一定的出风口风速条件下，能形成较为明显的流场。具体温度场与速度场对比分析如下。

2.1 温度场分析

如图3所示，为不同送风口风速条件下，空调房间工作区内平均温度的变化。从图中可以看出，随着送风口风速的增大，工作区内平均温度逐渐降低。当风口风速大于1.1m/s时，工作区内平均温度降至28℃以下。当风速过低时，由于送风口风量减少，受室内热源和外部环境温度与辐射条件的影响，室内冷负荷持续增大，导致室内温度无法有效降低，其中当送风口风速小于0.9m/s时，工作区内平均温度超过房间初始温度30℃。

2.2 速度场分析

如图4所示，为不同送风口风速条件下，空调房间工作区内平均速度的变化。从图中可以看出，工作区内平均速度随着送风口风速的增加而增大。当进风口风速不超过1.5m/s时，工作区内平均风速控制在0.5m/s以下。当风速超过1.5m/s时，受送风口气流扰动的影响，室内气流紊流程度明显增大，导致人体舒适性程度降低。

综合上述分析，当地面对流器送风口风速控制在1.1m/s～1.5m/s时，室内温度能够降低至28℃以下，同时室内流速能够控制在0.5m/s以内，满足国家规范《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012的要求，人体的舒适性程度较高。

3 工程实例应用

在上述分析的基础上，本文将分析结果应用于苏州当地某商业综合体裙房屋面建筑的工程实例中，其安装及效果实景图如图5所示。房屋规格尺寸及围护结构与模型保持一致，地面对流器环外墙四周敷设，严格按照模拟结果控制出风口风速，以保证良好的空调效果。

4 结论与展望

本文通过采用CFD数值模拟的方法，以工程实例为背景构建了长17.2m*宽5.7m*高4.0m的空调房间模型，模拟分析地面对流器送风口风速对房间温度场和速度场的影响，从而探索工程实例应用中出风口风速的控制范围，通过模拟得出结论如下：

1）当送风口风速大于1.1m/s时，送风量能够满足空调房间热源及围护结构等产生的冷负荷需求，工作区内平均温度能够控制在28℃以内，满足人体对空调房间温度的基本要求。

2）当送风口风速小于1.5m/s时，由于送风口气流扰动较小，空调房间内紊流程度较低，工作区内平均风速小于0.5m/s，可以满足人体对空调房间风速的基本要求。

参考文献

[1] 杨娟，刘卫华. 地板送风空调系统研究现状与发展 [J]. 制冷与空调，2009，9（6）：1-5.

[2] 陈瑜，赵树兴，范彬等. 地板送风空调系统静压箱送风均匀性模拟研究[J]. 暖通空调，2015，（3）：110-112.

[3] 曹双华，陈德财，徐先进. 变风量地板送风热力分层的数值模拟研究 [J]. 建筑节能，2014，42（2）：1-4.

[4] 周文慧，刘东，王康. 办公建筑内地板送风和置换通风模式对室内环境质量影响的数值模拟对比研究[J]. 建筑节能，2012，（01）：10-13.

[5] 张恺，张小松，李舒宏. 地板送风数据机房空调系统气流组织的优化 [J]. 东南大学学报（自然科学版），2016，46（1）：62-69.

[6] MH.Fathollahzadeh， Ghassem Heidarinejad， Hadi Pasdarshahri. Producing a better performance for the under floor air distribution system in a dense occupancy space [J]. Energy and Buildings， 2016，（126）：230-238.

[7] Kong Q ， Yu B ， Pan Z. Numerical simulation on airflow in plenum of underfloor air supply and experiment on characteristics of plenum’s outlets[J]. Journal of Xian Jiaotong University， 2005， 39（5）：531-535.

[8] 李阳. 水箱中换热盘管位置对太阳能热水系统性能的影响研究[D]. 南京：东南大学，2013