办公建筑典型空调对流末端送风口流场特性及热舒适优化研究

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由于人员密集且长期待在室内,办公建筑室内人员期望拥有健康、舒适的室内环境。空调广泛的被用于改善办公建筑室内热环境,但是空调在改善室内热环境的同时也带来了一系列的问题,如冬季室内垂直温差大、流场分布不均匀、吹风感等导致不舒适。因此,本文的主要目的是研究办公建筑典型对流末端送风口室内流场特性及热舒适,寻找优化方向以期营造更舒适的办公环境。首先,选取某办公建筑搭建实验平台,通过实验测试和主观问卷调研的形式,研究了冬、夏季典型对流末端送风口在不同送风角度、送风温度、送风速度时室内流场特性及热舒适特征。结果表明:夏季工作区温度均匀度随着设置温度的增大而变小,在冬季工作区温度均匀度随着设置温度的增大而增大。夏季垂直温差大部分在1℃以内,冬季空调实验房间的垂直温差最大值接近10℃,风口下的PD值在80%~100%之间,说明冬季垂直温差大导致了局部不满意率高。同时通过实验研究发现送风角度对房间流场有着较大影响,从主观问卷分析结果可以看出夏季风口下容易感受到吹风感。其次,通过CFD数值模拟研究了不同送风角度、送风速度对室内流场特性及热舒适的影响。将模拟结果和实验结果进行对比,温度偏离度的值基本都在0.1以内,速度偏离度在0.04~0.5之间,考虑到实验人员进出及湍流扰动对风速的影响,可认为模型合理。模拟结果表明:比较1.2m/s、1.8m/s、2.5m/s三种送风速度(采用风量罩测量距离出风口0.2m处风量平均值计算所得)的流场评价指标,夏季1.8m/s送风时室内工作区垂直温差仅0.7℃且平均风速均低于0.5m/s,因此可认为1.8m/s是夏季最优送风速度;冬季通过提高送风速度,DR值和PPD值明显降低,整体热感觉在高风速时偏暖,因此可认为2.5m/s是冬季最优送风速度。通过调节送风叶片的角度使气流向房间两侧更远处扩散,夏季温度均匀度由1.34下降至0.372,冬季温度均匀度由4.7下降至1.33,比较0°、15°、30°、45°、60°五种送风角度的流场特性及热舒适评价指标,可以看出夏季30°~60°送风较优,冬、夏季45°送风最优。最后,基于前文热环境分析,对办公建筑空调对流末端送风口进行了优化设计,提出了三种优化方案,即加装导风板、改变叶片数量和叶片斜送结构调整。结果表明:冬季增设导风板对速度场造成明显变化,但使风速过低不能抑制热气流的浮升力且室内温度响应时间变慢,故不建议冬季采用此优化方式。夏季速度云图显示送风叶片为6片时冷空气射流范围比4片远,使得房间两侧区域温度低0.5℃;冬季6片送风时温度均匀度由4.73降低至2.27,垂直温差降低至4.5℃。通过流场特性指标和热舒适评价指标可认为六片送风优于四片叶片。固定叶片斜送风风口的射流在室内可以保持较长的射程,夏季水平温差降低了2℃且温度均匀度降低至0.5,DR值降低了6%,两种斜送形式在夏季都有明显优化效果;冬季送风口斜送结构(2cm)调整的房间温度和PMV值仍在舒适范围内且温度均匀度明显降低,然而送风口斜送结构(4cm)时房间平均温度很低且PMV、PPD均属于不舒适范围,说明送风口斜送结构(2cm)调整是有一定的优化效果。本研究对后续进行典型对流末端送风口的优化提供了指导意义。
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