（TCL空调器（中山）有限公司 广东中山 528400）
【摘 要】冬季空调制热运行时，经常会存在室内热力分层现象明显、人体舒适性差等情况，本文拟利用Fluent软件模拟空调送风温度，以分析其对室内舒适性的影响，旨在为空调送风温度优化提供一定参考。
【关键词】空调；制热；送风温度；热力分层；室内舒适性
随着人们物质生活水平的不断提升，对于环境舒适度的要求也越来越高，因而空调得到了日益广泛的应用。在节能环保理念下，人们在追求舒适的室内环境的同时，也更加关注和重视设备的节能环保。以分体空调为例，其主要是上送上回的送风形式，在制热工况下，很容易使得室内的垂直平面温度分布不均匀，从而出现热力分层现象，影响人体的舒适度。目前国内进行的研究大多数都是针对空调的送风方式对室内热环境与气流组织的影响。本文拟对空调送风温度对室内舒适性的影响分析，以便为提高空调运行效率和室内人体舒适度，以及非采暖地区冬季热泵空调制热运行方案优化提供一定的技术支持。
一、物理模型
本文以一个长X宽X高约为5.10m X 2.94m X3.13m的房间作为研究对象，壁挂式的室内热风机作为物理模型。房间的北外墙上距地面0.93m，距西墙0.3m，距东墙0.2m的高度上有1.7mX 2.44m塑钢外窗；在距离北外墙1.3m，距离地面2.4m的西墙上安装了1台热风机。距离北外墙5.1m的南墙上有1扇宽X高为0.98mX2.00m的门。空调器的回风口等效简化成为1个0.21mX 0.885m的长方形风口，同样，送风口简化等效成0.785mX 0.123m的长方形风口，具体参数如表1所示。
二、模拟工况及其方法
由于出风口的温度与环境温度有关是可变数，现在家用空调有关进风口与出风口温差标准没有一个确切的说法，不同牌子，不同型号，不同匹数，不同气温下的各不一样，一般进出口温差大于8℃，而有的空调带有电加热出风口会更高些，本次模拟设置回风温度由实验测试得到。根据《采暖通风与空气调节设计规范》民用建筑的主要房间宜采用16-24℃，本文室内设计温度取22℃。空调送风温度先研究22℃,26℃,30℃,35℃,40℃共5种典型的温度。
（一）模拟工况
本文采用的室外平均温度为3℃,空调房间的初始温度取6℃，模拟内容主要是:模拟送风温度分别为22℃,26℃,30℃,35℃,40℃，室内的温度分布随时间的变化。
（二）数值模型
室内空调机在运行过程中为三维、不可压缩、非稳态、湍流的物理过程，采用K一。模型，考虑重力的影响，同时为了使问题得到简化，本文将对要建立的数学模型做以下几点假设。
(1)忽略经过玻璃的太阳辐射得热以及内部辐射热的影响；
(2)室内的空气物性为不可压缩、密度是仅受温度影响的变量，且满足Brassiness假设；
(3)忽略室内污染物对气流的影响；
(4)东西内墙、屋顶、地板采用绝热壁面；
(5)房间的灯具在试验阶段未开启，故其发热量忽略不计。
（三）模拟的边界条件
模拟的边界条件如表2所示。
三、模拟结果及分析
本文主要模拟了送风温度分别为22℃,26℃,30℃,35℃,40℃下，空调房间内不同时刻的温度变化情况，分析人体活动范围内，沿高度方向代表站立时头部高度1.8m、坐姿时头部高度1.2m、脚踝处0.2m水平层的温度变化过程以及上下平面的热力分层现象。
（一）不同垂直平面的分析结果
利用fluent软件分别对22℃,26℃,30℃,35℃,40℃送风温度下室内的温度分布进行非稳态模拟，每隔60s记录一次，共记录了1200s时间内的温度变化过程。图1为距离地面0.2m、1.2m、1.8m高度的平面在5种不同送风温度下的平均温度随时间变化的曲线对比。
由图2可以得出:空调机送风温度越高，到达1200s之后，垂直平面温度越高。图2(b),(c)1.2m和1.8m高度的平面，送风温度越高，平面的平均温度越高。图2(a)0.2m平面，360s之前，3种送风温度下此平面的平均温度每个时刻大致相同；260-460s之间，送风温度越高，平面的平均温度越低；之后送风温度越高，此平面的温度上升越快，最终与1.2m和1.8m高度的平面温度趋势相同。
出现图1(a)中0.2m平面从260--460s温度变化的情况，主要是因为温度越高，空气密度越小，其下沉能力越弱，反之，高密度的空气下沉能力越强。40℃送风温度最不利于提高接近地面处的平面温度，22℃,26℃的空气温度低，密度大，向下运动的趋势明显。因此，在一定的时间和温度范围内，对越低的平面，送风温度越低其温度上升越快。
（二）垂直温差的分析结果
同一送风温度下，取0.2m、1.2m、1.8m 3个平面每个时刻温度的平均作为此时的室内温度(图2)与室内设计温度22℃的交线，即可得到每种送风温度下，室内到达设定温度的时间。图3为1200s内室内垂直平面的温差变化曲线。
由图2可以看出，室内设计的舒适温度为22℃，用同样的22℃送风，室内的平均温度最高也只达到20℃左右；其他几种送风温度都高于室内设计温度，在1200s内都可以使室内达到设定的温度，而且送风温度越高，室内平均温度越高，唯独到达时间也越短。由图3(a)(b)得出，出风温度越低，垂直温差越小，热力分层现象越不明显，人体越舒适。室内到达设定温度时，不同送风温度所需要的时间和此时的垂直温差具体数值如表3所示。可以看出，室内到达设定温度时，送风温度越高，需要的时间越短，但室内上下温差越大，人体感觉越不舒适；送风温度越低，垂直热力分层现象不太明显，但是到达设定温度的时间较长。依据ISO7730标准，室内人体坐姿时头部的高度与人体脚踝高度处的温差应小于30℃，依据ASHARE55-92标准，室内相当于人体站立时头部的高度与人体脚躁高度处的温差也应小于3摄氏度C，温差越小越好。所以26℃和30℃的送风温度垂直温差都小于规定的限值3℃，使人感觉最为舒适，而利用30℃送风，到达室内设定温度的时间较26℃短。
四、结语
综上所述，冬季制热工况下，室内空调机采用不同的送风温度送风对室内的热环境和热舒适性有着重要的影响，在合理的送风温度范围内，利用22℃,26℃,30℃,35℃,40℃的温度送风，送风温度越高，密度越小，下沉能力越弱，越不利于提高低层平面的温度，反之，温度越低，下沉能力却强，对于提高低层平面的温度越有利；送风温度越高，到达室内设定温度的时间越短，但是垂直热力分层现象越严重，人体越不舒适；反之，送风温度越低，需要的时间越长，但垂直热力分层现象越不明显，人体越舒适。
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论文作者:王鹏飞、李业雄， 梁勇超
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第03期
论文发表时间:2019/6/21
标签：温度论文; 室内论文; 平面论文; 空调论文; 温差论文; 越高论文; 人体论文; 《科学与技术》2019年第03期论文;